Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

En ny indånding Mask System til at levere høje koncentrationer af nitrogenoxid gas i spontant vejrtrækning Emner

Published: May 4, 2021 doi: 10.3791/61769
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 2, 1, 1
1Department of Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, 2Division of Pediatric Critical Care Medicine, Department of Pediatrics, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, 3Respiratory Care, Massachusetts General Hospital

Summary

Denne enkle og meget tilpasningsdygtige systemanordning til indånding af højkoncentrations nitrogenoxidgas (NO) kræver ikke mekaniske ventilatorer, positivt tryk eller høje gasstrømme. Standard medicinske forbrugsstoffer og en tætsiddende maske bruges til sikkert at levere NO gas til spontant vejrtrækningspersoner.

Abstract

Nitrogenoxid (NO) administreres som gas til indånding for at fremkalde selektiv lungevadeilation. Det er en sikker behandling, med få potentielle risici, selv om de administreres ved høj koncentration. Inhaleret NO gas bruges rutinemæssigt til at øge systemisk iltning under forskellige sygdomsforhold. Administrationen af høje koncentrationer af NO har også en virucidal effekt in vitro. På grund af dets gunstige farmakodynamiske og sikkerhedsprofiler, kendskabet til dets anvendelse af kritiske behandlere og potentialet for en direkte virucidal effekt anvendes NO klinisk til patienter med coronavirussygdom-2019 (COVID-19). Ikke desto mindre er der i øjeblikket ingen anordning til rådighed til let at administrere inhaleret NO ved koncentrationer højere end 80 dele pr. million (ppm) ved forskellige inspirerede iltfraktioner uden behov for dedikeret, tungt og dyrt udstyr. Udviklingen af en pålidelig, sikker, billig, let og respiratorfri løsning er afgørende, især for tidlig behandling af ikke-intuberede patienter uden for intensivafdelingen (ICU) og i et scenarie med begrænsede ressourcer. For at overvinde en sådan barriere blev der udviklet et simpelt system til ikke-invasiv NO gasadministration op til 250 ppm ved hjælp af standardforbrugsmaterialer og et skyllekammer. Metoden har vist sig at være sikker og pålidelig til at levere en specificeret NO-koncentration, samtidig med at nitrogendioxidniveauet begrænses. Dette papir har til formål at give klinikere og forskere de nødvendige oplysninger om, hvordan man samler eller tilpasser et sådant system til forskningsformål eller klinisk brug i COVID-19 eller andre sygdomme, hvor INGEN administration kan være gavnlig.

Introduction

INGEN inhalationsterapi anvendes regelmæssigt som livreddende behandling i flere kliniske miljøer1,2,3. Ud over sin velkendte lungevaodilatoreffekt4, VISER NO en bred antimikrobiel effekt mod bakterier5, vira6og svampe7, især hvis de administreres ved høje koncentrationer (>100 ppm). 8 Under udbruddet af svær akut luftvejssyndrom (SARS) i 2003 viste NO potent antiviral aktivitet in vitro og påviste terapeutisk effekt hos patienter smittet med SARS-Coronavirus (SARS-CoV)9,10. 2003-stammen ligner strukturelt SARS-Cov-2, patogenet ansvarlig for den nuværende Coronavirus-sygdom-2019 (COVID-19) pandemi11. Tre randomiserede kontrollerede kliniske forsøg er i gang hos patienter med COVID-19 for at bestemme de potentielle fordele ved at trække vejret i høj koncentration NO gas for at forbedre resultaterne12,13,14. I en fjerde igangværende undersøgelse undersøges den profylaktiske indånding af høje koncentrationer af NO som en forebyggende foranstaltning mod udviklingen af COVID-19 hos sundhedsudbydere, der udsættes for SARS-CoV-2-positive patienter15.

