Výskum a vývoj slovenských technologických firiem pre zdravotníctvo -

Technologický upgrade vysokofrekvenčného dýzového ventilátora PARAVENT V pre zlepšenie existujúcich postupov pľúcnej ventilácie u pacientov trpiacich na pneumónie (COVID-19, bakteriálne a iné), ako aj pre použitie v špecifických chirurgických aj nechirurgických odboroch.

Medicínska spoločnosť Kalas Medical z Považskej Bystrice pripravuje novú generáciu vysokofrekvenčných dýzových pľúcnych ventilátorov. V projekte spolufinancovaným Európskou úniou z operačného programu Integrovaná infraštruktúra, spoločnosť vyvíja prototyp unikátneho digitálneho pľúcneho ventilátora ParaVent V, ktorý stavia nielen na technologických základoch a skúsenostiach vysokofrekvenčných dýzových ventilátorov využívaných v slovenskom zdravotníctve viac ako 30 rokov, ale cieli aj na podstatné rozšírenie funkcionalít prístroja spojením tzv. česko-slovenskej školy vysokofrekvenčnej dýzovej ventilácie
so západo-európskou školou vysokofrekvenčnej ventilácie.

*^{Obrázok 1 – Prototyp nového prístroja ParaVent V.}*

Uvádzané dve školy sa líšia nielen technologickým riešením, ale hlavne klinickými aplikáciami, na ktoré sa prístroj využíva. V spolupráci so švajčiarskymi špecialistami na vysokofrekvenčnú ventiláciu zo spoločnosti InnoVentiv a univerzity z Lausanne, ambíciou projektu je priniesť technologické vylepšenie prístroja pre zlepšenie parametrov pľúcnej ventilácie pre terapiu pacientov trpiacich na ochorenia, ako COVID-19, ARDS, či iné kritické stavy spojené s akútnou formou poškodenia pľúc. Ďalším cieľom je aj podstatné rozšírenie aplikovateľnosti využitia prístroja na oblasti, ako otorinolaryngológia, chirurgia hrudníka, rádioterapia či onkológia, či v neposlednom rade zvýšenie bezpečnosti použitia prístroja medicínskymi špecialistami.

História vysokofrekvenčných dýzových ventilátorov typu PARAVENT siaha až do roku 1986, kedy slovenský vynálezca Ing. Ondrej Brychta, CSc. využil svoje skúsenosti z vývoja leteckých prúdových motorov na vývoj vysokofrekvenčných dýzových pľúcnych ventilátorov typu ParaVent, využívajúce koncepciu tzv. multidýzových generátorov tlaku. Spolu s kolektívom anestéziológov a klinických špecialistov postavil tak teoretické a klinické základy vysokofrekvenčnej dýzovej ventilácie česko-slovenského typu a od nej odvodených spôsobov a techník umelej ventilácie pľúc. Vysokofrekvenčná dýzová ventilácia (VFDV) sa stala vhodnou doplnkovou metódou konvenčnej pľúcnej ventilácie hlavne v klinických stavoch, ktoré sú ťažko alebo nedostatočne riešiteľné konvenčnou pľúcnou ventiláciou. V rámci projektu sa spoločnosť zameriava na niekoľko oblastí zlepšenia vysokofrekvenčných dýzových ventilátorov česko-slovenského typu tak, aby boli optimálnejšie využiteľné pri terapii pacientov s Covid-19, ARDS či iných kritických stavov.

Niekoľko oblastí, na ktoré sa výskum a vývoj zameriava, sú:

1 Využitie expulzného efektu HFJV ParaVent V pre čistenie dýchacích orgánov (dýchacích ciest) napadnutých pneumóniou (napr. COVID-19), ako aj inými patologickými stavmi so zvýšenou sekréciou hlienov, alebo aspiráciou cudzích telies. Využívanie inpulzného efektu pre lokálnu aplikáciu liekov, mukolytík či surfaktantu vo forme nebulizovaných aerosólov.

