Tratamiento del agua para sistemas de hemodiálisis

El agua de alta calidad es fundamental para una hemodiálisis segura. Durante la hemodiálisis, la sangre del paciente circula por un dializador donde se expone a una membrana semipermeable. Al otro lado de esta membrana fluye un dializado cuidadosamente preparado que contiene agua tratada con un nivel excepcionalmente alto. Mediante transporte difusivo y convectivo, los desechos disueltos y las toxinas pasan de la sangre al dializado, al tiempo que se equilibran los electrolitos esenciales. El agua utilizada en este proceso no es agua potable ordinaria. El agua ultrapura necesaria para la hemodiálisis se produce mediante una secuencia de pasos de tratamiento diseñados para eliminar las sales disueltas, los compuestos orgánicos, los desinfectantes como las cloraminas, las partículas y los contaminantes microbianos. Sin ese tratamiento, las impurezas podrían atravesar la membrana y entrar en el torrente sanguíneo del paciente, provocando hemólisis, inflamación sistémica o incluso la muerte. El proceso implica que el agua de alimentación municipal entre en una cadena de pretratamiento para eliminar los contaminantes gruesos, seguida de etapas de pulido como la ósmosis inversa (OI), la desionización (DI) y la ultrafiltración, que producen un agua de conductividad y carga microbiana extremadamente bajas.

Más allá de la simple producción de agua limpia, el sistema de tratamiento de agua debe ofrecer fiabilidad y protección contra las variaciones en la calidad de la alimentación. Los hospitales y centros de diálisis suelen utilizar varias máquinas al mismo tiempo, con necesidades de caudal que oscilan entre unos cientos de litros por hora y varios miles. Si la calidad del suministro municipal cambia repentinamente debido a roturas en las tuberías o a episodios de hipercloración, existe el riesgo de que el cloro o la cloramina penetren en el agua producida. Los operadores controlan continuamente la resistividad, el cloro total, los sólidos disueltos totales y el recuento microbiano para detectar tales cambios. Un tratamiento adecuado repercute directamente en el valor del negocio al reducir el tiempo de inactividad, evitar costosos daños en los dializadores y prevenir reacciones adversas en los pacientes. Una eliminación inadecuada de aluminio puede provocar osteodistrofia, una eliminación insuficiente de cloramina puede causar anemia hemolítica y la contaminación por bacterias o endotoxinas puede desencadenar reacciones pirogénicas. Por lo tanto, el proceso de tratamiento del agua interviene antes de la máquina de diálisis para mitigar estos riesgos, proporcionando una base estable y segura para la terapia del paciente.

Un tren de tratamiento de agua para hemodiálisis suele combinar estas tecnologías en una secuencia cuidadosamente diseñada. Las etapas de pretratamiento, como la filtración multimedia, el ablandamiento y el carbón activado, protegen las membranas de ósmosis inversa de las incrustaciones y los ataques químicos. La ósmosis inversa se encarga principalmente de eliminar los contaminantes iónicos y orgánicos disueltos, mientras que la desionización y la ultrafiltración pulen el permeado para alcanzar las especificaciones de baja conductividad y endotoxinas. La irradiación ultravioleta y la desinfección periódica térmica o con ozono evitan la colonización microbiana en los sistemas de almacenamiento y distribución, que puede provocar la formación de biopelículas y la liberación de endotoxinas. Cada componente aborda clases específicas de contaminantes; juntos proporcionan redundancia y barreras múltiples. Por ejemplo, los lechos de carbón dobles protegen contra la penetración del cloro incluso si se agota un depósito, mientras que la ósmosis inversa de dos pasos o la ósmosis inversa seguida de desionización garantizan la eliminación de solutos cargados y neutros. La cuidadosa integración de estos sistemas garantiza la fiabilidad y el cumplimiento de las estrictas normas del agua de diálisis.