Udviklingen af en effektiv og sikker behandling af COVID-19 er en prioritet for sundhedssektoren og de videnskabelige samfund. For at undersøge administrationen af NO gas ved doser > 80 ppm hos ikke-intuberede patienter og frivillige sundhedspersonale blev behovet for at udvikle et sikkert og pålideligt ikke-invasivt system tydeligt. Denne teknik har til formål at administrere høje NO koncentrationer på forskellige fraktioner af inspireret ilt (FiO2)til spontant vejrtrækning emner. Den metode, der er beskrevet her, er i øjeblikket i brug til forskningsformål hos spontant vejrtrækning covid-19 patienter på Massachusetts General Hospital (MGH)16,17. I retningslinjerne fra MGH's humane forskning etiske udvalg, er det foreslåede system i øjeblikket i brug til at gennemføre en række randomiserede kontrollerede forsøg for at undersøge følgende virkninger af høje koncentrationer af NO gas. For det første undersøges effekten af 160 ppm NO gas hos ikke-intuberede forsøgspersoner med mild-moderat COVID-19, optaget enten i skadestuen (IRB-protokol #2020P001036)14 eller som indlagte (IRB-protokol #2020P000786)18. For det andet undersøges rollen som højdosis NO for at forhindre SARS-CoV-2-infektion og udviklingen af COVID-19-symptomer hos sundhedsudbydere, der rutinemæssigt udsættes for SARS-CoV-2-positive patienter (IRB-protokol # 2020P000831)19.

Denne enkle enhed kan samles med standard forbrugsstoffer, der rutinemæssigt bruges til åndedrætsterapi. Det foreslåede apparat er designet til ikke-invasivt at levere en blanding af NO gas, medicinsk luft og ilt (O2). Indånding af nitrogendioxid (NO2)minimeres for at mindske risikoen for luftvejstoksicitet. Den nuværende NO2 sikkerhedstærskel fastsat af den amerikanske konference af statslige industrielle hygiejnister er 3 ppm over en 8-timers tidsvægtet gennemsnit, og 5 ppm er den kortsigtede eksponering grænse. Omvendt anbefaler Det Nationale Institut for Arbejdsmiljø 1 ppm som en kortvarig eksponeringsgrænse20. I betragtning af den stigende interesse for højdosis NO gasterapi giver denne rapport den nødvendige beskrivelse af denne nye enhed. Det forklarer, hvordan man samler sine komponenter for at levere en høj koncentration af NO til forskningsformål.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

BEMÆRK: Se materialeoversigten for de materialer, der er nødvendige for at samle leveringssystemet. Kilder til medicinsk luft, O2, og NO gasser bør også være tilgængelige på stedet. Enheden er udviklet til undersøgelsesbrug i forskningsprotokoller, der gennemgik en grundig gennemgang af det lokale institutionelle gennemgangsnævn (IRB). Udbyderne må under ingen omstændigheder udelukkende operere på grundlag af de indikationer, der er indeholdt i dette manuskript, og som samler og anvender denne anordning uden at søge forudgående passende institutionel myndighedsgodkendelse. Med udgangspunkt i enhedens proksimale ende samles stykkerne i følgende rækkefølge (Figur 1).

1. Opbygning af patientgrænsefladen

  1. Tag en tætsiddende, standard, ikke-invasiv ventilation ansigtsmaske af passende størrelse for emnet.
  2. Tilslut maskens indbyggede albueport til et højeffektiv partikelluftfilter (meget hydrofobt bakterie-/virusfilter, HEPA-klasse 13) gennem 22 mm ydre diameter (O.D.) /15 mm stik med indvendig diameter (ID).
  3. (Valgfrit) For at lette motivets bevægelse og reducere risikoen for frakobling tilsættes et 15 mm OP x 22 mm OP/15 mm ID (længde 5 cm-6,5 cm) fleksibelt patientstik til et endotrachealt eller trakeostomirør mellem maskegrænsefladen og HEPA-filteret.
    BEMÆRK: Gør alt for at undgå lækage af maskegrænsefladen. Enhedens "patientende" kan også bestå af et mundstykke. Der skal tilføjes et næseklemme i en sådan konfiguration.

