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Fecha actualización: 28/09/16
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Dializadores y membranas de diálisis


Alejandro Martín Malo1, ALM de Francisco2
 
1Jefe de Sección del Servicio de Nefrología. Hospital Universitario Reina Sofía. Córdoba, Córdoba (España)
2Jefe de Sección del Servicio de Nefrología. Hospital Universitario Marqués de Valdecilla. Santander, Santander (España)
  Dializadores

El dializador, es la parte fundamental del sistema de depuración extracorpórea con hemodiálisis, siendo el compartimento donde se produce la eliminación de las toxinas urémicas retenidas y generadas por la insuficiencia renal crónica. Además, la diálisis juega un papel crucial en la restauración de la homeostasis del medio interno corrigiendo la acidosis y las alteraciones hidro-electrolíticas [1]. El dializador, se compone de una carcasa de recubrimiento, que contiene una membrana semipermeable que separa dos compartimentos bien diferenciados, por donde circulan la sangre y el líquido de diálisis respectivamente. Los dializadores, se pueden clasificar de acuerdo a su diseño geométrico, según la composición de la membrana o de acuerdo a su capacidad de eliminar solutos de la sangre [2].En lo que respecta al diseño geométrico, se pueden dividir en dos tipos placa y fibra hueca o capilar. La placa prácticamente ya no se utiliza y casi todos los dializadores son del tipo capilar. En el modelo capilar, la sangre circula por el interior de las fibras, que están colocadas como un haz a lo largo del filtro, que permanece fijado a los extremos de la carcasa mediante unos anclajes. El líquido de diálisis circula en sentido opuesto, por la parte exterior de las fibras. La mayoría de los dializadores están diseñados para reducir al máximo las zonas de espacio muerto o de bajo flujo y evitar en lo posible la coagulación de la sangre o el acumulo de aire que puede condicionar un descenso de la eficacia depuradora. Las principales ventajas que presenta el dializador capilar  sobre las placas, es el menor volumen sanguíneo de cebado. Además no se modifica su capacidad de almacenamiento de sangre, al incrementar la presión tras-membrana durante la diálisis, ya que su distensibilidad es mínima. Las principales desventajas del dializador capilar son que tiene un mayor volumen de sangre residual al finalizar la sesión de diálisis y la necesidad  de anclajes para fijar el haz de fibras a la carcasa. Actualmente se están introduciendo algunas modificaciones estructurales, tanto en la entrada de sangre como del líquido de diálisis, para incrementar su eficiencia depuradora [3].

Tipos de membranas

La parte fundamental del dializador es la membrana de diálisis. La composición química y la capacidad de depuración, son las dos características que se utilizan actualmente para su clasificación [2]. Las membranas son generalmente polímeros (repetición de monómeros idénticos). En lo que se refiere al tipo de membrana se pueden dividir, teniendo en cuenta su composición, en celulósicas, celulósicas modificadas y sintéticas, aunque la tendencia actual es a definirlas en relación a sus características y propiedades. En este sentido, se han agrupado de acuerdo a su grado de biocompatibilidad, permeabilidad, eficacia depuradora, distribución simétrica o asimétrica (según la distribución y el tamaño de los poros), polaridad, y sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas [4].  La clasificación más utilizada en la clínica es según su composición y grado de permeabilidad (Tabla 1).

Membranas celulósicas

Están compuestas de cadenas de polisacáridos con grupos hidroxilo libres, que contribuyen a su capacidad hidrofílica y bioincompatibilidad. El proto­tipo es el cuprofán. La substitución de los grupos hidroxilo mejora su biocompatibilidad. En las membranas de hemofán se sustituye el 1% de los grupos hidroxilo por radicales aminoterciarios (tiene mayores requerimientos de heparina). En el acetato de celulosa se sustituye el ­75-80% de los grupos hidroxilo por radi­cales de acetato. El triacetato de celulosa tiene casi completa­mente sustituidos todos los grupos hidroxilo y es la única de este grupo que puede tener alta permeabilidad.

Membranas Sintéticas

Este tipo de membranas posee una matriz esponjosa central, que les confiere resistencia, recubierta por dos películas porosas. Las propiedades del transporte difusivo vienen determinadas por esta matriz esponjosa, mientras que las del transporte convectivo se corresponden con las películas que la recubren, que pueden ser hidrofílicas o hidrofóbicas. Dentro del grupo de las hidrofóbicas hay algunas (polisulfona, polimetilmetacrilato) que pueden ser de alta y baja permeabilidad. Las membranas sintéticas hidrofílicas, policarbonato y etilen-vinil-alcohol (EVAL), tienen baja trombogenicidad por lo que teóricamente requieren menos heparina.

