Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

מערכת מסכת שאיפה חדשנית כדי לספק ריכוזים גבוהים של גז תחמוצת החנקן בנבדקים נושמים באופן ספונטני

Published: May 4, 2021 doi: 10.3791/61769
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 2, 1, 1
1Department of Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, 2Division of Pediatric Critical Care Medicine, Department of Pediatrics, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, 3Respiratory Care, Massachusetts General Hospital

Summary

התקן מערכת פשוט וניתן להתאמה גבוהה זה לשאיפת תחמוצת החנקן בריכוז גבוה (NO) גז אינו דורש מנשמים מכניים, לחץ חיובי או זרמי גז גבוהים. חומרים מתכלים רפואיים סטנדרטיים ומסכה צמודה משמשים להעברת גז בבטחה לנבדקים נושמים באופן ספונטני.

Abstract

תחמוצת החנקן (NO) מנוהל כגז לשאיפה כדי לגרום vasodilation ריאתי סלקטיבי. זהו טיפול בטוח, עם מעט סיכונים פוטנציאליים גם אם מנוהל בריכוז גבוה. אין גז בשאיפה משמש באופן שגרתי להגברת חמצון מערכתי בתנאי מחלה שונים. הממשל של ריכוזים גבוהים של NO מפעיל גם אפקט virucidal במבחנה. בשל הפרופילים הפרמקודינמיים והבטיחותיים החיוביים שלה, ההיכרות בשימוש בו על ידי ספקי טיפול קריטיים והפוטנציאל לאפקט ארסידאלי ישיר, NO משמש קלינית בחולים עם מחלת קורונה-2019 (COVID-19). עם זאת, אין כיום מכשיר זמין לניהול NO בשאיפה בקלות בריכוזים הגבוהים מ-80 חלקים למיליון (ppm) בשברירי חמצן שונים בהשראה, ללא צורך בציוד ייעודי, כבד ויקר. פיתוח פתרון אמין, בטוח, זול, קל משקל וללא הנשמה הוא קריטי, במיוחד לטיפול מוקדם בחולים שאינם צנרור מחוץ ליחידה לטיפול נמרץ (טיפול נמרץ) ובתרחיש של משאבים מוגבלים. כדי להתגבר על מחסום כזה, פותחה מערכת פשוטה לניהול גז לא פולשני עד 250 ppm באמצעות חומרים מתכלים סטנדרטיים ותא ניקוי. השיטה הוכחה כבטוחה ואמינה בהעברת ריכוז NO שצוין תוך הגבלת רמות החנקן הדו-חמצני. מאמר זה נועד לספק לרופאים וחוקרים את המידע הדרוש כיצד להרכיב או להתאים מערכת כזו למטרות מחקר או שימוש קליני ב- COVID-19 או במחלות אחרות שבהן אין ממשל עשוי להועיל.

Introduction

אין טיפול בשאיפה משמש באופן קבוע כטיפול מציל חיים במספר הגדרות קליניות1,2,3. בנוסף לאפקט vasodilator ריאתי ידועשלה 4, NO מציג אפקט מיקרוביאלי רחב נגד חיידקים5, וירוסים6, ופטריות7, במיוחד אם מנוהל בריכוזים גבוהים (>100 ppm). 8 במהלך התפרצות תסמונת הנשימה החריפה החמורה (SARS) בשנת 2003, NO הראה פעילות אנטי ויראלית חזקה במבחנה והפגין יעילות טיפולית בחולים נגועים ב- SARS-Coronavirus (SARS-CoV)9,10. זן 2003 דומה מבחינה מבנית לסארס-קוב-2, הפתוגן האחראי על מגפת הקורונה הנוכחית 2019 (COVID-19)11. שלושה ניסויים קליניים אקראיים מבוקרים נמשכים בחולים עם COVID-19 כדי לקבוע את היתרונות הפוטנציאליים של נשימה בריכוז גבוה אין גז כדי לשפר את התוצאות12,13,14. במחקר מתמשך רביעי, שאיפה מניעתית של ריכוזים גבוהים של NO נחקרת כאמצעי מניעה נגד התפתחות COVID-19 אצל ספקי שירותי בריאות שנחשפו לחולים SARS-CoV-2-חיוביים15.

