Устройство дыхательного контура для аппаратов искусственной вентиляции легких с возможностью доставки газовой смеси с оксидом азота

Предлагаемая полезная модель относится к области медицинской техники, а именно к оборудованию для проведения искусственной вентиляции легких.
2,
2
2
2.
Ингаляционный оксид азота (iNO), как селективный вазодилататор малого круга кровообращения имеет патофизиологическое обоснование для применения у пациентов с респираторным дисстрес синдромом, находящихся на искусственной вентиляции легких (ИВЛ) [1]. При этом стратегии респираторной поддержки у пациентов с респираторным дисстрес синдромом (ОРДС), особенно ассоциированным с covid-19, должны базироваться на текущей доказательной базе [2]. Доказательная база высокого качества, полученная у пациентов с ОРДС, находящихся на ИВЛ, демонстрирует способность iNO улучшать показатели артериальной оксигенации, снижать давление в системе легочной артерии, альвеолярное мертвое пространство и выраженность инфильтрации легочной ткани, однако не было отмечено снижение продолжительности ИВЛ и летальности [3-6]. Во время текущей пандемии наблюдается высокий интерес исследователей и клиницистов к возможности терапии iNO пациентов с covid-19 и дыхательной недостаточностью [7,8]. Для этого существует целый ряд причин, однако одним из ведущих драйверов являются преклинические данные и клинические исследования, указывающие на то, что iNO обладает вирицидным эффектом в том числе на семейство короновирусов, при этом NO-завсисимая элиминация по всей видимости опосредована механизмами ингибирования вирусной репликации путем модификации генетического материала [9-17]. Антимикробные и противогрибковые эффекты iNО, убедительно показанные в ряде исследований, также могут улучшить клинические исходы у пациентов, находящихся на ИВЛ, в условиях ко- и суперинфекции [18,19]. Указанные эффекты терапии iNO могут быть реализованы только при применение высоких доз, при этом предельно допустимыми в клинической практике является доза NO-80 ppm. Учитывая потенциальные побочные эффекты NO, а также токсичность образующегося при взаимодействии NO с кислородом диоксида азота-NO дозирование и мониторинг их концентраций при проведении ИВЛ является крайне важным для обеспечения безопасности пациента. Применение NO в указанных режимах дозирования сопряжено с взрывной генерацией NO в контуре аппарата ИВЛ. Данному обстоятельству способствует применение высоких инспираторных фракций кислорода во время проведения ИВЛ у пациентов с гипоксемической дыхательной недостаточностью, что увеличивает реактогенность молекулы NO. Концентрация NOв доставляемой газовой смеси не должна превышать 2ppm, что строго регламентировано отраслевыми нормативными документами в медицине. Таким образом, устройство дыхательного контура для аппаратов искусственной вентиляции легких с возможностью доставки газовой смеси с оксидом азота должно обеспечивать не только подержание целевой инспираторной фракции NO, но и безопасный коридор концентрации NO
Известно устройство дыхательного контура для аппаратов искусственной вентиляции легких с возможностью доставки газовой смеси с оксидом азота, в котором в инспираторную линию с помощью коннекторов врезаны 2 магистрали: магистраль доставки оксида азота (NO), соединенная посредством низкопоточного ротаметра с источником NO-смеси и магистраль отбора газовых проб для газоанализатора, находящиеся проксимальнее Y-образного коннектора пациента и бактериального фильтра [20,21].
Данное устройство дыхательного контура для аппаратов искусственной вентиляции легких с возможностью доставки газовой смеси с оксидом азота является наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату и выбрано в качестве прототипа.
2
Недостатком устройства-прототипа является невозможность поддержания в газовой смеси на безопасном допустимом уровне фракционной концентрации NO в условиях высокой инспираторной фракции кислорода и NO, что делает невозможным проведение доставки высоких доз NO во время ИВЛ.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание надежного дыхательного контура для аппаратов искусственной вентиляции легких с возможностью доставки газовой смеси с оксидом азота, расширяющего эксплуатационные возможности аппарата ИВЛ и позволяющего безопасно проводить терапию высокими дозами оксида азота.
