一种新型吸入面膜系统，可在自发呼吸受试者中提供高浓度的一氧化氮气体

摘要

这种简单且适应性强的系统设备用于吸入高浓度一氧化氮 （NO） 气体，不需要机械呼吸机、正压或高气体流动。标准医疗耗材和贴合面膜用于安全地向自发呼吸的受试者输送无气体。

摘要

一氧化氮（NO）被作为吸入气体管理，以诱导选择性肺血管化。这是一种安全的治疗方法，即使高浓度地进行治疗，也几乎没有潜在的风险。吸入的无气体通常用于在不同的疾病条件下增加全身氧合。高浓度NO的管理在体外也起到恶毒的作用。由于其有利的药理动力学和安全配置文件，关键护理提供者熟悉其使用情况，以及潜在的直接病毒效应，NO临床上用于冠状病毒性疾病-2019（COVID-19）患者。然而，目前没有设备能够轻松地在各种受启发的氧气分数中浓度超过百万分之 80（ppm）的浓度下轻松管理吸入的 NO，而不需要专用、重型和昂贵的设备。开发可靠、安全、廉价、轻便和无呼吸机的解决方案至关重要，特别是对于在重症监护室 （ICU） 之外和资源有限的情况下对非受管患者进行早期治疗至关重要。为了克服这一障碍，利用标准耗材和清扫室开发了一个非侵入性无气管理系统，最高可达 250 ppm。该方法已被证明在降低二氧化氮含量的同时，在提供指定的无浓度方面是安全可靠的。本文旨在为临床医生和研究人员提供必要的信息，说明如何组装或调整该系统，用于研究目的或在COVID-19或其他疾病中临床使用，而无管理可能有益。

引言

在几个临床环境中^，没有吸入疗法经常被用作救命疗法^。。。除了其众所周知的肺吸附剂效应⁴外，NO还对^细菌5、病毒⁶和真菌⁷表现出广泛的抗菌作用，特别是在高浓度（>100ppm）下施用。⁸在二零零三年严重急性呼吸系统综合症（SARS）爆发期间，NO在体外显示有效的抗病毒活性，并显示感染SARS-科罗纳病毒（SARS-CoV）9、10的病人有疗效。2003年病毒株在结构上与SARS-Cov-2相似，SARS-Cov-2是导致目前冠状病毒性疾病-2019（COVID-19）大流行¹¹的病原体。在COVID-19患者中，正在进行三项随机对照临床试验，以确定呼吸高浓度无气体的潜在益处，以改善^结果12、13、14。在第四项正在进行的研究中，正在研究高浓度NO的预防吸入，作为预防接触SARS-CoV-2阳性患者的卫生保健提供者^COVID-19发展的预防措施。

为COVID-19开发有效和安全的治疗是医疗保健和科学界的优先事项。为了调查非受管患者和志愿医护人员的剂量>80ppm的无毒气体的施用情况，开发一个安全可靠的非侵入性系统的必要性变得显而易见。这项技术旨在对自发呼吸的受试者管理不同成分的受启发氧（FiO_2）的高无浓度。这里描述的方法目前用于研究目的，在马萨诸塞州总医院（MGH）16，17自发呼吸COVID-19患者。根据MGH人类研究伦理委员会的指导方针，目前建议的系统用于进行一系列随机对照试验，以研究高浓度无气体的以下影响。首先，在轻度COVID-19的非受管受试者中，正在研究160ppm无气体的影响，该受试者要么在急诊部（IRB协议^{#2020P001036）14}中被录取，要么作为住院病人（IRB协议^{#2020P000786）18。}第二，正在审查高剂量NO的作用，以防止SARS-CoV-2感染和COVID-19症状的发展，在卫生保健提供者经常暴露在SARS-CoV-2阳性患者（IRB协议#2020P000831）19。

这种简单的设备可以组装与标准耗材，通常用于呼吸治疗。拟议的仪器旨在非侵入性地提供无气体、医用空气和氧气（O_2）的混合物。将二氧化氮（NO_2）吸入降至最低，以降低气道毒性的风险。美国政府工业卫生会议设定的当前 NO₂ 安全阈值比 8 小时时间加权平均值高 3 ppm，5 ppm 是短期暴露限制。相反，国家职业安全与健康研究所建议将1ppm作为短期接触限制^20。鉴于人们对高剂量无毒气体疗法的兴趣日益浓厚，本报告对这种新设备作了必要的描述。它解释了如何组装其组件，以提供高浓度的 NO 用于研究目的。

研究方案

注:请参阅组装交付系统所需的材料材料表。医疗空气、O₂和无气体的来源也应在现场提供。该装置已开发用于研究协议中的调查，并经过当地机构审查委员会（IRB）的严格审查。在任何情况下，提供商都不应仅根据本手稿中包含的指示进行运营，在未事先获得适当机构监管批准的情况下组装和使用此设备。从设备的近端开始，按以下顺序组装件件（图1）。

1. 构建患者界面

1. 采取舒适，标准，非侵入性通风面罩的适当大小为主体。
2. 通过 22 mm 外径（O.D.） 将面罩内置的肘部端口与高效颗粒空气（高疏水细菌/病毒过滤器、HEPA 13 类）过滤器连接起来/15毫米内径（I.D.）连接器。
3. （可选）为了方便受试者的运动并降低断开风险，请在面罩界面和 HEPA 过滤器之间添加一个 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm I.D. （长度 5 厘米-6.5 厘米）的柔性患者连接器，用于内窥镜或气管切除管。
   注意:尽一切努力避免口罩界面泄漏。设备的"病人端"也可以由喉舌组成。必须在这样的配置中添加鼻夹。

2. 构建 Y 件和 O₂ 供应的准备

1. 使用 22 mm 至 22 mm 和 15 F Y 件连接器，端口为 7.6 mm。通过两个相反感、低阻力、22 mm 的男性/女性单向阀，在 Y 片的两端创建电路的过期和吸气四肢。
   1. 过期肢体:在 Y 片的一端，放置单向阀连接器，仅允许近端到离心流（箭头指向向下）。
   2. 吸气肢体:在Y片的另一端，连接单向阀门，只允许从近端流动（箭头指向向上）。
2. 将 Y 的近端连接到 HEPA 过滤器。
3. 使用标准、耐扭结的乙烯基气管，两端配有通用适配器，将 O₂ 源与 Y 件的吸气肢体连接起来。考虑到患者与气体来源之间的距离，选择适当长度的管子。
   注:Y 件连接器必须在吸气肢体上有一个采样端口。如果没有，必须使用带有采样端口的附加直连接器来提供 O_2。

3. 建造和连接清扫室

1. 将 22 mm x 22 mm 硅橡胶、柔性连接器适配器连接到清除室的近端（内部直径 = 60 mm，内部长度 = 53 mm，体积 = 150mL），其中含有 100 克氢氧化钙 （Ca（OH）_2）。
2. 在硅橡胶适配器上附加 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm I.D.，5 厘米-6.5 厘米，灵活的波纹管。
3. 将另外 22 mm x 22 mm 硅橡胶、柔性连接器适配器连接到寻冷器的外端。
4. 使用 15 mm-22 mm 两步适配器将清理室和管子组件添加到 Y 件的吸气肢体中。

4. 建造和连接无水库系统

1. 组装一个3-L无乳胶呼吸储液池袋和一个90°呼吸机肘部连接器没有端口（22毫米ID x 22毫米）。
2. 将肘部的另一端连接到气溶胶 T 件的中央开口（水平端口 22 mm O.D.，垂直端口 11 mm I.D./22 mm O.D.）。
3. 将 T 件连接到清理室的离心端，推进它，直到它紧贴硅橡胶连接器。

5. 建立无空调和医用空气供应系统

1. 通过连续连接两个 15 mm O.D. x 15 mm I.D./22 mm O.D. 连接器，并配有 7.6 mm 采样端口和翻转盖，构建 NO/空气气体供应系统。
   注:一旦取下盖子，取样通道将用作气体入口端口。
2. 在 NO/空气供应系统的正端，附加另一个单向吸气阀（指向向上的箭头）。
3. 在 NO/空气供应系统的近端，连接 15/22 mm 两步适配器。
4. 将近两步适配器与 NO 储层系统中剩余的绿色 T 件自由入口连接起来。

6. 使用标准、抗扭结、星光乙烯基氧管，连接空气和无气体流管，以达到以下步骤。

1. 将医用空气连接到最致命的气体入口端口。
2. 将 800 ppm 医用级 NO 油箱（尺寸 AQ 铝制气缸，在标准温度和压力下含有 2239 L 的 800 ppm 无气，与氮气平衡;输送体积 2197 L）中的无气体连接到下游的下一个港口。
   注:管子必须长度适当，才能舒适地到达气体源。不同的储罐或NO发电机可以用作天然气来源。

7. 用于自发呼吸受试者

1. 根据所需的 FiO₂和无浓度设置空气、O₂ 和无气体流。
   注:在 表 1 中列出了在 80、160 或 250 ppm 下管理 NO 的建议流量率（仅适用于 800 ppm 气缸）。
2. 将紧贴面罩放在患者脸上，类似于非侵入性通风接口设置。
3. 在所需的持续时间内开始吸入会话。

结果

一名33岁的呼吸治疗师在MGHICU工作期间，ICU的COVID-19的入院人数激增，自愿接受NO，作为涉及^15，19名医护人员的试验的一部分。试验测试了160ppm的NO作为毒剂的疗效，从而防止了肺部疾病的发生，从而面临病毒污染的风险。吸入预防的第一个会话在开始通过描述的设备换班 15 分钟之前进行了管理。出于研究目的，连续测量吸入的N...

讨论

鉴于对无管注射患者（包括COVID-19⁸患者）的无气体治疗的兴趣日益浓厚，本报告描述了一种新型的定制设备，以及如何组装其组件，以高达250ppm的浓度提供NO。拟议的系统由廉价的消耗品构建，并安全地在自发呼吸的患者中提供可重复浓度的无气体。组装和使用的便利性，加上其他地方公布的安全数据^16，17，使该系统的理想体现，以管理高无气体浓度在不同的F...

材料

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