פיתוח טיפול יעיל ובטוח ל-COVID-19 נמצא בראש סדר העדיפויות של קהילות הבריאות והמדע. כדי לחקור את הממשל של אין גז במינונים > 80 ppm בחולים שאינם צנרור ועובדי בריאות מתנדבים, הצורך לפתח מערכת בטוחה ואמינה לא פולשנית התברר. טכניקה זו שואפת לנהל ריכוזי NO גבוהים בשברים שונים של חמצן השראה (FiO2) לנושאים נושמים באופן ספונטני. המתודולוגיה המתוארת כאן נמצאת כעת בשימוש למטרות מחקר בנשימה ספונטנית של חולי COVID-19 בבית החולים הכללי של מסצ'וסטס (MGH)16,17. בעקבות ההנחיות של ועדת האתיקה למחקר אנושי של MGH, המערכת המוצעת נמצאת כעת בשימוש כדי לערוך סדרה של ניסויים מבוקרים אקראיים כדי לחקור את ההשפעות הבאות של ריכוזים גבוהים של אין גז. ראשית, ההשפעה של 160 ppm אין גז נחקרת בנושאים שאינם צנרר עם COVID-19 מתון מתון, הודה או במחלקת החירום (פרוטוקול IRB #2020P001036)14 או כמו אשפוזים (פרוטוקול IRB #2020P000786)18. שנית, התפקיד של NO במינון גבוה נבדק כדי למנוע זיהום SARS-CoV-2 ופיתוח של תסמיני COVID-19 אצל ספקי שירותי בריאות באופן שגרתי חשוף SARS-CoV-2-חיובי חולים (פרוטוקול IRB # 2020P000831)19.

מכשיר פשוט זה ניתן להרכיב עם חומרים מתכלים סטנדרטיים המשמשים באופן שגרתי לטיפול נשימתי. המנגנון המוצע נועד לספק באופן לא פולשני תערובת של ללא גז, אוויר רפואי וחמצן (O2). שאיפת חנקן דו-חמצני (NO2)ממוזערת כדי להפחית את הסיכון לרעילות דרכי הנשימה. סף הבטיחות הנוכחי NO2 שנקבע על ידי הוועידה האמריקאית של שינניות תעשייתיות ממשלתיות הוא 3 ppm מעל ממוצע משוקלל זמן 8 שעות, ו 5 ppm הוא מגבלת החשיפה לטווח קצר. לעומת זאת, המכון הלאומי לבטיחות ובריאות תעסוקתית ממליץ על 1 ppm כמו מגבלה קצרת טווח שלחשיפה 20. בהתחשב בהתעניינות הגוברת בטיפול בגז NO במינון גבוה, הדו"ח הנוכחי מספק את התיאור הדרוש של מכשיר חדשני זה. זה מסביר כיצד להרכיב את מרכיביו כדי לספק ריכוז גבוה של NO למטרות מחקר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: עיין בטבלת החומרים עבור החומרים הדרושים להרכבת מערכת המסירה. מקורות של אוויר רפואי, O2, ולא גזים צריך להיות זמין גם באתר. המכשיר פותח לשימוש בחקירה בפרוטוקולי מחקר עברו בדיקה קפדנית על ידי הוועדה המקומית לבדיקה מוסדית (IRB). בשום פנים ואופן אין לספקים לפעול אך ורק על סמך האינדיקציות הכלולות בכתב יד זה, הרכבה ושימוש במכשיר זה מבלי לבקש אישור רגולטורי מוסדי מתאים מראש. החל מהקצה הפרוקסימלי של ההתקן, הרכיבו את החלקים בסדר הבא(איור 1).

1. בניית ממשק המטופל

  1. קח מסכת פנים אוורור תואמת, סטנדרטית ולא פולשנית בגודל המתאים לנושא.
  2. חבר את יציאת המרפק המובנית של המסכה לאוויר חלקיקי בעל יעילות גבוהה (מסנן חיידקי/ויראלי הידרופובי במיוחד, HEPA class 13) דרך המסנן בקוטר החיצוני של 22 מ"מ (O.D.) מחבר קוטר פנימי (I.D. ) בקוטר פנימי /15 מ"מ.
  3. (אופציונלי) כדי להקל על תנועת הנבדק ולהפחית את הסיכון לניתוק, הוסף צינור O.D. x 22 מ"מ O.D./15 מ"מ (אורך 5 ס"מ-6.5 ס"מ) מחבר מטופל גמיש לצינור אנדוטראצ'ל או קנה הנשימה בין ממשק המסכה למסנן HEPA.
    הערה: לעשות כל מאמץ כדי למנוע דליפה של ממשק המסכה. "קצה המטופל" של המכשיר יכול גם להיות מורכב שופר. יש להוסיף קליפ אף בתצורה כזו.

2. בניית Y-חתיכה והכנת אספקת O2

  1. יש לקחת מחבר 22 מ"מ עד 22 מ"מ ו-15 F Y-piece עם יציאות 7.6 מ"מ. צור את הגפיים התפוגה והמעוררות השראה של המעגל בשני הקצוות הדיסטליים של ה- Y דרך שני שסתומים הפוכים, התנגדות נמוכה, זכר / נקבה 22 מ"מ, חד כיווניים.
    1. איבר תפוגה: בקצה אחד של Y-חתיכה, למקם את מחבר שסתום חד כיווני המאפשר זרימה פרוקסימלית-דיסטלית בלבד (חץ מצביע כלפי מטה).
    2. איבר מעורר השראה: בצד השני של Y-piece, חבר שסתום חד-כיווני המאפשר זרימה דיסטלית לפרוקסאלית בלבד (חץ מצביע כלפי מעלה).
  2. חבר את הקצה הפרוקסימלי של ה- Y למסנן HEPA.
  3. באמצעות צינורות גז ויניל סטנדרטיים ועמידים בפני קינק עם מתאמים אוניברסליים בשני קצותיה, חברו את מקור ה-O2 לאיבר מעורר ההשראה של ה-Y-piece. בחר צינורות באורך המתאים בהתחשב במרחק בין המטופל למקור הגז.
    הערה: מחבר Y-piece חייב להיות בעל יציאת דגימה על הגפה מעוררת ההשראה. אם לא, יש להשתמש במחבר ישר נוסף עם יציאת דגימה כדי לספק O2.

