Tampone bicarbonato ed equilibrio acido-base in dialisi: come integrarne il calcolo in un modello esistente?

Dialysis is a life-saving treatment that uremic patients whose kidney function is compromised must undergo. To avoid possible side effects and complications, blood solute concentrations must remain within a certain range, so as not to compromise body homeostasis. Mathematical models can represent a great help for clinicians: through simulations they can predict, before the dialysis session, the trend in the concentration of different solutes in the blood and blood volume over the course of the treatment hours, thus allowing to take a priori decisions on the dialysis settings. In this work, we focus on the fundamental reactions for maintaining the acid-base balance during dialysis, which involve bicarbonate and carbon dioxide. We therefore want to propose a possible strategy for integrating the chemical equation of carbonic anhydrase into a versatile, already existing model. The starting model is the model developed by Casagrande et al. at Politecnico di Milano. The only model identified in the literature that allows the integration of buffer systems into the starting model is the Ursino model. The steps and hypotheses needed for the implementation of the new equations in the Casagrande model will then be illustrated. The model will then be validated, by using databases such as those obtained with DialysIS and InterACTIVE-HD 2.0 projects. The ultimate aim will then be to verify an expected improvement in terms of reduction of the errors on the estimate of the bicarbonate trend during a dialysis session.

La dialisi è un trattamento salva vita a cui devono sottoporsi i pazienti uremici, la cui funzionalità renale è compromessa. Per evitare i possibili effetti collaterali e le complicanze, le concentrazioni dei soluti ematici devono rimanere all’interno di un range ristretto di valori, per non compromettere l’omeostasi corporea. I modelli matematici possono rappresentare un grande aiuto per i clinici: tramite simulazioni possono infatti prevedere, prima della seduta dialitica, quale sarà l’andamento della concentrazione di vari soluti nel sangue e del volume ematico nel corso delle ore di trattamento, permettendo quindi di prendere decisioni a priori su alcune delle impostazioni di seduta. In questo elaborato, ci si concentra sulle reazioni fondamentali per il mantenimento dell’equilibrio acido-base nel corso della dialisi, che coinvolgono il bicarbonato e l’anidride carbonica. Si vuole quindi proporre una possibile strategia di integrazione dell’equazione chimica di anidrasi carbonica in un modello versatile, già esistente. Il modello di partenza è il modello sviluppato da Casagrande et al. presso il Politecnico di Milano. L’unico altro modello individuato in letteratura che consente l’integrazione dei sistemi buffer nel modello di partenza è quello di Ursino. Saranno quindi illustrati i passaggi e le ipotesi da adottare per procedere con l’implementazione delle nuove equazioni nel modello Casagrande. Il modello andrà poi validato, tramite l’utilizzo di database come quelli ottenuti con i progetti DialysIS ed InterACTIVE-HD 2.0. Lo scopo ultimo sarà poi quello di andare a verificare un atteso miglioramento in termini di riduzione dell’errore sulla stima dell’andamento del bicarbonato nel corso di una seduta dialitica.