JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Это простое и легко адаптируемое системное устройство для вдыхания высокой концентрации оксида азота (NO) не требует механических вентиляторов, положительного давления или высоких газовых потоков. Стандартные медицинские расходные материалы и плотно прилегающая маска используются для безопасной доставки ГАЗА NO к спонтанно дышащим субъектам.

Аннотация

Оксид азота (NO) вводится в виде газа для ингаляции, чтобы вызвать селективную легочную вазодилатацию. Это безопасная терапия с небольшими потенциальными рисками, даже если ее назначать в высокой концентрации. Вдыхаемый газ NO обычно используется для увеличения системной оксигенации при различных заболеваниях. Введение высоких концентраций NO также оказывает вирулицидное действие in vitro. Благодаря благоприятным фармакодинамическим профилям и профилям безопасности, знакомству с его использованием поставщиками интенсивной терапии и потенциалу прямого вирулицидного эффекта, NO клинически используется у пациентов с коронавирусной болезнью-2019 (COVID-19). Тем не менее, в настоящее время нет устройства для легкого введения ингаляционного NO в концентрациях выше 80 частей на миллион (ppm) при различных фракциях вдыхаемого кислорода без необходимости в специальном, тяжелом и дорогостоящем оборудовании. Разработка надежного, безопасного, недорогого, легкого и без вентилятора решения имеет решающее значение, особенно для раннего лечения неинтубированных пациентов за пределами отделения интенсивной терапии (ОИТ) и в сценарии с ограниченными ресурсами. Для преодоления такого барьера была разработана простая система неинвазивного введения газа NO до 250 ppm с использованием стандартных расходных материалов и камеры для очистки. Метод доказал свою безопасность и надежность при обеспечении заданной концентрации NO при ограничении уровней диоксида азота. Эта статья направлена на то, чтобы предоставить клиницистам и исследователям необходимую информацию о том, как собрать или адаптировать такую систему для исследовательских целей или клинического использования при COVID-19 или других заболеваниях, при которых введение NO может быть полезным.

Введение

Ингаляционная терапия NO регулярно используется в качестве спасительного лечения в нескольких клинических условиях1,2,3. В дополнение к его хорошо известному легочному сосудорасширяющей эффекту4,NO проявляет широкий антимикробный эффект против бактерий5,вирусов6и грибков7,особенно при введении в высоких концентрациях (>100 ppm). 8 Во время вспышки тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС) в 2003 году NO показал мощную противовирусную активность in vitro и продемонстрировал терапевтическую эффективность у пациентов, инфицированных SARS-коронавирусом (SARS-CoV)9,10. Штамм 2003 года структурно похож на SARS-Cov-2, патоген, ответственный за текущую пандемию коронавирусной болезни-2019 (COVID-19)11. Три рандомизированных контролируемых клинических испытания продолжаются у пациентов с COVID-19 для определения потенциальных преимуществ дыхания высокой концентрацией газа NO для улучшения результатов12,13,14. В четвертом продолжающемся исследовании профилактическое вдыхание высоких концентраций NO исследуется в качестве профилактической меры против развития COVID-19 у медицинских работников, подвергшихся воздействию SARS-CoV-2-положительных пациентов15.

Разработка эффективного и безопасного лечения COVID-19 является приоритетом для медицинского и научного сообществ. Для исследования введения газа NO в дозах > 80 ppm у неинтубированных пациентов и добровольных медицинских работников стала очевидной необходимость разработки безопасной и надежной неинвазивной системы. Этот метод направлен на введение высоких концентраций NO при различных фракциях вдыхаемого кислорода (FiO2)спонтанно дышащим субъектам. Методология, описанная здесь, в настоящее время используется в исследовательских целях у спонтанно дышащих пациентов с COVID-19 в Массачусетской больнице общего профиля (MGH)16,17. Следуя руководящим принципам комитета по этике исследований человека MGH, предлагаемая система в настоящее время используется для проведения серии рандомизированных контролируемых испытаний для изучения следующих эффектов высоких концентраций газа NO. Во-первых, эффект 160 ppm NO газа изучается у неинтубированных субъектов с легкой и умеренной формой COVID-19, поступивших либо в отделение неотложной помощи (IRB Protocol #2020P001036)14, либо в качестве стационарных пациентов (IRB Protocol #2020P000786)18. Во-вторых, изучается роль высоких доз НО в предотвращении инфекции SARS-CoV-2 и развития симптомов COVID-19 у медицинских работников, регулярно подвергающихся воздействию SARS-CoV-2-положительных пациентов (протокол IRB No 2020P000831)19.