Definiciones y propiedades de las membranas

Las membranas tienen una serie de características estructurales que les confieren unas propiedades concretas en lo que respecta a su eficacia depuradora.

Hidrofilia: que absorbe agua. Pueden interaccionar con las células y proteínas activando el complemento. En general, cuanto más hidrofílica es una membrana mayor trasporte difusivo y menor biocompatibilidad.

Hidrofobia: no interaccionan con el agua. Adsorben proteínas, son más porosas, tienen un elevado coeficiente de UF y son más biocompatibles.

Polaridad: son polares las que tienen carga eléctrica de superficie. La polaridad es en parte responsable del fenómeno difusivo. La carga eléctrica o potencial de superficie de todas las membranas es negativa, con variaciones: AN 69 con potencial de superficie de -100mV o Polisulfona de  20 mV. Las membranas con fuerte carga eléctrica negativa en su superficie (PAN, y especificamente el AN69) aumentan la generación de bradikinina, pudiendo inducir severas reacciones anafilactoides en pacientes que toman IECA. La modificación de la membrana ha permitido disponer de dializadores similares (AN68ST) que reducen marcadamente la generación de bradiquinina.

Membrana simétrica y homogénea: de espesor homogéneo, presentan una densidad y tamaño de poro uniforme, siendo la permeabilidad inversamente proporcional al espesor. Son membranas simétricas: todas las celulósicas y las membranas EVAL y AN69.

Membrana asimétrica: Presentan diferentes distribuciones de densidad y tamaño de poro entre las dos películas de recubrimiento y la matriz esponjosa. Son membranas asimétricas la poliamida, PMMA, polisulfona, poliestersulfona y el policarbonato.

La composición y las propiedades anteriormente mencionadas hacen que las membranas se pueden clasificar de acuerdo a su biocompatibilidad, permeabilidad y capacidad de adsorción.

Biocompatibilidad

El contacto de la sangre con los componentes del circuito extracorporeo de diálisis produce una respuesta inflamatoria organizada. Un producto es más biocompatible cuanto menor es la magnitud de estas reacciones adversas.

Parámetros de biocompatibilidad

Las alteraciones agudas inducidas por la interacción de la sangre con la membrana de diálisis se describen en la (Tabla 2). Los dos principales mecanis­mos que modulan la biocompa­ti­bi­lidad son la transformación de las proteínas plasmáticas y la activación de las células sanguíneas.

Activación del complemento. La activación de la vía alterna se atribuye a la estructura polisacárida de la membrana y en concreto a los grupos hidroxilo. Como resultado de esta activación, se induce la liberación de anafilatoxinas (C3a, C5a) y de otros productos biológicamente activos (C3b, iC3b, C5b-C9). El pico máximo de C5a ocurre a los 15 minutos de iniciada la HD, con un descenso paulatino de sus niveles hasta los 90 minutos. El C3a y C5a son inmediatamente convertidos a C3adesArg y C5adesArg por la N-carboxipeptidasa sérica, por lo que son raras las reacciones anfilactoides agudas inducidas por la activación del complemento intradiálisis. Sin embrago, la C3adesArg y C5adesArg mantiene su capacidad de activación y modulación de los leucocitos periféricos, liberación de ß-2-microglo­bulina (ß2m)por las células mononucleares de sangre periféri­ca, producción de IL-1 por losmonocitos y liberación de las especies reactivas de oxígeno. La activación del complemento alcanza su máxima intensidad con el cuprofán; un nivel intermedio con el policar­bo­nato, EVAL, PMMA y triacetato de celulosa; y mínima elevación con el PAN­, AN69, polisulfona y poliamida. La membrana de AN69 tiene gran capacidad de adsorción del complemento. 

Leucopenia-Neutropenia. Al inicio de la diálisis se produce­ una leucopenia transitoria debida a una leucoagrega­ción pulmonar, que se correla­ciona temporalmen­te con la activa­ción del complemen­to. El número de neutrófilos disminuye a los 2-5 minutos, alcanza un mínimo a los 15-30 y revierte a los 60 minutos, llegando al final de la diálisis a observarse un  rebote, alcanzando aproximadamente un 130% de los que tenía prediálisis. El grado de leucopenia, preferentemente neutropenia, está íntimamente relacionado con el tipo de membrana. Cuando los pacientes se dializan con membranas celulósicas modificadas y polímeros sintéti­cos la leucopenia es menor que con el cuprofán, siendo mínima con las membranas sintéticas de alta permeabilidad. 