2. Opbygning af Y-stykket og forberedelse af O2-forsyningen

  1. Tag et stik på 22 mm til 22 mm og 15 F Y-delt stik med 7,6 mm porte. Skab kredsløbets ekspiratoriske og inspiratoriske lemmer på de to distale ender af Y-stykket gennem to modsatrettede, lavmodstandsevne, 22 mm han/kvinde, envejsventiler.
    1. Expiratory limb: På den ene ende af Y-stykket, placere envejs-ventil stik tillader en proksimal-til-distal flow kun (pil peger nedad).
    2. Inspiratorisk lem: På den anden ende af Y-stykket skal du tilslutte en envejsventil, der kun tillader et distal-til-proksimalt flow (pil, der peger opad).
  2. Tilslut den proksimale ende af Y til HEPA-filteret.
  3. Ved hjælp af standard, kink-resistente, vinyl gasrør med universelle adaptere i begge ender, forbinde O2 kilde til Y-stykke's inspiratoriske lemmer. Vælg slange af passende længde i betragtning af afstanden mellem patienten og gaskilden.
    BEMÆRK: Y-delt stik skal have en prøveport på indspiratorens lemmer. Hvis ikke, skal der anvendes en ekstra lige forbindelse med en prøveudtagningsport til at forsyne O2.

3. Bygning og fastgørelse af skyllekammeret

  1. Tilslut en 22 mm x 22 mm siliciumgummi, fleksibel stikadapter til den proksimale ende af et skyllevæskekammer (indvendig diameter = 60 mm, indvendig længde = 53 mm, volumen = 150 mL), der indeholder 100 g calciumhydroxid (Ca(OH)2).
  2. Fastgør et 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm ID, 5 cm-6,5 cm, fleksibelt bølgepaprør til siliciumgummiadapteren.
  3. Tilslut en anden 22 mm x 22 mm siliciumgummi, fleksibel stikadapter til skyllevæskens distale ende.
  4. Tilsæt skyllekammeret og slangesamlingen til Y-stykkets inspiratoriske lem ved hjælp af en 15 mm-22 mm totrinsadapter.

4. Opbygning og fastgørelse af NO-reservoirsystemet

  1. Saml en 3-L latexfri åndedrætsbeholderpose og et 90° ventilator albuestik uden porte (22 mm ID x 22 mm).
  2. Den anden ende af albuen forbindes med den centrale åbning af aerosol-T-stykket (vandrette porte 22 mm OP, lodret port 11 mm ID/22 mm O.D.).
  3. Fastgør T-stykket til skyllekammerets distale ende ved at rykke det frem, indtil det passer tæt på siliciumgummistikket.

5. Opbygning af NO og medicinsk lufttilførselssystem

  1. Anbyg NO/air gastilførselssystemet ved at montere to på hinanden følgende 15 mm O.D. x 15 mm ID/22 mm O.D. stik med 7,6 mm prøveporte og flip-top-hætter.
    BEMÆRK: Når hætterne er fjernet, fungerer prøvetagningsadgangen som gasindløbsporte.
  2. Ved den distale ende af NO/lufttilførselssystemet fastgøres en anden envejs inspiratorisk ventil (pilen peger opad).
  3. I den proksimale ende af NO/lufttilførselssystemet tilsluttes en 15/22 mm totrinsadapter.
  4. Tilslut den proksimale totrinsadapter til det resterende frie indløb af det grønne T-stykke fra NO-reservoirsystemet.

6. Fastgør luft- og NO-gasstrømsledningerne ved hjælp af standard, kink-resistente, star-lumen vinyl oxygen gasrør til følgende trin.

  1. Tilslut medicinsk luft til den mest distale gasindløbsport.
  2. Tilslut NO gas fra en 800 ppm medicinsk-grade NO tank (størrelse AQ aluminium cylindre indeholdende 2239 L af 800 ppm NO gas ved standard temperatur og tryk, afbalanceret med nitrogen; leveret volumen 2197 L) til den næste havn nedstrøms.
    BEMÆRK: Slangen skal være af passende længde for at nå gaskilderne komfortabelt. Forskellige tanke eller generatorer af NO kan bruges som gaskilder.