Это простое устройство может быть собрано со стандартными расходными материалами, обычно используемыми для респираторной терапии. Предлагаемый аппарат предназначен для неинвазивной доставки смеси no gas, медицинского воздуха и кислорода (O2). Вдыхание диоксида азота (NO2)сведено к минимуму для снижения риска токсичности для дыхательных путей. Текущий порог безопасности NO2, установленный Американской конференцией правительственных промышленных гигиенистов, составляет 3 ppm при среднем значении 8-часового времени, а 5 ppm - это предел краткосрочного воздействия. И наоборот, Национальный институт безопасности и гигиены труда рекомендует 1 ppm в качестве краткосрочного предела воздействия20. Учитывая растущий интерес к высокодозной газовой терапии NO, в настоящем докладе приводится необходимое описание этого нового устройства. В нем объясняется, как собрать его компоненты для обеспечения высокой концентрации NO для исследовательских целей.

протокол

ПРИМЕЧАНИЕ: Смотрите Таблицу материалов для материалов, необходимых для сборки системы доставки. Источники медицинского воздуха, O2и газов NO также должны быть доступны на месте. Устройство было разработано для использования в исследовательских протоколах, которые прошли тщательную проверку местным Советом по институциональному обзору (IRB). Ни при каких обстоятельствах поставщики не должны действовать исключительно на основе указаний, включенных в эту рукопись, собирая и используя это устройство без предварительного соответствующего институционального одобрения регулирующих органов. Начиная с проксимального конца устройства, соберите детали в следующем порядке(рисунок 1).

1. Построение интерфейса пациента

  1. Возьмите плотно облегающую, стандартную, неинвазивную вентиляционную маску для лица соответствующего размера для субъекта.
  2. Подключите встроенный локтевой порт маски к высокоэффективной фильтрации твердых частиц (высокогидрофобный бактериальный/вирусный фильтр, класс HEPA 13) через наружный диаметр 22 мм (O.D.) разъем внутреннего диаметра /15 мм (I.D.).
  3. (Необязательно) Чтобы облегчить движение субъекта и снизить риск отключения, добавьте гибкий разъем для эндотрахеальной или трахеостомийной трубки 15 мм O.D./15 мм I.D. (длина 5 см-6,5 см) для эндотрахеальной или трахеостомийной трубки между интерфейсом маски и фильтром HEPA.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Приложите все усилия, чтобы избежать утечки интерфейса маски. «Терпеливый конец» устройства также может состоять из мундштука. В такой конфигурации необходимо добавить зажим для носа.

2. Сборка Y-фигуры и подготовка источника питания O2

  1. Возьмите разъем от 22 мм до 22 мм и 15 F Y с портами 7,6 мм. Создайте выдох и вдоховые конечности контура на двух дистальных концах Y-образной части с помощью двух односторонних клапанов с противоположным чувством, низким сопротивлением, 22 мм мужских / женских.
    1. Конечность выдоха: На одном конце Y-образной части поместите односторонний соединитель клапана, обеспечивающий только проксимальный и дистальный поток (стрелка, указывающая вниз).
    2. Вдоховая конечность: На другом конце Y-образной части подключите односторонний клапан, обеспечивающий только дистальный и проксимальный поток (стрелка, указывающая вверх).
  2. Подключите проксимальный конец Y к фильтру HEPA.
  3. Используя стандартные, устойчивые к излому, виниловые газовые трубки с универсальными адаптерами на обоих концах, подключите источник O2 к вдоховной конечности Y-piece. Выбирайте трубки соответствующей длины с учетом расстояния между пациентом и источником газа.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Разъем Y-образной детали должен иметь отверстие для отбора проб на вдоховой ветке. Если нет, то для питания O2необходимо использовать дополнительный прямой разъем с портом для отбора проб.

