Waiting
Login processing...

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

Medicine

Et nytt innåndingsmaskesystem for å levere høye konsentrasjoner av nitrogenoksidgass hos spontant pustende forsøkspersoner

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 svært tilpasningsdyktige systemenheten for innånding av høykonsentrasjons nitrogenoksid (NO) gass krever ikke mekaniske ventilatorer, positivt trykk eller høye gassstrømmer. Standard medisinske forbruksvarer og en tettsittende maske brukes til trygt å levere INGEN gass til spontant pustende personer.

Abstract

Nitrogenoksid (NO) administreres som gass for innånding for å indusere selektiv lungevadilasjon. Det er en sikker terapi, med få potensielle risikoer selv om det administreres ved høy konsentrasjon. Inhalert INGEN gass brukes rutinemessig til å øke systemisk oksygenering under ulike sykdomstilstander. Administrering av høye konsentrasjoner av NO utøver også en virucidal effekt in vitro. På grunn av sine gunstige farmakodynamiske og sikkerhetsprofiler, kjennskapen til bruken av kritiske omsorgsleverandører, og potensialet for en direkte virucidal effekt, brukes NO klinisk hos pasienter med koronavirussykdom-2019 (COVID-19). Likevel er ingen enhet for tiden tilgjengelig for enkel administrering av inhalert NEI ved konsentrasjoner høyere enn 80 deler per million (ppm) på ulike inspirerte oksygenfraksjoner, uten behov for dedikert, tungt og kostbart utstyr. Utviklingen av en pålitelig, sikker, billig, lett og respiratorfri løsning er avgjørende, spesielt for tidlig behandling av ikke-intubert pasienter utenfor intensivavdelingen (ICU) og i et begrenset ressursscenario. For å overvinne en slik barriere ble et enkelt system for ikke-invasiv INGEN gassadministrasjon opp til 250 ppm utviklet ved hjelp av standard forbruksvarer og et scavenging kammer. Metoden har vist seg å være trygg og pålitelig for å levere en spesifisert NO-konsentrasjon samtidig som nitrogendioksidnivået begrenses. Denne artikkelen tar sikte på å gi klinikere og forskere nødvendig informasjon om hvordan man monterer eller tilpasser et slikt system til forskningsformål eller klinisk bruk i COVID-19 eller andre sykdommer der INGEN administrasjon kan være gunstig.

Introduction

INGEN innåndingsterapi brukes regelmessig som livreddende behandling i flere kliniske sammenhenger1,2,3. I tillegg til den velkjente lungevaodilatoreffekten4, viser NO en bred antimikrobiell effekt mot bakterier5, virus6og sopp7, spesielt hvis det administreres ved høye konsentrasjoner (>100 ppm). 8 Under utbruddet av alvorlig akutt respiratorisk syndrom (SARS) i 2003 viste NO potent antiviral aktivitet in vitro og viste terapeutisk effekt hos pasienter som var smittet med SARS-Coronavirus (SARS-CoV)9,10. 2003-stammen er strukturelt lik SARS-Cov-2, patogenet som er ansvarlig for den nåværende Coronavirus Disease-2019 (COVID-19) pandemi11. Tre randomiserte kontrollerte kliniske studier pågår hos pasienter med COVID-19 for å bestemme de potensielle fordelene ved å puste høykonsentrasjon INGEN gass for å forbedre resultatene12,13,14. I en fjerde pågående studie undersøkes den profylaktiske innåndingen av høye konsentrasjoner av NO som et forebyggende tiltak mot utviklingen av COVID-19 hos helsepersonell utsatt for SARS-CoV-2-positive pasienter15.

Utviklingen av en effektiv og sikker behandling for COVID-19 er en prioritet for helse- og vitenskapsmiljøene. For å undersøke administrasjonen av NO-gass ved doser > 80 ppm hos ikke-intubert pasienter og frivillige helsepersonell, ble behovet for å utvikle et trygt og pålitelig ikke-invasivt system tydelig. Denne teknikken tar sikte på å administrere høye NO-konsentrasjoner på forskjellige fraksjoner av inspirert oksygen (FiO2) til spontant pustende personer. Metodikken beskrevet her er for tiden i bruk for forskningsformål hos spontant å puste COVID-19 pasienter ved Massachusetts General Hospital (MGH)16,17. Etter retningslinjene fra MGH's human research ethics committee, er det foreslåtte systemet for tiden i bruk for å gjennomføre en rekke randomiserte kontrollerte studier for å studere følgende effekter av høye konsentrasjoner av NO-gass. For det første studeres effekten av 160 ppm INGEN gass hos ikke-intubert personer med mild moderat COVID-19, innlagt enten i akuttavdelingen (IRB Protocol #2020P001036)14 eller som innleggelsespersoner (IRB Protocol #2020P000786)18. For det andre undersøkes rollen som høydose NO for å forhindre SARS-CoV-2-infeksjon og utvikling av COVID-19-symptomer hos helsepersonell som rutinemessig utsettes for SARS-CoV-2-positive pasienter (IRB Protocol # 2020P000831)19.