Principales parámetros de calidad del agua controlados

Controlar la calidad del agua producida para hemodiálisis es una actividad continua y disciplinada. Los operadores se centran en los parámetros químicos que influyen en la seguridad del paciente y la longevidad del equipo. La conductividad y la resistividad proporcionan información rápida sobre el contenido iónico general. Los medidores de conductividad miden la facilidad con la que el agua puede transportar una corriente eléctrica; los valores más bajos indican menos iones disueltos. Normalmente, la conductividad del agua después de una operación de ósmosis inversa debe ser inferior a 10 µS/cm y la del agua después de una operación de desinfección suele ser inferior a 1 µS/cm. Los resistivímetros, la inversa de la conductividad, muestran valores superiores a 0,1 MΩ-cm para el permeado de OI y superiores a 1,0 MΩ-cm para el agua pulida. Las alarmas continuas de resistividad garantizan que se detecte inmediatamente cualquier aumento del contenido iónico, quizá por agotamiento de un lecho de intercambio iónico o rotura de la membrana. La dureza, definida por la concentración de calcio y magnesio, se mantiene por debajo de 4 mg/l para evitar la formación de incrustaciones. El pH se controla para que se mantenga entre 6,5 y 8,5, ya que los valores extremos pueden dañar las membranas o provocar alteraciones electrolíticas en el paciente. Cada uno de estos parámetros se mide con sensores en línea o mediante análisis en banco, y se registran las tendencias para identificar los primeros signos de deterioro del sistema.

El control microbiológico y de endotoxinas es igualmente importante. Se realizan pruebas mensuales de recuento total viable (TVC) en el agua de producto y en el dializado utilizando medios con pocos nutrientes como el agar 2A de Reasoner, con niveles de acción convencionales de 50 UFC/mL y límites máximos de 100 UFC/mL. Para los centros que producen dializado ultrapuro, el objetivo es <0,1 UFC/mL. Las endotoxinas se miden con la prueba de lisado de amebocitos de Limulus (LAL), con un nivel típico permitido inferior a 0,25 EU/mL y un nivel de acción de 0,125 EU/mL. El control del cloro total o la cloramina es fundamental porque los desinfectantes residuales pueden provocar hemólisis. Utilizando kits de prueba DPD colorimétricos, el cloro total se analiza antes de cada cambio entre depósitos de carbono, asegurándose de que los niveles se mantienen por debajo de 0,1 mg/L, tomándose medidas si las lecturas superan los 0,05 mg/L. La temperatura y la velocidad del flujo en el circuito de distribución se controlan continuamente porque las condiciones de estancamiento o tibieza favorecen el crecimiento de biopelículas. Las instalaciones registran las temperaturas para garantizar que la recirculación se mantiene entre 20 y 25 °C durante el funcionamiento y alcanza los 80 °C durante la desinfección térmica. Estos datos se incorporan a los programas de mantenimiento preventivo que ajustan los programas de retrolavado, los cambios del depósito de carbón y los ciclos de desinfección.

Consideraciones sobre el diseño y la aplicación

El diseño de un sistema de tratamiento de agua para hemodiálisis comienza con una evaluación cuidadosa de la calidad y la demanda del agua de alimentación. El agua municipal puede variar mucho en dureza, cloro residual, contenido microbiológico y temperatura estacional. Los ingenieros toman muestras del agua durante varias semanas para conocer las condiciones más desfavorables. Basándose en estos datos, dimensionan los componentes de pretratamiento, como los filtros multimedia y los descalcificadores, para gestionar los picos de caudal manteniendo el tiempo de contacto. Los cálculos hidráulicos garantizan tiempos de contacto adecuados del lecho vacío en los depósitos de carbón para eliminar completamente la cloramina; normalmente, de 10 a 15 minutos con el caudal de diseño. Los diseñadores también tienen en cuenta la redundancia; dos lechos de carbono en serie garantizan que si el primero se agota, el segundo proporciona protección. Los sistemas de ósmosis inversa suelen configurarse como unidades de dos pasos para lograr un mayor rechazo y permitir el mantenimiento sin detener la producción. La decisión de incluir o no la desionización en lecho mixto depende de los requisitos locales de resistividad y de los costes. El bucle de distribución se diseña como un sistema de recirculación continua con materiales resistentes a la corrosión, como el PVC de calidad médica o el acero inoxidable, y con un mínimo de tramos muertos para desalentar la formación de biopelículas.