3. Строительство и крепление камеры для мусора

  1. Подключите силиконовую резину размером 22 мм x 22 мм, гибкий соединительный адаптер к проксимальному концу камеры мусорщика (внутренний диаметр = 60 мм, внутренняя длина = 53 мм, объем = 150 мл), содержащий 100 г гидроксида кальция (Ca(OH)2).
  2. Прикрепите гибкую гофрированную трубку 15 мм O.D. x 22 мм O.D./15 мм I.D., 5 см-6,5 см, гибкую гофрированную трубку.
  3. Подключите еще один силиконовый каучук размером 22 мм x 22 мм, гибкий адаптер разъема к дистальному концу мусорщика.
  4. Добавьте камеру для сбора мусора и трубку в узел вдоха Y-го куска с помощью двухступенчатого адаптера диаметром 15-22 мм.

4. Строительство и присоединение системы резервуаров NO

  1. Соберите 3-l без латексного дыхательного резервуара и коленный разъем вентилятора 90° без портов (22 мм ID x 22 мм).
  2. Подключите другой конец колена к центральному отверстию аэрозольной Т-фигуры (горизонтальные порты 22 мм O.D., вертикальный порт 11 мм I.D./22 мм O.D.).
  3. Прикрепите Т-деталь к дистальному концу камеры для мусора, продвигая ее до тех пор, пока она плотно не прилегает к силиконово-резиновой коннектору.

5. Построение СИСТЕМЫ ПОДАЧИ NO и медицинского воздуха

  1. Постройте систему подачи газа NO/air, подключив два последовательных разъема O.D. x 15 мм I.D./22 мм O.D. с отверстиями для отбора проб 7,6 мм и откидными крышками.
    ПРИМЕЧАНИЕ: После снятия колпачков доступы для отбора проб будут функционировать как впускные отверстия для газа.
  2. На дистальном конце системы подачи воздуха NO/air прикрепите еще один односторонний вдоховый клапан (стрелка, направленная вверх).
  3. На проксимальном конце системы подачи воздуха NO/air подключите двухступенчатый адаптер 15/22 мм.
  4. Подключите проксимальный двухступенчатый адаптер к оставшемуся свободному входу зеленого Т-куска из системы резервуаров NO.

6. Присоедините воздушные и NO газовые потоки с помощью стандартных, устойчивых к излому, звездчатых виниловых кислородных газовых трубок для следующих этапов.

  1. Подключите медицинский воздух к самому дистальному входяя газа.
  2. Подключите газ NO из медицинского резервуара NO 800 ppm (алюминиевые баллоны размера AQ, содержащие 2239 л 800 ppm газа NO при стандартной температуре и давлении, сбалансированные азотом; поставляемый объем 2197 л) к следующему порту вниз по потоку.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Трубки должны иметь соответствующую длину, чтобы комфортно достигать источников газов. В качестве источников газа могут использоваться различные резервуары или генераторы NO.

7. Использование в спонтанно дышащих предметах

  1. Установите поток воздуха, O2и NO газа в соответствии с желаемой концентрацией FiO2 и NO.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуемые скорости потока для введения NO при 80, 160 или 250 ppm перечислены в таблице 1 (применимо только к цилиндрам 800 ppm).
  2. Поместите плотно прилегающую маску на лицо пациента, аналогично неинвазивной настройке интерфейса вентиляции.
  3. Начните сеанс ингаляции на нужную продолжительность.

Результаты

33-летний респираторный терапевт, работающий в отделении интенсивной терапии в MGH во время всплеска приема в ОИТ по COVID-19, вызвался получить NO в рамках испытания с участием медицинских работников15,19лет. В исследовании проверялась эффекти?...

Обсуждение

Учитывая растущий интерес к газовой терапии NO для неинтубированных пациентов, в том числе с COVID-198,в настоящем докладе описывается новое пользовательское устройство и способы сборки его компонентов для доставки NO в концентрациях до 250 ppm. Предлагаемая система построена из н...

Раскрытие информации

Л.B. получает поддержку заработной платы от K23 HL128882 / NHLBI NIH в качестве главного исследователя своей работы по гемолизу и оксиду азота. L.B. получает технологии и устройства от iNO Therapeutics LLC, Praxair Inc., Masimo Corp. L.B. получает грант от iNO Therapeutics LLC. А.Ф. и Л.Т. сообщили о средствах Германского исследовательского фонда (DFG) F.I. 2429/1-1; ТР1642/1-1. WMZ получает грант от NHLBI B-BIC/NCAI (#U54HL119145), и он входит в научно-консультативный совет Third Pole Inc., который лицензировал патенты на электрическую генерацию NO от MGH. Всем остальным авторам нечего декларировать.

Благодарности

Это исследование было поддержано кафедрой эндаумента Реджинальда Дженни в Гарвардской медицинской школе для L.B., L.B. Sundry Funds в MGH и лабораторными фондами Центра анестезии для исследований интенсивной терапии отделения анестезии, интенсивной терапии и медицины боли в MGH.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
90° ventilator elbow connector without ports 22 mm ID x 22 mm ODTeleflex, Wayne, PA, USA1641
Aerosol tee connector: horizontal ports 22 mm OD, vertical port 11 mm ID/22 mm ODTeleflex, Wayne, PA, USA1077
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, USA3215
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, USA28012
Latex-free 3-L breathing reservoir bagCareFusion, Yorba Linda, CA, USA5063NL
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, USAMM NO800NI-AQ
One-way valve 22 mm male/female (arrow pointing towards female end)Teleflex, Wayne, PA, USA1664N=2 inspiratory limb (upward arrow)
One-way valve 22 mm male/female (arrow pointing towards male end)Teleflex, Wayne, PA, USA1665N=1 expiratory limb (downward arrow)
Rad-57 Handheld Pulse Oximeter with Rainbow SET TechnologyMasimo Corporation, Irvine, CA, USA3736Including SpMet Option
Scavenger (ID = 60 mm, internal length = 53 mm, volume = 150 mL) containing 100 g of calcium hydroxideSpherasorb, Intersurgical Ltd, Berkshire, UK
Silicon rubber flexible connectors 22 mm F x 22 mm FTri-anim Health Services, Dublin, OH, USA301-9000
Snug-fit standard face mask of appropriate size
Star Lumen standard medical grade vynil oxygen tubing with universal connectorsTeleflex, Morrisville, NC, USA1115Variable 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, USA502041
Two-step adapter (15 mm to 22 mm)Airlife Auburndale, FL, USA1824
Y-piece connector with 7.6 mm ports (22 mm to 22 mm and 15 F)Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, USA1831

