In-vitro-Untersuchung zur Entstehung von NO₂ bei der Anwendung von inhaliertem Stickstoffmonoxid (NO)

 

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Zusammenfassung

Ziel der Studie: Stickstoffmonoxid (NO) ist eine vom Endothel freigesetzte vasorelaxierende Substanz, welche beim Übertritt ins Blut rasch durch Hämoglobin inaktiviert wird. Aus diesem Grunde wirkt inhaliertes NO als selektiver pulmonaler Vasodilatator und kann zur Therapie einer pulmonalen Hypertonie verschiedenster Ursachen eingesetzt werden. Bei der Applikation per inhalationem muß jedoch durch die Reaktion von NO mit molekularem Sauerstoff in Abhängigkeit von Konzentration, Druck und Kontaktzeit mit der Bildung des toxischen Stickstoffdioxid (NO₂) gerechnet werden. Wir stellen ein modifiziertes Beatmungsgerät vor, das eine NO-Applikation innerhalb des klinisch-therapeutisch relevanten Konzentrationsbereiches gewährleistet, ohne daß mit der Entstehung toxischer NO₂-Konzentrationen zu rechnen ist.

Methodik: Im Rahmen von In- vitro-Messungen an künstlichen Lungen wurden 5, 10, 20, 40 und 80 ppm NO zusammen mit einer FiO₂ von 0,25, 0,5 und 0,75 bei Atemminutenvolumina (AMV) von 5, 7,5 und 10 l/min und einer Atemfrequenz von 12/min appliziert. Mittels eines Chemilumineszenzanalysators erfolgten kontinuierliche Messungen der NO/NO₂/No_x-Konzentrationen im proximalen und distalen Teil des Inspirationsschenkels.

Ergebnisse: Es konnte ein Anstieg der NO₂-Konzentration sowohl in Abhängigkeit von der Zunahme der O_2- und NO-Konzentration, wie auch bei abnehmendem AMV gezeigt werden. Die mit einer NO-Beatmung von 5-40 ppm korrelierenden NO₂-Konzentrationen lagen bei einer FiO₂ von 0,25-0,75 und einem AMV von 10 l/min im Bereich von 0,1-0,2ppm, und sind somit klinisch nicht relevant. Bei Beatmung mit 80 ppm NO entstanden jedoch NO₂-Konzentrationen zwischen 0,8 bis 3,6 ppm, weswegen unserer Ansicht nach von einer Beatmung mit mehr als 40 ppm inhaliertem NO mit dieser Anordnung abgesehen werden sollte.

Schlußfolgerung: Die kontinuierliche Messung der NO₂-Konzentration im Inspirationsschenkel des Beatmungsgerätes muß als Sicherheitsstandard gefordert werden.

Summary

Objective: Nitric oxide (NO), an endogenous endothelium-derived relaxing factor, produces profound relaxation of vascular smooth muscle. Thus, inhaled NO is a potent and selective pulmonary vasodilator that may be useful for treatment of pulmonary hypertension of different aetiologies. However, the main danger of NO inhalation is spontaneous formation of toxic nitrogen dioxide (NO₂) if NO is added to an oxygen-containing gas mixture. This chemical reaction depends on the time available for the oxydation and the concentration of NO and oxygen. The aim of this study was to assess in vitro the spontaneous formation of NO₂ during administration of various NO concentrations with a ventilator. A modified ventilator system is described which can deliver NO within clinically relevant concentrations avoiding excessive formation of toxic NO₂.

Methods: The system was evaluated using an artificial lung. NO and NO₂ concentrations were measured by chemiluminescence at the proximal and distal end of the inspiratory limb. In-vitro NO₂ formation was assessed during administration of 10, 20, 40, 80 ppm NO while ventilating with an FiO₂ of 0.25, 0.5 and 0.75, an inspiratory minute volume of 5, 7.5 and 10 l/min (IMV) and a respiratory rate of 12/min.

Results: NO₂ concentration correlated with increasing FiO₂ and NO concentration and was inversely correlated to IMV. While ventilating with 5-40 ppm NO, an FiO₂ of 0.25-0.75 and an IMV of 10 l per minute, the NO₂ formation was measured to be less than 0.2 ppm and thus not clinically relevant. During administration of 80 ppm NO the NO₂ formation increased to 0.3-0.6 ppm.

Conclusion: We conclude that for patients safety concentrations less than 80 ppm of inhaled NO should be used with this ventilator system. In addition, online monitoring of the NO₂ concentration in the inspiratory limb should always be performed.