Denne enkle enheten kan monteres med standard forbruksvarer som rutinemessig brukes til åndedrettsbehandling. Det foreslåtte apparatet er designet for ikke å invasivt levere en blanding av INGEN gass, medisinsk luft og oksygen (O2). Nitrogendioksid (NO2) innånding minimeres for å redusere risikoen for toksisitet i luftveiene. Den nåværende NO2 sikkerhetsterskelen satt av American Conference of Governmental Industrial Hygienists er 3 ppm over et 8-timers tidsvektet gjennomsnitt, og 5 ppm er den kortsiktige eksponeringsgrensen. På den annen side anbefaler National Institute for Occupational Safety and Health 1 ppm som en kortsiktig eksponeringsgrense20. Gitt den økende interessen for høydose INGEN gassbehandling, gir den nåværende rapporten den nødvendige beskrivelsen av denne nye enheten. Den forklarer hvordan man monterer komponentene for å levere en høy konsentrasjon av NEI til forskningsformål.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

MERK: Se materialtabellen for materialene som trengs for å montere leveringssystemet. Kilder til medisinsk luft, O2og NO gasser bør også være tilgjengelig på stedet. Enheten er utviklet for undersøkelsesbruk i forskningsprotokoller som gjennomgikk streng gjennomgang av det lokale Institutional Review Board (IRB). Leverandørene skal ikke under noen omstendigheter kun operere basert på indikasjonene som er inkludert i dette manuskriptet, montere og bruke denne enheten uten å søke forhåndsgodkjenning fra institusjonelle forskrifter. Start fra den proksimale enden av enheten, monter delene i følgende rekkefølge (Figur 1).

1. Bygge pasientgrensesnittet

  1. Ta en tettsittende, standard, ikke-invasiv ventilasjonsmaske av riktig størrelse for motivet.
  2. Koble maskens innebygde albueport til en høyeffektiv partikkelluft (svært hydrofob bakterie-/virusfilter, HEPA klasse 13) filter gjennom 22 mm ytre diameter (O.D.) /15 mm indre diameter (I.D.)-kontakt.
  3. (Valgfritt) For å lette motivets bevegelse og redusere risikoen for frakobling, tilsett en 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm I.D. (lengde 5 cm-6,5 cm) fleksibel pasientkontakt for et endotrakealt eller trakeostomirør mellom maskegrensesnittet og HEPA-filteret.
    MERK: Gjør sitt ytterste for å unngå lekkasje av maskegrensesnittet. "Pasientenden" på enheten kan også bestå av et munnstykke. En neseklips må legges i en slik konfigurasjon.

2. Bygging av Y-stykket og klargjøring av O 2-tilførselen

  1. Ta en 22 mm til 22 mm og 15 F Y-delt kontakt med 7,6 mm porter. Lag kretsens utløps- og inspiratoriske lemmer på de to distale endene av Y-stykket gjennom to motsatte sans, lavmotstand, 22 mm mannlige / kvinnelige, enveisventiler.
    1. Utløpende lem: På den ene enden av Y-stykket plasserer du enveisventilkontakten slik at du bare kan bruke en proksimal til distal strømning (pil som peker nedover).
    2. Inspiratorisk lem: På den andre enden av Y-stykket kobler du til en enveisventil som bare tillater en distal-til-proksimal strømning (pil som peker oppover).
  2. Koble den proksimale enden av Y til HEPA-filteret.
  3. Bruk standard, kink-resistent vinylgassrør med universelle adaptere i begge ender, koble O2-kilden til Y-stykkets inspirerende lem. Velg rør av passende lengde med tanke på avstanden mellom pasienten og kilden til gassen.
    MERK: Y-delt kontakt må ha en prøvetakingsport på den inspirerende lemmen. Hvis ikke, må en ekstra rett kontakt med en prøvetakingsport brukes til å forsyne O2.

