Cuantificación y determinación de urea mediantetécnicas no invasivas y su aplicación en el tratamiento dehemodiálisis.Quantification and determination of urea bynon-invasive techniques and their application in the treatment ofhemodialysis.
La presente invención esta relacionada con losprocedimientos para la medida de urea en línea en aquellospacientes sujetos al tratamiento de hemodiálisis. El modelo y el método de medida utilizado tienen su fundamento en la descripción delos mecanismos de regulación celular y su relación con los nivelesde hidratación celular, cuya variabilidad es un claro indicativodel nivel de concentración de urea en sangre. Para ello se empleantécnicas no invasivas ya que el sistema de medida no tiene contactofísico directo con el paciente, ni con el equipo de hemodiálisis; envirtud de que el sensor tan solo se adapta a la línea arterial dela cánula de extracción de sangre; lo que permite obtener de formainmediata la medida de concentración de urea durante el proceso dehemofiltración.The present invention is related toprocedures for measuring urea online in thosepatients subject to hemodialysis treatment. The model and theMeasurement method used is based on the description ofthe mechanisms of cellular regulation and their relationship with levelsof cellular hydration, whose variability is a clear indicationof the blood urea concentration level. For this they are usednon-invasive techniques since the measurement system has no contactdirect physicist with the patient, or with the hemodialysis team; inbecause the sensor only adapts to the arterial line ofthe blood collection cannula; what allows to obtain of formImmediate measurement of urea concentration during the process ofhemofiltration
La insuficiencia renal crónica (IRC) es unpadecimiento cuya etiología es variada, los síntomas de la mismason muchas veces poco sistematizados lo que hace difícil sudiagnóstico temprano. Las causas más comunes de insuficiencia renalcrónica (IRC), son la diabetes mellitus y la hipertensión arterialsumando juntas hasta un 70 o 80% de los casos. Desde luego el retomás importante para los clínicos es la detección oportuna de la IRCy evitar su progresión; sin embargo existen algunos pacientes que apesar de todo progresan a un estadio terminal de la enfermedad,requiriendo para seguir con vida de la sustitución de la funciónrenal. Dentro de los métodos de tratamientos sustitutivos de lafunción renal la hemodiálisis es el mas común en el ámbito mundial,dicho procedimiento requiere de una evaluación no solo clínica sino bioquímica de cada uno de los enfermos para poder estar en condiciones de adecuar el citado tratamiento.Chronic renal failure (CRF) is acondition whose etiology is varied, its symptomsthey are often little systematized which makes their difficultearly diagnosis The most common causes of kidney failureChronic (CRF), are diabetes mellitus and high blood pressureadding together up to 70 or 80% of cases. Of course the challengemost important for clinicians is the timely detection of IRCand prevent its progression; however there are some patients who atnevertheless they progress to a terminal stage of the disease,requiring to remain alive from the replacement of the functionrenal. Within the methods of substitute treatments ofrenal function hemodialysis is the most common worldwide,this procedure requires a clinical evaluation not only ifnon-biochemistry of each of the patients to be able to be inconditions to adapt the aforementioned treatment.
Recientemente se ha utilizado el modelo cinéticode la urea (KTV) para poder determinar si un tratamiento de estetipo es adecuado o no; en este modelo se mide el nivel sérico de laurea al inicio y al final del tratamiento, implicando un gasto importante no solo en el aspecto económico si no en el de recursoshumanos y materiales.Recently the kinetic model has been usedof urea (KTV) to determine if a treatment of thistype is suitable or not; in this model the serum level of theurea at the beginning and end of treatment, involving an expenseimportant not only in the economic aspect but also in that of resourcesHuman and material.
La tendencia actual en las técnicas de diálisis,es la de hacer uso de elementos de medida cada vez más eficaces ymembranas de mayor superficie y permeabilidad. Las técnicas demedida On-line utilizan sensores que entran encontacto con la sangre y por tanto, han de ser desechables. Eltitular de la presente invención M.C. Gustavo A. Martínez Chavez,ha diseñado un prototipo, cuyo funcionamiento se centraliza en elempleo de técnicas fotométricas dentro del rango de la luz visible ydel infrarrojo próximo, a efecto de obtener información relevantede la concentración de urea durante el proceso de diálisis. Sin quepara ello se tenga contacto con el circuito estéril que seestablece en la práctica de este tipo de procedimiento.The current trend in dialysis techniques,is to make use of increasingly effective measuring elements andmembranes of greater surface and permeability. The techniques ofOn-line measurement use sensors that entercontact with blood and therefore must be disposable. Heholder of the present invention M.C. Gustavo A. Martínez Chavez,has designed a prototype, whose operation is centralized in theuse of photometric techniques within the range of visible light andnear infrared, in order to obtain relevant informationof the urea concentration during the dialysis process. Withoutfor this, contact is made with the sterile circuit thatestablishes in practice this type of procedure.
