自然呼吸対象における高濃度の一酸化窒素ガスを送達する新規吸入マスクシステム

要約

高濃度一酸化窒素(NO)ガスの吸入用のこの簡単で、非常に適応性の高いシステム装置は、機械的な人工呼吸器、正圧、または高いガス流を必要としません。標準的な医学の消耗品およびぴったりしたマスクは自然呼吸の被験者に安全にNOガスを渡すために使用される。

要約

一酸化窒素(NO)は、選択的な肺血管拡張を誘導するために吸入用のガスとして投与される。これは安全な治療法です, 高濃度で投与された場合でも、いくつかの潜在的なリスクと.吸入NOガスは、異なる疾患条件で全身酸素化を増加させるために日常的に使用される。高濃度NOの投与は、インビトロでの生得効果も発揮する。その有利な薬力学および安全プロファイル、クリティカルケア提供者によるその使用の親しみやすさ、および直接的な生力効果の可能性のために、NOはコロナウイルス病-2019(COVID-19)の患者に臨床的に使用される。それにもかかわらず、現在のところ、専用の重い、高価な機器を必要とせずに、様々なインスピレーションを受けた酸素分率で100万分(ppm)あたり80部(ppm)を超える濃度で吸入NOを簡単に投与できるデバイスはありません。特に集中治療室外の非挿管患者の早期治療や限られた資源シナリオにおいて、信頼性が高く、安全で、安価で軽量で人工呼吸器のないソリューションの開発は非常に重要です。このような障壁を克服するために、標準消耗品と清掃室を使用して、最大250ppmの非侵襲性NOガス管理のための簡単なシステムが開発されました。この方法は、二酸化窒素のレベルを制限しながら、指定されたNO濃度を提供する際に安全で信頼性が証明されています。本論文は、研究目的や、COVID-19や、管理が有益と思われるその他の疾患において、このようなシステムを組み立てるか、または臨床使用に適応させる方法について、臨床医や研究者に必要な情報を提供することを目的としています。

概要

NO吸入療法は、定期的にいくつかの臨床設定^1、2、3で救命治療として使用されています。そのよく知られている肺血管拡張効果⁴に加えて、NOは細菌^5、ウイルス^6、および真菌⁷に対する広範な抗菌作用を示し、特に高濃度(>100ppm)で投与された場合。⁸ 2003年の重症急性呼吸器症候群(SARS)の流行の間に、NOは、インビトロで強力な抗ウイルス活性を示し、SARS-コロナウイルス(SARS-CoV)9、10に感染した患者において治療効果を実証した。2003株は、SARS-Cov-2に構造的に類似しており、現在のコロナウイルス病-2019(COVID-19)パンデミック¹¹を担う病原体である。3つの無作為化比較臨床試験は、結果^12、13、14を改善するために高濃度NOガスを呼吸することの潜在的な利点を決定するためにCOVID-19患者で進行中である。第4の進行中の研究では、高濃度NOの予防吸入は、SARS-CoV-2陽性患者¹⁵に曝露された医療提供者におけるCOVID-19の開発に対する予防的手段として検討されている。

COVID-19の効果的かつ安全な治療法の開発は、医療および科学コミュニティにとって優先事項です。非挿管患者およびボランティア医療従事者の80ppm>の用量でのNOガスの投与を調査するために、安全で信頼性の高い非侵襲的システムを開発する必要性が明らかになった。この技術は、自発的に呼吸する被験者に、インスパイアされた酸素の異なる分画(FiO₂₎で高いNO濃度を投与することを目的としている。ここで説明する方法論は、現在、マサチューセッツ総合病院^(MGH)16,17でCOVID-19患者を自発的に呼吸する研究目的で使用されている。MGHの人間研究倫理委員会のガイドラインに従って, 提案されたシステムは、NOガスの高濃度の次の効果を研究するために、一連の無作為化比較試験を実施するために現在使用されています.まず、160ppmNOガスの効果は、軽度中等度のCOVID-19を有する非挿管対象において研究されている、救急部(IRBプロトコル^{#2020P001036)14}または入院患者(IRBプロトコル^{#2020P000786)18}のいずれかとして認められた。第二に、SARS-CoV-2感染を予防し、SARS-CoV-2陽性患者に日常的に曝露する医療提供者におけるCOVID-19症状の発症を防ぐために高用量NOの役割が検討されている(IRBプロトコル#2020P000831)^19。

この簡単な装置は呼吸療法のために日常的に使用される標準的な消耗品と組み立てることができる。提案された装置は、非侵襲的に無ガス、医療用空気、および酸素_(O2)の混合物を送達するように設計されている。二酸化窒素_(NO2)吸入は、気道毒性のリスクを低減するために最小化される。米国政府産業衛生士会議によって設定された現在のNO₂ 安全閾値は、8時間の時間加重平均を超えて3ppmであり、5ppmは短期的な暴露限界です。逆に、国立労働安全衛生研究所は、暴露の短期的な制限として1 ppmを推奨しています²⁰.高用量NOガス療法への関心の高まりを考えると、本報告書はこの新しい装置の必要な説明を提供する。研究目的で高濃度のNOを提供するために、コンポーネントを組み立てる方法を説明します。

プロトコル

注: 出荷システムの組み立てに必要な材料については、材料表を参照してください。医療用空気、O_2、および NO ガスの供給源も現場で入手できる必要があります。この装置は、地元の機関審査委員会(IRB)によって厳格な審査を受けた研究プロトコルでの調査用に開発されました。どの状況下でも、プロバイダーは、事前に適切な機関規制の承認を求めることなく、この原稿に含まれる指示のみに基づいて動作し、このデバイスを組み立てて使用する必要があります。デバイスの近位端から始めて、次の順序でピースを組み立てます(図1)。

1. 患者インターフェースの構築

1. 被験者に適したサイズのぴったりとした、標準的な、非侵襲的な換気フェイスマスクを取る。
2. マスクの内蔵エルボーポートを高効率微粒子空気(疎水性の高い細菌/ウイルスフィルター、HEPAクラス13)に接続し、22mmの外径(O.D.)を通してフィルターを使用します。/15 mm 内径 (I.D.) コネクタ。
3. (オプション)被写体の動きを容易にし、切断のリスクを軽減するために、マスクインターフェースとHEPAフィルターの間の気管内管または気管切開チューブ用の15mm O.D.x 22mm O.D./15 mm I.D.(長さ5cm-6.5 cm)の柔軟な患者コネクタを追加します。
   注:マスクインターフェイスの漏れを避けるためにあらゆる努力をしてください。装置の「患者の端」はまた、マウスピースから成り立つことができる。このような構成では、鼻クリップを追加する必要があります。

2._O2 供給のYピースと準備の構築

1. 22 mm ~22 mm、7.6 mm ポートを備えた 15 F Y ピース コネクタを取ります。2つの反対感覚、低抵抗、22 mmの男性/女性、一方通行の弁を通して、Yピースの2つの遠位端に回路の呼気および吸気用の四肢を作成します。
   1. 流れ目の四肢: Yピースの一方の端に、一方のバルブ コネクタを配置して、近位から遠位への流れのみを許可します(矢印は下向き)。
   2. 吸気性の四肢: Yピースのもう一方の端で、遠位から近位への流れのみを可能にする一方の弁を接続します(上向き矢印)。
2. Y の近位端を HEPA フィルタに接続します。
3. 両端にユニバーサルアダプターを備えた標準のキンク耐性ビニールガスチューブを使用して、O₂ ソースをYピースの吸気用四肢に接続します。患者とガスの供給源との距離を考慮して、適切な長さのチューブを選択します。
   注: Y ピース コネクタには、吸気用の四肢にサンプリング ポートが必要です。それ以外の場合は、サンプリング ポートを備えた追加のストレート コネクタを使用して O₂を供給する必要があります。

3. 清掃室の建設と取り付け

1. 22 mm x 22 mm シリコンゴムを接続し、フレキシブル コネクタ アダプタをスカベンジャーチャンバーの近位端(内径 = 60 mm、内長 = 53 mm、体積 = 150mL) 100 gの水酸化カルシウム (Ca(OH)₂₎を接続します。
2. シリコンゴムアダプターに15 mm O.D.x 22 mm O.D./15 mm I.D.、5 cm-6.5 cm、柔軟性のある段ボールチューブを取り付けます。
3. 別の22 mm x 22 mm シリコンゴム、フレキシブルコネクタアダプタをスカベンジャーの遠位端に接続します。
4. 15 mm-22 mmの2ステップアダプターを使用して、清掃室とチューブアセンブリをYピースの感動的な四肢に追加します。

4. NOリザーバーシステムの構築と取り付け

1. 3Lラテックスフリーの呼吸貯留用バッグと90°換気エルボーコネクタをポートなし(22 mm ID x 22 mm)で組み立てます。
2. エルボのもう一方の端をエアロゾルTピースの中央開口部(水平ポート22 mm O.D.、垂直ポート11mmのI.D./22 mm O.D.)に接続します。
3. シリコンゴムコネクタにしっかりとフィットするまで進めて、掃除室の遠位端にTピースを取り付けます。

5. NOと医療用空気供給システムの構築

1. 7.6 mm サンプリングポートとフリップトップキャップを備えた 2 つの連続した 15 mm O.D. x 15 mm I.D./22 mm O.D. コネクタを取り付けることで、NO/Air ガス供給システムを構築します。
   注: キャップを取り外すと、サンプリング アクセスはガス入口ポートとして機能します。
2. NO/エア供給システムの遠位端に、別の一方向の吸気弁(上向き矢印)を取り付けます。
3. NO/エアサプライシステムの近位端に、15/22 mmの2ステップアダプタを接続します。
4. 近位2ステップアダプタを、NOリザーバーシステムの緑色のTピースの残りのフリーインレットに接続します。

6. 標準の、キンク耐性、星管腔ビニール酸素ガスチューブを使用して、空気とNOガスフローラインを次の手順で取り付けます。

1. 医療用空気を最も遠位ガスの入口口に接続します。
2. 800 ppmの医療グレードのNOタンク(標準温度および圧力で800 ppmの2239 Lを含むサイズAQアルミニウムシリンダー)からNOガスを窒素とバランスよく接続し、体積2197 Lを下流の次の港に接続します。
   注:チューブは、ガスのソースに快適に到達するために適切な長さでなければなりません。NOの異なるタンクや発電機は、ガスの供給源として使用することができます。

7. 自発的に呼吸する被験者に使用

1. 所望のFiO2およびNO濃度に応じて空気_、O2、およびNOガスの流れを設定する。
   注: NO を 80、160、または 250 ppm で管理する推奨流量は 、表 1 にリストされています(800 ppm シリンダのみに適用可能)。
2. 非侵襲的な換気インターフェイスの設定と同様に、患者の顔にぴったりしたマスクを置きます。
3. 必要な期間、吸入セッションを開始します。

結果

COVID-19のICU入学の急増の間にMGHのICUで働いていた33歳の呼吸療法士は、医療従事者^15,19を含む試験の一環としてNOを受け取ることを志願しました。試験は、ウイルス性薬剤としてNOの160ppmの有効性を試験し、それによってウイルス汚染の危険にさらされている肺における疾患発生を予防した。吸入予防の最初のセッションは、1...

ディスカッション

COVID-19⁸を含む非挿管患者に対するNOガス療法への関心の高まりを考えると、本報告書は、新しいカスタムデバイスと、250ppmの高い濃度でNOを提供するためにその成分を組み立てる方法を説明しています。提案されたシステムは安価な消耗品から造られ、自然呼吸の患者のNOガスの再生可能な集中を安全に提供する。組み立ておよび使用の容易さは、他の場所で公開される安全?...

資料

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