3. בנייה וחיברגה של תא הנבלות

  1. חבר גומי סיליקון 22 מ"מ x 22 מ"מ, מתאם מחבר גמיש לקצה הפרוקסימלי של תא נבלות (קוטר פנימי = 60 מ"מ, אורך פנימי = 53 מ"מ, נפח = 150mL) המכיל 100 גרם סידן הידרוקסיד (Ca(OH)2).
  2. חברו 15 מ"מ O.D. x 22 מ"מ O.D./ 15 מ"מ זהה, 5 ס"מ-6.5 ס"מ, גמיש, צינור גלי למתאם גומי סיליקון.
  3. חבר עוד גומי סיליקון 22 מ"מ x 22 מ"מ, מתאם מחבר גמיש לקצה הדיסטלי של הנבלות.
  4. הוסיפו את תא הנבלות ואת הרכב הצינורות לאיבר מעורר ההשראה של ה-Y בעזרת מתאם דו-שלבי בגודל 15 מ"מ-22 מ"מ.

4. בנייה וחיבר של מערכת מאגר NO

  1. הרכיבו תיק נשימה נטול לטקס ב-3 ליטר ומחבר מרפק של 90° ללא יציאות (מזהה 22 מ"מ x 22 מ"מ).
  2. חבר את הקצה השני של המרפק לפתיחה המרכזית של תרסיס T-piece (יציאות אופקיות 22 מ"מ O.D., יציאה אנכית 11 מ"מ זהה / 22 מ"מ O.D.).
  3. חברו את ה-T-piece לקצה הדיסטלי של תא הנבלות על-ידי קידומו עד שהוא יתאים למחבר גומי הסיליקון בחוזקה.

5. בניית מערכת אספקת האוויר וה-NO והרפואה

  1. בנה את מערכת אספקת גזי האוויר NO/Air על-ידי הצמדת שני מחברי O.D. 15 מ"מ רצופים של 15 מ"מ x 15 מ"מ I.D./22 מ"מ O.D. עם יציאות דגימה של 7.6 מ"מ וכותאות הפוכות.
    הערה: לאחר הסרת המכסים, הגישות לדגימה יפעלו כיציאות כניסת גז.
  2. בקצה הדיסטלי של מערכת אספקת האוויר NO/, חבר שסתום השראה חד כיווני נוסף (חץ מצביע כלפי מעלה).
  3. בקצה הפרוקסימלי של מערכת אספקת האוויר NO/, חבר מתאם דו-שלב בגודל 15/22 מ"מ.
  4. חבר את המתאם הדו-שלבית הפרוקסימלי ל- Inlet החינמי הנותר של ה- T-piece הירוק ממערכת המאגר NO.

6. חברו את קווי זרימת האוויר והגז ללא באמצעות צינורות גז ויניל ויניל סטנדרטיים, עמידים בפני קינק, לים-לומן עבור השלבים הבאים.

  1. חבר אוויר רפואי לנמל מפרצון הגז הדיסטלי ביותר.
  2. חבר לא גז ממיכל NO ברמה רפואית של 800 ppm (גלילי אלומיניום בגודל AQ המכילים 2239 ליטר של 800 ppm של גז ללא טמפרטורה ולחץ סטנדרטיים, מאוזן עם חנקן; נפח מועבר 2197 L) לנמל הבא במורד הזרם.
    הערה: צינורות חייבים להיות באורך המתאים כדי להגיע למקורות הגזים בנוחות. טנקים שונים או גנרטורים של NO יכולים לשמש כמקורות גז.

7. שימוש בנבדקים נושמים באופן ספונטני

  1. הגדר את האוויר, O2, ולא זרימת גז על פי הריכוז הרצוי FiO2 ולא.
    הערה: תעריפי הזרימה המומלצים לניהול NO ב- 80, 160 או 250 ppm מפורטים בטבלה 1 (חלה על צילינדרים של 800 ppm בלבד).
  2. מקם את המסכה ההדוקה על פניו של המטופל, בדומה להתקנת ממשק אוורור לא פולשני.
  3. התחל את הפעלת השאיפה למשך הרצוי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מטפל נשימתי בן 33 שעבד בטיפול נמרץ ב-MGH במהלך גל האשפוז בטיפול נמרץ ל-COVID-19 התנדב לקבל לא כחלק מהניסוי שבו היו מעורבים עובדי מערכת הבריאותבני 15–19. הניסוי בדק את היעילות של 160 ppm של NO כסוכן virucidal, ובכך למנוע התרחשות המחלה בריאות בסיכון לזיהום ויראלי. המפגש הראשון של מניעת השאיפה נוהל לפני תחילת משמרת דרך המכשיר המתואר במשך 15 דקות. למטרות מחקר, ריכוזים של לא בשאיפה, NO2, ו O2 נמדדו ברציפות. לא ניתן גז ב 3.5 ליטר / דקה ממיכל דלק 800 ppm מעורבב עם אוויר בקצב זרימה של 15 L / min וקצב זרימת O2 של 1 L / min כדי לשמור על FiO2 ב 21%.