Поставленная задача решается путем врезки в инспираторную линию дыхательного контура емкости с сорбентом диоксида азота (гидроксид кальция), расположенной дистальнее магистрали доставки оксида азота и проксимальнее магистрали отбора газовых проб для газоанализатора.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является создание возможности доставки в дыхательный контур аппаратов искусственной вентиляции легких высоких доз оксида азота с очисткой газовой смеси от токсичных субстратов и прецизионным дозированием, мониторингом фракционной концентрации доставляемого оксида азота и образующегося при взаимодействии оксида азота с кислородом диоксида азота.
Отличительные признаки проявили в заявляемой совокупности новые свойства, явным образом не вытекающие из уровня техники в данной области и не очевидные для специалиста. Идентичной совокупности признаков не обнаружено в проанализированной патентной и научно-медицинской литературе. Предлагаемая полезная модель может быть использована в практическом здравоохранении для повышения качества и эффективности лечения.
Полезная модель будет понятна из следующего описания и приложенной к нему фигуры 1 (фиг. 1). На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, где 1 - инспираторная линия дыхательного контура 2- магистраль доставки NO с коннектором, 3 - низкопоточный ротаметр, 4 - источник NO-смеси, 5 - емкость с сорбентом диоксида азота (гидроксид кальция), 6 - магистраль отбора газовых проб для газоанализатора 7 - газоанализатор, 8 - Y- образный коннектор, 9 - бактериальный фильтр.
Предлагаемое устройство (фиг. 1) состоит из инспираторной линии дыхательного контура 1, в которую проксимальнее Y-образного коннектора 8 и бактериального фильтра 9 через коннекторы врезаны магистрали 2 и 6, магистраль доставки NO 2 соединена с низкопоточным ротаметром 3 и источником NO-смеси 4, магистраль отбора газовых проб для газоанализатора 6 соединена с газоанализатором 7, дистальнее магистрали доставки NO 2 и проксимальнее магистрали отбора газовых проб для газоанализатора 6 врезана емкость с сорбентом диоксида азота (гидроксид кальция) 5.
2
2
Предлагаемое устройство (фиг. 1) работает следующим образом: при проведении механической респираторной поддержки из аппарата искусственной вентиляции легких через инспираторную линию дыхательного контура 1 подают газо-воздушную смесь согласно расчетному минутному объему дыхания и с заданной врачом фракционной концентрацией О. Одновременно начинают подачу оксида азота из источника NO-смеси 4. Оксид азота из магистрали доставки NO 2 попадает в инспираторную линию дыхательного контура 1. Объем подачи NO регулируют с помощью низко-поточного ротаметра 3 в зависимости от минутного объема дыхания пациента и требуемой фракционной концентрации NO. Полученная газовая смесь с оксидом азота поступает в емкость с сорбентом диоксида азота (гидроксид кальция) 5, где происходит отчистка от токсических метаболитов, а затем по инспираторной линии дыхательного контура 1 через Y-образный коннектор 8 и бактериальный фильтр 9 поступает к пациенту. В течение всего времени проведения искусственной вентиляции легких осуществляют непрерывный мониторинг фракционной концентрации NO и NО газоанализатором 7 через магистраль отбора газовых проб 6.
Клинический пример №1.
Пациент Ю., 64 года; вес 80 кг; рост 180
Основной диагноз: Ишемическая болезнь сердца, стенокардия напряжения 3 ФК, стеноз передней нисходящей артерии средней трети 75%, стеноз правой коронарной артерии проксимальной трети 75%, стеноз огибающей артерии 75%., ПИКС (2014), недостаточность трикуспидального клапана 2-3 ст.
Сопутствующие заболевания: ХОБЛ 2 ст., неполная ремиссия.
2
2
Пациенту выполнено маммарно-коронарное шунтирование ПНА, аортокоронарное шунтирование ПКА, ОА, протезирование трикуспидального клапана в условиях ИК и фармако-холодовой кардиоплегии «Кустодиолом» на фоне комбинированной анестезии и ИВЛ. Продолжительность ИК составила 150 мин, время тотальной ишемии миокарда 110 мин. Подключение АИК по схеме «аорта - правое предсердие». Искусственное кровообращения осуществлялось в непульсирующем режиме. Перфузионный индекс 2,8л/мин/м2. Отлучение от ИК произошло на фоне стартовых доз инотропной поддержки (допмин 3 мкг/кг/мин), без признаков перегрузки левых или правых отделов сердца (ЦВД-6 мм рт.ст., ДЗЛА-4 мм рт.ст.) и без потребности в высокой ингалируемой фракции кислорода (FiO2-0,35). В раннем послеоперационном периоде пациент требовал продленной ИВЛ. P/F индекс в первые сутки составил 180, отмечена лихорадка до 38С°. На рентгенограмме органов грудной клетки отмечены инфильтративные изменения нижней доли правого легкого. По клиническим и инструментальным данным заподозрено развитие внутрибольничной пневмонии, начата антибиотикотерапия, терапия iNO в дозе 80 ppm. Доставка NO осуществлялась через дыхательный контур аппарата ИВЛ, устройство которого соответствует описанному выше. Дозирование NO и мониторинг NO осуществлялось с помощью анализатора PrinterNOX (CareFusion), в качестве сорбента диоксида азота применялся гидроксид кальция. Во время проведения ИВЛ концентрация NO в доставляемой газовой смеси не превышала 0,6 ppm. Уровень метгемоглобина в периферической крови контролировался методом отражающей фотометрии с помощью газоанализатора Stat Profile CCX (Nova Biomedical, USA). Данный протокол подачи NO сохранялся на протяжении всего периода проведения ИВЛ. Отмечена положительная клиническая, инструментальная и лабораторная динамика, пациент экстубирован и переведен в общую палату профильного отделения. Время ИВЛ составило 4 дня, время пребывания в отделении реанимации и интенсивной терапии составило 5 суток.
Клинический пример № 2.
Пациентка Л., 68 лет; вес 80 кг; рост 160
Основной диагноз: Ревматическая болезнь сердца, стеноз митрального клапана.
Сопутствующие заболевания: Сахарный диабет 2 типа с потребностью в инсулине.
2
2
2
Пациентке выполнено протезирование митрального клапана условиях ИК и фармако-холодовой кардиоплегии «Кустодиолом» на фоне комбинированной анестезии и ИВЛ. Продолжительность ИК составила 90 мин, время тотальной ишемии миокарда 66 мин. Подключение АИК по схеме «аорта - правое предсердие». Искусственное кровообращения осуществлялось в непульсирующем режиме. Перфузионный индекс 2,8л/мин/м. Отлучение от ИК произошло на фоне стартовых доз инотропной поддержки (допмин 4мкг/кг/мин, норэпинефрин 0,2 мкг/кг/мин), без признаков перегрузки левых или правых отделов сердца (ЦВД-9 мм рт.ст., ДЗЛА-6 мм рт.ст.) и без потребности в высокой ингалируемой фракции кислорода (FiO2-0,4). В раннем послеоперационном периоде пациентка требовала продленной ИВЛ. P/F индекс в первые сутки составил 165, отмечена лихорадка до 38,4°С. На рентгенограмме органов грудной клетки отмечены инфильтративные изменения нижней и средней доли правого легкого. По клиническим и инструментальным данным заподозрено развитие внутрибольничной пневмонии, начата антибиотикотерапия, терапия iNO в дозе 80 ppm. Доставка NO осуществлялась через дыхательный контур аппарата ИВЛ, устройство которого соответствует описанному выше. Дозирование NO и мониторинг NO осуществлялось с помощью анализатора PrinterNOX (CareFusion), в качестве сорбента диоксида азота применялся гидроксид кальция. Во время проведения ИВЛ концентрация NO в доставляемой газовой смеси не превышала 0,7 ppm. Уровень метгемоглобина в периферической крови контролировался методом отражающей фотометрии с помощью газоанализатора Stat Profile CCX (Nova Biomedical, USA). Данный протокол подачи NO сохранялся на протяжении всего периода проведения ИВЛ. Отмечена положительная клиническая, инструментальная и лабораторная динамика, пациентка экстубирована и переведена в общую палату профильного отделения. Время ИВЛ составило 3 дня, время пребывания в отделении реанимации и интенсивной терапии составило 4 суток.
Предлагаемое устройство дыхательного контура для аппаратов искусственной вентиляции легких с возможностью доставки газовой смеси с оксидом азота апробировано у 24 пациентов и позволяет создать возможность доставки в контур аппарата ИВЛ высоких доз оксида азота с очисткой газовой смеси от токсичных субстратов и прецизионным дозированием, мониторингом фракционной концентрации доставляемого оксида азота и образующегося при взаимодействии оксида азота с кислородом диоксида азота.
Список литературы.
1. Ichinose F, Roberts JD Jr, Zapol WM. Inhaled nitric oxide: a selective pulmonary vasodilator: current uses and therapeutic potential. Circulation. 2004;109:3106-11.
2. Marini JJ, Gattinoni L. Management of COVID-19 respiratory distress. JAMA. 2020. Online ahead of print.
3.Gebistorf F, Karam O, Wetterslev J, Afshari A. Inhaled nitric oxide for acute respiratory distress syndrome (ARDS) in children and adults. Cochrane Database Syst Rev. 2016;2016(6):CD002787.
4. Dellinger, R. P., Zimmerman, J. L., Taylor, R. W., Straube, R. C., Hauser, D. L., Criner, G. J., ... & Papadakos, P. (1998). Effects of inhaled nitric oxide in patients with acute respiratory distress syndrome: results of a randomized phase II trial. Critical care medicine, 26(1), 15-23.
5. Taylor, R. W., Zimmerman, J. L., Dellinger, R. P., Straube, R. C., Criner, G. J., Davis Jr, K., ... & Inhaled Nitric Oxide in ARDS Study Group. (2004). Low-dose inhaled nitric oxide in patients with acute lung injury: a randomized controlled trial. Jama, 291(13), 1603-1609
6. Chen L, Liu P, Gao H, Sun B, Chao D, Wang F, et al. Inhalation of nitric oxide in the treatment of severe acute respiratory syndrome: a rescue trial in Beijing. Clin Infect Dis 2004;39:1531e5
7. Martel J, Ko Y-F, Young JD, Ojcius DM. Could nasal nitric oxide help to mitigate the severity of COVID-19? Microbes Infect. 2020.
8. Kobayashi J, Murata I. Nitric oxide inhalation as an interventional rescue therapy for COVID-19-induced acute respiratory distress syndrome. Ann Intensive Care [Internet]. 2020.
9. Stark, J. M., Khan, A. M., Chiappetta, C. L., Xue, H., Alcorn, J. L., & Colasurdo, G. N. (2005). Immune and functional role of nitric oxide in a mouse model of respiratory syncytial virus infection. The Journal of infectious diseases, 191(3), 387-395.
10. Sanders, S. P., Siekierski, E. S., Porter, J. D., Richards, S. M., & Proud, D. (1998). Nitric oxide inhibits rhinovirus-induced cytokine production and viral replication in a human respiratory epithelial cell line. Journal of Virology, 72(2), 934-942.
11. Karupiah, G., & Harris, N. (1995). Inhibition of viral replication by nitric oxide and its reversal by ferrous sulfate and tricarboxylic acid cycle metabolites. The Journal of experimental medicine, 181(6), 2171-2179.
12. Mehta, D. R., Ashkar, A. A., & Mossman, K. L. (2012). The nitric oxide pathway provides innate antiviral protection in conjunction with the type I interferon pathway in fibroblasts. PLoS One, 7(2), e31688.
13. Rimmelzwaan, G. F., Baars, M. M., de Lijster, P., Fouchier, R. A., & Osterhaus, A. D. (1999). Inhibition of influenza virus replication by nitric oxide. Journal of virology, 73(10), 8880-8883.
14. Åkerström, S., Gunalan, V., Keng, C. T., Tan, Y. J., & Mirazimi, A. (2009). 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.
15. Xu W, Zheng S, Dweik RA, Erzurum SC. Role of epithelial nitric oxide in airway viral infection. Free Radic Biol Med 2006;41:19e28.
16. Croen KD. Evidence for antiviral effect of nitric oxide. Inhibition of herpes simplex virus type 1 replication. J Clin Invest 1993;91:2446e52.
17. Kaul P, Singh I, Turner RB. Effect of nitric oxide on rhinovirus replication and virus-induced interleukin-8 elaboration. Am J Respir Crit Care Med 1999;159: 1193e8.
18. Deppisch C, Herrmann G, Graepler-Mainka U, 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 2016;44:513-20.
19. Miller C, McMullin B, Ghaffari A, et al. Gaseous nitric oxide bactericidal activity retained during intermittent high-dose short duration exposure. Nitric Oxide 2009;20:16-23. doi:10.1016/j.niox.2008.08.002.
20. Wessel D. L. et al. Delivery and monitoring of inhaled nitric oxide in patients with pulmonary hypertension //Critical care medicine. - 1994. - Т. 22. - №. 6. - С. 930-938.
21. https://www.sle.co.uk/files/library/files/products/brochures/SLE3600_Inosys_English.pdf.