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COVID-19危機時の完全な人工呼吸サポートへの可能性のある橋渡しとしての流量制御弁を用いた差動換気。ベンチからベッドサイドへ
Differential Ventilation Using Flow Control Valves as a Potential Bridge to Full Ventilatory Support during the COVID-19 Crisis: From Bench to Bedside.
PMID: 32639236 PMCID: PMC7359901. DOI: 10.1097/ALN.0000000000003473.
抄録
背景:
COVID-19パンデミック時には、人工呼吸器の共有が機械的換気の利用可能性を高めることが示唆された。人工呼吸器共有の安全性と実現可能性は不明である。
BACKGROUND: During the COVID-19 pandemic, ventilator sharing was suggested to increase availability of mechanical ventilation. The safety and feasibility of ventilator sharing is unknown.
方法:
圧力制御モードの単一ベンチレータを流量制御弁とともに使用して、肺の適合性が異なる2人の患者を同時に換気した。このシステムは最初に高忠実度の人間の患者シミュレータマネキンを使用して評価され、その後、急性呼吸不全のCOVID-19患者の2つのペアで1時間テストされました。患者は、正末端呼気圧、分画喚起酸素張力、呼吸数でマッチングされた。各患者の潮容積とピーク気道圧（PMAX）は、それぞれ独立したスピロメーターを用いて記録し、0、30、60分後に動脈血ガスサンプルを採取した。著者らは、各患者の酸塩基状態、酸素化、潮容積、およびPMAXを評価した。安定性は変動係数を計算することで評価した．
METHODS: A single ventilator in pressure control mode was used with flow control valves to simultaneously ventilate two patients with different lung compliances. The system was first evaluated using high-fidelity human patient simulator mannequins and then tested for 1 h in two pairs of COVID-19 patients with acute respiratory failure. Patients were matched on positive end-expiratory pressure, fractional inspired oxygen tension, and respiratory rate. Tidal volume and peak airway pressure (PMAX) were recorded from each patient using separate independent spirometers and arterial blood gas samples drawn at 0, 30, and 60 min. The authors assessed acid-base status, oxygenation, tidal volume, and PMAX for each patient. Stability was assessed by calculating the coefficient of variation.
結果:
バルブは、20:20から20:90ミリリットル/cmのH 2 Oに20:20から変化するコンプライアンス比を持つ2つのマネキンにそれぞれ400ミリリットルの安定した潮容積を提供し、シミュレーションで期待されるように実行されます。システムは、その後、患者の2つのペアでテストされました。ペア1は、49歳の女性、理想的な体重46キロ、および55歳の男性、理想的な体重64キロ、肺コンプライアンス27 ml/cm H2O対35 ml/cm H2Oであった。変動係数は、潮容積が0.2～0.6%、PMAXが0～1.1%であった。ペア２は、32歳の男性（理想体重62kg）と56歳の女性（理想体重46kg）で、肺コンプライアンス12ml/cm H2O対21ml/cm H2Oであった。潮容積の変動係数は1.4～7.7%、PMAXは0～2.1%であった。
RESULTS: The valves performed as expected in simulation, providing a stable tidal volume of 400 ml each to two mannequins with compliance ratios varying from 20:20 to 20:90 ml/cm H2O. The system was then tested in two pairs of patients. Pair 1 was a 49-yr-old woman, ideal body weight 46 kg, and a 55-yr-old man, ideal body weight 64 kg, with lung compliance 27 ml/cm H2O versus 35 ml/cm H2O. The coefficient of variation for tidal volume was 0.2 to 0.6%, and for PMAX 0 to 1.1%. Pair 2 was a 32-yr-old man, ideal body weight 62 kg, and a 56-yr-old woman, ideal body weight 46 kg, with lung compliance 12 ml/cm H2O versus 21 ml/cm H2O. The coefficient of variation for tidal volume was 1.4 to 7.7%, and for PMAX 0 to 2.1%.
結論:
単一の人工呼吸器を使用した差動換気が可能です。流量制御弁は、個々の人工呼吸器によって提供されるものと同様の安定した潮容積とPMAXを提供することを可能にします。このコンセプトは、世界的なCOVID-19パンデミックで再び注目を集めています。COVID-19患者に見られる急性呼吸窮迫症候群に似た呼吸力学の障害は、ペアの患者への損傷を防ぎながら、1人の患者を最適に換気するための重要な工学的課題を提起しています。
CONCLUSIONS: Differential ventilation using a single ventilator is feasible. Flow control valves enable delivery of stable tidal volume and PMAX similar to those provided by individual ventilators. : WHAT WE ALREADY KNOW ABOUT THIS TOPIC: In previous mass casualty situations where intensive care unit or emergency room surge conditions have resulted, the use of ventilator splitting to ventilate two or more patients has been proposed.The concept has received renewed attention with the global COVID-19 pandemic.The impaired respiratory mechanics similar to the acute respiratory distress syndrome seen in COVID-19 patients pose significant engineering challenges to optimally ventilate one patient while preventing damage to a paired patient.
この記事が私たちに伝えていることは、新しいことです。:
この研究では、カスタム設計された三次元印刷された吸気流量制御弁を用いて潮汐量と気道圧を個別に設定できるように設計し、類似または異なる肺コンプライアンスを持つ高忠実度シミュレータのマネキンを使用して評価したところ、各マネキンに供給される安定した潮汐量で期待通りに動作することがわかった。この研究では、カスタム設計の流量制御弁を使用することで、サージ設定での分割換気技術の使用が容易になる可能性があることを示唆している。
WHAT THIS ARTICLE TELLS US THAT IS NEW: Custom designed three-dimensional printed inspiratory flow control valves designed to allow individualized setting of tidal volume and airway pressure were evaluated using high-fidelity simulator mannequins with similar or different lung compliance and were found to perform as expected with stable tidal volumes delivered to each mannequin.Testing for 60 min in two pairs of volunteer COVID-19 patients with acute respiratory failure, matched on positive end-expiratory pressure level, fractional inspired oxygen tension level, and respiratory rate, demonstrated stable system performance. Continuous assessment of tidal volume and peak airway pressure in each patient during the study allowed for dynamic alteration of tidal volume in response to respiratory acidosis.This study suggests that custom designed flow control valves may facilitate the use of split ventilation techniques in a surge setting.