ריכוז NO וכתוצאה מכך היה 160 ppm בקצב זרימת גז כולל של 19.5 ליטר / דקה, נמדד על ידי שלושה 15 L / min זרימה סטנדרטיים. רוויית חמצן (SpO2), מתמוגלובין (MetHb), וקצב הלב היו במעקב רציף. SpO2 נשאר יציב בסביבות 97%. מטהאב הגיעה לשיא של 2.3% במהלך ה-NO לפני שחזרה במהירות לשווי הבסיס עם השעיית הגז. הנושא לא חווה תופעות לוואי במהלך הפגישה או לאחריה. ריכוז ה-NO נותר יציב לאורך כל תקופת השאיפה. NO2 הגיע לשיא של 0.77 ppm ולכן היה בבטחה מתחת לסף הרעילות המומלץ. חלק מייצג של האיתור המתועד של אותות NO ו- NO2 מתואר באיור 2.

Figure 1
איור 1: ייצוג גרפי של מכשיר המשלוח. הרכיבים הבודדים מסומנים באיור, כפי שצוין בטקסט ובטבלת החומרים. המערכת כוללת ארבעה חלקים עיקריים: ממשק המטופל; Y-חתיכה ואספקת חמצן; תא ניקוי; ומערכת NO מאגר ומערכת אספקת אוויר לא ואוויר רפואי. קיצורים: HEPA = אוויר מסוים יעילות גבוהה; לא = תחמוצת החנקן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: מעקב מייצג של ריכוזי NO ו- NO2 במהלך 160 ppm אין שאיפה אצל עובד בריאות בריא. קיצורים: NO = תחמוצת החנקן; NO2 = חנקן דו חמצני; ppm = חלקים למיליון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

יעד לא (ppm) FiO2 (%) הגדרת זרימה (L/min) נמדדמס' 2 (ppm)
לא O2 אוויר
80 21 1.67 1.28 15 0.32
30 1.89 3.28 15 0.32
40 2.21 7.24 15 0.37
160 21 3.87 1.78 15 0.81
30 4.38 4.31 15 1.05
40 5.38 9.59 15 1.2
250 21 6.99 2.1 15 1.57
30 9.1 7.3 15 2.35
40 11.91 17.4 15 2.61

טבלה 1: התקנה של NO, O2,וגז אוויר זורם. גז זורם כדי לספק יעד אין ריכוזים ב FiO 2 משתנה , כפי שנמדד עם סימולטורריאותבניסוי ספסל. NO, ו- O2 זרימה (ב L / min) נקבעו כדי לקבל יעד NO ריכוז מעורר השראה (80, 160, ו 250 ppm) ב FiOהרצוי 2 (21%, 30%, 40%). בכל סביבה נעשה שימוש בקצב זרימת אוויר רפואי קבוע (15 ליטר לדקה). נעשה שימוש ב-800 ppm לא נעשה שימוש ב-800 ppm ללא צילינדר מאוזן עם חנקן. קיצורים: L / min: L לדקה; לא: תחמוצת החנקן; NO2 = חנקן דו חמצני; FiO2: שבר של חמצן השראה, O2: חמצן; ppm: חלקים למיליון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בהתחשב בהתעניינות הגוברת בטיפול בגז ללא חולים שאינם צנרור, כולל אלה עם COVID-198, הדו"ח הנוכחי מתאר מכשיר מותאם אישית חדשני וכיצד להרכיב את הרכיבים שלה כדי לספק לא בריכוזים גבוהים ככל 250 ppm. המערכת המוצעת בנויה ממתכלים זולים ומספקת בבטחה ריכוז רבייה של אין גז בחולים מונשמים באופן ספונטני. קלות ההרכבה והשימוש, יחד עם נתוני הבטיחות שפורסמו במקומות אחרים16,17, הופכים את המערכת הזו להתגלמות האידיאלית לניהול ריכוז גז NO גבוה ב- FiO2 משתנה בחולים שאינם צנרר. המתודולוגיה המתוארת כאן נמצאת כעת בשימוש ב- MGH כדי לחקור את ההשפעה של ריכוזים גבוהים של NO לטיפול, או למנוע, COVID-1914,18,19. ניתן להתאים את השיטה בהתבסס על הזמינות המקומית של חומרים מתכלים ספציפיים, אשר עשויים להיות שונים במותג ובגודל מאלה המתוארים כאן. עם זאת, יש לבצע מספר צעדים קריטיים של הפרוטוקול.