La invención plantea el problema de crear unmodelo lo suficientemente descriptivo sobre los mecanismos deregulación celular y su relación con los niveles de hidratacióncelular (Hiperosmolaridad), cuya variabilidad en aquellos pacientescon trastornos renales son un claro indicativo del nivel deconcentración de urea en sangre.The invention poses the problem of creating asufficiently descriptive model about the mechanisms ofcell regulation and its relationship with hydration levelscellular (Hyperosmolarity), whose variability in those patientswith kidney disorders are a clear indication of the level ofblood urea concentration
Este problema aunado a la concepción de uninstrumento de medida que de manera sencilla y con seguridad en sufuncionamiento permita medir la concentración de urea durante lapráctica del tratamiento de hemodiálisis de forma no invasiva, así como que el coste técnico sea bajo en lo referente a la adquisiciónde sus componentes y requerimientos de operación.This problem coupled with the conception of ameasuring instrument that simply and safely in youroperation allows measuring urea concentration duringHemodialysis treatment practice non-invasively as wellas the technical cost is low in relation to the acquisitionof its components and operation requirements.
Este problema se resuelve según esta invención,con la definición del modelo de los mecanismos de control para lahidratación celular, los cuales pueden presentarse como unaexpansión o compresión (RVD ó RVI) por la acción del cambio de concentración por los fenómenos de Hiper-osmolaridado Hipo-osmolaridad. (Ref. D. Hausinger, BiochemicalJournal, 1996. 313,697-710) y si lo relacionamos conel índice de masa de la célula "m" y asumimos que estas sondirectamente proporcionales a su área "A" y a la diferencia deconcentraciones del líquido intracelular C(t) y elextracelular C(s) (\DeltaC =C(s) –C(t)) contenidos en un volumen constante "V" einversamente a un espesor "d" del grosor de la célula, esposible la conformación de un modelo de difusión celular expresadocomo sigue:This problem is solved according to this invention, with the definition of the model of the control mechanisms for cellular hydration, which can be presented as an expansion or compression (RVD or RVI) by the action of the change of concentration due to Hyper- phenomena. osmolarity or hypo-osmolarity. (Ref. D. Hausinger, Biochemical Journal, 1996. 313,697-710) and if we relate it to the mass index of the cell "m" and assume that these are directly proportional to its area "A" and to the difference in concentrations of the intracellular fluid C (t) and the extracellular C (s) (\ DeltaC =C (s) - C (t)) contained in a constant volume "V" and inversely to a thickness "d" the thickness of the cell, It is possible to form a cell diffusion model expressed as follows:
Que resulta ser una ecuación ordinaria cuyasolución se encuentra determinada por las condiciones inicialesdentro de un intervalo conocido y esta dado por:That turns out to be an ordinary equation whosesolution is determined by the initial conditionswithin a known interval and is given by:
Donde:Where:
C(t) = Variación de concentraciónde la membrana intracelular (moles/s.)C (t) = Variation of intracellular membrane concentration (moles / s.)