El diseño del sistema se basa en el cumplimiento de normas reconocidas. La norma ANSI/AAMI/ISO 13959 especifica los límites químicos para el agua de diálisis, mientras que la ANSI/AAMI/ISO 26722 define los requisitos para los equipos de tratamiento del agua. Estos documentos guían la selección de materiales, la instrumentación y los procedimientos de validación. Los centros también deben cumplir la norma ISO 23500 para la gestión de la calidad de los líquidos para hemodiálisis y terapias asociadas. En el contexto europeo, la norma EN 15187 orienta sobre el tratamiento y la distribución de agua para hemodiálisis. Los diseñadores incorporan puertos de muestreo en puntos estratégicos (después del pretratamiento, después de la ósmosis inversa, al final de los circuitos de distribución y en las entradas de las máquinas de diálisis) para facilitar las pruebas de conformidad. Los manómetros instalados en los filtros y las membranas permiten a los operarios controlar la presión diferencial y detectar el ensuciamiento. Los medidores de conductividad y resistividad están situados aguas abajo de las barreras críticas y disponen de alarmas que activan la parada del sistema si se superan los umbrales de calidad. El registro automatizado de datos ayuda a demostrar el cumplimiento durante las auditorías de los organismos reguladores. El diseño del sistema también tiene en cuenta futuras ampliaciones; mediante la incorporación de skids modulares de ósmosis inversa y bombas con colectores, los centros pueden aumentar su capacidad sin necesidad de grandes reconfiguraciones.

Las consideraciones van más allá de la selección del equipo. El dimensionamiento del tanque de almacenamiento, si se utiliza uno, requiere equilibrar el volumen para satisfacer la demanda a corto plazo con el deseo de minimizar la edad del agua y el estancamiento. Algunos centros evitan por completo los depósitos utilizando sistemas de alimentación directa, en los que el agua fluye directamente a las máquinas de diálisis, lo que reduce el riesgo de crecimiento de biopelículas. Cuando se utilizan depósitos, éstos están equipados con protección contra desbordamientos, filtros de ventilación hidrófobos y bolas de pulverización sanitarias para su limpieza. La selección de la instrumentación prioriza la fiabilidad y la facilidad de calibración; por ejemplo, sondas de pH con compensación automática de temperatura y resistivímetros con rutinas de calibración de soluciones estándar incorporadas. Los sistemas de control integran sensores, válvulas y bombas en una plataforma de automatización coherente que puede alternar entre los modos de funcionamiento y desinfección. Un sistema bien diseñado también tiene en cuenta elementos de seguridad como válvulas de cierre a prueba de fallos que aíslan las máquinas cuando se produce una irrupción de cloro. Las consideraciones ergonómicas, como grifos de muestreo accesibles y un etiquetado claro, favorecen un manejo seguro por parte del personal clínico, que puede no ser experto en el tratamiento del agua. Por último, el análisis del coste del ciclo de vida influye en decisiones como la de invertir en desinfección térmica frente a desinfección química, ya que los costes energéticos y los requisitos de manipulación de productos químicos difieren considerablemente.

Funcionamiento y mantenimiento

El funcionamiento de un sistema de tratamiento de agua para diálisis requiere una supervisión rigurosa y el cumplimiento de los programas de mantenimiento. Cada paso del pretratamiento debe funcionar correctamente para proteger los componentes aguas abajo. Los operarios realizan comprobaciones diarias de la presión del agua de entrada, la temperatura y los niveles de cloramina. Si los niveles de cloro libre o cloro total se acercan a 0,05 mg/l entre los lechos de carbón, se preparan para cambiar o regenerar el carbón. Los depósitos de salmuera del ablandador se inspeccionan y se reponen con gránulos de sal semanalmente, y las pruebas de dureza verifican que la dureza del efluente se mantiene por debajo de 4 mg/L. Las unidades de ósmosis inversa requieren un control de las presiones de entrada y de concentrado; una presión diferencial superior al 20% de la presión de referencia sugiere un ensuciamiento de la membrana. Los operadores miden el caudal de permeado y calculan la recuperación para garantizar un rendimiento dentro del rango de diseño; los valores típicos de recuperación se sitúan en torno al 75%. La limpieza química rutinaria de las membranas de ósmosis inversa se programa cada tres a seis meses en función de los índices de ensuciamiento. Los desionizadores de lecho mixto se controlan mediante resistivímetros; cuando la resistividad cae por debajo de 0,1 MΩ-cm, se inicia la regeneración o sustitución de la resina. Los filtros, como los cartuchos de profundidad o los ultrafiltros, se sustituyen a intervalos mensuales o trimestrales en función de las recomendaciones del fabricante y de los resultados de las pruebas.