אין לשנות את הרצף של כל קו אספקת גז, את תיק המאגר ואת השסתומים החד-כיווניים מכל סיבה שהיא. מסנן HEPA חייב להיות נוכח גם, במיוחד במקרה של סיכון כלשהו של פיזור ביו-תרסיס נגוע לסביבה. דליפות אוויר עלולות להשפיע על אספקת ריכוזי NO מתאימים. יש להקפיד על שימוש במסכות פנים ממוקמות בגודל המתאים ולהימנע מניתוק בכל נקודה של המערכת. הזמינות של תא נבלות עם לפחות הסכום המדווח (100 גרם) של Ca(OH)2 חיונית גם כדי למנוע הצטברות של NO2 ולהימנע היווצרות חומצה חנקתית על תגובה עם מים בריאות. Ca(OH)2 נבלות נועדה לעבור תגובת צבע כימית בעת הצריכה, מתפקד כאינדיקטור של תכונות הספיגה שיורית שלה. כדי להבטיח את היעילות של הנבלות בהפחתת רמות NO2, הרכיב צריך להשתנות כאשר שני שלישים של המיכל שינו צבע. בדיקות ספסל הראו כי NO2 נשאר מתחת 1 ppm במשך 60 הדקות הראשונות ומעולם לא עלה על 1.3 ppm גם לאחר 5 שעות של חשיפה ל 160 ppm NO17. סביר להניח שפגישות ארוכות מחמש שעות ידרשו לשנות את הנבלות.

במקרה צילינדר משמש כמקור של גז NO, יש לשים לב לריכוז NO המקומי במיכל, כפי שדווח על ידי היצרן. הגדרות הזרימה NO, air ו- O2 עבור צילינדר רגיל ללא בלחץ גבוה מדווחות (טבלה 1). השימוש צילינדרים עם ריכוזי גז שונים, או התקנים חלופיים לא לייצר21,22,23, ישפיע על הגדרות הזרימה הדרושות כדי לספק תערובות גז עם ריכוזי NO ו- O2 הרצויים. NO מדולל בחנקן כגז איזון ברוב הצילינדרים בלחץ גבוה. גבוה יותר את ריכוז NO, נמוך יותר הוא FiO2 נטו מנוהל למטופל אם לא תוספת O2 מתווסף לתערובת. יש לקחת בחשבון משחק הגומלין בין NO ל- FiO2, במיוחד כאשר NO מנוהל לחולה היפוקסי כבר, או תוך הערכת היעילות של NO במונחים של שיפור חמצון. העלייה SpO2 וכתוצאה מכך עשויה להיות קהה אם FiO2 אינו נשמר קבוע במהלך אין ממשל. חשוב לציין, אם אין תוספת O2 מנוהל, תערובת היפוקסית יכול להיווצר על ידי ערבוב NO במינון גבוה ואוויר.

לא יש פרופיל בטיחות חיובי מאוד. מחצית החיים הקצרה מאוד של המולקולה מגבילה עוד יותר את ההשפעות השליליות האפשריות המעטות. Methemoglobinemia הוא האיום החשוב ביותר, במיוחד בהגדרת חשיפה ממושכת במינון גבוה שבגללה רמות MetHb תמיד צריך להיות במעקב צמוד. MetHb נוצר בדם על נשימה לא על ידי חמצון של ברזל נוכח המוגלובין במחזור. מדידות ניתן להשיג באמצעות בדיקות דם מהירות או באופן לא פולשני באמצעות SpMet % ניטור. רמות עד 10% הם בדרך כלל נסבל היטב בנושאים בריאים24. הידרדרות המודינמית יכולה להתרחש לעתים רחוקות לאחר ללא שאיפה. יתר לחץ דם ריאתי ריבאונד הוא סיכון אפשרי נוסף אם הממשל הממושך של NO מופרע בפתאומיות25. ניתן לשנות את המכשיר כדי לדגום ריכוזי גז במידת הצורך. ניתן למקם גישה לדגימה NO/NO2 (מחבר ישר 15 מ"מ עם יציאה) על הגפה מעוררת ההשראה, לפני ה-Y-piece. במקרה זה, כדי להוסיף בבטחה O2 לתעליל, מחבר 15 מ"מ ישר נוסף עם יציאה חייב להיות ממוקם במעלה הזרם ולהשתמש בו כמפרצון חמצן. עם זאת, ניטור ריכוזי הגז בהשראת NO ו NO 2 הוא ככל הנראה לא אפשרי מבחינה קלינית בגללקשיים טכניים ואת הצורך בציוד ייעודי כדי למדוד רמות ppm של גזים אלה ליד המיטה. למרות השימוש באותו טנק, שינויים קלים בריכוז מנוהל עשויים להתרחש, לעומת אלה שדווחו בטבלה 1, בהתבסס על האוורור הדק של המטופל. בנוסף, רוטה גז סטנדרטי (0-15 L/min עם מצוף כדור נירוסטה) אינם מאפשרים תוספת של 0.5 ליטר. הזמינות של מדי זרימה דיגיטליים מדויקים, בדומה לאלה של ההתקנה המוצגת בטבלה 1, תגביר את הדיוק של המינון המנוהל.