Cs = Concentración de la membranaextracelular (moles/l)Cs = Extracellular membrane concentration (moles / l)
Co = Concentración inicial de la membranaintracelular (moles/l)Co = Initial concentration of the intracellular membrane (moles / l)
A = Área de la célula (cm^{2})A = Cell area (cm2)
d = Espesor de la capaintra-extraceluar (cm)d = Thickness of the layerintra-extracellular (cm)
t = Tiempo (s)t = Time (s)
K= Coeficiente de difusión expresado en(cm^{2}/seg)K = Diffusion coefficient expressed in(cm2 / sec)
La expresión que define la Absorbencia (A) y laTransmitancia (T) y que son la representación matemática más simplede la llamada ley de Beer, quedan expresadas como;The expression that defines Absorbency (A) andTransmittance (T) and that are the simplest mathematical representationof the so-called Beer law, they are expressed as;
Si se sustituyeC(t) de laexpresión 1 enC de la formula 3, a efecto de poder estimarel cambio de concentración en función a la variación de intensidadesen la Absorbancia obtenemos que:IfC (t) of the expression 1 inC of formula 3 is substituted, in order to be able to estimate the change in concentration based on the variation of intensities in Absorbance we obtain that:
De la misma manera para encontrar la relaciónentre el voltaje y la concentración del líquido a medir,considerando el cociente de intensidades expresado como la relaciónde voltajes dado por:In the same way to find the relationshipbetween the voltage and the concentration of the liquid to be measured,considering the ratio of intensities expressed as the ratioof voltages given by:
Si se sustituye 5 en la relación formada por lasexpresiones 3 y 3.a a efecto estimar el cambio de concentración enfunción a la variación voltaje, se obtiene que:If 5 is substituted in the relationship formed by theexpressions 3 and 3.a to estimate the change in concentration infunction to the voltage variation, it is obtained that:
Sustituyendo valores en las formulas 6 quecorresponden a la variación en la concentración del contenidoureico de una muestra de solución, así como valores típicos en lasdimensiones de la célula del orden de micras, es posible obtener la representación gráfica del equilibrio de osmolaridad entre las capasintra y extracelulares, dependiendo del sentido en que se efectúeel cambio en el incremento del gradiente de concentración\DeltaC, además de los valores de voltaje en condiciones deoscuridad y de iluminación de un fuente puntual, por lo que es posible el obtener la relación que guarda la variación del voltajeen función a la concentración de la solución.By substituting values in formulas 6 that correspond to the variation in the concentration of the urea content of a solution sample, as well as typical values in the cell dimensions of the order of microns, it is possible to obtain the graphic representation of the osmolarity balance between the intra- and extracellular layers, depending on the direction in which the change is effected in increasing concentration gradient \ DeltaC plus the voltage values in the dark and lighting of a point source, so it is possible to obtain the ratio that keeps the variation of the voltage in function to the concentration of the solution.
A efecto de mejorar la comprensión de cuanto seha descrito en el presente modelo funcional propuesto por estainvención, se describe brevemente la realización del sistema decuantificación y determinación de urea mediante técnicas noinvasivas, motivo también de la presente invención.In order to improve the understanding of how muchdescribed in this functional model proposed by thisinvention, the embodiment of the system is briefly describedquantification and determination of urea by means of techniques notinvasive, also a reason for the present invention.
En la figura 1, se muestra el diagrama a bloquesdel funcionamiento de dicho sistema en el que se emplean conceptosfotómetricos, a efecto de obtener información relevante de laconcentración de soluto durante el proceso de diálisis.In figure 1, the block diagram is shownof the operation of said system in which concepts are usedphotometric, in order to obtain relevant information from thesolute concentration during the dialysis process.
La figura 2, es un diagrama esquemático de larealización del modulo de sensado en donde se encuentra elmecanismo de fotometría, mismo que se adapta a las líneas de extracción arterial del equipo de hemodiálisis.Figure 2 is a schematic diagram of therealization of the sensing module where thephotometry mechanism, which adapts to the lines ofarterial extraction of hemodialysis equipment.
La figura 3, es una vista en perspectiva de larealización del sistema de cuantificación y determinación de ureamotivo de la presente invención.Figure 3 is a perspective view of therealization of the urea quantification and determination systemreason for the present invention.
Es importante destacar que aunque la invencióndescribe la realización del procedimiento preferido por elsuscrito, esto no implica que se vea limitada por estasrealizaciones especificas. Mas bien se pretende cubrir todas las modificaciones y propuestas que estén dentro del objeto de lapresente invención.It is important to note that although the inventiondescribes the performance of the procedure preferred by thesubscribed, this does not imply that it is limited by thesespecific embodiments. Rather it is intended to cover allmodifications and proposals that are within the purpose of thepresent invention
En relación a la figura 1, el sistema de medidaconsta de una serie de circuitos electrónicos de adquisición dedatos mediante el uso de un microcontrolador (4) y de un sensoropto-electrónico (3) mismo que se adapta a la líneasarterial (2) de cualquier equipo comercial de hemodiálisis (1), unavez que la señal a sido obtenida mediante el interruptor de disparo(5) el resultado de la concentración de urea pueden ser leídos porel usuario a través de un pantalla gráfica de caracteres alfa-numéricos (6) o bien mediante una interfacegráfica (7).In relation to figure 1, the measurement systemIt consists of a series of electronic circuits for acquiringdata by using a microcontroller (4) and a sensoropto-electronic (3) same that adapts to the linesarterial (2) of any commercial hemodialysis equipment (1), aOnce the signal has been obtained by the trip switch(5) The result of urea concentration can be read bythe user through a graphic character displayalpha-numeric (6) or through an interfacegraphic (7).
La figura 2, es una vista en secciónlongitudinal del cuerpo detector de urea en la línea para suutilización en cualquier maquina de hemodiálisis, mismo que se integra por una fuente de luz puntual (9) y de un arreglofoto-detector (10), que se adaptan a través de unacámara oscura (8) en la línea arterial del paciente (2).Figure 2 is a sectional view.longitudinal of the urea detector body in the line foruse in any hemodialysis machine, same asintegrates by a point light source (9) and an arrangementphoto-detector (10), which are adapted through adark chamber (8) in the patient's arterial line (2).