7. Brug i spontant vejrtrækningspersoner

  1. Indstil luften, O2og NO gasstrømmen i henhold til den ønskede FiO2- og NO-koncentration.
    BEMÆRK: De anbefalede strømningshastigheder for administration af NO ved 80, 160 eller 250 ppm er angivet i tabel 1 (gælder kun for 800 ppm-cylindre).
  2. Placer den tætsiddende maske på patientens ansigt, svarende til en ikke-invasiv ventilation interface setup.
  3. Start inhalationssessionen i den ønskede varighed.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

En 33-årig respiratorisk terapeut, der arbejdede på intensivafdelingen på MGH under den kraftige stigning i ICU-optagelse til COVID-19, meldte sig frivilligt til at modtage NEJ som en del af forsøget med sundhedspersonale15,19. Forsøget testede effekten af 160 ppm NO som et virucidalt middel og forhindrede dermed sygdomsforekomst i lunger med risiko for virusforurening. Det første møde i inhalations profylaksen blev administreret, før man startede et skift gennem den beskrevne enhed i 15 minutter. Til forskningsformål blev koncentrationerne af inhaleret NO, NO2og O2 løbende målt. INGEN gas blev administreret ved 3,5 L/min. fra en 800 ppm gastank og blandet med luft ved en strømningshastighed på 15 L/min. og en O 2-strømningshastighed på 1 L/min for at opretholde en FiO2 ved 21%.

Den resulterende NO-koncentration var 160 ppm ved en samlet gasstrømshastighed på 19,5 L/min, målt ved tre standard 15 L/min-flowmetre. Iltmætning (SpO2), methemoglobin (MetHb) og puls blev løbende overvåget. SpO2 forblev stabilt på omkring 97%. MetHb toppede med 2,3% under NO-administration, før han hurtigt vendte tilbage til basisværdien ved suspension af gassen. Forsøgspersonen oplevede ingen bivirkninger under eller efter sessionen. NO-koncentrationen forblev stabil i hele inhalationsperioden. NO2 toppede ved 0,77 ppm og var derfor sikkert under den anbefalede toksicitetstærskel. En repræsentativ del af de registrerede sporinger af NO- og NO2-signaler er vist i figur 2.

Figure 1
Figur 1: Grafisk repræsentation af leveringsenheden. De enkelte komponenter er angivet i figuren som angivet i teksten og tabellen over materialer. Systemet består af fire hoveddele: patientgrænsefladen; Y-stykke og iltforsyning; ådselædende kammer; og NO-reservoirsystemet og NO- og medical air supply-systemet. Forkortelser: HEPA = højeffektiv bestemt luft; NEJ = nitrogenoxid. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Repræsentativ sporing af NO- og NO2-koncentrationer i løbet af 160 ppm INGEN indånding hos en sund sundhedsmedarbejder. Forkortelser: NO = nitrogenoxid; NR. 2 = nitrogendioxid; ppm = dele pr. million. Klik her for at se en større version af dette tal.

MålNR ./min. FiO2 (%) Flowopsætning (L/min.) Målt NO2 (ppm)
NEJ O2 Luft
80 21 1.67 1.28 15 0.32
30 1.89 3.28 15 0.32
40 2.21 7.24 15 0.37
160 21 3.87 1.78 15 0.81
30 4.38 4.31 15 1.05
40 5.38 9.59 15 1.2
250 21 6.99 2.1 15 1.57
30 9.1 7.3 15 2.35
40 11.91 17.4 15 2.61