המגבלות של המתודולוגיה המתוארת כוללות בעיקר את הנתונים הדלים הזמינים כיום על השימוש האנושי של המכשיר המוצע. למרות ביצועים משכנעים בניסויי ספסל ובדיקות על מתנדבים וחולים17, עד כה, הנתונים מבוססים על ניסיון מוגבל למרכז אחד16. מפעילים צריכים לעסוק בשימוש במערכת חדשנית זו וניהול של מינון גבוה לא רק אם כבר מנוסה בשימוש בטיפול בגז ללא טיפול בחולים קריטיים. בהתאם למדיניות המוסדית המקומית ולהסכמים בתוקף, מיכלים או מקורות גז אחרים שאינם עשויים להיות מאתגרים להשיג ולהשתמש בהם כמקורות גז מתכווננים באופן חופשי, מחוץ למגבלות שהוטלו על ידי התקני האספקה הקיימים כיום בשוק. NO הוא מחולל כלי נווד המיוצר אנדוגני26. הממשל שלה כטיפול בגז מאושר כיום על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקאי "לטיפול ביילודים לטווח הקרוב עם כשל נשימתי היפוקסי הקשורים לראיות קליניות או אקוקרדיוגרפיות ליתר לחץ דם ריאתי"27. עם זאת, NO משמש באופן שגרתי גם אצל מבוגרים לבדיקות vasoreactivity ריאתי28 וכטיפול הצלה בחולים חולים קריטיים היפוקסמיים עם או בלי יתר לחץ דם ריאתי2,29,30,31. הבטיחות והסובלנות של ריכוז גבוה (160 ppm) של NO דווחו בעקביות במחקרים העוסקים בתופעות virucidal, bactericidal, ופטריות5,6,7,27. כדי לתת במינון גבוה לא למטרות מחקר, אישור IRB היה מבוקש והושגו14,18,19,32.

עד כה, הממשל של בשאיפה NO מסתמך בעיקר על מיכלי דלק ומכונות מגושם הקשורים. התקני משלוח מבוססי טנקים מתוכננים בדרך כלל לנהל ריכוזי גז עד 80 ppm. מערכות זמינות מסחרית מציעות יכולות מבוססות תוכנה כדי לספק כמות מתכווננת של NO בהתבסס על זרימת הגז הכוללת המסופקת למטופל וריכוז NO הרצוי. שום שאיפה לא יכולה להיות רציפה או מסונכרנת עם ההשראה של המטופל. מדידת לא, NO2 ו- O2 ריכוזים באמצעות תא חיישן אלקטרוכימי תמיד אפשרי. מכשירים יקרים כאלה עשויים להציע יתרונות טכניים ובטיחותיים בהשוואה לבנייה המוצעת. עם זאת, הם יקרים ורק לעתים רחוקות נוכחים ביותר מכמה יחידות, בשימוש בדרך כלל בתוך תרופות נכנסות נבחרות בחולים צנררים. כתוצאה מכך, הזמינות של טיפול ללא טיפול לחולים מחוץ לטיפול נמרץ מוגבלת מאוד, גם במוסדות גדולים. יתר על כן, רוב המכשירים המשווקים כיום אינם מאפשרים ניהול מותווים של ריכוזים גבוהים מ 80 ppm. באופן לא מפתיע, באמצעות מכשירים זמינים כיום, זה כמעט בלתי אפשרי לתת לא בריכוזים גבוהים בקנה מידה גדול בסביבה מוגבלת משאבים, כגון זה המנדט על ידי גל של חולים ומחסור באספקה רפואית. בנסיבות כאלה, הצורך במכשיר פשוט וזול, אך בטוח ופתוח, לניהול טיפול זה שעשוי להיות מועיל הוא קריטי.

מערכת זו עשויה להיות מיושמת בעתיד על ידי חוקרים ורופאים נוספים כדי לנהל בבטחה ובאופן אמין לא באופן רבייה ב- COVID-19 ובמדינות מחלה אחרות שעבורן אין תכונות עשויות להיות מועילות. במתודולוגיה המתוארת, המקור של NO הוא בדרך כלל מיכל גז סטנדרטי. ניתן להתאים מקורות NO אחרים לשימוש עם מערכת משלוח זו, כולל התקנים ללא טנקים וגנרטורים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