Moléculas de Adhesión. La leucopenia se ha relacionado con alteraciones de los receptores de superficie de los neutrófilos. Cuando se utilizan membranas biocompatibles no se producen cambios en los receptores de superfi­cie granulo­cita­rios, no se activa el complemento y no se produce la neutropenia. 

Activación Celular. Liberación de citokinas. Durante el procedimiento de la diálisis se ha observado una importante activación de leucocitos, monoci­tos, natural killer y linfocitos T. La activación de monocitos induce liberación de citokinas (IL-1, IL-2, IL-6 y TNF), que son agentes con una potente actividad proinfla­matoria, catabólica e inmunore­gu­ladora. Se ha observado en pacientes dializados niveles aumentados de IL-1, IL-6 y TNF-a­.

Sistema de la coagulación. La activa­ción de la vía intrínse­ca de la coagula­ción, represen­ta­da fundamental­men­te por el factor XII (Hageman), kininógeno de alto PM (HWMK), prekali­creina, kalicreína y factor XI, se produce durante la interacción de la sangre con la membrana de diálisis. La kalicreina actúa sobre el HWMK e induce la generación de la bradikinina, un péptido vasoactivo. Además, ­­­se ha descrito una mayor activa­ción plaqueta­ria durante la ­HD, que es de menor intensidad con membranas biocompatibles de alta permeabilidad­­. 

Fibrinolisis. Las membranas celulósi­cas incrementan más la actividad fibrinolítica que las sintéticas, por la liberación del activador tisular del plasminóge­no. En el momento presente la definición de la biocompatibilidad de los dializadores viene determinada por un gran número de factores, incluyendo además de la composición de la membrana de diálisis, el modo de esterilización y las condiciones de su utilización. Actualmente, se está prestando mayor atención al grado de permeabilidad que al de biocompatibilidad, aunque son factores difíciles de analizar por separado, ya que generalmente las membranas sintéticas de alta permeabilidad son simultáneamente las más biocompatibles.

Permeabilidad

La permeabilidad al agua y solutos es una de las principales características que permiten la clasificación de las membranas.

Permeabilidad al agua: La permeabilidad viene determinada por el coeficiente de ultrafiltración (KUf), considerándose de baja permeabilidad (bajo-flujo) cuando el KUf es < 10-12 ml/hora/mmHg y de alta (alto flujo) cuando es superior a 20 ml/hora/mmHg (Tabla 1), existiendo membranas de permeabilidad intermedia. Algunos estudios dividen las membranas de acuerdo a su capacidad de eliminación de solutos de alto peso molecular como la ß2m. Es frecuente encontrar en el mercado membranas con la misma composición y diferente grado de permeabilidad. En el momento presente, se están desarrollando dializadores con una elevada permeabilidad denominados super-flux, para intentar la eliminación de moléculas de alto peso molecular [5]. El principal inconveniente de esta alta permeabilidad es la posibilidad de eliminar solutos no deseados como la albúmina. En la actualidad, tienen aplicaciones clínicas concretas como es la eliminación de cadenas ligeras.

Permeabilidad a los solutos: Otra forma de clasificar los dializadores es según su eficacia depuradora (KoA), considerándose de baja eficacia (<400), moderada eficacia (400-700) y alta eficacia depuradora (>700). El KoA está modulado por la porosidad y el espesor de la membrana y es dependiente del tamaño del soluto, del flujo de sangre y del líquido de diálisis. Las pequeñas moléculas (hasta 500 daltons) se depuran con facilidad por mecanismo difusivo, y en general, con cualquier tipo de membrana. La eficacia convectiva de las membranas sintéticas es muy superior a la de las celulósicas, motivo por el que logran una mejor depuración de las medianas moléculas (PM 500-5.000 daltons) y de b2m (11.900 daltons). Para incrementar la eficacia depuradora de la diálisis se puede incrementar el flujo de sangre y líquido de diálisis, aumentar la superficie de la membrana, incrementar la duración y/o la frecuencia de la sesión. Para conseguir una mayor eficacia se ha reducido el espesor de las fibras (hasta 5 µ  las célulosas simétricas y

Dislipemia. Trabajos recientes sugieren una mejoría del perfil de lipoproteinas empleando membranas de alta permeabilidad. En un estudio prospectivo randomizado cruzado, se ha demostrado el efecto tanto de la permeabilidad como de la composición de la membrana sobre la dislipemia, observándose también una reducción de la LDL oxidada, un indicador de estrés oxidativo.  

Amiloidosis asociada a la diálisis. Se ha observado una menor prevalen­cia de síndrome del túnel carpiano y mejoría de dolores articulares en pacientes dializados con membranas de alta permeabilidad. Se considera que las membranas celulósicas de baja permeabilidad, además de presentar una depuración casi nula de ß2m, incrementan su síntesis y liberación, favoreciendo la polimerización de la ß2m en fibrilla amiloide.

Anemia. No se ha demostrado de forma contundente que usando diferentes tipos de membranas mejore la función de los hematíes, ni que los requerimientos de EPO sean menores.

Mayor conservación de la función renal residual. Se ha postulado que el empleo de membranas biocompatibles de alta permeabilidad puede retrasar la perdida de función renal residual en enfermedades glomerulares no diabéticas. Sin embargo, el nivel de evidencia es muy bajo.

Respuesta inflamatoria crónica. Hay un nexo entre la permeabilidad/ biocompatibilidad de la membrana y la respuesta de fase aguda, con incremento de producción de citokinas (IL-1, IL-6, IL-8 y TNF) y apoptosis celular [7]. Este proceso inflamatorio es un conocido mediador de daño tisular y vascular, y en parte podría explicar la aceleración del proceso arteriosclerótico descrito en el enfermo en diálisis. Aunque esta respuesta inflamatoria es menor empleando membranas de alta permeabilidad, no esta demostrado que prevengan la rápida progresión del daño vascular en estos enfermos.

Morbilidad y mortalidad.    En lo referente a la mortalidad, hay múltiples estudios que sugieren una mayor tasa de supervivencia cuando se utilizan membranas de alta permeabilidad [8] [9]. Un estudio controlado y randomizado realizado en USA, el estudio HEMO [10], no observó ninguna superioridad del alto versus el bajo flujo. Sin embargo, este trabajo ha sido muy criticado por haberse incluido pacientes prevalentes, previamente dializados en más de un 60% con alto flujo, por la reutilización de los dializadores (hasta 20 veces), limitación en la duración de la sesión de diálisis y por la potencial selección de los pacientes en lo que respecta a la edad y el índice de masa corporal. En los análisis secundarios de este estudio, se ha objetivado un potencial beneficio del alto flujo, en relación con los eventos cardiovasculares y una mayor supervivencia para los pacientes que llevan más de 3,7 años en diálisis. Curiosamente, los pacientes dializados con membranas de alto flujo, presentaban una menor tasa de mortalidad cardiovascular, de desarrollo de accidentes cerebro-vasculares y de hospitalización [11]. Un sub-análisis reciente del estudio HEMO [12] describe que la ß2m es un marcador indirecto de mortalidad global y de mortalidad secundaria a infecciones, lo que representa una auténtica paradoja ya que esta sustancia, con un peso molecular de aproximadamente 11.900 daltons, no se puede eliminar con una membrana de baja permeabilidad. Un estudio europeo, el MPO study (membrane permeability outcome study), realizado en pacientes incidentes, sin reutilización de los dializadores, con un amplio número de sujetos evaluados durante un largo período de tiempo, ha demostrado que el uso de membranas con alta permeabilidad puede reducir la mortalidad en los pacientes con una albúmina inferior a 4 g/dl y en los diabéticos independientemente de los niveles séricos de albúmina [13]. Sin embargo, no se han observado efectos beneficiosos en los pacientes incidentes con una albúmina superior a 4 g/dl, lo que parece indicar que en  una población de bajo riesgo el efecto de la membrana no parece muy relevante. Los resultados de ambos estudios, el HEMO y el MPO, sugieren que las membranas de alta permeabilidad tienen un efecto beneficioso sobre la supervivencia de algunos subgrupos de pacientes, probablemente relacionada con una mayor depuración de solutos de alto peso molecular [14] [15]. En un análisis reciente de la Cochrane se ha descrito que la utilización de membranas de alta permeabilidad pueden reducir la mortalidad cardiovascular en un 15%, aunque recomendando la realización de un estudio randomizado para conformar este hallazgo [16]. Actualmente, hay una tendencia a nivel mundial a utilizar membranas de alta permeabilidad. Su eficacia depuradora puede ser incrementada cuando se utilizan en modalidades de diálisis con alto trasporte convectivo como es la hemodiafiltración on-line post-dilución [17] [18].

Adsorción

Una propiedad poco estudiada, pero muy interesante, es la capacidad de adsorción intrínseca de cada membrana, que permite la eliminación adicional de algunas toxinas urémicas. Generalmente, las membranas sintéticas son las que tienen una mayor capacidad de adsorción, destacando entre estas el polimetilmetacrilato, la polisulfona, la helixona, la poliamida y el poliacrilonitrilo. Sin embargo, el grado de adsorción de los dializadores tiene poca repercusión clínica, debido a la reducida superficie de la membrana y su alta capacidad de saturación, en los primeros minutos de la diálisis. Se ha descrito una alta tasa de adsorción para algunos péptidos, endotoxinas, citocinas y ß2microglobulina [2].

Otros factores relacionados con las propiedades de las membranas

Esterilización: Otro aspecto a tener en cuenta, es el modo de esterilización de los dializadores, que puede ser de tres tipos, óxido de etileno (ETO), radiación gamma y vapor. Hasta hace muy poco tiempo, la esterilización por ETO era la más utilizada ya que es la más económica y la más sencilla de realizar, prácticamente aplicable a todo tipo  de membranas, con mínima alteración de la estructura del material utilizado. Su principal inconveniente es que exige un cebado más cuidadoso, antes de su utilización y la posibilidad de presentar reacciones anafilactoides severas que, aunque poco frecuentes, ocasionalmente pueden ser letales, lo que está restringiendo su uso. La radiación gamma es muy poco utilizada, por la potencial capacidad de alterar la estructura de la membrana y su alto coste. La esterilización por vapor, se está extendiendo cada vez más para evitar las posibles complicaciones del ETO, por ser un proceso relativamente sencillo y tener un coste económico menor que el de la radiación gamma. Su único inconveniente es que, debido a las altas temperaturas requeridas para realizar la esterilización, no se puede utilizar en todos los tipos de membranas, ya que en algunos casos puede modificar su permeabilidad [1] [2].

Temperatura del líquido de diálisis: se ha descrito una menor activa­ción del complemento al descender la temperatura del líquido de diálisis.

Reuso: cuando se reutilizan los dializadores se observa menor activación del comple­mento y neutropenia. Este fenómeno se atribuye a la capa proteica que se deposita sobre la superficie del dializador haciéndolo más biocompatible.

Contaminación del líquido de diálisis: uno de los más conocidos estimulantes de la IL-1 son las endotoxinas, que pueden estar presentes en el líquido de diálisis contaminado [2]. Esta puede ser una consecuencia negativa del uso de las membranas de alta permeabilidad, que favorecen la posibilidad de retrofiltración, por lo que es recomendable utilizar siempre líquido de diálisis ultrapuro. En el momento presente, se están realizando estudios con dializadores recubiertos con vitamina E, para valorar si su potencial efecto antioxidante, puede jugar un papel en la reducción de la ateroesclerosis y las complicaciones cardiovasculares. Los resultados obtenidos son aún muy preliminares, pero muy atractivos. Se han documentado efectos favorables, como una reducción en el estrés oxidativo, en la liberación de IL-6 por los monocitos, una mejoría de la disfunción endotelial y de la reología de los hematíes circulantes, un descenso en los requerimientos de eritropoyetina y lo que es más importante una reducción del engrosamiento de la íntima-media de las carótidas y del índice de calcificación aórtico. Persiste aún la controversia sobre los potenciales efectos beneficiosos de estos dializadores [19]. Recientemente, se ha diseñado un nuevo dializador, que ha sido modificado para optimizar la eliminación de toxinas urémicas, con un amplio espectro de tamaño molecular [20]. Este nuevo dializador, integra una avanzada tecnología de hemodiafiltración on-line intermedia, dentro de un simple dializador capilar, con un asequible coste económico. Cambios estructurales en las cabeceras del dializador permiten la infusión de gran cantidad de líquido de reposición después de una primera fase de  postdilución y antes de una segunda fase de pre-dilución. Los resultados in vivo son muy preliminares y se precisan estudios controlados para su definitiva evaluación. Se están realizando estudios con dializadores de segunda generación con alta permeabilidad con escasa pérdida de albúmina [21], cuyos resultados preliminares aunque muy prometedores aún no están plenamente consolidados. En resumen, aunque se ha acumulado abundante información científica sobre los efectos inducidos por el contacto de la sangre con el material de diálisis, sus consecuencias a largo plazo aún no están definitivamente establecidas. Con la información disponible, es recomendable utilizar membranas de alta permeabilidad y biocompatibilidad esterilizadas por vapor o radiación gamma, y el uso de agua ultrapura. Aunque este tema aún permanece controvertido, actualmente la principal razón para no utilizar este tipo de membranas es la económica.

Tablas
Tabla 1.
Membranas de diàlisis
Tabla 2.
Fenómenos agudos de interacción de la sangre con la membrana
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