Tabel 1: Opsætning af NO-, O2-og luftgasstrømme. Gasstrømme til at levere mål NO koncentrationer på varierende FiO2, målt med en lunge simulator i en bænk eksperiment. NEJ, og O2 flow (i L / min) blev sat for at opnå mål NO inspiratorisk koncentration (80, 160, og 250 ppm) på den ønskede FiO2 (21%, 30%, 40%). En konstant medicinsk luftstrømshastighed (15 L/min) blev brugt i alle omgivelser. En almindeligt tilgængelig 800 ppm NO cylinder afbalanceret med kvælstof blev brugt. Forkortelser: L/min:L pr. min. NEJ: Nitrogenoxid; NR. 2 = nitrogendioxid; FiO2:Fraktion af inspireret ilt, O2:Oxygen; ppm: dele pr. million.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I betragtning af den stigende interesse for NO gasterapi for ikke-intuberede patienter, herunder patienter med COVID-198, beskriver denne rapport en ny brugerdefineret enhed, og hvordan man samler dens komponenter for at levere NO ved koncentrationer så højt som 250 ppm. Det foreslåede system er bygget ud af billige forbrugsstoffer og leverer sikkert en reproducerbar koncentration af NO gas hos spontant vejrtrækningspatienter. Den nemme samling og brug, sammen med de sikkerhedsdata offentliggjort andetsteds16,17, gør dette system den ideelle legemliggørelse til at administrere en høj NO gaskoncentration ved varierende FiO2 hos ikke-intuberede patienter. Den metode, der er beskrevet heri, anvendes i øjeblikket hos MGH til at undersøge effekten af høje koncentrationer af NO til behandling eller forebyggelse af COVID-1914,18,19. Metoden kan justeres ud fra den lokale tilgængelighed af specifikke forbrugsvarer, som kan afvige i mærke og størrelse fra dem, der er beskrevet her. Ikke desto mindre skal nogle få kritiske skridt i protokollen følges.

Sekvensen af hver gasforsyningsledning, reservoirposen og ensrettet ventiler må af en eller anden grund ikke ændres. Der skal også være et HEPA-filter til stede, især i tilfælde af risiko for inficeret spredning af bio aerosoler i miljøet. Luftlækager kan påvirke leveringen af passende NO-koncentrationer. Der bør udvises forsigtighed for at anvende ansigtsmasker, der er placeret korrekt og dimensioneret, og for at undgå frakobling på ethvert tidspunkt i systemet. Tilgængeligheden af et ådselæderkammer med mindst den rapporterede mængde (100 g) Ca(OH)2 er også afgørende for at forhindre akkumulering af NO2 og undgå nitrisk syredannelse ved reaktion med vand i lungerne. Ca(OH)2-skyllevæsken er konstrueret til at undergå en kemisk farvereaktion ved indtagelse, der fungerer som en indikator for dets resterende absorberende egenskaber. For at sikre scavengerens effektivitet ved reduktion af NO2-niveauer skal komponenten ændres, når to tredjedele af beholderen har skiftet farve. Bænktest viste, at NO2 forblev under 1 ppm i de første 60 minutter og aldrig overskredet 1, 3 ppm selv efter 5 timers eksponering for 160 ppm NO17. Sessioner, der er længere end fem timer, vil sandsynligvis kræve, at skyllevæsken ændres.

Hvis en flaske anvendes som kilde til NO-gas, skal der lægges vægt på den oprindelige NO-koncentration i tanken, som rapporteret af producenten. Der rapporteres om indstillingerne for NO, air og O2-flow for en standard NO-højtrykscylinder (tabel 1). Brugen af flasker med forskellige gaskoncentrationer eller alternative NO-genererende anordninger21,22,23ville påvirke de strømningsindstillinger, der er nødvendige for at levere gasblandinger med de ønskede NO- og O2-koncentrationer. NO fortyndes i nitrogen som en balancegas i de fleste højtryksflasker. Jo højere NO-koncentrationen er, jo lavere er nettofio2, der gives til patienten, hvis der ikke tilsættes nogen supplerende O2 til blandingen. Dette samspil mellem NO-koncentration og FiO2 skal overvejes, især når NO gives til en allerede hypoksisk patient, eller ved vurderingen af effekten af NO med hensyn til iltningsforbedring. Den resulterende SpO2-stigning kan blive afstumpet, hvis FiO2 ikke opretholdes konstant under NO-administration. Det er vigtigt, at hvis der ikke gives nogen supplerende O2, kan en hypoksisk blanding potentielt genereres ved at blande højdosis NO og luft.