L.B. מקבל תמיכה בשכר מ K23 HL128882 / NHLBI NIH כחוקר ראשי על עבודתו על המוליזיס ותחמוצת חנקן. L.B. מקבל טכנולוגיות והתקנים מ iNO Therapeutics LLC, Praxair Inc., Masimo Corp. L. .B. מקבל מענק מ iNO Therapeutics LLC. A.F. ו- L.T. דיווחו על כספים מקרן המחקר הגרמנית (DFG) F.I. 2429/1-1; TR1642/1-1. WMZ מקבל מענק מ NHLBI B-BIC / NCAI (#U54HL119145), והוא נמצא בוועדה המדעית המייעצת של הקוטב השלישי בע"מ, אשר יש פטנטים מורשים על ייצור NO חשמלי מ- MGH. לכל הסופרים האחרים אין על מה להצהיר.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי רג'ינלד ג'ני קרן יו"ר בבית הספר לרפואה של הרווארד ל-L.B, על ידי L.B. Sundry Funds ב- MGH, ועל ידי קרנות מעבדה של מרכז ההרדמה לחקר הטיפול הקריטי של המחלקה להרדמה, טיפול נמרץ ורפואת כאב ב- MGH.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
90° ventilator elbow connector without ports 22 mm ID x 22 mm OD Teleflex, Wayne, PA, USA 1641
Aerosol tee connector: horizontal ports 22 mm OD, vertical port 11 mm ID/22 mm OD Teleflex, Wayne, PA, USA 1077
Flexible patient connector for endotracheal or tracheostomy tube (15 mm OD x 22 mm OD/15 mm ID, length 5 cm to 6.5 cm) Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, USA 3215
High-efficiency particulate air (highly hydrophobic bacterial/viral filter,  HEPA class 13) filter (22 mm ID/15 mm OD x 22 mm OD/15 mm ID connector) Teleflex, Wayne, PA, USA 28012
Latex-free 3-L breathing reservoir bag CareFusion, Yorba Linda, CA, USA 5063NL
Nitric Oxide tank 800 ppm medical-grade (size AQ aluminum cylinders containing 2239 L at STP of 800 ppm NO gas balanced with nitrogen, volume 2197 L) Praxair, Bethlehem PA, USA MM NO800NI-AQ
One-way valve 22 mm male/female (arrow pointing towards female end) Teleflex, Wayne, PA, USA 1664 N=2 inspiratory limb (upward arrow)
One-way valve 22 mm male/female (arrow pointing towards male end) Teleflex, Wayne, PA, USA 1665 N=1 expiratory limb (downward arrow)
Rad-57 Handheld Pulse Oximeter with Rainbow SET Technology Masimo Corporation, Irvine, CA, USA 3736 Including SpMet Option
Scavenger (ID = 60 mm, internal length = 53 mm, volume = 150 mL) containing 100 g of calcium hydroxide Spherasorb, Intersurgical Ltd, Berkshire, UK
Silicon rubber flexible connectors 22 mm F x 22 mm F Tri-anim Health Services, Dublin, OH, USA 301-9000
Snug-fit standard face mask of appropriate size
Star Lumen standard medical grade vynil oxygen tubing with universal connectors Teleflex, Morrisville, NC, USA 1115 Variable length according to distance from source of gas. 2.1 m length used in protocol
Straight connector with a 7.6 mm sampling port (15 mm OD x 15 mm ID/22 mm OD) Mallinckrodt, Bedminster, NJ, USA 502041
Two-step adapter (15 mm to 22 mm) Airlife Auburndale, FL, USA 1824
Y-piece connector with 7.6 mm ports (22 mm to 22 mm and 15 F) Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, USA 1831

