COVID-19時代の共用換気．危険性と解決策の理論的考察

Shared Ventilation in the Era of COVID-19: A Theoretical Consideration of the Dangers and Potential Solutions.

• Jacob Herrmann
• Andrea Fonseca da Cruz
• Monica L Hawley
• Richard D Branson
• David W Kaczka

抄録

背景:

共有換気の使用、または単一の機械式人工呼吸器に並列に接続された複数の患者の同時サポートは、新型コロナウイルスパンデミック（COVID-19）の間に利用可能な機械式人工呼吸器の深刻な不足に対処するために、かなりの関心を集めている。この論文では、ナイーブな共有換気の潜在的な悲惨な結果を強調している。その上で、容積制御換気(VCV)または圧力制御換気(PCV)のいずれかを行う際に、個々の換気量と駆動圧の調整を可能にする呼吸回路の変更を用いて、機械的換気の個別化のための可能なアプローチを検討する。

BACKGROUND: The use of shared ventilation, or the simultaneous support of multiple patients connected in parallel to a single mechanical ventilator, is receiving considerable interest for addressing the severe shortage of mechanical ventilators available during the novel coronavirus pandemic (COVID-19). In this paper we highlight the potentially disastrous consequences of naïve shared ventilation, in which patients are simply connected in parallel to a ventilator without any regard to their individual ventilatory requirements. We then examine possible approaches for individualization of mechanical ventilation, using modifications to the breathing circuit that may enable tuning of individual tidal volumes and driving pressures during either volume-controlled ventilation (VCV) or pressure-controlled ventilation (PCV).

方法:

呼吸回路の改良には、VCVとPCVの両呼気肢にPEEPバルブ、VCVの呼気肢には調節可能な狭窄・一方向バルブ、PCVの呼気肢にはピーク呼気圧を下げるための圧力開放バルブが含まれていた。これらの呼吸回路の変更を使用して個々の潮汐量を調節する能力は、理論的にはコンピュータシミュレーションだけでなく、実験的に機械的な試験肺の両方でテストされました。

METHODS: Breathing circuit modifications included a PEEP valve on each expiratory limb for both VCV and PCV, an adjustable constriction and one-way valve on the inspiratory limb for VCV, and a pressure-relief valve for peak inspiratory pressure reduction on the inspiratory limb for PCV. The ability to regulate individual tidal volumes using these breathing circuit modifications was tested both theoretically in computer simulations as well as experimentally in mechanical test lungs.

結果:

シミュレーションと実験結果の両方において、ナイーブな共有換気は、患者の機械的特性の不均衡に依存して、個々の潮汐量の配分に大きな不均衡をもたらした。共用VCVと共用PCVのために提案した呼吸回路の改良により、潮汐量分布の最適化が可能となりました。共有VCV中のある患者の個別の潮汐量は、他の患者の機械的特性の変化に敏感であった。対照的に、共有PCVでは、個々の患者の受け持ち換気を独立して制御することが可能であった。

RESULTS: In both the simulations and experimental measurements, naïve shared ventilation resulted in large imbalances across individual tidal volume delivery, dependent on imbalances across patient mechanical properties. The proposed breathing circuit modifications for shared VCV and shared PCV enabled optimization of tidal volume distributions. Individual tidal volume for one patient during shared VCV was sensitive to changes in the mechanical properties of other patients. By contrast, shared PCV enabled independent control of individual patient-received ventilation.

結論:

考慮されている共用人工呼吸法の中でも、個々の吸気肢と呼気肢にインラインの圧力開放弁を組み込んだ共用PCVは、単一の人工呼吸器に接続されている複数の患者間の機械的相互作用による壊滅的な危険性が最も低く、安全性が最も高いものである。

CONCLUSIONS: Of the shared ventilation strategies considered, shared PCV, with the inclusion of in-line pressure-relief valves in the individual inspiratory and expiratory limbs, offers the greatest degree of safety and lowest risk of catastrophic mechanical interactions between multiple patients connected to a single ventilator.

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