Ett nytt inhalationsmasksystem för att leverera höga koncentrationer av kväveoxidgas hos spontant andande ämnen

Summary

Denna enkla och mycket anpassningsbara systemanordning för inandning av högkoncentrationsgas (NO) kräver inte mekaniska ventiler, positivt tryck eller höga gasflöden. Vanliga medicinska förbrukningsvaror och en ombonad mask används för att säkert leverera INGEN gas till spontant andande ämnen.

Abstract

Kväveoxid (NO) administreras som gas för inandning för att inducera selektiv lungvasodilatation. Det är en säker terapi, med få potentiella risker även om den administreras vid hög koncentration. Inhalerad INGEN gas används rutinmässigt för att öka systemisk syresättning under olika sjukdomsförhållanden. Administrering av höga koncentrationer av NO utövar också en virucidal effekt in vitro. På grund av dess gynnsamma farmakodynamiska och säkerhetsprofiler, förtrogenheten i dess användning av kritiska vårdgivare och potentialen för en direkt virucidal effekt, används NO kliniskt hos patienter med coronavirussjukdom-2019 (COVID-19). Ändå är ingen anordning för närvarande tillgänglig för att enkelt administrera inhalerad NO vid koncentrationer över 80 delar per miljon (ppm) vid olika inspirerade syrefraktioner, utan behov av dedikerad, tung och dyr utrustning. Utvecklingen av en tillförlitlig, säker, billig, lätt och ventilatorfri lösning är avgörande, särskilt för tidig behandling av icke-intubererade patienter utanför intensivvårdsavdelningen (IVA) och i ett scenario med begränsade resurser. För att övervinna en sådan barriär utvecklades ett enkelt system för icke-invasiv NO-gasadministration upp till 250 ppm med hjälp av standard förbrukningsvaror och en rensningskammare. Metoden har visat sig vara säker och tillförlitlig när det gäller att leverera en specificerad NO-koncentration samtidigt som kvävedioxidnivåerna har begränsades. Detta dokument syftar till att ge kliniker och forskare nödvändig information om hur man monterar eller anpassar ett sådant system för forskningsändamål eller klinisk användning vid COVID-19 eller andra sjukdomar där INGEN administrering kan vara fördelaktig.

Introduction

INGEN inandningsbehandling används regelbundet som livräddande behandling i flera kliniska miljöer^1,2,3. Förutom dess välkända lungvasodilatator effekt⁴, VISAR NO en bred antimikrobiell effekt mot bakterier^5,virus⁶, och^{svampar 7}, särskilt om de administreras vid höga koncentrationer (>100 ppm). ^Under utbrottet av svår akut respiratorisk sjukdom (SARS) 2003 visade NO potent antiviral aktivitet in vitro och visade terapeutisk effekt hos patienter infekterade med SARS-Coronavirus (SARS- CoV)^9,10. Stammen från 2003 är strukturellt lik sars-cov-2, patogenen som är ansvarig för den nuvarande Coronavirus Disease-2019 (COVID-19) pandemi¹¹. Tre randomiserade kontrollerade kliniska prövningar pågår hos patienter med COVID-19 för att fastställa de potentiella fördelarna med att andas in högkoncentration INGEN gas för att förbättra^{resultaten 12,13,14}. I en fjärde pågående studie undersöks profylaktisk inandning av höga koncentrationer av NO som en förebyggande åtgärd mot utvecklingen av COVID-19 hos vårdgivare som exponeras för SARS-CoV-2-positiva patienter¹⁵.

Utvecklingen av en effektiv och säker behandling av covid-19 är en prioritet för hälso- och sjukvården och forskarsamhället. För att undersöka administrering av NO-gas vid doser > 80 ppm hos icke-intuberat patienter och frivilliga sjukvårdspersonal blev behovet av att utveckla ett säkert och tillförlitligt icke-invasivt system uppenbart. Denna teknik syftar till att administrera höga NO koncentrationer vid olika fraktioner av inspirerat syre (FiO₂₎till spontant andas ämnen. Den metod som beskrivs här används för närvarande för forskningsändamål hos spontant andas COVID-19 patienter vid Massachusetts General Hospital (MGH)^16,17. Enligt riktlinjerna från MGH: s human research ethics committee används det föreslagna systemet för närvarande för att genomföra en serie randomiserade kontrollerade studier för att studera följande effekter av höga koncentrationer av INGEN gas. För det första studeras effekten av 160 ppm INGEN gas hos icke-intubererade försökspersoner med lindrig-måttlig COVID-19, som tas in antingen vid akutmottagningen (IRB-protokoll #2020P001036)¹⁴ eller som slutenvårdspatienter (IRB-protokoll #2020P000786)¹⁸. För det andra undersöks högdos-NO:s roll för att förhindra sars-cov-2-infektion och utvecklingen av covid-19-symtom hos vårdgivare som rutinmässigt exponeras för SARS-CoV-2-positiva patienter (IRB-protokoll # 2020P000831)¹⁹.

Denna enkla enhet kan monteras med standard förbrukningsvaror rutinmässigt används för andningsbehandling. Den föreslagna apparaten är utformad för att icke-invasivt leverera en blandning av INGEN gas, medicinsk luft och syre (O₂). Kvävedioxid (NO₂₎inandning minimeras för att minska risken för luftvägstoxicitet. Den nuvarande_{säkerhetströskeln nr 2} som fastställts av American Conference of Government Industrial Hygienists är 3 ppm över ett 8-h tidsvägt genomsnitt, och 5 ppm är den kortsiktiga exponeringsgränsen. Omvänt rekommenderar Institutet för arbetarskydd 1 ppm som kortvarig exponeringsgräns²⁰. Med tanke på det ökande intresset för hög dos INGEN gasbehandling, ger denna rapport den nödvändiga beskrivningen av denna nya enhet. Det förklarar hur man monterar sina komponenter för att leverera en hög koncentration av NO för forskningsändamål.

Protocol

OBS: Se materialförteckningen för de material som behövs för att montera leveranssystemet. Källor till medicinsk luft, O2, och NO-gaser bör också finnas tillgängliga på plats. Enheten har utvecklats för undersökningsanvändning i forskningsprotokoll som genomgick en rigorös granskning av den lokala institutionella granskningsnämnden (IRB). Leverantörer bör under inga omständigheter endast verka baserat på de indikationer som ingår i detta manuskript, montera och använda denn…

Representative Results

En 33-årig andningsterapeut som arbetar på IVA vid MGH under ökningen av IVA-antagning för COVID-19 erbjöd sig att få NO som en del av studien som involverar vårdpersonal15,19. I studien testades effekten av 160 ppm NO som virucidalt medel, vilket förhindrade sjukdomsförekomst i lungor i riskzonen för virusförorening. Den första sessionen av inhalation profylax administrerades innan du startar en förskjutning genom de…

Discussion

Med tanke på det ökande intresset för NO-gasbehandling för icke-intubererade patienter, inklusive de med COVID-19^8,beskriver den aktuella rapporten en ny anpassad enhet och hur man monterar sina komponenter för att leverera NO vid koncentrationer så höga som 250 ppm. Det föreslagna systemet är byggt av billiga förbrukningsvaror och levererar säkert en reproducerbar koncentration av INGEN gas hos spontant andas patienter. Enkel montering och användning, tillsammans med säkerhetsdata so…

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