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Artículo de método

Un nuevo sistema de máscara de inhalación para administrar altas concentraciones de gas de óxido nítrico en sujetos que respiran espontáneamente

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DOI:

10.3791/61769

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4 de mayo de 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

En este artículo

Resumen

Este dispositivo de sistema simple y altamente adaptable para la inhalación de gas de óxido nítrico (NO) de alta concentración no requiere ventiladores mecánicos, presión positiva o altos flujos de gas. Los consumibles médicos estándar y una máscara ajustada se utilizan para administrar de manera segura NO gas a los sujetos que respiran espontáneamente.

Resumen

El óxido nítrico (NO) se administra como gas para inhalación para inducir vasodilatación pulmonar selectiva. Es una terapia segura, con pocos riesgos potenciales, incluso si se administra a alta concentración. El gas NO inhalado se usa rutinariamente para aumentar la oxigenación sistémica en diferentes condiciones de enfermedad. La administración de altas concentraciones de NO también ejerce un efecto virucida in vitro. Debido a sus perfiles farmacodinámicos y de seguridad favorables, la familiaridad en su uso por parte de los proveedores de cuidados críticos y el potencial de un efecto virucida directo, el NO se usa clínicamente en pacientes con enfermedad por coronavirus-2019 (COVID-19). Sin embargo, actualmente no hay ningún dispositivo disponible para administrar fácilmente NO inhalado a concentraciones superiores a 80 partes por millón (ppm) en varias fracciones de oxígeno inspirado, sin la necesidad de equipos dedicados, pesados y costosos. El desarrollo de una solución confiable, segura, económica, liviana y sin ventiladores es crucial, particularmente para el tratamiento temprano de pacientes no intubados fuera de la unidad de cuidados intensivos (UCI) y en un escenario de recursos limitados. Para superar tal barrera, se desarrolló un sistema simple para la administración no invasiva de gas NO de hasta 250 ppm utilizando consumibles estándar y una cámara de barrido. El método ha demostrado ser seguro y confiable para administrar una concentración específica de NO al tiempo que limita los niveles de dióxido de nitrógeno. Este documento tiene como objetivo proporcionar a los médicos e investigadores la información necesaria sobre cómo ensamblar o adaptar dicho sistema para fines de investigación o uso clínico en COVID-19 u otras enfermedades en las que la administración de NO podría ser beneficiosa.

Introducción

La terapia de inhalación de NO se utiliza regularmente como un tratamiento que salva vidas en varios entornos clínicos1,2,3. Además de su conocido efecto vasodilatador pulmonar4,el NO muestra un amplio efecto antimicrobiano contra las bacterias5,virus6y hongos7,particularmente si se administra a altas concentraciones (>100 ppm). 8 Durante el brote del Síndrome Respiratorio Agudo Severo (SARS) de 2003, el NO mostró una potente actividad antiviral in vitro y demostró eficacia terapéutica en pacientes infectados con el SARS-Coronavirus (SARS-CoV)9,10. La cepa de 2003 es estructuralmente similar al SARS-Cov-2, el patógeno responsable de la actual pandemia de la Enfermedad por Coronavirus-2019 (COVID-19)11. Se están llevando a cabo tres ensayos clínicos controlados aleatorios en pacientes con COVID-19 para determinar los beneficios potenciales de respirar gas NO de alta concentración para mejorar los resultados12,13,14. En un cuarto estudio en curso, se está investigando la inhalación profiláctica de altas concentraciones de NO como medida preventiva contra el desarrollo de COVID-19 en proveedores de atención médica expuestos a pacientes positivos para SARS-CoV-215.

El desarrollo de un tratamiento eficaz y seguro para la COVID-19 es una prioridad para las comunidades sanitaria y científica. Para investigar la administración de gas NO a dosis > 80 ppm en pacientes no intubados y trabajadores de la salud voluntarios, se hizo evidente la necesidad de desarrollar un sistema no invasivo seguro y confiable. Esta técnica tiene como objetivo administrar altas concentraciones de NO a diferentes fracciones de oxígeno inspirado (FiO2)a sujetos que respiran espontáneamente. La metodología aquí descrita está actualmente en uso con fines de investigación en pacientes con COVID-19 que respiran espontáneamente en el Hospital General de Massachusetts (MGH)16,17. Siguiendo las directrices del comité de ética de investigación humana de MGH, el sistema propuesto está actualmente en uso para llevar a cabo una serie de ensayos controlados aleatorios para estudiar los siguientes efectos de las altas concentraciones de gas NO. En primer lugar, se está estudiando el efecto de 160 ppm de gas NO en sujetos no intubados con COVID-19 leve-moderado, ingresados en el Servicio de Urgencias (Protocolo IRB #2020P001036)14 o como pacientes hospitalizados (Protocolo IRB #2020P000786)18. En segundo lugar, se está examinando el papel del NO en dosis altas para prevenir la infección por SARS-CoV-2 y el desarrollo de síntomas de COVID-19 en proveedores de atención médica expuestos rutinariamente a pacientes positivos para SARS-CoV-2 (Protocolo IRB # 2020P000831)19.

Este dispositivo simple se puede ensamblar con consumibles estándar utilizados rutinariamente para la terapia respiratoria. El aparato propuesto está diseñado para suministrar de forma no invasiva una mezcla de NO gas, aire medicinal y oxígeno (O2). La inhalación de dióxido de nitrógeno (NO2)se minimiza para reducir el riesgo de toxicidad en las vías respiratorias. El umbral de seguridad actual no2 establecido por la Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales es de 3 ppm sobre un promedio ponderado en el tiempo de 8 horas, y 5 ppm es el límite de exposición a corto plazo. Por el contrario, el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional recomienda 1 ppm como límite de exposición a corto plazo20. Dado el creciente interés en la terapia con gases NO en dosis altas, el presente informe proporciona la descripción necesaria de este novedoso dispositivo. Explica cómo ensamblar sus componentes para entregar una alta concentración de NO con fines de investigación.

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Protocolo

NOTA: Consulte la Tabla de materiales para conocer los materiales necesarios para ensamblar el sistema de entrega. Las fuentes de aire medicinal, gases O2y NO también deben estar disponibles en el sitio. El dispositivo ha sido desarrollado para su uso de investigación en protocolos de investigación que se sometieron a una revisión rigurosa por parte de la Junta de Revisión Institucional (IRB) local. Bajo ninguna circunstancia los proveedores deben operar únicamente en base a las indicaciones incluidas en este manuscrito, ensamblando y utilizando este dispositivo sin buscar la aprobación regulatoria institucional previa apropiada. A partir del extremo proximal del dispositivo, ensamble las piezas en el siguiente orden (Figura 1).

1. Construyendo la interfaz del paciente

  1. Tome una máscara facial de ventilación ajustada, estándar y no invasiva del tamaño apropiado para el sujeto.
  2. Conecte el puerto de codo incorporado de la máscara a un filtro de aire particulado de alta eficiencia (filtro bacteriano/viral altamente hidrófobo, hepa clase 13) a través del diámetro exterior (O.D.) de 22 mm /15 mm de diámetro interior (I.D.).
  3. (Opcional) Para facilitar el movimiento del sujeto y reducir el riesgo de desconexión, agregue un conector flexible para pacientes de 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm I.D. (longitud 5 cm-6,5 cm) para un tubo endotraqueal o traqueostomía entre la interfaz de la máscara y el filtro HEPA.
    NOTA: Haga todo lo posible para evitar fugas de la interfaz de la máscara. El "extremo del paciente" del dispositivo también podría consistir en una boquilla. Se debe agregar un clip de nariz en dicha configuración.

2. Construcción de la pieza en Y y preparación del suministro de O2

  1. Tome un conector de 22 mm a 22 mm y 15 F de pieza Y con puertos de 7,6 mm. Cree las extremidades espiratorias e inspiratorias del circuito en los dos extremos distales de la pieza en Y a través de dos válvulas unidireccionales de sentido opuesto, de baja resistencia, macho/hembra de 22 mm.
    1. Extremidad espiratoria: En un extremo de la pieza en Y, coloque el conector de la válvula unidireccional que permita un flujo proximal a distal solo (flecha apuntando hacia abajo).
    2. Miembro inspiratorio: En el otro extremo de la pieza en Y, conecte una válvula unidireccional que permita un flujo distal a proximal solo (flecha apuntando hacia arriba).
  2. Conecte el extremo proximal de la Y al filtro HEPA.
  3. Utilizando tubos de gas de vinilo estándar, resistentes a las torceduras, con adaptadores universales en ambos extremos, conecte la fuente de O2 a la extremidad inspiratoria de la pieza en Y. Elija tubos de longitud adecuada teniendo en cuenta la distancia entre el paciente y la fuente del gas.
    NOTA: El conector de la pieza en Y debe tener un puerto de muestreo en la extremidad inspiratoria. De lo contrario, se debe utilizar un conector recto adicional con un puerto de muestreo para suministrar O2.

3. Construcción y fijación de la cámara de barrido

  1. Conecte un adaptador de conector flexible de goma de silicio de 22 mm x 22 mm al extremo proximal de una cámara carroñera (diámetro interno = 60 mm, longitud interna = 53 mm, volumen = 150 ml) que contenga 100 g de hidróxido de calcio (Ca(OH)2).
  2. Conecte un tubo corrugado flexible de 15 mm O.D. x 22 mm O.D./15 mm, 5 cm-6,5 cm, flexible y corrugado.
  3. Conecte otro adaptador de conector flexible de goma de silicio de 22 mm x 22 mm al extremo distal del carroñero.
  4. Agregue la cámara de barrido y el conjunto de tubos a la extremidad inspiratoria de la pieza Y utilizando un adaptador de dos pasos de 15 mm-22 mm.

4. Construcción y conexión del sistema de depósito NO

  1. Ensamble una bolsa de depósito de respiración sin látex de 3 L y un conector de codo de ventilador de 90° sin puertos (ID de 22 mm x 22 mm).
  2. Conecte el otro extremo del codo a la abertura central de la pieza en T del aerosol (puertos horizontales 22 mm O.D., puerto vertical 11 mm I.D./22 mm O.D.).
  3. Conecte la pieza en T al extremo distal de la cámara de barrido adencándola hasta que se ajuste firmemente al conector de caucho de silicio.

5. Construcción del NO y del sistema de suministro de aire médico

  1. Construya el sistema de suministro de gas NO/aire conectando dos conectores consecutivos O.D. x 15 mm I.D./22 mm O.D. con puertos de muestreo de 7,6 mm y tapas abatibles.
    NOTA: Una vez que se retiran las tapas, los accesos de muestreo funcionarán como puertos de entrada de gas.
  2. En el extremo distal del sistema de suministro de NO/aire, conecte otra válvula inspiratoria unidireccional (flecha apuntando hacia arriba).
  3. En el extremo proximal del sistema de suministro de NO/aire, conecte un adaptador de dos pasos de 15/22 mm.
  4. Conecte el adaptador proximal de dos pasos a la entrada libre restante de la pieza en T verde del sistema de depósito NO.

6. Conecte las líneas de flujo de aire y NO gas utilizando tubos de gas de oxígeno vinílico estándar, resistentes a las torceduras y de luz estrella para los siguientes pasos.

  1. Conecte el aire medicinal al puerto de entrada de gas más distal.
  2. Conecte el gas NO de un tanque de NO de grado médico de 800 ppm (cilindros de aluminio AQ de tamaño que contienen 2239 L de 800 ppm de gas NO a temperatura y presión estándar, equilibrado con nitrógeno; volumen entregado 2197 L) al siguiente puerto aguas abajo.
    NOTA: Los tubos deben tener la longitud adecuada para llegar cómodamente a las fuentes de gases. Se pueden utilizar diferentes tanques o generadores de NO como fuentes de gas.

7. Uso en sujetos que respiran espontáneamente

  1. Establezca el flujo de aire, O2y NO gas de acuerdo con la concentración deseada de FiO2 y NO.
    NOTA: Los caudales recomendados para administrar NO a 80, 160 o 250 ppm se enumeran en la Tabla 1 (aplicable solo a cilindros de 800 ppm).
  2. Coloque la máscara ajustada en la cara del paciente, similar a una configuración de interfaz de ventilación no invasiva.
  3. Inicie la sesión de inhalación durante la duración deseada.

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Resultados

Un terapeuta respiratorio de 33 años que trabaja en la UCI en MGH durante el aumento de la admisión en la UCI por COVID-19 se ofreció como voluntario para recibir NO como parte del ensayo que involucró a trabajadores de la salud15,19. El ensayo probó la eficacia de 160 ppm de NO como agente virucida, previniendo así la aparición de enfermedades en los pulmones con riesgo de contaminación viral. La primera sesión de la profilaxis p...

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Discusión

Dado el creciente interés en la terapia con gasES no para pacientes no intubados, incluidos aquellos conCOVID-19 8,el presente informe describe un nuevo dispositivo personalizado y cómo ensamblar sus componentes para administrar NO en concentraciones tan altas como 250 ppm. El sistema propuesto está construido a partir de consumibles de bajo costo y entrega de forma segura una concentración reproducible de GAS NO en pacientes que respiran espontáneamente. La facilidad de montaje y uso, junto con l...

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Divulgaciones

L.B. recibe apoyo salarial de K23 HL128882 / NHLBI NIH como investigador principal por su trabajo en hemólisis y óxido nítrico. L.B. recibe tecnologías y dispositivos de iNO Therapeutics LLC, Praxair Inc., Masimo Corp. L.B. recibe una subvención de iNO Therapeutics LLC. A.F. y L.T. reportaron fondos de la Fundación Alemana de Investigación (DFG) F.I. 2429/1-1; TR1642/1-1. WMZ recibe una subvención de NHLBI B-BIC / NCAI (#U54HL119145), y forma parte del consejo asesor científico de Third Pole Inc., que ha licenciado patentes sobre generación eléctrica de NO de MGH. Todos los demás autores no tienen nada que declarar.

Agradecimientos

Este estudio fue apoyado por la Cátedra Reginald Jenney Endowment de la Escuela de Medicina de Harvard a L.B., por L.B. Sundry Funds en MGH, y por fondos de laboratorio del Centro de Anestesia para la Investigación de Cuidados Críticos del Departamento de Anestesia, Cuidados Críticos y Medicina del Dolor en MGH.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Conector de codo del ventilador de 90 grados sin puertos 22 mm de diámetro interno x 22 mm de diámetro exteriorTeleflex, Wayne, PA, EE. UU. 1641
Conector en T de aerosol: puertos horizontales de 22 mm de diámetro exterior, puerto vertical de 11 mm de diámetro interior/22 mm de diámetro exteriorTeleflex, Wayne, PA, EE. UU. 1077
Conector de paciente flexible para tubo endotraqueal o de traqueostomía (15 mm de diámetro exterior x 22 mm de diámetro exterior/15 mm de diámetro interior, longitud de 5 cm a 6,5 cm)Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, EE. UU. 3215
Aire de partículas de alta eficiencia (filtro bacteriano/viral altamente hidrofóbico,  Filtro HEPA clase 13) (conector de 22 mm ID/15 mm OD x 22 mm OD/15 mm ID ID)Teleflex, Wayne, PA, EE. UU. 28012
Bolsa de depósito respiratorio de 3 L sin látexCareFusion, Yorba Linda, CA, EE. UU5063NL
Tanque de óxido nítrico 800 ppm de grado médico (tamaño AQ) cilindros de aluminio que contienen 2239 L a STP de 800 ppm de gas NO equilibrado con nitrógeno, volumen 2197 L)Praxair, Bethlehem PA, EE.UUMM NO800NI-AQ
Válvula unidireccional de 22 mm macho/hembra (flecha que apunta hacia el extremo femenino)Teleflex, Wayne, PA, USA1664N=2 miembro inspiratorio (flecha hacia arriba)
Válvula unidireccional 22 mm macho/hembra (flecha que apunta hacia el extremo macho)Teleflex, Wayne, PA, USA1665N=1 extremidad espiratoria (flecha hacia abajo)
Oxímetro de pulso de mano Rad-57 con tecnología Rainbow SETMasimo Corporation, Irvine, CA, EE. UU. 3736que incluye SpMet
Option Scavenger (ID = 60 mm, longitud interna = 53 mm, volumen = 150 mL) que contiene 100 g de hidróxido de calcioSpherasorb, Intersurgical Ltd, Berkshire, Reino Unido
Conectores flexibles de caucho de silicona 22 mm F x 22 mm FTri-anim Health Services, Dublín, OH, EE. UU. 301-9000
Mascarilla estándar de ajuste ceñido de tamaño
Tubo de oxígeno de vinilo de grado médico estándar Star Lumen con conectores universalesTeleflex, Morrisville, Carolina del Norte, EE. UU1115Longitud variable según la distancia desde la fuente de gas. Longitud de 2,1 m utilizada en el protocolo
Conector recto con un puerto de muestreo de 7,6 mm (15 mm de diámetro exterior x 15 mm de diámetro interior/22 mm de diámetro exterior)Mallinckrodt, Bedminster, NJ, EE. UU. 502041
Adaptador de dos pasos (15 mm a 22 mm)Airlife Auburndale, FL, EE. UU.1824
Conector de pieza en Y con puertos de 7,6 mm (22 mm a 22 mm y 15 F)Vyaire Medical Inc., Mettawa, IL, EE. UU. 1831
. . adecuado.

Referencias

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