Mgr Jan Poleszczuk
Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. M. Nałęcza Polskiej Akademii Nauk (IBIB PAN)

Współpraca: J. Waniewski, J. Stachowska-Piętka, B. Lindholm.

Dializa otrzewnowa jest zabiegiem medycznym stosowanym u pacjentów ze schyłkową niewydolnością nerek. Jej celem jest usunięcie z organizmu szkodliwych produktów metabolizmu poprzez zastosowanie płynu dializacyjnego (zwykle opartego o roztwór glukozy), który wlany do jamy otrzewnowej wymusza dwukierunkowy przepływ płynów i substancji pomiędzy dializatem a ukrwioną tkanką. Dializa otrzewnowa stanowi dobry przykład na wykorzystanie istniejącego w organizmie fizjologicznego systemu transportowego, w którym dochodzi do wymiany płynów i substancji pomiędzy tkanką a zewnętrznym medium. Wlew odpowiedniego płynu do jamy otrzewnowej stosuje się również w przypadku pacjentów wymagających resuscytacji z powodu wystąpienia niedokrwienia mięśnia sercowego oraz w przypadku wystąpienia nowotworu narządu bezpośrednio przylegającego do jamy otrzewnowej. Innym przykładem może być podanie leku na powierzchnię skóry. W praktyce klinicznej, w przypadku pacjentów z niewydolnością nerek, coraz częściej indywidualizuje się leczenie przy wykorzystaniu modeli matematycznych, które służą scharakteryzowaniu i ocenie efektywności dializy. Jednak w większości przypadków istniejące modele nie bazują na parametrach, które mają bezpośrednie odniesienie do fizjologii i struktury tkanki, lecz stanowią jedynie fenomenologiczny opis zachodzących procesów. W związku z tym niemożliwym staje się prześledzenie wpływu naturalnych, lokalnych procesów i zmian w lokalnych właściwościach tkanki na efektywność procesu dializy.

Celem przeprowadzonych badań było zbudowanie modelu matematycznego, który bazując na lokalnej fizjologii i strukturze tkanki pozwoliłby na dokładne opisanie kinetyki płynów w jamie otrzewnowej oraz aby, w przeciwieństwie do modeli obecnie stosowanych klinicznie, pozwalał prześledzić dokładny związek pomiędzy strukturą tkanki a efektywnością dializy otrzewnowej. Zaproponowany model, w oparciu o równania różniczkowe cząstkowe, opisuje transport substancji który odbywa się w płaszczyźnie prostopadłej do brzegu jamy otrzewnowej i jest wymuszony przez ciśnienie osmotyczne i hydrostatyczne (uogólnione prawo Darcy’ego) oraz przez zjawiska dyfuzji i konwekcji. Dodatkowo, równania cząstkowe połączone są na teoretycznym brzegu jamy otrzewnowej z równaniami różniczkowymi zwyczajnymi, które służą do opisu zmian zachodzących w płynie dializacyjnym pod wpływem trwającej wymiany substancji takich jak glukoza, czy sód.

Zaproponowany model został dopasowany z wysoką dokładnością do danych eksperymentalnych opisujących objętość dializatu w czasie oraz zawartych w nim stężeń poszczególnych substancji (glukoza, mocznik, kreatynina i sód). W dodatku, wysoka dokładność dopasowania została uzyskana dla różnych płynów dializacyjnych opartych na glukozie (roztwory glukozy , oraz ). Model stanowi zatem łącznik pomiędzy mierzonymi eksperymentalnie fenomenologicznymi parametrami transportowymi, a naturalnymi zmianami jakie zachodzą w tkance pacjenta, zarówno w przypadku pojedynczego wlewu płynu dializacyjnego jak i najczęściej występujących klinicznie cyklicznych wymian płynów dializacyjnych.