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Methodenartikel

Ein neuartiges Inhalationsmaskensystem zur Abgabe hoher Konzentrationen von Stickoxidgas bei spontan atmenden Probanden

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DOI:

10.3791/61769

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4. Mai 2021

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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

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses einfache und hochgradig anpassungsfähige Systemgerät zur Inhalation von hochkonzentriertem Stickstoffmonoxid (NO)-Gas benötigt keine mechanischen Ventilatoren, Überdruck oder hohe Gasströme. Medizinische Standard-Verbrauchsmaterialien und eine eng anliegende Maske werden verwendet, um spontan atmenden Probanden sicher KEIN Gas zu geben.

Zusammenfassung

Stickstoffmonoxid (NO) wird als Gas zur Inhalation verabreicht, um eine selektive pulmonale Vasodilatation zu induzieren. Es ist eine sichere Therapie mit wenigen potenziellen Risiken, selbst wenn sie in hoher Konzentration verabreicht wird. Inhaliertes NO-Gas wird routinemäßig verwendet, um die systemische Sauerstoffversorgung bei verschiedenen Krankheitszuständen zu erhöhen. Die Verabreichung hoher NO-Konzentrationen übt auch in vitro eine viruzide Wirkung aus. Aufgrund seiner günstigen pharmakodynamischen und Sicherheitsprofile, der Vertrautheit bei der Verwendung durch Intensivmediziner und des Potenzials für eine direkte viruzide Wirkung wird NO klinisch bei Patienten mit Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) eingesetzt. Dennoch ist derzeit kein Gerät verfügbar, um inhaliertes NO in Konzentrationen von mehr als 80 PpM (ppm) bei verschiedenen inspirierten Sauerstofffraktionen einfach zu verabreichen, ohne dass eine dedizierte, schwere und kostspielige Ausrüstung erforderlich ist. Die Entwicklung einer zuverlässigen, sicheren, kostengünstigen, leichten und beatmungsfreien Lösung ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere für die frühzeitige Behandlung von nicht intubierten Patienten außerhalb der Intensivstation (ICU) und in einem Szenario mit begrenzten Ressourcen. Um eine solche Barriere zu überwinden, wurde ein einfaches System für die nicht-invasive NO-Gas-Verabreichung bis zu 250 ppm unter Verwendung von Standard-Verbrauchsmaterialien und einer Aufraschkammer entwickelt. Die Methode hat sich als sicher und zuverlässig erwiesen, um eine bestimmte NO-Konzentration zu liefern und gleichzeitig den Stickstoffdioxidgehalt zu begrenzen. Dieses Papier zielt darauf ab, Klinikern und Forschern die notwendigen Informationen darüber zur Verfügung zu stellen, wie ein solches System für Forschungszwecke oder den klinischen Einsatz bei COVID-19 oder anderen Krankheiten, bei denen KEINE Verabreichung von Vorteil sein könnte, zusammenstellen oder anpassen kann.

Einleitung

KEINE Inhalationstherapie wird regelmäßig als lebensrettende Behandlung in mehreren klinischen Umgebungen1,2,3 angewendet. Neben seiner bekannten pulmonalen vasodilatatorischen Wirkung4zeigt NO eine breite antimikrobielle Wirkung gegen Bakterien5, Viren6und Pilze7, insbesondere wenn es in hohen Konzentrationen (>100 ppm) verabreicht wird. 8 Während des Ausbruchs des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS) im Jahr 2003 zeigte NO in vitro eine starke antivirale Aktivität und zeigte therapeutische Wirksamkeit bei Patienten, die mit dem SARS-Coronavirus (SARS-CoV) infiziert waren9,10. Der Stamm von 2003 ähnelt strukturell SARS-Cov-2, dem Erreger, der für die aktuelle Coronavirus-Pandemie 2019 (COVID-19) verantwortlichist 11. Drei randomisierte kontrollierte klinische Studien bei Patienten mit COVID-19 sind im Gange, um die potenziellen Vorteile der Atmung von hochkonzentriertem NO-Gas zur Verbesserung der Ergebnisse zu bestimmen12,13,14. In einer vierten laufenden Studie wird die prophylaktische Inhalation hoher NO-Konzentrationen als vorbeugende Maßnahme gegen die Entwicklung von COVID-19 bei Gesundheitsdienstleistern untersucht, die SARS-CoV-2-positiven Patienten ausgesetzt sind15.

Die Entwicklung einer wirksamen und sicheren Behandlung von COVID-19 ist eine Priorität für das Gesundheitswesen und die Wissenschaft. Um die Verabreichung von NO-Gas in Dosen > 80 ppm bei nicht intubierten Patienten und freiwilligen Mitarbeitern im Gesundheitswesen zu untersuchen, wurde die Notwendigkeit deutlich, ein sicheres und zuverlässiges nicht-invasives System zu entwickeln. Diese Technik zielt darauf ab, spontan atmenden Probanden hohe NO-Konzentrationen bei verschiedenen Fraktionen von inspiriertem Sauerstoff(FiO2)zu verabreichen. Die hier beschriebene Methodik wird derzeit für Forschungszwecke bei spontan atmenden COVID-19-Patienten am Massachusetts General Hospital (MGH)16,17 eingesetzt. Gemäß den Richtlinien der Ethikkommission für Humanforschung des MGH wird das vorgeschlagene System derzeit verwendet, um eine Reihe von randomisierten kontrollierten Studien durchzuführen, um die folgenden Auswirkungen hoher Konzentrationen von NO-Gas zu untersuchen. Erstens wird die Wirkung von 160 ppm NO-Gas bei nicht intubierten Probanden mit leicht mittelschwerem COVID-19 untersucht, die entweder in der Notaufnahme (IRB Protocol #2020P001036)14 oder als stationäre Patienten (IRB Protocol #2020P000786)18zugelassen sind. Zweitens wird die Rolle von hochdosiertem NO untersucht, um eine SARS-CoV-2-Infektion und die Entwicklung von COVID-19-Symptomen bei Gesundheitsdienstleistern zu verhindern, die routinemäßig SARS-CoV-2-positiven Patienten ausgesetzt sind (IRB-Protokoll # 2020P000831)19.

Dieses einfache Gerät kann mit Standard-Verbrauchsmaterialien zusammengebaut werden, die routinemäßig für die Atemtherapie verwendet werden. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist so konzipiert, dass sie nicht-invasiv ein Gemisch aus NO-Gas, medizinischer Luft und Sauerstoff(O2)liefert. Die Inhalation von Stickstoffdioxid (NO2)wird minimiert, um das Risiko einer Toxizität der Atemwege zu verringern. Der aktuelleNO-2-Sicherheitsgrenzwert, der von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists festgelegt wurde, beträgt 3 ppm über einem zeitgewichteten Durchschnitt von 8 Stunden, und 5 ppm ist der kurzfristige Expositionsgrenzwert. Umgekehrt empfiehlt das Nationale Institut für Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz 1 ppm als kurzfristige Expositionsgrenze20. Angesichts des zunehmenden Interesses an einer hochdosierten NO-Gastherapie liefert der vorliegende Bericht die notwendige Beschreibung dieses neuartigen Geräts. Es erklärt, wie seine Komponenten so zusammengesetzt werden, dass sie eine hohe NO-Konzentration für Forschungszwecke liefern.

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Protokoll

HINWEIS: In der Materialtabelle finden Sie die Materialien, die für die Montage des Liefersystems benötigt werden. Quellen für medizinische Luft, O2und NO-Gase sollten ebenfalls vor Ort verfügbar sein. Das Gerät wurde für den Untersuchungseinsatz in Forschungsprotokollen entwickelt, die vom lokalen Institutional Review Board (IRB) streng überprüft wurden. Unter keinen Umständen sollten Anbieter ausschließlich auf der Grundlage der in diesem Manuskript enthaltenen Angaben arbeiten, dieses Gerät zusammenstellen und verwenden, ohne zuvor eine entsprechende behördliche Genehmigung einzuholen. Ausgehend vom proximalen Ende des Geräts montieren Sie die Teile in der folgenden Reihenfolge (Abbildung 1).

1. Aufbau der Patientenschnittstelle

  1. Nehmen Sie eine eng anliegende, standardmäßige, nicht-invasive Beatmungsgesichtsmaske in der für das Subjekt geeigneten Größe.
  2. Schließen Sie den integrierten Ellenbogenanschluss der Maske über den Außendurchmesser (O.D.) mit einem hocheffizienten Partikelluftfilter (hochhydrophober Bakterien-/Virusfilter, HEPA-Klasse 13) an. /15 mm Innendurchmesser (I.D.) Stecker.
  3. (Optional) Um die Bewegung des Probanden zu erleichtern und das Risiko einer Trennung zu verringern, fügen Sie einen flexiblen Patientenanschluss von 15 mm O.D. x 22 mm O.D. / 15 mm I.D. (Länge 5 cm-6,5 cm) für einen Endotracheal- oder Tracheostomieschlauch zwischen der Maskenschnittstelle und dem HEPA-Filter hinzu.
    HINWEIS: Bemühen Sie sich, ein Auslaufen der Maskenschnittstelle zu vermeiden. Das "Patientenende" des Gerätes könnte auch aus einem Mundstück bestehen. In einer solchen Konfiguration muss ein Nasenclip hinzugefügt werden.

2. Aufbau des Y-Stücks und Vorbereitung derO2-Versorgung

  1. Nehmen Sie einen 22 mm bis 22 mm und 15 F Y-stückigen Stecker mit 7,6 mm Anschlüssen. Erzeugen Sie die exspiratorischen und inspiratorischen Gliedmaßen des Schaltkreises an den beiden distalen Enden des Y-Stücks durch zwei entgegengesetzte, widerstandsarme 22 mm männliche/ weibliche Einwegventile.
    1. Exspiratorische Extremität: Platzieren Sie an einem Ende des Y-Stücks den Einwegventilanschluss, der nur einen proximalen bis distalen Fluss ermöglicht (Pfeil zeigt nach unten).
    2. Inspiratorisches Glied: Verbinden Sie am anderen Ende des Y-Stücks ein Einwegventil, das nur einen distalen bis proximalen Fluss ermöglicht (Pfeil zeigt nach oben).
  2. Schließen Sie das proximale Ende des Y an den HEPA-Filter an.
  3. Verbinden Sie die O2-Quelle mit dem inspiratorischen Glied des Y-Stücks mit standardmäßigen, knickfesten Vinylgasschläuchen mit Universaladaptern an beiden Enden. Wählen Sie Schläuche von angemessener Länge unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem Patienten und der Gasquelle.
    HINWEIS: Der Y-Stück-Stecker muss über einen Probenahmeanschluss an der inspiratorischen Extremität verfügen. Ist dies nicht der Fall, muss ein zusätzlicher gerader Stecker mit einem Sampling-Port zur Versorgung vonO2verwendet werden.

3. Aufbau und Befestigung der Aufraschkammer

  1. Verbinden Sie einen 22 mm x 22 mm Silikonkautschuk, flexibler Steckeradapter an das proximale Ende einer Aasfresserkammer (Innendurchmesser = 60 mm, Innenlänge = 53 mm, Volumen = 150 ml) mit 100 g Calciumhydroxid (Ca(OH)2).
  2. Befestigen Sie ein 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm I.D., 5 cm-6,5 cm, flexibles, gewelltes Rohr am Silikongummiadapter.
  3. Schließen Sie einen weiteren 22 mm x 22 mm Silikongummi, flexibler Steckeradapter an das distale Ende des Fängers an.
  4. Fügen Sie die Aufraschkammer und die Schlauchbaugruppe mit einem 15 mm bis 22 mm zweistufigen Adapter an das inspiratorische Glied des Y-Stücks hinzu.

4. Aufbau und Anschluss des NO-Reservoirsystems

  1. Montieren Sie einen 3-L latexfreien Atembehälterbeutel und einen 90°-Ventilator-Ellenbogenanschluss ohne Anschlüsse (22 mm ID x 22 mm).
  2. Verbinden Sie das andere Ende des Winkels mit der zentralen Öffnung des Aerosol-T-Stücks (horizontale Ports 22 mm O.D., vertikaler Port 11 mm I.D./22 mm O.D.).
  3. Befestigen Sie das T-Stück am distalen Ende der Aufraffungskammer, indem Sie es vorwärts treiben, bis es fest am Silikongummianschluss befestigt ist.

5. Aufbau des NO- und medizinischen Luftversorgungssystems

  1. Bauen Sie das NO/Luft-Gasversorgungssystem auf, indem Sie zwei aufeinanderfolgende 15 mm O.D. x 15 mm I.D./22 mm O.D. Steckverbinder mit 7,6 mm Abtastanschlüssen und Flip-Top-Kappen anschließen.
    HINWEIS: Sobald die Kappen entfernt sind, fungieren die Probenahmezugriffe als Gaseinlassöffnungen.
  2. Befestigen Sie am distalen Ende des NO/Luft-Versorgungssystems ein weiteres Einweg-Inspirierungsventil (Pfeil zeigt nach oben).
  3. Schließen Sie am proximalen Ende des NO/Luft-Versorgungssystems einen 15/22 mm zweistufigen Adapter an.
  4. Schließen Sie den proximalen zweistufigen Adapter an den verbleibenden freien Einlass des grünen T-Stücks aus dem NO-Reservoirsystem an.

6. Befestigen Sie die Luft- und NO-Gasströmungsleitungen mit standardmäßigen, knickfesten, sternlumenförmigen Vinyl-Sauerstoffgasschläuchen für die folgenden Schritte.

  1. Schließen Sie medizinische Luft an den distalsten Gaseinlass an.
  2. Schließen Sie NO-Gas aus einem 800 ppm medizinischen NO-Tank (Aluminiumflaschen der Größe AQ mit 2239 l von 800 ppm NO-Gas bei Standardtemperatur und -druck, ausbalanciert mit Stickstoff; Liefervolumen 2197 L) an den nächsten nachgeschalteten Anschluss an.
    HINWEIS: Die Schläuche müssen eine angemessene Länge haben, um die Gasquellen bequem zu erreichen. Verschiedene Tanks oder Generatoren von NO können als Gasquellen verwendet werden.

7. Anwendung bei spontan atmenden Probanden

  1. Stellen Sie den Luft-,O2-und NO-Gasstrom entsprechend der gewünschtenFiO2- und NO-Konzentration ein.
    HINWEIS: Die empfohlenen Durchflussraten für die Verabreichung von NO bei 80, 160 oder 250 ppm sind in Tabelle 1 aufgeführt (gilt nur für 800 ppm-Zylinder).
  2. Positionieren Sie die eng anliegende Maske auf dem Gesicht des Patienten, ähnlich wie bei einem nicht-invasiven Beatmungsschnittstellen-Setup.
  3. Starten Sie die Inhalationssitzung für die gewünschte Dauer.

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Ergebnisse

Ein 33-jähriger Atemtherapeut, der während des Anstiegs der Intensivaufnahme wegen COVID-19 auf der Intensivstation am MGH arbeitete, meldete sich freiwillig, um IM Rahmen der Studie mit Gesundheitspersonal NO zu erhalten15,19. Die Studie testete die Wirksamkeit von 160 ppm NO als viruzides Mittel und verhinderte so das Auftreten von Krankheiten in der Lunge, die für eine Viruskontamination gefährdet sind. Die erste Sitzung der In...

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Diskussion

Angesichts des zunehmenden Interesses an der NO-Gastherapie für nicht intubierte Patienten, einschließlich Patienten mit COVID-198,beschreibt der vorliegende Bericht ein neuartiges kundenspezifisches Gerät und wie seine Komponenten so zusammengesetzt werden können, dass NO bei Konzentrationen von bis zu 250 ppm verabreicht wird. Das vorgeschlagene System besteht aus kostengünstigen Verbrauchsmaterialien und liefert sicher eine reproduzierbare Konzentration von NO-Gas bei spontan atmenden Patienten...

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Offenlegungen

L.B. erhält Gehaltsunterstützung von K23 HL128882/NHLBI NIH als Principal Investigator für seine Arbeiten zu Hämolyse und Stickoxid. L.B. erhält Technologien und Geräte von iNO Therapeutics LLC, Praxair Inc., Masimo Corp. L.B. erhält einen Zuschuss von iNO Therapeutics LLC. A.F. und L.T. meldeten Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) F.I. 2429/1-1; TR1642/1-1. WMZ erhält eine Zuwendung von NHLBI B-BIC/NCAI (#U54HL119145) und ist Mitglied des wissenschaftlichen Beirats von Third Pole Inc., die Patente auf elektrische NO-Erzeugung von MGH lizenziert hat. Alle anderen Autoren haben nichts zu erklären.

Danksagungen

Diese Studie wurde vom Reginald Jenney Endowment Chair an der Harvard Medical School bis L.B., von L.B. Sundry Funds am MGH und von Labormitteln des Anästhesiezentrums für Intensivforschung der Abteilung für Anästhesie, Intensivmedizin und Schmerzmedizin am MGH unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
90° Beatmungsgerät-Winkelverbinder ohne Anschlüsse 22 mm ID x 22 mm ADTeleflex, Wayne, PA, USA1641
Aerosol-T-Anschluss: horizontale Anschlüsse 22 mm AD, vertikaler Anschluss 11 mm ID/22 mm ADTeleflex, Wayne, PA, USA1077
Flexibler Patientenanschluss für Endotracheal- oder Trachealkanüle (15 mm AD x 22 mm OD/15 mm ID, Länge 5 cm bis 6,5 cm)Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, USA3215
Hocheffiziente Partikelluft (hochhydrophober Bakterien-/Virenfilter,  HEPA-Filter der Klasse 13 (22 mm Innendurchmesser/15 mm Außendurchmesser x 22 mm Außendurchmesser/15 mm Innendurchmesser)Teleflex, Wayne, PA, USA28012
Latexfreier 3-Liter-AtembeutelCareFusion, Yorba Linda, CA, USA5063NL
Stickoxid-Tank 800 ppm medizinisch (Größe AQ Aluminiumflaschen mit 2239 l bei STP von 800 ppm NO-Gas, ausgeglichen mit Stickstoff, Volumen 2197 L)Praxair, Bethlehem PA, USAMM NO800NI-AQ
Einwegventil 22 mm männlich/weiblich (Pfeil zeigt zum weiblichen Ende)Teleflex, Wayne, PA, USA1664N=2 inspiratorischer Schenkel (Pfeil nach oben)
Einwegventil 22 mm männlich/weiblich (Pfeil zeigt zum männlichen Ende)Teleflex, Wayne, PA, USA1665N=1 exspiratorischer Schenkel (Pfeil nach unten)
Rad-57 Handheld-Pulsoximeter mit Rainbow SET-TechnologieMasimo Corporation, Irvine, CA, USA3736Inklusive SpMet Option
Scavenger (ID = 60 mm, Innenlänge = 53 mm, Volumen = 150 mL) mit 100 g CalciumhydroxidSpherasorb, Intersurgical Ltd, Berkshire, UK
Flexible Steckverbinder aus Silikonkautschuk 22 mm F x 22 mm FTri-anim Health Services, Dublin, OH, USA301-9000
Eng anliegende Standard-Gesichtsmaske in geeigneter Größe
Star Lumen Standard-Vynil-Sauerstoffschlauch in medizinischer Qualität mit UniversalanschlüssenTeleflex, Morrisville, NC, USA1115Variable Länge je nach Entfernung von der Gasquelle. 2,1 m Länge im Protokoll verwendet
Gerader Anschluss mit einem 7,6-mm-Probenahmeanschluss (15 mm AD x 15 mm ID / 22 mm OD)Mallinckrodt, Bedminster, NJ, USA502041
Zweistufiger Adapter (15 mm auf 22 mm)Airlife Auburndale, FL, USA1824
Y-Stück-Steckverbinder mit 7,6 mm Anschlüssen (22 mm auf 22 mm und 15 F)Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, USA1831

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