ParaVent V je jedným z mála vysokofrekvenčných ventilátorov, ktorý je schopný čistiť pľúca vďaka svojmu jedinečnému inpulznému a expulznému efektu, ktorým je možné extrahovať hlieny, a dokonca aj iné pevné predmety z pľúc priamo počas umelej pľúcnej ventilácie. Ventilátor používa veľmi malé objemy vzduchu/kyslíka, ale pri vysokých frekvenciách (až 180 cyklov za min.), takže vyšší tlak na konci výdychu (PEEP) tlak udržuje pľúcne alveoly otvorené a zlepšuje oxygenáciu. Inpulzný efekt je možné využívať na efektívnu aplikáciu liečiv do pľúc, ako sú mukolytiká, terapeutické aerosóly, lokálne anestetiká, katecholamíny alebo aj externý surfaktant, prostredníctvom lavážnej dýzy. Expulzný efekt sa vyžíva na čistenie a výplach pľúc (lung lavage).

Obe funkcie sa aplikujú, zatiaľ čo pacienti sú účinne ventilovaní. V manažmente pacienta s ochorením COVID-19 bude možné využiť technologicky vylepšený prístroj ParaVent V pre efektívnu aplikáciu potenciálnych liečiv na COVID-19 alebo aj akékoľvek podobné lieky či mukolytiká ako nebulizovaný aerosól priamo do postihnutých pľúc pacientov prípadne aj v kombinácii s intravenóznym podaním liečiva. Uvedený postup by mohol potenciálne zvýšiť účinok liečiva v najviac postihnutej časti tela – pľúcach, alebo potenciálne znížiť niektoré vedľajšie účinky centrálneho podávania liekov (vo všeobecnosti postup aplikovateľný u akejkoľvek choroby SARS alebo infekcií postihujúcich pľúca). Na získanie dostatočných údajov o bezpečnosti a účinnosti uvedeného postupu a podania liekov je potrebné vykonať rozsiahle klinické skúšania s vysokým počtom účastníkov. Iba údaje z takýchto skúšaní môžu poskytnúť dostatočné vedecké dôkazy o bezpečnosti a účinnosti potenciálne vhodných liekov podaných uvedeným postupom.

2 Ventilačná podpora s využitím vysokofrekvenčnej dýzovej ventilácie aplikovanej neinvazívnym spôsobom s použitím masky (alebo náustka)

Hypoxémia je častá u hospitalizovaných pacientov s COVID-19. Kritériá pre prijatie do nemocnice, prijatie na jednotku intenzívnej starostlivosti a mechanickú ventiláciu sa v jednotlivých krajinách líšia. V niektorých nemocniciach v Spojených štátoch vyžaduje viac ako 25 % hospitalizovaných pacientov starostlivosť na JIS, väčšinou v dôsledku akútneho respiračného zlyhania. U dospelých s akútnym hypoxemickým zlyhaním ventilácie môže byť konvenčná kyslíková terapia nedostatočná na adekvátnu oxygenáciu. Veľmi efektívnou alternatívou pre pacientov s hypoxiou, ale schopných bazálnej spolupráce a pri vedomí, je využitie vysokofrekvenčnej dýzovej ventilácie neinvazívnym spôsobom s použitím masky (alebo náustka), či už krátkodobo bez využitia externého zvlhčovania O2 a vzduchu pre efektívny manažment hypoxického stavu pacienta (rýchle zvýšenie SpO2, CO2 wash-out), alebo dlhodobejšie s využitím externého zvlhčovania a ohrievania dýchacieho plynu.

Skúsenosti s využitím ParaVentu preukázali zníženie potreby terapeutickej eskalácie a potreby intubácie u pacientov. Výhodou neinvazívnej (nízkoinvazívnej) ventilačnej podpory VFDV metódou je nízka agresivita výkonu, nie je potrebná sedácia či anestézia pre intubáciu, ale hlavne rýchla možnosť aplikácie. V porovnaní s inými nízkoinvazívnymi metódami, ako BIPAP, PSV, NIPPV, neinvazívna podporná ventilácia aplikovaná VFDV maskou nevyžaduje synchronizáciu triggrom, pretože neinterferuje so spontánnou ventiláciou, čiže pacient môže dýchať svojou frekvenciou a súčasne dostávať ventilačnú podporu z VFJV pristroja, čo výrazne znižuje ventilačnú prácu pacienta.

Zahraničné skúsenosti s poskytnutím včasnej oxygenoterapie u pacientov s ochorením COVID-19 v pokročilom štádiu ochorenia naznačujú, že včasné a efektívne obnovenie dodávky kyslíka do organizmu znížila pravdepodobnosť progresie pacienta do kritického stavu, čiže napomáha efektívnemu manažmentu pacientov s ochorením COVID-19, či inými patológiami pľúcneho tkaniva.

3 Využitie ParaVentu V počas CT alebo MR vyšetrenia pacientov v kritickom stave, kedy musí byť pacient transportovaný alebo ventilovaný počas diagnostického vyšetrenia

Štandardnou metódou diagnostiky pacientov vo vážnom až kritickom stave je aj diagnostika počítačovou tomografiou.

Pacienta je potrebné transportovať z JIS či ARO oddelenia na CT pracovisko v rámci alebo mimo nemocnice a počas vyšetrenia by mal byť pacient nehybný, ale kontinuálne ventilovaný. V prípade potreby vyšetrenia nukleárnou magnetickou rezonanciou, kedy v MR miestnosti nesmie byť žiadny magnetický alebo kovový predmet, ale pacient musí byť ventilovaný, bude efektívne a ekonomické použiť ParaVent V na techniku VFJV ventilácie „na diaľku“ s využitím až 10 metrov dlhých, nemagnetických prívodných hadíc dýchacích plynov.

*^{Obrázok 2 – Katétrová vysokofrekvenčná ventilácia pomocou biluminálneho katétra.}*

4 Použitie ParaVentu na aplikáciu rigidnej alebo flexibilnej bronchoskopie pri diagnostike a liečbe pacientov

Flexibilná, ako aj rigidná bronchoskopia je univerzálna, ľahko použiteľná a dobre tolerovaná
pri mechanickom ventilovaní pacientov. Pre uvedenú diagnostickú bronchoskopiou, ako aj terapeutickú bronchoskopiu a aplikačné využitie (ako pre cielené odsávanie alebo cielenú dezobštrukciu), bude možné veľmi dobre aplikovať vysokofrekvenčnú dýzovú ventiláciu s technologicky upraveným prístrojom ParaVent V. Medzi jeho aplikácie, počas ktorých je potrebná VFDV ventilácia, patrí:

A Odber vzoriek dýchacích ciest z dolných dýchacích ciest (hlien, endotracheálny aspirát, bronchoalveolárny výplach) pre SARS-CoV-2 alebo iných patogénov môže viesť k výberu vhodných antimikrobiálnych látok, čo môže viesť ku klinickým výhodám. Skúsenosti zo zahraničných pracovísk naznačujú, že vzorky dolných dýchacích ciest sú s väčšou pravdepodobnosťou pozitívne na SAR-CoV-2, ako vzorky horných dýchacích ciest.

B Môže sa použiť na lokalizáciu miesta krvácania, zastavenia hemoptýzy, odstránenia hlienu alebo krvných zrazenín; ak je miesto krvácania identifikované bronchoskopiou, môže sa bronchoskopom vykonať lokálna injekcia studeného soľného roztoku, adrenalínu, vazopresínu alebo fibrínu, ako aj laserové ošetrenie.

C Pomoc pri zriaďovaní umelých dýchacích ciest; sprievodná tracheálna intubácia alebo perkutánna tracheotómia.

D Lieky, ako antibiotiká, mukolytoká, hemostyptiká a pod. sa môžu podávať pomocou bronchoskopu s použitím vysokofrekvenčnej dýzovej ventilácie ParaVentom V.

Vysokofrekvenčná dýzová ventilácia sa indikuje pre klinické stavy, u ktorých ponúka výhody oproti konvenčnej ventilácii. Tieto indikácie spadajú do dvoch hlavných kategórií, a to na uľahčenie chirurgického prístupu a optimalizáciu funkcie pľúc a dýchania v medicíne kritických stavov.

Nasledovné indikácie boli donedávna doménou vysokofrekvenčnej dýzovej ventilácie západoeurópskeho typu a nová generácia dýzových ventilátorov ParaVent V predpokladá využitie aj v nasledovných oblastiach:

5 Použitie v otorinolaryngológii / ENT chirurgii

Prístroj ParaVent V je možné využiť pre aplikáciu diagnostickej laryngoskopie. Diagnostická laryngoskopia vyžaduje ventilačné postupy a techniky, ktoré poskytujú nerušený pohľad na hrtan, nehybnosť hlasiviek a plnú kontrolu nad dýchacími cestami a ventiláciou. VFJV využíva dodávky malých dychových objemov, ktoré spôsobujú menší pohyb hlasiviek, okrem toho využitie vysokotlakovej ventilácie umožňuje využitie úzkych ventilačných dýzových katétrov, ktoré obmedzujú prístup chirurga menej ako bežné endotracheálne trubice. V západoeurópskej VFJV sa bežne využívajú špeciálne „jet katétre“ vyrobené z nehorľavého fluoroplastického materiálu (napr. teflon), ktoré možno využiť aj na laserové operácie so zníženým rizikom požiaru v dýchacích cestách.

6 Aplikácia v chirurgii hrudníka

Ďalšou perspektívnou oblasťou, v ktorej bude VFJV ParaVent V hľadať uplatnenie je chirurgia hrudníka. Využitie úzkych jet katétrov, ktoré prechádzajú cez pole zákroku spôsobuje oveľa menšiu interferenciu s chirurgickým zákrokom, než je prechod štandardnej alebo dvojlumenovej endotracheálnej trubice. Pri výkone na hlavnej dýchacej trubici vie úzky katéter poskytnúť relatívne voľné a prístupné premostenie priedušnice a bronchu a vytvoriť vzduchotesnú anastomózu. VFDV vie poskytnúť výhody aj pri jedno-pľúcnej ventilácii, kedy selektívna VFDV s využitím jet katétra sa využíva na ventiláciu nezávislých pľúc, zatiaľ čo závislé pľúca môžu byť ventilované konvenčnou ventilačnou metódou intermitentného pozitívneho tlaku.

HFJV sa tiež úspešne používa pri liečbe bronchopleurálnych fistúl a tracheobronchiálnych porúch. Znížené tlaky a dychové objemy vedú k menším únikom plynu cez patologické cesty s nízkym odporom, v dôsledku čoho môže byť minimalizovaný mediastinálny a intersticiálny emfyzém. Ďalšie klinické využitie katétrovej VFJV je počas rekonštrukčnej chirurgie trachey, napríklad na riešenie závažného ochorenia horných dýchacích ciest, ako je stenóza trachey. V liečbe je používaný široký arzenál výkonov počnúc laserovou operáciou, cez dlhodobé dlahovanie na T – kanyle a plastické rekonštrukcie defektov trachey, až po rozsiahle segmentálne resekcie trachey.

Ďalšou špecifickou oblasťou, ktorú funkcionalita novej generácie VFDV ParaVent V plánuje umožniť, je tzv. superimposed high-frequency jet ventilation (SHFJV) využívaná pre endoskopickú laryngotracheálnu chirurgiu. Jedná sa o vysokofrekvenčnú ventiláciu s využitím dvoch ventilačných hladín a frekvencií. Trysky dýzového ventilátora sú integrované do špeciálnych laryngoskopov s dvoma kovovými kanylami a dýzový ventilátor zabezpečuje kombinovanú súčasnú supraglotickú nízko-frekvenčnú (normofrekvenčnú) a vysokofrekvenčnú dýzovú ventiláciu.

7 Použitie v rádiológii

Vysokofrekvenčnú dýzovú ventiláciu využívajúc malé objemy vo vysokých dychových frekvenciách je možné veľmi efektívne využívať aj v prípadoch potreby tzv. low motion interventions (výkony s potrebou malého pohybu). Uvedená ventilačná technika vie poskytnúť intervenčných špecialistom relatívnu nehybnosť operačného poľa, a preto je ako ventilačná technika výhodná pre rádiologicky riadené procedúry. Je možné ju využívať v rádiofrekvenčnej ablácii (RFA), napríklad pri ablácii nádorov pečene. RFA navigovaná pod počítačovou tomografiou (CT) minimalizuje pohyb pečene súvisiaci s dýchaním a znižuje rozptyl od 12 mm do 2 mm.⁽²⁾

Ďalej sú to postupy, ako sú intervenčné rádioterapeutické zákroky, presná celioskopická intervencia, litotrypsia, zobrazovanie magnetickou rezonanciou a počítačovou tomografiou, skríning rakoviny pľúc, mikrochirurgia s pomocou robotov a mnoho ďalších. Ide o procesy aplikované pri tzv. „low motion ventilation“ (ventilácia s malým pohybom orgánov). Klinické situácie, kedy lekár vykonávajúci uvedenú intervenciu chce zmierniť prirodzený dýchací pohyb, ktorý narúša chirurgický alebo zobrazovací proces, takže amplitúda pohybu je znížená alebo takmer neutralizovaná, cieľové orgány sa pohybujú minimálne alebo takmer nepohybujú.

Spoločnosť v nasledujúcej fáze vývoja čaká náročný proces predklinickej a klinickej validácie, ako aj certifikácie podľa novozavedenej európskej legislatívy pre medicínske prístroje, tzv. Medical Device Regulation (MDR). Jedná sa o nový súbor nariadení, ktoré upravujú výrobu a distribúciu zdravotníckych pomôcok v Európe a dodržiavanie nariadenia je povinné pre spoločnosti vyrábajúce zdravotnícke pomôcky, ktoré chcú predávať svoje výrobky na európskom trhu.

*^{Obrázok 4 – Schematicky znázornený priebeh kombinovanej normofrekvenčnej a vysokofrekvenčnej ventilácie.}*

Referencie: 1. Abe K et al. Effect of high-frequency jet ventilation on oxygenation during lone-lung ventilation in patients undergoing thoracic aneurysm surgery. J Anaeth 2006;20(1):1–5. 2. Biro P et al. High-frequency jet ventilation for minimizing breathing-related liver motion during percutaneous radiofrequency ablation of multiple hepatic tumours. Br. J. Anaesth 2009;102(5):650–653. 3. Canty D J, Dhara S S. High frequency jet ventilation through a supraglottic airway device. Anaesthesia 2009;6 4:1295–129. 4. Török P. a kol. Teoretické a klinické základy vysokofrekvenčnej dýzovej ventilácie Česko-Slovenského typu a od nej odvodených spôsobov a techník umelej ventilácie pľúc. 2013, Osveta Martin, 1. vydanie s.118. 5. Strickland SL, Rubin BK, Drescher GS, Haas CF, O’Malley CA, Volsko TA, et al. AARC clinical practice guideline: effectiveness of nonpharmacologic airway clearance therapies in hospitalized patients. Respir Care. 2013;58:2187—93.

Ing. Peter Kalas,
doc. MUDr. Pavol Török, CSc.

Výskum a vývoj slovenských technologických firiem pre zdravotníctvo

Lekárske noviny december/2022