Et nytt innåndingsmaskesystem for å levere høye konsentrasjoner av nitrogenoksidgass hos spontant pustende forsøkspersoner

Summary

Denne enkle og svært tilpasningsdyktige systemenheten for innånding av høykonsentrasjons nitrogenoksid (NO) gass krever ikke mekaniske ventilatorer, positivt trykk eller høye gassstrømmer. Standard medisinske forbruksvarer og en tettsittende maske brukes til trygt å levere INGEN gass til spontant pustende personer.

Abstract

Nitrogenoksid (NO) administreres som gass for innånding for å indusere selektiv lungevadilasjon. Det er en sikker terapi, med få potensielle risikoer selv om det administreres ved høy konsentrasjon. Inhalert INGEN gass brukes rutinemessig til å øke systemisk oksygenering under ulike sykdomstilstander. Administrering av høye konsentrasjoner av NO utøver også en virucidal effekt in vitro. På grunn av sine gunstige farmakodynamiske og sikkerhetsprofiler, kjennskapen til bruken av kritiske omsorgsleverandører, og potensialet for en direkte virucidal effekt, brukes NO klinisk hos pasienter med koronavirussykdom-2019 (COVID-19). Likevel er ingen enhet for tiden tilgjengelig for enkel administrering av inhalert NEI ved konsentrasjoner høyere enn 80 deler per million (ppm) på ulike inspirerte oksygenfraksjoner, uten behov for dedikert, tungt og kostbart utstyr. Utviklingen av en pålitelig, sikker, billig, lett og respiratorfri løsning er avgjørende, spesielt for tidlig behandling av ikke-intubert pasienter utenfor intensivavdelingen (ICU) og i et begrenset ressursscenario. For å overvinne en slik barriere ble et enkelt system for ikke-invasiv INGEN gassadministrasjon opp til 250 ppm utviklet ved hjelp av standard forbruksvarer og et scavenging kammer. Metoden har vist seg å være trygg og pålitelig for å levere en spesifisert NO-konsentrasjon samtidig som nitrogendioksidnivået begrenses. Denne artikkelen tar sikte på å gi klinikere og forskere nødvendig informasjon om hvordan man monterer eller tilpasser et slikt system til forskningsformål eller klinisk bruk i COVID-19 eller andre sykdommer der INGEN administrasjon kan være gunstig.

Introduction

INGEN innåndingsterapi brukes regelmessig som livreddende behandling i flere kliniske sammenhenger^1,2,3. I tillegg til den velkjente lungevaodilatoreffekten⁴, viser NO en bred antimikrobiell effekt mot bakterier⁵, virus⁶og sopp⁷, spesielt hvis det administreres ved høye konsentrasjoner (>100 ppm). ⁸ Under utbruddet av alvorlig akutt respiratorisk syndrom (SARS) i 2003 viste NO potent antiviral aktivitet in vitro og viste terapeutisk effekt hos pasienter som var smittet med SARS-Coronavirus (SARS-CoV)^9,10. 2003-stammen er strukturelt lik SARS-Cov-2, patogenet som er ansvarlig for den nåværende Coronavirus Disease-2019 (COVID-19) pandemi¹¹. Tre randomiserte kontrollerte kliniske studier pågår hos pasienter med COVID-19 for å bestemme de potensielle fordelene ved å puste høykonsentrasjon INGEN gass for å forbedre resultatene^12,13,14. I en fjerde pågående studie undersøkes den profylaktiske innåndingen av høye konsentrasjoner av NO som et forebyggende tiltak mot utviklingen av COVID-19 hos helsepersonell utsatt for SARS-CoV-2-positive pasienter¹⁵.

Utviklingen av en effektiv og sikker behandling for COVID-19 er en prioritet for helse- og vitenskapsmiljøene. For å undersøke administrasjonen av NO-gass ved doser > 80 ppm hos ikke-intubert pasienter og frivillige helsepersonell, ble behovet for å utvikle et trygt og pålitelig ikke-invasivt system tydelig. Denne teknikken tar sikte på å administrere høye NO-konsentrasjoner på forskjellige fraksjoner av inspirert oksygen (FiO₂) til spontant pustende personer. Metodikken beskrevet her er for tiden i bruk for forskningsformål hos spontant å puste COVID-19 pasienter ved Massachusetts General Hospital (MGH)^16,17. Etter retningslinjene fra MGH’s human research ethics committee, er det foreslåtte systemet for tiden i bruk for å gjennomføre en rekke randomiserte kontrollerte studier for å studere følgende effekter av høye konsentrasjoner av NO-gass. For det første studeres effekten av 160 ppm INGEN gass hos ikke-intubert personer med mild moderat COVID-19, innlagt enten i akuttavdelingen (IRB Protocol #2020P001036)¹⁴ eller som innleggelsespersoner (IRB Protocol #2020P000786)¹⁸. For det andre undersøkes rollen som høydose NO for å forhindre SARS-CoV-2-infeksjon og utvikling av COVID-19-symptomer hos helsepersonell som rutinemessig utsettes for SARS-CoV-2-positive pasienter (IRB Protocol # 2020P000831)¹⁹.

Denne enkle enheten kan monteres med standard forbruksvarer som rutinemessig brukes til åndedrettsbehandling. Det foreslåtte apparatet er designet for ikke å invasivt levere en blanding av INGEN gass, medisinsk luft og oksygen (O₂). Nitrogendioksid (NO₂) innånding minimeres for å redusere risikoen for toksisitet i luftveiene. Den nåværende NO₂ sikkerhetsterskelen satt av American Conference of Governmental Industrial Hygienists er 3 ppm over et 8-timers tidsvektet gjennomsnitt, og 5 ppm er den kortsiktige eksponeringsgrensen. På den annen side anbefaler National Institute for Occupational Safety and Health 1 ppm som en kortsiktig eksponeringsgrense²⁰. Gitt den økende interessen for høydose INGEN gassbehandling, gir den nåværende rapporten den nødvendige beskrivelsen av denne nye enheten. Den forklarer hvordan man monterer komponentene for å levere en høy konsentrasjon av NEI til forskningsformål.

Protocol

MERK: Se materialtabellen for materialene som trengs for å montere leveringssystemet. Kilder til medisinsk luft, O2og NO gasser bør også være tilgjengelig på stedet. Enheten er utviklet for undersøkelsesbruk i forskningsprotokoller som gjennomgikk streng gjennomgang av det lokale Institutional Review Board (IRB). Leverandørene skal ikke under noen omstendigheter kun operere basert på indikasjonene som er inkludert i dette manuskriptet, montere og bruke denne enheten uten å søke forh?…

Representative Results

En 33 år gammel respiratorisk terapeut som jobbet på intensivavdelingen ved MGH under bølgen av intensivinnleggelse for COVID-19, meldte seg frivillig til å motta NEI som en del av studien som involverte helsepersonell15,19. Studien testet effekten av 160 ppm NO som virucidalt middel, og forhindret dermed sykdomsforekomst i lunger i fare for virusforurensning. Den første økten av inhalasjonsprofylakse ble administrert før d…

Discussion

Gitt den økende interessen for INGEN gassterapi for ikke-intubert pasienter, inkludert de med COVID-19⁸, beskriver den nåværende rapporten en ny tilpasset enhet og hvordan man monterer komponentene for å levere NEI i konsentrasjoner så høyt som 250 ppm. Det foreslåtte systemet er bygget ut av billige forbruksvarer og gir trygt en reproduserbar konsentrasjon av INGEN gass hos spontant pustende pasienter. Brukervennligheten og bruken, sammen med sikkerhetsdataene publisert andre steder<sup cl…

Materials

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