NEJ har en meget gunstig sikkerhedsprofil. Molekylets meget korte halveringstid begrænser yderligere de få potentielle bivirkninger. Methemoglobinæmi er den vigtigste trussel, især i forbindelse med langvarig højdosiseksponering, hvorfor MetHb-niveauer altid bør overvåges nøje. MetHb dannes i blodet ved vejrtrækning NEJ ved oxidation af jern til stede i cirkulerende hæmoglobin. Målinger kan opnås gennem hurtig blodprøve eller ikke-invasivt gennem SpMet%-overvågning. Niveauer op til 10% tolereres normalt godt hos raske forsøgspersoner24. Hæmodynamisk forringelse kan sjældent forekomme efter INGEN indånding. Rebound pulmonal hypertension er en anden mulig risiko, hvis den langvarige administration af NO afbrydes brat25. Enheden kan ændres for at prøve gaskoncentrationer, hvis det er nødvendigt. En NO/NO2 prøvetagningsadgang (15 mm lige forbindelse med port) kan placeres i inspiratorens lem før Y-stykket. For at tilsætte O2 sikkert til blandingen skal der i så fald placeres et ekstra 15 mm lige stik med en port opstrøms og anvendes som iltindtag. Overvågning af de inspirerede gaskoncentrationer af NO og NO2 er dog sandsynligvis ikke klinisk muligt på grund af tekniske vanskeligheder og behovet for dedikeret udstyr til måling af ppm-niveauer af disse gasser ved sengen. På trods af brug af samme tank kan der forekomme mindre variationer i den administrerede koncentration sammenlignet med dem, der er rapporteret i tabel 1, baseret på patientens minutventilation. Derudover tillader standard gasrometre (0-15 L/min. med en kugleflåd i rustfrit stål) ikke intervaller mindre end 0,5 L. Tilgængeligheden af digitale højpræcisionsstrømmetre svarende til dem, der er angivet i tabel 1, vil øge præcisionen af den dosis, der administreres.

Begrænsningerne i den beskrevne metode omfatter hovedsagelig de knappe data, der i øjeblikket er tilgængelige om den foreslåede enheds humane anvendelse. Selvom data overbevisende udfører i bænkeksperimenter og test på frivillige og patienter17, er data til dato baseret på erfaring begrænset til et enkelt center16. Operatørerne bør kun anvende dette nye system og anvende højdosisNR. Afhængigt af den lokale institutionelle politik og de gældende aftaler kan tanke eller andre NO-gaskilder være udfordrende at opnå og anvende som frit justerbare gaskilder uden for de begrænsninger, der er pålagt af de leveringsanordninger, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet. NO er en endogent produceret vasodilator26. Dens administration som en gasbehandling er i øjeblikket godkendt af den amerikanske Food and Drug Administration "til behandling af termin og kortsigtede nyfødte med hypoxisk åndedrætssvigt forbundet med klinisk eller ekkokardiografiske tegn på lunge hypertension"27. Men, NO er også rutinemæssigt anvendes hos voksne til lunge vasoreaktivitet test28 og som redningsbehandling i hypoxemic kritisk syge patienter med eller uden lungehypertensor2,29,30,31. Sikkerheden og tolerancen for en høj koncentration (160 ppm) af NO er konsekvent blevet rapporteret i undersøgelser vedrørende lægemidlets virucidal, bactericidal, og svampedræbende virkninger5,6,7,27. For at administrere højdosis NO til forskningsformål blev IRB-godkendelse søgt og opnået14,18,19,32.