Ссылки

  1. Roberts, I. D., Fineman, J. F., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide and persistent pulmonary hypertension of the newborn. Pneumologie. 52 (4), 239 (1998).
  2. Rossaint, R., et al. Inhaled nitric oxide for the adult respiratory distress syndrome. New England Journal of Medicine. 328 (6), 399-405 (1993).
  3. Robinson, J. N., Banerjee, R., Landzberg, M. J., Thiet, M. P. Inhaled nitric oxide therapy in pregnancy complicated by pulmonary hypertension. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 180 (4), 1045-1046 (1999).
  4. Ichinose, F., Roberts, J. D., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide: a selective pulmonary vasodilator: current uses and therapeutic potential. Circulation. 109 (25), 3106-3111 (2004).
  5. Miller, C. C., et al. Inhaled nitric oxide decreases the bacterial load in a rat model of Pseudomonas aeruginosa pneumonia. Journal of Cystic Fibrosis. 12 (6), 817-820 (2013).
  6. Åkerström, S., Gunalan, V., Keng, C. T., Tan, Y. J., Mirazimi, A. Dual effect of nitric oxide on SARS-CoV replication: Viral RNA production and palmitoylation of the S protein are affected. Virology. 395 (1), 1-9 (2009).
  7. Deppisch, C., et al. Gaseous nitric oxide to treat antibiotic resistant bacterial and fungal lung infections in patients with cystic fibrosis: a phase I clinical study. Infection. 44 (4), 513-520 (2016).
  8. Alvarez, R. A., Berra, L., Gladwin, M. T. Home nitric oxide therapy for COVID-19. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 202 (1), 16-20 (2020).
  9. Chen, L., et al. Inhalation of nitric oxide in the treatment of severe acute respiratory syndrome: A rescue trial in Beijing. Clinical Infectious Diseases. 39 (10), 1531-1535 (2004).
  10. Keyaerts, E., et al. Inhibition of SARS-coronavirus infection in vitro by S-nitroso-N- acetylpenicillamine, a nitric oxide donor compound. International Journal of Infectious Diseases. 8 (4), 223-226 (2004).
  11. Rossi, G. A., Sacco, O., Mancino, E., Cristiani, L., Midulla, F. Differences and similarities between SARS-CoV and SARS-CoV-2: spike receptor-binding domain recognition and host cell infection with support of cellular serine proteases. Infection. 48 (5), 665-669 (2020).
  12. Berra, L., et al. Protocol for a randomized controlled trial testing inhaled nitric oxide therapy in spontaneously breathing patients with COVID-19. medRxiv. , (2020).
  13. Lei, C., et al. Protocol for a randomized controlled trial testing inhaled nitric oxide therapy in spontaneously breathing patients with COVID-19. medRxiv. , (2020).
  14. . Nitric oxide inhalation therapy for COVID-19 infections in the ED Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04338828 (2020)
  15. Gianni, S., et al. Nitric oxide gas inhalation to prevent COVID-2019 in healthcare providers. medRxiv. , (2020).
  16. Safaee Fakhr, B., et al. High concentrations of nitric oxide inhalation therapy in pregnant patients with severe coronavirus disease 2019 (COVID-19). Obstetrics & Gynecology. , (2020).
  17. Gianni, S., et al. Ideation and assessment of a nitric oxide delivery system for spontaneously breathing subjects. Nitric Oxide. 104-105, 29-35 (2020).
  18. . Nitric oxide gas inhalation therapy for mild/moderate COVID-19 Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04305457 (2020)
  19. . NO prevention of COVID-19 for healthcare providers Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04312243?term=Berra&draw=2&rank=7 (2020)
  20. . 1988 OSHA PEL Project-Nitrogen Dioxide|NIOSH|CDC Available from: https://www.cdc.gov/niosh/pel88/10102-44.html (2020)
  21. Yu, B., Zapol, W. M., Berra, L. Electrically generated nitric oxide from air: a safe and economical treatment for pulmonary hypertension. Intensive Care Medicine. 45 (11), 1612-1614 (2019).
  22. Yu, B., Muenster, S., Blaesi, A. H., Bloch, D. B., Zapol, W. M. Producing nitric oxide by pulsed electrical discharge in air for portable inhalation therapy. Science Translational Medicine. 7 (294), (2015).
  23. Lovich, M. A., et al. Generation of purified nitric oxide from liquid N2O4 for the treatment of pulmonary hypertension in hypoxemic swine. Nitric Oxide - Biology and Chemistry. 37 (1), 66-72 (2014).
  24. Cortazzo, J. A., Lichtman, A. D. Methemoglobinemia: A review and recommendations for management. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 28 (4), 1043-1047 (2014).
  25. Christenson, J., et al. The incidence and pathogenesis of cardiopulmonary deterioration after abrupt withdrawal of inhaled nitric oxide. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 161 (5), 1443-1449 (2000).
  26. Yu, B., Ichinose, F., Bloch, D. B., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide. British Journal of Pharmacology. 176 (2), 246-255 (2019).
  27. INO Therapeutics. INOMAX - nitric oxide gas. Food and Drug Administration (FDA) Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2013/020845s014lbl.pdf (2013)
  28. Klinger, J. R., et al. Therapy for pulmonary arterial hypertension in adults: Update of the CHEST Guideline and Expert Panel Report. Chest. 155 (3), 565-586 (2019).
  29. Cornfield, D. N., Milla, C. E., Haddad, I. Y., Barbato, J. E., Park, S. J. Safety of inhaled nitric oxide after lung transplantation. Journal of Heart and Lung Transplantation. 22 (8), 903-907 (2003).
  30. Bhorade, S., et al. Response to inhaled nitric oxide in patients with acute right heart syndrome. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 159 (2), 571-579 (1999).
  31. Mizutani, T., Layon, A. J. Clinical applications of nitric oxide. Chest. 110 (2), 506-524 (1996).
  32. . Nitric oxide gas inhalation in Severe Acute Respiratory Syndrome in COVID-19 Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04306393 (2020)

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

171COVID 19SARS CoV 2

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены