자연적으로 호흡하는 과목에서 고농도의 산화산화물 가스를 전달하는 새로운 흡입 마스크 시스템

요약

고농도 산화질소(NO) 가스의 흡입을 위한 간단하고 고적응성이 높은 시스템 장치는 기계식 인공호흡기, 양압 또는 높은 가스 흐름을 필요로 하지 않습니다. 표준 의료 소모품과 아늑한 피팅 마스크는 자발적으로 호흡하는 피사체에게 NO 가스를 안전하게 전달하는 데 사용됩니다.

초록

산화 질소 (NO)는 선택적 폐 혈관 확장을 유도하기 위해 흡입을위한 가스로 투여된다. 그것은 안전한 치료, 높은 농도에서 관리 하는 경우에 몇 가지 잠재적인 위험. 흡입된 NO 가스는 정기적으로 다른 질병 조건에서 전신 산소화를 증가시키는 데 사용됩니다. NO의 고농도의 투여는 또한 시험관 내의 비루시컬 효과를 발휘한다. 유리한 약동및 안전성 프로파일, 중환자 실용의료원들의 사용에 대한 친숙함, 직접적인 비질 효과의 가능성 으로 인해 NO는 코로나바이러스 질환-2019(COVID-19)를 가진 환자에서 임상적으로 사용됩니다. 그럼에도 불구하고, 현재 전용, 무겁고 비용이 많이 드는 장비없이 다양한 영감 산소 분획에서 백만 (ppm) 당 80 개 이상의 농도로 흡입 된 NO를 쉽게 투여 할 수있는 장치는 없습니다. 신뢰할 수 있고 안전하며 저렴하며 가볍고 인공호흡기가 없는 솔루션의 개발은 특히 중환자실(ICU) 외부의 비삽환자 조기 치료와 제한된 자원 시나리오에서 매우 중요합니다. 이러한 장벽을 극복하기 위해 표준 소모품 및 청소 챔버를 사용하여 최대 250 ppm의 비침습적 NO 가스 투여를 위한 간단한 시스템을 개발했습니다. 이 방법은 이산화질소 수준을 제한하면서 지정된 NO 농도를 제공하는 데 안전하고 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었습니다. 이 논문은 임상의와 연구원에게 COVID-19 또는 NO 관리가 도움이 될 수 있는 다른 질병을 연구 목적 또는 임상 용으로 조정하는 방법에 대한 필요한 정보를 제공하는 것을 목표로합니다.

서문

NO 흡입 요법은 정기적으로 여러 임상 설정^1,2,3에서생명을 구하는 치료로 사용된다. 잘 알려진 폐 혈관 확장제 효과⁴외에도, NO는 박테리아^5,바이러스⁶및 곰팡이^7에대한 광범위한 항균 효과를 표시하며, 특히 고농도(>100 ppm)에서 투여되는 경우. ⁸ 2003년 중증 급성호흡기증후군(SARS) 발병 시, NO는 시험관내에서 강력한 항바이러스 활성을 보였으며 SARS-코로나바이러스(SARS-CoV)^9,10에감염된 환자에서 치료 효능을 입증하였다. 2003년 균주는 현재 코로나바이러스 질환-2019(COVID-19)^{전염병(11)을}담당하는 병원균인 SARS-Cov-2와 구조적으로 유사하다. COVID-19 환자에서 3개의 무작위 대조 임상 시험이 진행되어 결과를 향상시키기 위해 고농도 NO 가스를 호흡하는 잠재적 이점을 결정한다^12,13,14. 네 번째 진행 연구에서, NO의 고농도의 예방 흡입은 SARS-CoV-2 양성 환자에 노출된 의료 제공자에서 COVID-19의 개발에 대한 예방 조치로 조사되고 있다^15.

COVID-19에 대한 효과적이고 안전한 치료의 개발은 의료 및 과학 커뮤니티의 우선 순위입니다. 비삽 환자및 자원 봉사 의료 노동자에 있는 80 ppm> 복용량에 NO 가스의 행정을 조사하기 위하여는, 안전하고 믿을 수 있는 비침범성 시스템을 개발하는 필요가 명백해졌습니다. 이 기술은 영감 산소의 다른 분획에서 높은 NO 농도를 관리하는 것을 목표로 (FiO₂₎자발적으로 피험자 호흡. 여기에서 기술된 방법론은 현재 매사추세츠 종합 병원 (MGH)^16,17에서COVID-19 환자를 자발적으로 호흡하는 연구 목적을 위해 사용중이다. MGH의 인간 연구 윤리 위원회의 지침에 따라, 제안 된 시스템은 현재 NO 가스의 고농도의 다음과 같은 효과를 연구하기 위해 일련의 무작위 통제 시험을 수행하는 데 사용됩니다. 첫째, 160 ppm NO 가스의 효과는 온화한 온건한 COVID-19를 가진 비삽체에서 연구되고, 응급실에서 인정되는 (IRB 프로토콜 #2020P001036)¹⁴ 또는 입원 환자로 (IRB 프로토콜 #2020P000786)^18. 둘째, 고용량 NO의 역할은 SARS-CoV-2 감염을 방지하고 SARS-CoV-2 양성 환자(IRB 프로토콜 # 2020P0000831)에 일상적으로 노출된 의료 서비스 제공자에서 COVID-19 증상의 발병을 방지하기 위해 검토되고^있다.