3. Bygging og festing av scavenging kammeret

  1. Koble en 22 mm x 22 mm silisiumgummi, fleksibel kontaktadapter til den proksimale enden av et scavengerkammer (innvendig diameter = 60 mm, innvendig lengde = 53 mm, volum = 150 ml) som inneholder 100 g kalsiumhydroksid (Ca(OH)2).
  2. Fest et 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm I.D., 5 cm-6,5 cm, fleksibelt, bølgepapp til silisiumgummiadapteren.
  3. Koble en annen 22 mm x 22 mm silisiumgummi, fleksibel kontaktadapter til den distale enden av scavengeren.
  4. Legg scavenging kammeret og slangeenheten til Y-stykkets inspiratoriske lem ved hjelp av en 15 mm-22 mm to-trinns adapter.

4. Bygging og festing av NO-reservoarsystemet

  1. Monter en 3-L lateksfri pustereservoarpose og en 90° ventilatoralbuekontakt uten porter (22 mm ID x 22 mm).
  2. Koble den andre enden av albuen til den sentrale åpningen på aerosol-T-stykket (horisontale porter 22 mm O.D., vertikal port 11 mm I.D./22 mm O.D.).
  3. Fest T-stykket til scavenging kammerets distale ende ved å føre den frem til den passer godt til silisiumgummikontakten.

5. Bygging av NO og medisinsk lufttilførselssystem

  1. Bygg no/air gas forsyningssystemet ved å feste to påfølgende 15 mm O.D. x 15 mm I.D./22 mm O.D.-kontakter med 7,6 mm prøvetakingsporter og flip-top-hetter.
    MERK: Når hettene er fjernet, vil prøvetakingstilgangene fungere som gassinntaksporter.
  2. I den distale enden av NO/air-tilførselssystemet festes en annen enveis inspiratorisk ventil (pilen peker oppover).
  3. I den proksimale enden av NO/air-tilførselssystemet kobler du til en 15/22 mm totrinnsadapter.
  4. Koble den proksimale totrinnsadapteren til det gjenværende frie innløpet til det grønne T-stykket fra NO-reservoarsystemet.

6. Fest luft- og INGEN gassstrømledningene ved å bruke standard, knekkbestandig, star-lumen vinyl oksygengassrør for følgende trinn.

  1. Koble medisinsk luft til den mest distale gassinntaksporten.
  2. Koble INGEN gass fra en 800 ppm MEDISINSK-grade NO tank (størrelse AQ aluminium sylindere som inneholder 2239 L av 800 ppm NO gass ved standard temperatur og trykk, balansert med nitrogen; levert volum 2197 L) til neste port nedstrøms.
    MERK: Slangen må være av passende lengde for å nå gassens kilder komfortabelt. Ulike tanker eller generatorer av NO kan brukes som kilder til gass.

7. Bruk hos spontant pustende forsøkspersoner

  1. Still inn luft, O2og INGEN gassstrøm i henhold til ønsket FiO2- og NO-konsentrasjon.
    MERK: De anbefalte strømningshastighetene for administrering av NO ved 80, 160 eller 250 ppm er oppført i tabell 1 (gjelder bare sylindere på 800 ppm).
  2. Plasser den tettsittende masken på pasientens ansikt, på samme måte som et ikke-invasivt ventilasjonsgrensesnittoppsett.
  3. Start innåndingsøkten for ønsket varighet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

En 33 år gammel respiratorisk terapeut som jobbet på intensivavdelingen ved MGH under bølgen av intensivinnleggelse for COVID-19, meldte seg frivillig til å motta NEI som en del av studien som involverte helsepersonell15,19. Studien testet effekten av 160 ppm NO som virucidalt middel, og forhindret dermed sykdomsforekomst i lunger i fare for virusforurensning. Den første økten av inhalasjonsprofylakse ble administrert før du startet et skift gjennom den beskrevne enheten i 15 minutter. For forskningsformål ble konsentrasjoner av inhalert NO, NO2og O2 kontinuerlig målt. Ingen gass ble administrert ved 3,5 l/min fra en 800 ppm bensintank og blandet med luft med en strømningshastighet på 15 L/min og en O2-strømningshastighet på 1 l/min for å opprettholde en FiO2 ved 21 %.