Los protocolos de desinfección son cruciales para controlar la proliferación microbiana. Las instalaciones aplican ciclos mensuales de desinfección por calor en los que el agua del producto se calienta a 80 °C y se hace circular por el circuito de distribución durante varias horas. Cuando el calor no resulta práctico, se emplea la desinfección química con ácido peracético, hipoclorito sódico u ozono, garantizando que el tiempo de contacto y la concentración logren la reducción logarítmica necesaria de bacterias y endotoxinas. En algunos centros, la desinfección con ozono se realiza semanalmente para mantener baja la acumulación de biopelículas. Después de la desinfección, los operadores lavan el sistema a fondo y verifican que los niveles residuales de desinfectante estén por debajo de 0,1 mg/L antes de reanudar la diálisis. Los registros de mantenimiento documentan cada desinfección, cambio de filtro, limpieza de la membrana y resultado de las pruebas. La calibración periódica de los sensores garantiza la exactitud de los datos; por ejemplo, los medidores de conductividad se calibran utilizando patrones trazables anuales, y las sondas de pH se calibran diaria o semanalmente en función de la deriva. La formación del personal es continua; aprenden a interpretar las condiciones de alarma, a solucionar problemas y a responder a emergencias como la irrupción del cloro o la contaminación microbiana. Cuando las alarmas indican una posible contaminación, los procedimientos exigen la interrupción inmediata de la diálisis y el cambio a una fuente de agua alternativa o el aplazamiento de los tratamientos hasta que las medidas correctoras restablezcan la seguridad.

Retos y soluciones

El tratamiento del agua para hemodiálisis presenta numerosos retos técnicos y operativos. Problema: La calidad variable del agua de alimentación puede saturar los sistemas de pretratamiento. Los suministros municipales pueden fluctuar en turbidez, temperatura y concentración de cloramina, especialmente durante los cambios estacionales o los eventos de desinfección. Solución: Los ingenieros diseñan el pretratamiento con capacidades conservadoras e instalan sensores en tiempo real para detectar cambios repentinos. Disponer de dos lechos de carbón con suficiente tiempo de contacto con el lecho vacío proporciona resistencia frente a los picos de cloramina. Durante los episodios de hipercloración, los operarios aumentan la frecuencia de supervisión y realizan muestreos de carbono más frecuentes para detectar las fugas antes de la exposición de los pacientes. La incorporación de alarmas vinculadas a las mediciones de cloro total garantiza una respuesta inmediata.

La formación de biopelículas en los circuitos de distribución plantea otro problema persistente. Problema: el agua caliente y estancada favorece que las bacterias se adhieran a las superficies de las tuberías y produzcan polímeros extracelulares que albergan endotoxinas y resisten la desinfección. Solución: Las instalaciones combaten este problema manteniendo una recirculación continua con velocidades de entre 1,5 y 1,5 metros por segundo. El uso de materiales lisos y no reactivos y la minimización de los puntos muertos reducen los lugares donde puede establecerse la biopelícula. La desinfección térmica u ozónica periódica quema las biopelículas en desarrollo y elimina las endotoxinas incrustadas. Los operarios también toman muestras de los puntos distales del bucle para verificar que los recuentos microbianos se mantienen por debajo de los niveles de acción y ajustan la frecuencia de limpieza en consecuencia.

La irrupción de contaminantes químicos es un tercer motivo de preocupación. Problema: El agotamiento de los descalcificadores, la resina DI o los lechos de carbón puede provocar picos de calcio, magnesio, sodio o cloramina en el agua producida. Solución: Mantener programas de regeneración adecuados, controlar la calidad del agua influente y efluente y tener a mano cartuchos de resina de repuesto permite una rápida sustitución. El uso de analizadores automáticos de dureza y monitores de cloro proporciona una supervisión continua. Cuando se detecta una ruptura, el sistema se pone en derivación o se interrumpe temporalmente el servicio hasta que se corrige el problema.

La fiabilidad de los equipos también supone un reto para los centros de diálisis. Problema: Las membranas de ósmosis inversa se ensucian o incrustan con el tiempo, lo que reduce el caudal de permeado y aumenta la conductividad. Solución: El mantenimiento preventivo, que incluye la limpieza rutinaria de las membranas y la sustitución de los filtros de pretratamiento antes de que la presión diferencial aumente excesivamente, prolonga la vida útil de las membranas. Los operadores realizan un seguimiento de los indicadores clave de rendimiento, como la caída de presión y el rechazo de sales, para programar las intervenciones de forma proactiva. La actualización a membranas de alto flujo o el empleo de dosificación de antiincrustante también pueden reducir los índices de ensuciamiento.

Por último, la dotación de personal y la formación plantean problemas. Problema: es posible que los técnicos de diálisis no reciban una formación exhaustiva sobre el tratamiento del agua y, sin embargo, sean responsables de controlar parámetros críticos. Solución: Establecer programas de formación exhaustivos, utilizar procedimientos operativos estándar claros y ofrecer formación continua mejoran la competencia. Algunas instalaciones adoptan sistemas de control automatizados con interfaces intuitivas que guían a los operadores a través de las comprobaciones necesarias. Los sistemas de control remoto envían alertas a los supervisores o proveedores cuando los parámetros se desvían, lo que garantiza que los problemas se aborden con prontitud. Al reconocer estos retos y aplicar soluciones específicas, los centros de diálisis mantienen una calidad del agua segura y fiable.

Ventajas y desventajas

Proporcionar agua ultrapura para hemodiálisis tiene claras ventajas que justifican la inversión en sofisticados sistemas de tratamiento. El mayor beneficio es la seguridad del paciente; la eliminación de contaminantes químicos evita reacciones agudas como la hemólisis, las enfermedades óseas y el deterioro neurológico. Unos niveles más bajos de microbios y endotoxinas reducen las respuestas inflamatorias crónicas y mejoran los resultados de los pacientes. Otra ventaja es la protección de las máquinas y membranas de diálisis; el agua de alta calidad minimiza las incrustaciones, el ensuciamiento y la corrosión, prolongando así la vida útil de los equipos y reduciendo los costes de mantenimiento. La alta calidad del agua también contribuye al cumplimiento de la normativa, ayudando a los centros a cumplir los estándares nacionales y evitar sanciones. Desde el punto de vista operativo, los sistemas bien diseñados pueden proporcionar redundancia y reducir el tiempo de inactividad, lo que permite a los centros mantener los programas incluso durante las fluctuaciones del agua de alimentación o los fallos de los componentes.

También hay que tener en cuenta algunos inconvenientes. El coste de capital de equipos como los sistemas de ósmosis inversa de dos pasos, las unidades de desinfección por calor y la instrumentación de control puede ser considerable, sobre todo para las clínicas pequeñas. Los costes operativos incluyen la energía para el bombeo y la calefacción, consumibles como filtros y resina, y productos químicos para la desinfección. Los sistemas requieren personal cualificado para su funcionamiento y mantenimiento, lo que aumenta los costes de mano de obra. La desinfección, si no se gestiona con cuidado, puede contribuir a la degradación de los equipos; los ciclos repetidos de alta temperatura o los oxidantes fuertes pueden acortar la vida de los plásticos y las juntas. Además, la producción de agua ultrapura genera flujos de residuos concentrados que devuelven al alcantarillado las sales y productos químicos rechazados, lo que puede tener implicaciones medioambientales. Aunque estas desventajas son reales, normalmente se ven compensadas por la necesidad de ofrecer tratamientos de diálisis seguros.

Preguntas frecuentes

Pregunta: ¿Por qué es tan importante la pureza del agua en hemodiálisis?

Respuesta: La hemodiálisis expone a los pacientes a cientos de litros de agua cada semana a través del dializador. Los contaminantes presentes en el agua no tratada pueden atravesar la membrana del dializador y entrar en el torrente sanguíneo. Incluso niveles bajos de sustancias químicas como las cloraminas o el aluminio pueden provocar reacciones hemolíticas o enfermedades óseas. Los microorganismos y las endotoxinas pueden desencadenar fiebre, inflamación y sepsis. Dado que los riñones de los pacientes no pueden filtrar estas sustancias, la calidad del agua debe superar las normas del agua potable para garantizar un tratamiento seguro.

Pregunta: ¿Con qué frecuencia deben analizarse los niveles de cloro o cloramina en el agua de diálisis?

Respuesta: El cloro total (la suma del cloro libre y la cloramina) debe analizarse antes de cada turno de diálisis, normalmente cada cuatro horas cuando los tratamientos funcionan de forma continua. Las muestras se toman entre el primer y el segundo lecho de carbón utilizando kits de pruebas colorimétricas DPD. Si los niveles superan los 0,05 mg/L, se toman medidas de inmediato, como sustituir el carbón o posponer el tratamiento, para evitar la exposición del paciente a los desinfectantes residuales.

Pregunta: ¿Cuál es la diferencia entre la ósmosis inversa y la desionización en el tratamiento del agua para diálisis?

Respuesta: La ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable para eliminar iones disueltos, sustancias orgánicas y microorganismos bajo presión, rechazando la mayoría de los contaminantes y produciendo un permeado de baja conductividad. La desionización utiliza resinas de intercambio iónico para sustituir los cationes y aniones del agua por iones de hidrógeno e hidróxido, con lo que se consigue un agua más pura. La ósmosis inversa es la principal barrera para eliminar los contaminantes a granel y es esencial para proteger a los pacientes de una amplia gama de impurezas, mientras que la desionización es un paso de pulido opcional que puede utilizarse cuando se desea una conductividad extremadamente baja.

Pregunta: ¿Cómo controlan las instalaciones la proliferación de bacterias y endotoxinas en los circuitos de distribución?

Respuesta: Las instalaciones emplean la recirculación continua con velocidades de flujo elevadas para evitar el estancamiento. Los materiales de los bucles se eligen de forma que resistan la formación de biopelículas, y se realiza una desinfección periódica mediante calor o agentes químicos. La ultrafiltración y la irradiación ultravioleta en puntos estratégicos también reducen la carga microbiana. El muestreo periódico de los puntos distales del bucle proporciona pruebas del control y, cuando los recuentos se acercan a los niveles de acción, se aumenta la frecuencia de desinfección para restablecer la estabilidad microbiana.

Pregunta: ¿Qué ocurre si falla el sistema de tratamiento del agua durante los tratamientos de diálisis?

Respuesta: Los sistemas modernos incorporan alarmas y válvulas de cierre automático para evitar que llegue agua contaminada a los pacientes. Si los sensores de conductividad o cloro detectan un fallo, el sistema deja de suministrar agua a las máquinas de diálisis y se interrumpen los tratamientos. Las clínicas suelen tener planes de contingencia, como almacenar volúmenes de reserva de agua de gran pureza o conectar unidades portátiles de ósmosis inversa, para completar los tratamientos urgentes. A continuación se inspecciona el sistema, se sustituyen o regeneran los componentes y se revalida la calidad del agua antes de reanudar las operaciones.

Ejemplo de cálculo

Para ilustrar un cálculo práctico relevante para el tratamiento del agua de hemodiálisis, consideremos la determinación del caudal de permeado en función de la recuperación en un sistema de ósmosis inversa de dos pasos. Si el primer paso funciona al 75 % de recuperación y el caudal de alimentación es de 800 L/h, el caudal de permeado se calcula mediante la fórmula de recuperación (permeado = alimentación × recuperación). Introduciendo los valores en esta fórmula se obtiene un caudal de permeado de 600 L/h.