이 간단한 장치는 호흡기 치료에 일상적으로 사용되는 표준 소모품으로 조립 할 수 있습니다. 제안된 장치는 비침습적으로 NO 가스, 의료 공기 및 산소(O_2)의혼합물을 제공하도록 설계되었습니다. 이산화질소(NO₂₎흡입은 기도 독성의 위험을 줄이기 위해 최소화된다. 미국 정부 산업 위생사 회의가 정한 현재 NO₂ 안전 임계값은 8h 시간 가중치 평균을 초과하는 3ppm이며 5 ppm은 단기 노출 한도입니다. 반대로, 국립 산업 안전 보건 연구소는 노출의 단기 제한으로 1 ppm을^권장20. 고용량 NO 가스 치료에 대한 관심이 증가함에 따라, 현재 보고서는이 새로운 장치에 대한 필요한 설명을 제공합니다. 그것은 연구 목적을 위해 NO의 높은 농도를 제공하기 위해 구성 요소를 조립하는 방법을 설명합니다.

프로토콜

참고: 배달 시스템을 조립하는 데 필요한 재료에 대한 재료 표를 참조하십시오. 구내에서 의료용 공기, O₂및 NO 가스도 사용할 수 있어야 합니다. 이 장치는 지역 기관 검토 위원회 (IRB)에 의해 엄격한 검토를 받은 연구 프로토콜에서 조사 사용을 위해 개발되었습니다. 어떠한 경우에도 공급자는 이전에 적절한 제도적 규제 승인을 구하지 않고 이 원고에 포함된 표시를 기반으로 만 작동해서는 안 됩니다. 장치의 근위 쪽 끝에서 시작하여 다음 순서로 조각을 조립합니다(그림1).

1. 환자 인터페이스 구축

1. 피사체에 적합한 크기의 안락한 피팅, 표준, 비침습적 환기 면 마스크를 가져 가라.
2. 마스크의 내장 된 팔꿈치 포트를 고효율 미립자 공기 (고소수 세균/바이러스 필터, HEPA 클래스 13) 필터22mm 외지 (O.D.)를 통해 연결합니다. /15 mm 내경(I.D.) 커넥터.
3. (선택 사항) 피사체의 움직임을 용이하게 하고 단절 위험을 줄이려면 마스크 인터페이스와 HEPA 필터 사이의 내트라큐아또는 기관 절제술 튜브에 15mm O.D. x 22mm O.D./15mm I.D.(길이 5cm-6.5cm)를 추가합니다.
   참고: 마스크 인터페이스의 누설을 피하기 위해 모든 노력을 기울이십시오. 장치의 "환자 끝"은 마우스 피스로 구성 될 수 있습니다. 이러한 구성에 코 클립을 추가해야 합니다.

2. Y피스 를 구축하고_O2 공급의 준비

1. 22mm에서 22mm, 7.6mm 포트가 있는 15F Y피스 커넥터를 이용하십시오. 반대식, 저저항, 22mm 남성/여성, 단방향 밸브를 통해 Y-피스의 두 단부 끝에 회로의 만료 및 호흡할 수 없는 팔다리를 만듭니다.
   1. 만료 사지: Y피스의 한쪽 끝에는 단방향 밸브 커넥터를 배치하여 근위-단부 흐름만 허용합니다(아래쪽을 가리키는 화살표).
   2. 피증사지: Y피스의 다른 쪽 끝에는 단방향 밸브를 연결하여 탈구-근동 유동만 허용합니다(위쪽으로 가리키는 화살표).
2. Y의 근접 끝을 HEPA 필터에 연결합니다.
3. 양끝에 범용 어댑터가 있는 표준, 꼬임 내성 비닐 가스 튜브를 사용하여 O₂ 소스를 Y-piece의 피망있는 사지에 연결합니다. 환자와 가스의 근원 사이의 거리를 고려하여 적절한 길이의 튜브를 선택합니다.
   참고: Y-피스 커넥터에는 피망 사지에 샘플링 포트가 있어야 합니다. 그렇지 않은 경우 샘플링 포트가 있는 추가 직선 커넥터를 사용하여 O_2를제공해야 합니다.