La figura 3, y última, es una vista enperspectiva de una realización de un sistema de monitorización paradeterminación y cuantificación de urea en línea en que utiliza el detector de urea, así como la aplicación del modelo motivo de lapresente invención (11), de igual forma se ilustra un tipo medidade la concentración de urea, en la pantalla de caracteresalfa-numéricos y de la interface gráfica (12) lacual puede utilizarse en cualquier ordenador comercial (13) y losdatos correspondientes pueden cargarse para su representacióngráfica en cualesquiera de los paquetes de computo destinados aesta actividad como por ejemplo; Excell, Matlab, Sigmaplot entre otros.Figure 3, and last, is a view inperspective of an embodiment of a monitoring system fordetermination and quantification of urea in line using theurea detector, as well as the application of the motive model of thepresent invention (11), a measured type is also illustratedof urea concentration, in the character displayalpha-numeric and graphical interface (12) thewhich can be used in any commercial computer (13) andcorresponding data can be loaded for representationgraphic in any of the computer packages destined tothis activity as for example; Excell, Matlab, Sigmaplot betweenothers.
De todo lo descrito con anterioridad y a partirde los resultados obtenidos, se desprenden las ventajas quepresenta esta invención.Of everything described above and fromfrom the results obtained, the advantages thatpresents this invention.
Primero, se cuenta con evidencia científica dela existencia de una correlación entre la concentración de urea yla transmitancia, que por su sencillez, su exactitud, yrepetibilidad, ofrece grandes posibilidades de monitorización en loscentros sanitarios que cuenten con este servicio.First, there is scientific evidence ofthe existence of a correlation between urea concentration andthe transmittance, that by its simplicity, its accuracy, andrepeatability, offers great monitoring possibilities in thehealth centers that have this service.
Segundo, el estado actual del sistema de medida,presenta la ventaja de poder reducir el costo de este método demedida, en comparación con los sistemas electróquimicos empleadosen algunos equipos de hemodiálisis. Tal es el caso de los cartuchosde hemodiálisis para la monitorización de urea, que por suscaracterísticas de fabricación cuentan con un periodo de vida útil,siendo estos de un solo uso (desechables), por lo que en la mayoríade los casos su rendimiento se encuentra sujeto a las condicionesambientales y de modo de operación.Second, the current state of the measurement system,It has the advantage of being able to reduce the cost of this method ofmeasure, compared to the electrochemical systems usedin some hemodialysis equipment. Such is the case of the cartridgesof hemodialysis for urea monitoring, which by itsmanufacturing features have a shelf life,being these of a single use (disposable), reason why in the majorityof the cases its performance is subject to the conditionsEnvironmental and operating mode.
Tercero, el estado de la actual invención porsus características de diseño representa las siguientes ventajaspara el personal medico y de enfermería.Third, the state of the present invention byIts design features represents the following advantagesfor medical and nursing staff.
Finalmente serán independientes del objeto de lapresente invención aquellos componentes electrónicos y materialesempleados en la fabricación del instrumento de medida, así como losdemás detalles y/o accesorios que puedan presentarse, siempre ycuando no afecten a la esencialidad del modelo y método de medida utilizados.Finally they will be independent of the object of thepresent invention those electronic components and materialsused in the manufacture of the measuring instrument, as well asother details and / or accessories that may arise, provided andwhen they do not affect the essentiality of the model and measurement methodused
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401303AES2288327B1 (en) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | QUANTIFICATION AND DETERMINATION OF UREA THROUGH NON INVASIVE TECHNIQUES AND ITS APPLICATION IN THE TREATMENT OF HEMODIALISIS. |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401303AES2288327B1 (en) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | QUANTIFICATION AND DETERMINATION OF UREA THROUGH NON INVASIVE TECHNIQUES AND ITS APPLICATION IN THE TREATMENT OF HEMODIALISIS. |
| ES28 | 2004-05-31 |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2288327A1true ES2288327A1 (en) | 2008-01-01 |
| ES2288327B1 ES2288327B1 (en) | 2008-12-01 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200401303AWithdrawn - After IssueES2288327B1 (en) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | QUANTIFICATION AND DETERMINATION OF UREA THROUGH NON INVASIVE TECHNIQUES AND ITS APPLICATION IN THE TREATMENT OF HEMODIALISIS. |
