脊髄損傷者のための低酸素治療を行うための自動圧力スイング吸収システム

An automated pressure-swing absorption system to administer low oxygen therapy for persons with spinal cord injury.

• A Q Tan
• J J Papadopoulos
• A N Corsten
• R D Trumbower

抄録

低酸素（O）呼吸の軽度なエピソード（すなわち、急性間欠性低酸素、AIH）は、脊髄損傷（SCI）後の呼吸および非呼吸運動機能を強化する神経可塑性の迅速なメカニズムを誘発する。脊髄損傷者のヒトおよびげっ歯類において有望な結果が得られているにもかかわらず、臨床治療としてのAIHのトランスレーショナルな可能性は、より安全で信頼性の高い空気輸送システムに依存していることに変わりはない。本研究の目的は、手操作（手動）送達システムを使用したヒトAIHプロトコルの矛盾を克服するための新規AIH送達システムの性能を調査することである。具体的には、流量,O濃度,投与タイミング,空気温度の観点からAIH送達システムの性能を評価した。私たちのデータは、新しい「自動化された」送達システムであることを示しています：i）「理想」の98.1％の適合度で信頼性の高いAIHを生成する; ii）プログラム可能なソレノイドスイッチを介して投与タイミングのエラーを排除する; iii）0.01％未満にOの変動を低減する; iv）「手動」送達方法よりも62.7％多くの空気の流れを提供します。自動化された生理学的記録、閾値検出、および参加者の血中酸素飽和度、心拍数、血圧の視覚的フィードバックにより、リアルタイムでのユーザーの安全性が保証されます。要約すると、「自動化」システムは、精度、信頼性、安全性の点で「手動」送達方法よりも優れていた。自動化された」システムは、この技術を臨床および家庭での使用のための医学的に承認された治療法に近づけるいくつかの設計機能を提供しています。

Mild episodes of breathing low oxygen (O) (i.e., acute intermittent hypoxia, AIH) elicits rapid mechanisms of neural plasticity that enhance respiratory and non-respiratory motor function after spinal cord injury (SCI). Despite promising outcomes in humans and rodents with SCI, the translational potential of AIH as a clinical therapy remains dependent on a safer and more reliable air delivery system. The purpose of this study is to investigate the performance of a novel AIH delivery system to overcome inconsistencies in human AIH protocols using a hand-operated (manual) delivery system. Specifically, we characterized system performance of AIH delivery in terms of flow rate, O concentration, dose timing, and air temperature. Our data show that a novel 'automated' delivery system: i) produces reliable AIH with a goodness-of-fit at 98.1% of 'ideal'; ii) eliminates dose timing errors via programmable solenoid switches; iii) reduces fluctuations in O to less than 0.01%; and iv) delivers 62.7% more air flow than the 'manual' delivery method. Automated physiological recordings, threshold detection, and visual feedback of the participant's blood O saturation, heart rate, and blood pressure ensures real-time user safety. In summary, the 'automated' system outperformed the 'manual' delivery method in terms of accuracy, reliability, and safety. The 'automated' system offers several design features that move the technology closer to a medically approved treatment for clinical and home use.

Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.