Den resulterende NO-konsentrasjonen var 160 ppm med en total gassstrøm på 19,5 l/min, målt ved tre standard 15 L/min strømningsmålere. Oksygenmetning (SpO2),methemoglobin (MetHb) og hjertefrekvensen ble kontinuerlig overvåket. SpO2 holdt seg stabil på rundt 97%. MetHb nådde en topp på 2,3 % under NO-administrasjon før den raskt vendte tilbake til basisverdien ved suspensjon av gassen. Subjektet opplevde ingen bivirkninger under eller etter økten. NO-konsentrasjonen holdt seg stabil gjennom hele innåndingsperioden. NO2 nådde 0,77 ppm og var derfor trygt under anbefalt toksisitetsterskel. En representativ del av de registrerte sporene av NO- og NO2-signaler er avbildet i figur 2.

Figure 1
Figur 1: Grafisk fremstilling av leveringsenheten. De enkelte komponentene er angitt i figuren, som nevnt i teksten og Materiallisten. Systemet består av fire hoveddeler: pasientgrensesnittet; Y-stykke og oksygenforsyning; scavenging kammer; og NO-reservoarsystemet og NO og medisinsk lufttilførselssystem. Forkortelser: HEPA = høyeffektiv spesiell luft; NEI = nitrogenoksid. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Representativ sporing av NO- og NO2-konsentrasjoner under 160 ppm INGEN innånding hos en frisk helsepersonell. Forkortelser: NO = nitrogenoksid; NO2 = nitrogendioksid; ppm = deler per million. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Målnr (ppm) FiO2 (%) Flytoppsett (L/min) Målt NO2 (ppm)
NEI 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

Tabell 1: Oppsett av NO, O2og luftgassstrømmer. Gassstrømmer for å levere mål INGEN konsentrasjoner på varierende FiO2, målt med en lungesimulator i et benkeksperiment. NO, og O2 strømning (i L/min) ble satt til å oppnå mål INGEN inspiratorisk konsentrasjon (80, 160 og 250 ppm) ved ønsket FiO2 (21%, 30%, 40%). En konstant medisinsk luftmengde (15 l/min) ble brukt i alle innstillinger. En vanlig tilgjengelig 800 ppm INGEN sylinder balansert med nitrogen ble brukt. Forkortelser: L/min: L per min; NEI: Nitrogenoksid; NO2 = nitrogendioksid; FiO2: Brøkdel av inspirert oksygen, O2: Oksygen; ppm: deler per million.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Gitt den økende interessen for INGEN gassterapi for ikke-intubert pasienter, inkludert de med COVID-198, beskriver den nåværende rapporten en ny tilpasset enhet og hvordan man monterer komponentene for å levere NEI i konsentrasjoner så høyt som 250 ppm. Det foreslåtte systemet er bygget ut av billige forbruksvarer og gir trygt en reproduserbar konsentrasjon av INGEN gass hos spontant pustende pasienter. Brukervennligheten og bruken, sammen med sikkerhetsdataene publisert andre steder16,17, gjør dette systemet til den ideelle utførelsen for å administrere en høy NO-gasskonsentrasjon hos varierende FiO2 hos ikke-intubererte pasienter. Metodikken beskrevet heri er for tiden i bruk ved MGH for å undersøke effekten av høye konsentrasjoner av NEI for å behandle, eller forhindre, COVID-1914,18,19. Metoden kan justeres basert på lokal tilgjengelighet av spesifikke forbruksvarer, som kan variere i merke og størrelse fra de som er beskrevet her. Likevel må noen få kritiske trinn i protokollen følges.

Sekvensen av hver gasstilførselsledning, reservoarposen og enveisventilene må ikke endres av en eller annen grunn. Et HEPA-filter må også være til stede, spesielt i tilfelle risiko for infisert bio-aerosoldispersjon til miljøet. Luftlekkasjer kan påvirke leveransen av passende NO-konsentrasjoner. Det må utvises forsiktighet ved bruk av ansiktsmasker i riktig størrelse og for å unngå frakobling på et hvilket som helst punkt i systemet. Tilgjengeligheten av et scavengerkammer med minst rapportert mengde (100 g) ca(OH)2 er også avgjørende for å forhindre opphopning av NO2 og unngå salpetersyredannelse ved reaksjon med vann i lungene. Ca(OH)2 scavenger er designet for å gjennomgå en kjemisk fargereaksjon ved forbruk, og fungerer som en indikator på dens gjenværende absorberende egenskaper. For å sikre effektiviteten til scavengeren i å redusere NO2-nivåene, bør komponenten endres når to tredjedeler av beholderen har endret farge. Benktester viste at NO2 forble under 1 ppm i de første 60 minutter og aldri overskredet 1.3 ppm selv etter 5 timers eksponering for 160 ppm NO17. Økter som er lengre enn fem timer, vil sannsynligvis kreve at scavengeren endres.