3. 청소 챔버를 구축하고 부착

1. 22mm x 22mm 실리콘 고무, 유연한 커넥터 어댑터를 스캐벤저 챔버의 근면 단부에 연결합니다(내부 직경 = 60mm, 내부 길이 = 53mm, 부피 = 150mL)는 100g의 칼슘 수산화(Ca)(OH)_2)를함유하고 있다.
2. 실리콘 고무 어댑터에 15mm O.D. x 22mm O.D./15 mm I.D., 5cm-6.5cm, 유연하고 골판지 튜브를 부착합니다.
3. 또 다른 22mm x 22mm 실리콘 고무, 유연한 커넥터 어댑터를 청소부의 단풍 끝에 연결합니다.
4. 15mm-22mm 2단계 어댑터를 사용하여 청소 챔버와 튜브 어셈블리를 Y 피스의 피망 사지에 추가합니다.

4. 노 저수지 시스템을 구축하고 부착

1. 3-L 라텍스 가없는 호흡 저장고 백과 포트없이 90 ° 인공 호흡기 팔꿈치 커넥터 (22mm ID x 22mm)를 조립합니다.
2. 팔꿈치의 다른 쪽 끝을 에어로졸 T피스의 중앙 개구부(수평 포트 22mm O.D., 수직 포트 11mm I.D./22 mm O.D.)에 연결합니다.
3. T피스를 청소 챔버의 말단에 부착하여 실리콘 고무 커넥터에 단단히 맞을 때까지 전진합니다.

5. NO 및 의료 공기 공급 시스템 구축

1. 7.6mm 샘플링 포트와 플립탑 캡이 있는 2회 연속 15mm O.D. x 15mm I.D./22 mm O.D. 커넥터를 부착하여 NO/공기 가스 공급 시스템을 구축합니다.
   참고: 캡을 제거하면 샘플링 액세스가 가스 입구 포트로 작동합니다.
2. NO/공기 공급 시스템의 단방향 끝에서 다른 단방향 피증 밸브(위쪽을 가리키는 화살표)를 부착합니다.
3. NO/공기 공급 시스템의 근접 단부에 15/22mm 2단계 어댑터를 연결합니다.
4. 근위 2단계 어댑터를 NO 저장소 시스템에서 그린 T피스의 나머지 무료 입구에 연결합니다.

6. 다음 단계에 대한 표준, 꼬임, 스타 루멘 비닐 산소 가스 튜브를 사용하여 공기 및 NO 가스 흐름 선을 부착합니다.

1. 의료 공기를 가장 단면 가스 입구 포트에 연결합니다.
2. 800 ppm 의료 급 NO 탱크 (표준 온도 및 압력에서 NO 가스의 800 ppm의 2239 L을 포함하는 크기의 AQ 알루미늄 실린더, 질소와 균형을 이루고, 전달 된 부피 2197 L)에서 다음 포트 다운스트림에 NO 가스를 연결합니다.
   참고: 튜브는 가스 의 소스에 편안하게 도달하기에 적절한 길이여야 합니다. NO의 다른 탱크 또는 발전기는 가스의 원천으로 사용할 수 있습니다.

7. 자발적으로 호흡하는 피사체에 사용

1. 원하는 FiO₂및 아니 농도에 따라 공기, O₂ 및 NO 가스 흐름을 설정합니다.
   참고: 80, 160 또는 250 ppm에서 NO를 관리하기 위한 권장 유량은 표 1에 나열됩니다(800ppm 실린더에만 적용 가능).
2. 비침습적 환기 인터페이스 설정과 유사한 환자의 얼굴에 꽉 끼는 마스크를 배치합니다.
3. 원하는 지속 시간 동안 흡입 세션을 시작합니다.

결과

COVID-19에 대한 ICU 입학의 급증 동안 MGH에서 ICU에서 일하는 33 세의 호흡기 치료사는 의료 종사자^15,19와관련된 시험의 일환으로 NO를받기 위해 자원했다. 시험은 virucidal 에이전트로 NO의 160 ppm의 효험을 시험하여 바이러스성 오염을 위한 위험한 폐에 있는 질병 발생을 방지합니다. 흡입 예방의 첫 번째 세션은 15분 동안 기술된 장치...

토론

COVID-19^8을가진 환자를 포함하여 비 삽관 환자에 대한 NO 가스 치료에 대한 관심이 증가함에 따라, 현재 보고서는 새로운 사용자 정의 장치와 250 ppm의 높은 농도에서 NO를 제공하기 위해 구성 요소를 조립하는 방법을 설명합니다. 제안 된 시스템은 저렴한 소모품으로 구축되며 자발적으로 호흡하는 환자에게 NO 가스의 재현 가능한 농도를 안전하게 제공합니다. 조립 및 사용의 용이?...

자료

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