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2288327B1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4331010A1 (en)* | 1993-09-13 | 1995-03-16 | Jenoptik Jena Gmbh | Measuring sensor for spectrophotometric remission measurements |
| WO1996014567A1 (en)* | 1994-11-03 | 1996-05-17 | Optix Lp | Rapid non-invasive optical analysis using broad bandpass spectral processing |
| WO1998019592A1 (en)* | 1996-11-01 | 1998-05-14 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Dialysis monitoring method and apparatus |
| DE19708216A1 (en)* | 1997-02-28 | 1998-09-03 | Dietze Werner Dipl Min | Photometric analysis instrument for sample testing |
| WO2000025663A1 (en)* | 1998-10-29 | 2000-05-11 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Apparatus and method for determination of the adequacy of dialysis by non-invasive near-infrared spectroscopy |
| US20040204634A1 (en)* | 2003-04-09 | 2004-10-14 | Womble M. Edward | Raman spectroscopic monitoring of hemodialysis |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4331010A1 (en)* | 1993-09-13 | 1995-03-16 | Jenoptik Jena Gmbh | Measuring sensor for spectrophotometric remission measurements |
| WO1996014567A1 (en)* | 1994-11-03 | 1996-05-17 | Optix Lp | Rapid non-invasive optical analysis using broad bandpass spectral processing |
| WO1998019592A1 (en)* | 1996-11-01 | 1998-05-14 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Dialysis monitoring method and apparatus |
| DE19708216A1 (en)* | 1997-02-28 | 1998-09-03 | Dietze Werner Dipl Min | Photometric analysis instrument for sample testing |
| WO2000025663A1 (en)* | 1998-10-29 | 2000-05-11 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Apparatus and method for determination of the adequacy of dialysis by non-invasive near-infrared spectroscopy |
| US20040204634A1 (en)* | 2003-04-09 | 2004-10-14 | Womble M. Edward | Raman spectroscopic monitoring of hemodialysis |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2288327B1 (en) | 2008-12-01 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Wearable and flexible electronics for continuous molecular monitoring | |
| ES2401046T3 (en) | Synchronized analyte test system | |
| Yamaguchi et al. | Noninvasively measuring blood glucose using saliva | |
| ES2445700T3 (en) | Non-invasive method to estimate the variation of a person's blood glucose level and apparatus for carrying out the method | |
| ES2572775T3 (en) | Device for the extraction of body fluids | |
| KR100755079B1 (en) | Biological signal measuring device | |
| ES2385432T3 (en) | Device and procedure for transcutaneous determination of blood gases | |
| CN110477861A (en) | To ensure the sweat sensing in a manner of time sequencing | |
| US10888244B2 (en) | Sweat sensing with chronological assurance | |
| WO2021216614A1 (en) | A wearable patch for continuous analysis of sweat at a naturally secreting rate | |
| KR102392948B1 (en) | Blood Glucose Index Calculation Method of Non-invasive Type and Non-invasive Blood Glucose Index Measurement System Thereof | |
| US20220175280A1 (en) | Detection of biomarkers in sweat | |
| Ben Mohammadi et al. | Clinical performance of a low cost near infrared sensor for continuous glucose monitoring applied with subcutaneous microdialysis | |
| Mishra et al. | A review: Recent advancements in sensor technology for non-invasive neonatal health monitoring | |
| Cattini et al. | On the development of an instrument for in-line and real-time monitoring of blood-pH in extracorporeal circulation | |
| Rabiee | Wearable MOF biosensors: A new frontier in real-time health monitoring | |
| ES2288327B1 (en) | QUANTIFICATION AND DETERMINATION OF UREA THROUGH NON INVASIVE TECHNIQUES AND ITS APPLICATION IN THE TREATMENT OF HEMODIALISIS. | |
| Madhvapathy et al. | Implantable bioelectronics and wearable sensors for kidney health and disease | |
| EP1331873A1 (en) | Monitoring of total ammoniacal concentration in blood | |
| Mendelson et al. | Noninvasive transcutaneous monitoring of arterial blood gases | |
| CN112165896A (en) | Method for detecting the amount of NO (nitric oxide) produced by a test object and device for carrying out said method | |
| US20150164395A1 (en) | Apparatus | |
| Tremper et al. | Pulse oximetry and oxygen transport | |
| JPS6331638A (en) | Non-invasive biochemical substance measuring device | |
| Fernandes et al. | An osmotic pressure sensor for monitoring the level of hydration in biological fluids |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published | Date of ref document:20080101 Kind code of ref document:A1 | |
| FG2A | Definitive protection | Ref document number:2288327B1 Country of ref document:ES | |
| FA2A | Application withdrawn | Effective date:20091124 |