I tilfelle en sylinder brukes som en kilde til INGEN gass, må det tas hensyn til den opprinnelige NO-konsentrasjonen i tanken, som rapportert av produsenten. Strømningsinnstillingene NO, air og O2 for en standard NO høytrykkssylinder rapporteres (Tabell 1). Bruk av sylindere med forskjellige gasskonsentrasjoner, eller alternative NO-genereringsenheter21,22,23, vil påvirke strømningsinnstillingene som er nødvendige for å levere gassblandinger med de ønskede NO- og O2-konsentrasjonene. NO fortynnes i nitrogen som balansegass i de fleste høytrykkssylindere. Jo høyere NO-konsentrasjonen er, jo lavere er nettet FiO2 administreres til pasienten hvis ingen supplerende O2 tilsetter blandingen. Dette samspillet mellom NO-konsentrasjon og FiO2 må vurderes, spesielt når NO administreres til en allerede hypoksisk pasient, eller mens du vurderer effekten av NO når det gjelder oksygeneringsforbedring. Den resulterende SpO2-økningen kan bli sløv hvis FiO2 ikke opprettholdes konstant under INGEN administrasjon. Viktig, hvis ingen supplerende O2 administreres, kan en hypoksisk blanding potensielt genereres ved å blande høydose NEI og luft.

NO har en svært gunstig sikkerhetsprofil. Molekylets svært korte halveringstid begrenser ytterligere de få potensielle bivirkningene. Methemoglobinemia er den viktigste trusselen, spesielt i innstillingen av langvarig høydoseeksponering på grunn av hvilke MetHb-nivåer alltid bør overvåkes nøye. MetHb dannes i blodet ved å puste NEI ved oksidasjon av jern tilstede i sirkulerende hemoglobin. Målinger kan oppnås gjennom rask blodprøve eller ikke-invasivt gjennom SpMet % overvåking. Nivåer opptil 10% tolereres vanligvis godt hos friske personer24. Hemodynamisk forverring kan sjelden oppstå etter INGEN innånding. Rebound pulmonal hypertensjon er en annen mulig risiko hvis langvarig administrering av NO brått avbrytes25. Enheten kan modifiseres for å prøve gasskonsentrasjoner om nødvendig. En NO/NO2 prøvetakingstilgang (15 mm rett kontakt med port) kan plasseres ved den inspiratoriske lemmen, før Y-stykket. I så fall, for å trygt legge O2 til blandingen, må en ekstra 15 mm rett kontakt med en port plasseres oppstrøms og brukes som oksygeninntak. Overvåking av de inspirerte gasskonsentrasjonene av NO og NO2 er imidlertid mest sannsynlig ikke klinisk mulig på grunn av tekniske vanskeligheter og behovet for dedikert utstyr for å måle ppm-nivåer av disse gassene ved sengen. Til tross for at du bruker samme tank, kan det oppstå små variasjoner i den administrerte konsentrasjonen, sammenlignet med de som er rapportert i tabell 1, basert på pasientens minuttventilasjon. I tillegg tillater ikke standard gassrotametere (0-15 L/min med en kuleflåte i rustfritt stål) trinn mindre enn 0,5 L. Tilgjengeligheten av digitale strømningsmålere med høy presisjon, i likhet med de som vises i tabell 1, vil øke presisjonen i dosen som administreres.

Begrensningene i den beskrevne metodikken inkluderer hovedsakelig de knappe dataene som for tiden er tilgjengelige på den foreslåtte enhetens menneskelige bruk. Selv om de utfører overbevisende i benkforsøk og testing på frivillige og pasienter17, til dags dato, er data basert på erfaring begrenset til et enkelt senter16. Operatører bør engasjere seg i bruk av dette nye systemet og administrering av høydose IKKE bare hvis de allerede har erfaring med bruk av INGEN gassbehandling for å behandle kritisk syke pasienter. Avhengig av den lokale institusjonelle politikken og avtalene som gjelder, kan tanker eller andre NO-gasskilder være utfordrende å skaffe og bruke som fritt justerbare gasskilder, utenfor begrensningene som er pålagt av leveringsinnretningene som for tiden er tilgjengelige på markedet. NO er en endogent produsert vasodilator26. Administrasjonen som gassterapi er for tiden godkjent av U.S. Food and Drug Administration "for behandling av begrepet og nær-term neonater med hypoksisk respiratorisk svikt forbundet med kliniske eller ekkokardiografiske bevis på lungehypertensjon"27. NO brukes imidlertid også rutinemessig hos voksne til lungevaoreaktivitetstesting28 og som redningsterapi hos hypoksemiske kritisk syke pasienter med eller uten lungehypertensjon2,29,30,31. Sikkerheten og toleransen til en høy konsentrasjon (160 ppm) av NO har blitt konsekvent rapportert i studier som omhandler stoffets virucidale, bakteriedrepende og soppdrepende effekter5,6,7,27. For å administrere høydose NEI til forskningsformål, ble IRB-godkjenning søkt og oppnådd14,18,19,32.

Til dags dato er administrasjonen av inhalert NO hovedsakelig avhengig av gasstanker og tilhørende store maskiner. Tankbaserte leveringsenheter er vanligvis designet for å administrere INGEN gasskonsentrasjoner opp til 80 ppm. Kommersielt tilgjengelige systemer tilbyr programvarebaserte muligheter til å levere en justerbar mengde NEI basert på den totale gassstrømmen som gis til pasienten og ønsket NO-konsentrasjon. Ingen innånding kan kontinuerlig eller synkroniseres med pasientens inspirasjon. Det er alltid mulig å måle NO-, NO2- og O2-konsentrasjoner gjennom en elektrokjemisk sensorcelle. Slike dyre enheter kan tilby tekniske og sikkerhetsmessige fordeler sammenlignet med den foreslåtte konstruksjonen. Imidlertid er de dyre og sjelden til stede i mer enn noen få enheter, som vanligvis brukes i utvalgte ICUer hos intubert pasienter. Som et resultat er tilgjengeligheten av NO-terapi for pasienter utenfor intensivavdelingen svært begrenset, selv ved store institusjoner. Videre tillater de fleste av de for tiden markedsførte enhetene ikke off-label administrasjon av konsentrasjoner høyere enn 80 ppm. Ikke overraskende, ved hjelp av tilgjengelige enheter, er det praktisk talt umulig å administrere NEI ved høye konsentrasjoner i stor skala i en begrenset ressursinnstilling, for eksempel det som er pålagt av en bølge av pasienter og mangel på medisinsk utstyr. Under slike omstendigheter er behovet for en enkel og billig, men likevel trygg og åpen kildekode, enhet for administrasjon av denne potensielt gunstige behandlingen kritisk.

Dette systemet kan implementeres i fremtiden av flere etterforskere og klinikere for å trygt og pålitelig administrere NEI på en reproduserbar måte i COVID-19 og andre sykdomstilstander som INGEN egenskaper kan være gunstige for. I den beskrevne metodikken er kilden til NO vanligvis en standard gasstank. Andre NO-kilder kan tilpasses for bruk med dette leveringssystemet, inkludert tankløse enheter og generatorer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

L.B. mottar lønnsstøtte fra K23 HL128882/NHLBI NIH som prosjektleder for sitt arbeid med hemolyse og nitrogenoksid. L.B. mottar teknologier og enheter fra iNO Therapeutics LLC, Praxair Inc., Masimo Corp. L.B. mottar et stipend fra iNO Therapeutics LLC. A.F. og L.T. rapporterte midler fra den tyske forskningsstiftelsen (DFG) F.I. 2429/1-1; TR1642/1-1. WMZ mottar et stipend fra NHLBI B-BIC/NCAI (#U54HL119145), og han sitter i det vitenskapelige rådgivende styret i Third Pole Inc., som har lisensiert patenter på elektrisk NO-generasjon fra MGH. Alle andre forfattere har ingenting å erklære.

Acknowledgments

Denne studien ble støttet av Reginald Jenney Endowment Chair ved Harvard Medical School til L.B., av L.B. Sundry Funds ved MGH, og av laboratoriemidler fra Anesthesia Center for Critical Care Research ved Institutt for anestesi, kritisk omsorg og smertemedisin ved 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

Medisin Utgave 171 Nitrogenoksid Kritisk behandling Lungesykdom Medisinsk gass COVID-19 SARS-CoV-2 Viral lungebetennelse Smittevern Helsepersonell
Et nytt innåndingsmaskesystem for å levere høye konsentrasjoner av nitrogenoksidgass hos spontant pustende forsøkspersoner
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