Til dato er administrationen af inhaleret NO hovedsagelig afhængig af gastanke og tilhørende voluminøse maskiner. Tankbaserede leveringsenheder er almindeligt designet til at administrere NO-gaskoncentrationer op til 80 ppm. Kommercielt tilgængelige systemer tilbyder softwarebaserede kapaciteter til at levere en justerbar mængde NO baseret på det samlede gasflow, der leveres til patienten, og den ønskede NO-koncentration. INGEN indånding kan kontinuerlig eller synkroniseres med patientens inspiration. Det er altid muligt at måle NO-, NO2- og O2-koncentrationer gennem en elektrokemisk sensorcelle. Sådanne dyre anordninger kan give tekniske og sikkerhedsmæssige fordele i forhold til den foreslåede konstruktion. De er dog dyre og sjældent til stede i mere end et par enheder, idet de generelt anvendes inden for udvalgte ICUs hos intuberede patienter. Som følge heraf er tilgængeligheden af NO-behandling for patienter uden for intensivafdelingen meget begrænset, selv på store institutioner. Desuden tillader størstedelen af de nuværende markedsførte enheder ikke off-label administration af koncentrationer på over 80 ppm. Ikke overraskende, ved hjælp af aktuelt tilgængelige enheder, er det næsten umuligt at administrere NO i høje koncentrationer i stor skala i en begrænset ressource indstilling, som den, der er bemyndiget af en bølge af patienter og mangel på medicinske forsyninger. Under sådanne omstændigheder er behovet for en enkel og billig, men sikker og open source, enhed til administration af denne potentielt gavnlige terapi kritisk.

Dette system kan implementeres i fremtiden af flere efterforskere og klinikere til sikkert og pålideligt at administrere NO på en reproducerbar måde i COVID-19 og andre sygdomstilstande, som INGEN egenskaber kan være gavnlige for. I den beskrevne metode er kilden til NO normalt en standardgastank. Andre NO-kilder kan tilpasses til brug med dette leveringssystem, herunder tankløse enheder og generatorer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

L.B modtager lønstøtte fra K23 HL128882/NHLBI NIH som hovedforsker for sit arbejde med hæmolyse og nitrogenoxid. L.B modtager teknologier og enheder fra iNO Therapeutics LLC, Praxair Inc., Masimo Corp. L.B. modtager et tilskud fra iNO Therapeutics LLC. A.F. og L.T. rapporterede midler fra den tyske forskningsfond (DFG) F.I. 2429/1-1; TR1642/1-1. WMZ modtager et tilskud fra NHLBI B-BIC/NCAI (#U54HL119145), og han sidder i det videnskabelige advisory board for Third Pole Inc., som har licenseret patenter på elektrisk NO-produktion fra MGH. Alle andre forfattere har intet at erklære.

Acknowledgments

Denne undersøgelse blev støttet af Reginald Jenney Endowment Chair på Harvard Medical School til L.B., af L.B. Diverse Fonde på MGH, og af laboratoriemidler af Anæstesi Center for Critical Care Research fra Institut for Anæstesi, Kritisk Pleje og Pain Medicine på MGH.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Medicin Problem 171 Nitrogenoxid Kritisk Pleje Lungesygdom Medicinsk Gas COVID-19 SARS-CoV-2 Viral Lungebetændelse Smitsomme Sygdomme Transmission sundhedspersonale
En ny indånding Mask System til at levere høje koncentrationer af nitrogenoxid gas i spontant vejrtrækning Emner
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pinciroli, R., Traeger, L.,… More

Pinciroli, R., Traeger, L., Fischbach, A., Gianni, S., Morais, C. C. A., Fakhr, B. S., Di Fenza, R., Robinson, D., Carroll, R., Zapol, W. M., Berra, L. A Novel Inhalation Mask System to Deliver High Concentrations of Nitric Oxide Gas in Spontaneously Breathing Subjects. J. Vis. Exp. (171), e61769, doi:10.3791/61769 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter