HFNC e NIV per COVID-19 complicato da insufficienza respiratoria

Un nuovo coronavirus, successivamente denominato dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), è emerso come causa di polmonite atipica legata a un mercato ittico a Wuhan, in Cina, nel dicembre 2019. Da allora, la malattia correlata alla SARS-CoV-2 (denominata COVID-19 dall'OMS) si è diffusa a livello internazionale fino a raggiungere le dimensioni di una pandemia globale. Sebbene la maggior parte dei pazienti presenti sintomi respiratori lievi, alcuni hanno una polmonite grave e una piccola percentuale può ammalarsi gravemente. La grave malattia da COVID-19 spesso progredisce verso l'insufficienza respiratoria ipossiemica acuta che richiede un'elevata concentrazione frazionaria di ossigeno inspirato (FiO2) e considerazione per le strategie di ventilazione non invasiva (NIV).

La cannula nasale ad alto flusso (HFNC) è emersa come strategia non invasiva che migliora l'ossigenazione e l'eliminazione dell'anidride carbonica, rispetto ad altre strategie NIV, rispondendo meglio alle richieste inspiratorie dei pazienti erogando fino a 60 L/min di flusso di gas e FiO2 fino a 1.0. Una revisione sistematica ha rilevato prove di scarsa certezza che suggeriscono il beneficio dell'HFNC nel ridurre la necessità di ventilazione meccanica invasiva (IMV) o l'escalation dell'ossigenoterapia rispetto all'ossigenoterapia convenzionale (COT) e prove di certezza moderata che suggeriscono una grande differenza nella mortalità. L'HFNC può ridurre la necessità di IMV e le complicanze associate come le polmoniti associate al ventilatore e alleviare la pressione sui sistemi sanitari durante la pandemia di COVID-19.

COVID-19 si diffonde prevalentemente attraverso goccioline respiratorie e fomiti. Si teme, tuttavia, che la trasmissione per via aerea possa verificarsi durante le procedure respiratorie che generano aerosol. La trasmissione aerea coinvolge particelle più piccole, tipicamente <5μm di diametro, che possono rimanere sospese nell'aria per lunghi periodi di tempo, trasmesse su distanze superiori a 1 m e inalate nelle vie aeree inferiori. La riduzione delle particelle respiratorie a <5 µm comporta l'evaporazione delle goccioline più grandi e dei loro organismi contenuti e la reidratazione dopo la deposizione nelle vie aeree; pertanto, la trasmissione per via aerea è specifica dell'organismo e richiede che l'organismo sopravviva a un processo di essiccazione e aerosolizzazione in numero sufficiente per causare l'infezione. È stato dimostrato che SARS-CoV2 sopravvive nell'aria per 3 ore dopo l'aerolizzazione deliberata.

Le linee guida COVID-19 della Surviving Sepsis Campaign (SSC) forniscono una raccomandazione debole per l'uso preferenziale dell'HFNC rispetto ad altre strategie NIV nei pazienti refrattari alla COT per insufficienza respiratoria di tipo 1.10 L'uso di portate elevate fa temere che l'HFNC possa causare l'aerosol di particelle infettive. Utilizzando un simulatore di paziente umano e particelle di fumo come marcatori visualizzati da un foglio di luce laser, l'HFNC con umidificazione può disperdere l'aria espirata fino a 172 mm verso l'alto e 620 mm lateralmente quando la cannula nasale è agganciata rispettivamente correttamente e liberamente. Utilizzando la stessa metodologia, la NIV tramite le maschere oronasali di vecchia generazione potrebbe disperdere l'aria espirata in modo diffuso, ma la dispersione dell'aria espirata è limitata attraverso le maschere di nuova generazione con un migliore design delle porte di espirazione. Al contrario, la dispersione dell'aria espirata dalla cannula nasale convenzionale che eroga ossigeno a 5 L/min senza umidificazione può disperdere l'aria espirata a 1 m verso l'estremità del letto.

A causa della mancanza di dati sul campo sull'uso di queste terapie respiratorie in pazienti con COVID-19 complicato da insufficienza respiratoria, il ruolo degli aerosol di particelle fini nella trasmissione dell'infezione virale durante l'applicazione di HFNC e NIV è sconosciuto. A causa dell'incertezza sul potenziale di aerosolizzazione, l'OMS ha raccomandato che HFNC, NIV, inclusa la bolla CPAP, debbano essere utilizzate con precauzioni per via aerea fino al completamento di un'ulteriore valutazione della sicurezza. Per alleviare la preoccupazione degli operatori sanitari nel fornire queste terapie respiratorie a pazienti con COVID-19 complicati da insufficienza respiratoria, è importante condurre un test sul campo utilizzando campionatori virali in pazienti con COVID-19 che richiedono queste terapie per insufficienza respiratoria.

Scopi e obiettivi Questo studio mira a rilevare se il virus SARS-2 può essere rilevato in piccole particelle nelle stanze di isolamento dell'ospedale in pazienti che ricevono a) HFNC fino a 60L/min, b) NIV tramite maschere oronasali e c) cannula nasale convenzionale.

Soggetti e indicazioni della terapia respiratoria:

Si tratta di un test sul campo da eseguire presso la stanza di isolamento a letto singolo 12C del reparto ospedaliero Prince of Wales con 12 ricambi d'aria all'ora su pazienti (n=5 per ciascuna categoria di terapia respiratoria) con COVID-19 confermato che richiedono un trattamento per insufficienza respiratoria con a) HFNC fino a 60 L/min, b) NIV tramite maschere oronasali e c) cannula nasale convenzionale fino a 5 L/min di ossigeno. Verranno reclutati cinque pazienti in ciascuna categoria di trattamento poiché la maggior parte (80%) dei casi confermati in Hong Kong è stata lieve senza insufficienza respiratoria. Ad esempio, tra i 974 casi al 10 aprile 2020, rispettivamente 23 e 25 pazienti hanno mai richiesto ossigeno supplementare di almeno 3 l/min nei reparti di isolamento e supporto in terapia intensiva (per IMV, ECMO o shock). Differenti terapie respiratorie saranno stabilite dal medico di turno per i pazienti con diverso grado di insufficienza respiratoria. In generale, la cannula nasale convenzionale viene utilizzata per l'insufficienza respiratoria lieve mentre l'HFNC è richiesta per coloro che rimangono ipossici. La NIV viene solitamente applicata a quelli con insufficienza respiratoria di tipo 2. Negli adulti con COVID-19, le linee guida SSC suggeriscono di iniziare l'ossigeno supplementare se la saturazione periferica di ossigeno (SPO2) è < 92% (raccomandazione debole, evidenza di bassa qualità) e raccomandano di iniziare l'ossigeno supplementare se SpO2 è < 90% (raccomandazione forte, prove di qualità moderata) per ottenere una SpO2 non superiore al 96%. Per gli adulti con COVID-19 e insufficienza respiratoria ipossiemica acuta nonostante COT, le linee guida SSC suggeriscono di utilizzare HFNC rispetto a NIV (raccomandazione debole, evidenza di bassa qualità). Negli adulti con COVID-19 e insufficienza respiratoria ipossiemica acuta, se l'HFNC non è disponibile e non vi è alcuna indicazione urgente per l'intubazione endotracheale, le linee guida SSC suggeriscono una sperimentazione di NIV con stretto monitoraggio e valutazione a breve intervallo per il peggioramento dell'insufficienza respiratoria (debole raccomandazione, evidenza di qualità molto bassa).

Terapia respiratoria: COT con cannula nasale 1-5L/min di ossigeno verrà utilizzata per mantenere la SpO2 intorno al 95% per i pazienti con insufficienza respiratoria di tipo 1. Se questo non è possibile nonostante 5L/min di ossigeno, verrà applicato HFNC a 50-60L/min con umidificazione a 37C (Airvo 2, Fisher & Paykel, Auckland, Nuova Zelanda) mentre NIV (Respironics V60) tramite maschera oronasale (Quattro , ResMed) sarà riservato ai pazienti con insufficienza respiratoria di tipo 2.

Campionamenti d'aria:

In ogni periodo di campionamento dell'aria mentre il paziente è in supporto respiratorio, posizioniamo 3 dispositivi fissi nella stanza di isolamento (uno accanto a ciascun lato del letto e un altro all'estremità del letto) del paziente con infezione da COVID-19 confermata , e campionare l'aria per quattro ore ininterrottamente. Il dispositivo del National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) è costituito da un campionatore d'aria a ciclone a tre stadi posto ad un'altezza di 1,5 me 1,0 m, che rappresentano rispettivamente l'altezza della bocca di un adulto in piedi e seduto e un misuratore che registra la temperatura e la relativa umidità (a 1,3 m di altezza) ogni quattro minuti. I campionatori NIOSH sono posizionati attorno al letto di campionamento ("Centro"), a lato del letto di campionamento ("Lato") o spostati durante il periodo del campionamento. I campionatori NIOSH sono posizionati nell'intervallo da 0,5-1 m (se posizionati accanto al letto di campionamento) a 2-2,5 m dalla testa del paziente quando posizionati all'estremità del letto.

L'aria viene raccolta a 3,5 l/minuto in tre frazioni dimensionali: >4μm (raccolte in un tubo da 15 ml), 1-4μm (tubo da 1,5 ml) e <1μm (mediante un filtro a membrana in politetrafluoroetilene (PTFE) con dimensione dei pori di 3,0μm). Per cinque cicli di campionamento, verrà aggiunto al dispositivo un campionatore d'aria aggiuntivo (posizionato a un'altezza di 0,8 m) non collegato a una pompa come controllo negativo. Dopo ogni raccolta, le provette da 15 ml e 1,5 ml vengono staccate e viene aggiunto 1 ml di terreno di trasporto virale (VTM). Il filtro viene rimosso e immerso in 1 ml di VTM all'interno di un tubo da 5 ml. Tutte le provette vengono quindi trasportate al laboratorio a 4°C, vortexate, e il VTM viene aliquotato e conservato a -80°C per le successive analisi di laboratorio mediante reazione a catena della trascrittasi inversa-polimerasi (RT-PCR). Vengono utilizzati nuovi tubi di campionamento e filtri e i campionatori e le altre apparecchiature vengono disinfettati tra un utilizzo e l'altro. Il treppiede, il tubo dell'aria, la cassa insonorizzata e il misuratore vengono disinfettati con Med-Clean (M&W International Ltd., Hong Kong), i campionatori d'aria NIOSH con l'1% di Virkon e il 2% di Citranox (Alconox Inc, NY, USA), e le cassette del filtro sono sterilizzate in autoclave.

Carica virale:

Le cariche virali saranno misurate dal tratto respiratorio superiore del paziente (tampone floccato nasofaringeo e tampone faringeo) al momento del ricovero e in serie due volte al giorno durante il ricovero mediante analisi quantitativa RT-PCR con primer e sonde mirate ai geni N e Orf1b di SARS-CoV- 2.

Elaborazione e analisi dei dati:

Analisi statistica: le variabili dipendenti sono identificate come la carica virale del tampone nasofaringeo floccato e del tampone faringeo (log10 copie/mL) e il rilevamento dell'RNA virale da uno o più campioni d'aria dei partecipanti (positivi) rispetto a tutti i campioni d'aria negativi. I test di Wilcoxon-Mann-Whitney, Kruskal Wallis e la correlazione di Spearman sono utilizzati per valutare la presenza di correlazioni o distribuzioni statisticamente significative tra variabili indipendenti e la carica virale del tampone del tratto respiratorio superiore, mentre sono utilizzati i test esatti di Wilcoxon-Mann-Whitney e Fisher per campioni d'aria L'analisi statistica è stata eseguita utilizzando SAS University Edition (SAS Institute, Cary, NC, USA).