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Roberts, I. D., Fineman, J. F., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide and persistent pulmonary hypertension of the newborn. Pneumologie. 52 (4), 239 (1998).
  2. Rossaint, R., et al. Inhaled nitric oxide for the adult respiratory distress syndrome. New England Journal of Medicine. 328 (6), 399-405 (1993).
  3. Robinson, J. N., Banerjee, R., Landzberg, M. J., Thiet, M. P. Inhaled nitric oxide therapy in pregnancy complicated by pulmonary hypertension. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 180 (4), 1045-1046 (1999).
  4. Ichinose, F., Roberts, J. D., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide: a selective pulmonary vasodilator: current uses and therapeutic potential. Circulation. 109 (25), 3106-3111 (2004).
  5. Miller, C. C., et al. Inhaled nitric oxide decreases the bacterial load in a rat model of Pseudomonas aeruginosa pneumonia. Journal of Cystic Fibrosis. 12 (6), 817-820 (2013).
  6. Åkerström, S., Gunalan, V., Keng, C. T., Tan, Y. J., Mirazimi, A. Dual effect of nitric oxide on SARS-CoV replication: Viral RNA production and palmitoylation of the S protein are affected. Virology. 395 (1), 1-9 (2009).
  7. Deppisch, C., et al. Gaseous nitric oxide to treat antibiotic resistant bacterial and fungal lung infections in patients with cystic fibrosis: a phase I clinical study. Infection. 44 (4), 513-520 (2016).
  8. Alvarez, R. A., Berra, L., Gladwin, M. T. Home nitric oxide therapy for COVID-19. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 202 (1), 16-20 (2020).
  9. Chen, L., et al. Inhalation of nitric oxide in the treatment of severe acute respiratory syndrome: A rescue trial in Beijing. Clinical Infectious Diseases. 39 (10), 1531-1535 (2004).
  10. Keyaerts, E., et al. Inhibition of SARS-coronavirus infection in vitro by S-nitroso-N- acetylpenicillamine, a nitric oxide donor compound. International Journal of Infectious Diseases. 8 (4), 223-226 (2004).
  11. Rossi, G. A., Sacco, O., Mancino, E., Cristiani, L., Midulla, F. Differences and similarities between SARS-CoV and SARS-CoV-2: spike receptor-binding domain recognition and host cell infection with support of cellular serine proteases. Infection. 48 (5), 665-669 (2020).
  12. Berra, L., et al. Protocol for a randomized controlled trial testing inhaled nitric oxide therapy in spontaneously breathing patients with COVID-19. medRxiv. , (2020).
  13. Lei, C., et al. Protocol for a randomized controlled trial testing inhaled nitric oxide therapy in spontaneously breathing patients with COVID-19. medRxiv. , (2020).
  14. Nitric oxide inhalation therapy for COVID-19 infections in the ED. , Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04338828 (2020).
  15. Gianni, S., et al. Nitric oxide gas inhalation to prevent COVID-2019 in healthcare providers. medRxiv. , (2020).
  16. Safaee Fakhr, B., et al. High concentrations of nitric oxide inhalation therapy in pregnant patients with severe coronavirus disease 2019 (COVID-19). Obstetrics & Gynecology. , (2020).
  17. Gianni, S., et al. Ideation and assessment of a nitric oxide delivery system for spontaneously breathing subjects. Nitric Oxide. 104-105, 29-35 (2020).
  18. Nitric oxide gas inhalation therapy for mild/moderate COVID-19. , Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04305457 (2020).
  19. NO prevention of COVID-19 for healthcare providers. , Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04312243?term=Berra&draw=2&rank=7 (2020).
  20. 1988 OSHA PEL Project-Nitrogen Dioxide|NIOSH|CDC. , Available from: https://www.cdc.gov/niosh/pel88/10102-44.html (2020).
  21. Yu, B., Zapol, W. M., Berra, L. Electrically generated nitric oxide from air: a safe and economical treatment for pulmonary hypertension. Intensive Care Medicine. 45 (11), 1612-1614 (2019).
  22. Yu, B., Muenster, S., Blaesi, A. H., Bloch, D. B., Zapol, W. M. Producing nitric oxide by pulsed electrical discharge in air for portable inhalation therapy. Science Translational Medicine. 7 (294), (2015).
  23. Lovich, M. A., et al. Generation of purified nitric oxide from liquid N2O4 for the treatment of pulmonary hypertension in hypoxemic swine. Nitric Oxide - Biology and Chemistry. 37 (1), 66-72 (2014).
  24. Cortazzo, J. A., Lichtman, A. D. Methemoglobinemia: A review and recommendations for management. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 28 (4), 1043-1047 (2014).
  25. Christenson, J., et al. The incidence and pathogenesis of cardiopulmonary deterioration after abrupt withdrawal of inhaled nitric oxide. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 161 (5), 1443-1449 (2000).
  26. Yu, B., Ichinose, F., Bloch, D. B., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide. British Journal of Pharmacology. 176 (2), 246-255 (2019).
  27. INO Therapeutics. INOMAX - nitric oxide gas. Food and Drug Administration (FDA). , Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2013/020845s014lbl.pdf (2013).
  28. Klinger, J. R., et al. Therapy for pulmonary arterial hypertension in adults: Update of the CHEST Guideline and Expert Panel Report. Chest. 155 (3), 565-586 (2019).
  29. Cornfield, D. N., Milla, C. E., Haddad, I. Y., Barbato, J. E., Park, S. J. Safety of inhaled nitric oxide after lung transplantation. Journal of Heart and Lung Transplantation. 22 (8), 903-907 (2003).
  30. Bhorade, S., et al. Response to inhaled nitric oxide in patients with acute right heart syndrome. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 159 (2), 571-579 (1999).
  31. Mizutani, T., Layon, A. J. Clinical applications of nitric oxide. Chest. 110 (2), 506-524 (1996).
  32. Nitric oxide gas inhalation in Severe Acute Respiratory Syndrome in COVID-19. , Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04306393 (2020).

Tags

רפואה גיליון 171 תחמוצת החנקן טיפול נמרץ מחלת ריאות גז רפואי COVID-19 SARS-CoV-2 דלקת ריאות ויראלית העברת מחלות זיהומיות עובדי מערכת הבריאות
מערכת מסכת שאיפה חדשנית כדי לספק ריכוזים גבוהים של גז תחמוצת החנקן בנבדקים נושמים באופן ספונטני
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pinciroli, R., Traeger, L.,… More

Pinciroli, R., Traeger, L., Fischbach, A., Gianni, S., Morais, C. C. A., Fakhr, B. S., Di Fenza, R., Robinson, D., Carroll, R., Zapol, W. M., Berra, L. A Novel Inhalation Mask System to Deliver High Concentrations of Nitric Oxide Gas in Spontaneously Breathing Subjects. J. Vis. Exp. (171), e61769, doi:10.3791/61769 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter