人工呼吸器に酸素を供給する寒くて厳しい仕事

ニューヨーク市クイーンズ区の2つの病院は先週、人工呼吸器が患者に必要な酸素を供給できなかったため、新型コロナウイルス感染症の患者10人を沖合に停泊中の海軍病院船に移送した。問題は病院の酸素供給量や人工呼吸器自体ではなく、酸素を液体から気体に変化させるアルミニウム製のコイルに存在していた。そして、その解決策はニューヨーク市消防局のホースから提供された。

新型コロナウイルスが感染患者の肺を侵す中、当局は重症患者の呼吸を助ける人工呼吸器の国内供給を懸念している。自動車メーカー、衛星企業、愛好家などが即席のチームを結成し、人工呼吸器の増産に取り組んでいる。しかし、人工呼吸器には安定した酸素供給が不可欠だ。そこで、サプライヤーと医療従事者からなる第二のネットワークが、文字通り目に見えないため、めったに目にすることのないサプライチェーンの強化に奔走している。

当社のコロナウイルス関連記事はすべてこちらでご覧ください。

酸素は、マイナス300度以下の過冷却液体として貯蔵・輸送されます。その方が安全で、場所も大幅に節約できるからです。しかし、患者の呼吸を助けるためには、酸素をガスに変換する必要があります。これは、周囲空気気化器と呼ばれる装置を構成するアルミニウムコイル内で行われます。空気中の水分がコイルの表面に凝縮して凍結すると、内部の酸素ガスの温度が低下し、患者への酸素供給量を制御するレギュレーターの機能を阻害するという問題が発生します。

病院が前例のない数の人工呼吸器に燃料を供給するために気化器をフル稼働させなければならない場合、気化器は霜取りをする暇がないと、クイーンズ区で問題の解決に尽力したB&Rコンプライアンス・アソシエイツの医療システム責任者でバルクガスの専門家、ボブ・サッター氏は言う。「気化器は休む暇がないのです」と彼は付け加える。サッター氏はニューヨーク州国土安全保障・緊急事態局に、シンプルかつ効果的なアドバイスを与えた。消防署に依頼して、気化器に水をかけて霜取りをしてもらうというものだ。

酸素のサプライチェーンは、米国とカナダにある2,500以上の工場から始まります。これらの工場では、ガソリンなどの製品が原油から精製されるのと同様のプロセスで、空気から酸素を蒸留しています。石油の場合、このプロセスは加熱によって行われ、液体の原油がガスに変換され、その後再び凝縮して液体に戻ります。一方、空気は極低温まで冷却され、窒素、アルゴン、酸素などの成分が液体になります。

業界団体である圧縮ガス協会の会長兼CEO、リッチ・ゴットワルド氏によると、パンデミック時を除く通常の1日で、医療業界は2,600トンの酸素を消費しているという。「医療用酸素の不足はありません」とゴットワルド氏は述べ、「今後も不足するとは予想していません」と付け加えた。これは、エアガス、リンデ、エアプロダクツといった企業が生産能力を増強し、国内で最も被害の大きい地域への供給体制を整備したことが一因となっている。

問題は病院でより多く発生し、気化器やその他の機器に関係します。建物全体にガスを送る配管網は、特に需要が急増すると、過負荷になる可能性があります。一部の配管は純酸素を輸送しますが、他の配管は濾過・乾燥された「医療用空気」を輸送します。湿気を除去する除湿器に過負荷がかかると、空気配管に水分が入り込み、人工呼吸器を損傷する可能性があります。これまでのところ、酸素の輸送の方がより深刻な問題となっています。

クイーンズ区の2つの病院における酸素不足は、パンデミック下でも稀なことだ。シンシナティ大学の呼吸療法士で、多数の負傷者が発生した状況での人工呼吸器を研究しているリッチ・ブランソン氏によると、過去1週間に複数の病院の担当者から、タンクに液体酸素がたっぷりあるにもかかわらず、システムで酸素圧低下のアラームが鳴ったという話を聞いたという。病院は通常、高需要と考えられる量の50％多い酸素を処理できるようにシステムを構築するとブランソン氏は報告する。しかし、長期間にわたって高流量の酸素を必要とする傾向があるCOVID-19患者の急増により、その限界を超えているようだ。「システムからガスを長いパイプを通して引き出そうとする速度が、供給できる速度を超えているのです」と同氏は語る。同氏はこの問題を、大きなアパートの最上階で他の住人が全員同時にすべての蛇口をひねっているときにシャワーを浴びるようなものに例えている。

こうした酸素濃度の低下は致命的ではありません。人工呼吸器は様々な圧力で作動するためです。しかし、最終的には酸素システムの故障につながる可能性があります。ブランソン氏は、そのような大惨事は起こりにくいと指摘しますが、彼と同僚はパイプラインの問題を回避するための実用的な方法を提案する文書を発表しました。彼らは、手動式人工呼吸器は使用していないときは酸素供給を停止し（流量は常時供給されているため、いつでも使用できる状態です）、患者の血中濃度を正常に保つために必要な量以上の酸素を投与しないことを推奨しています。「正常を維持するために必要な最小限の酸素を投与してください」とブランソン氏は言います。

病院職員は、詰まりを防ぐための他の方法も持っている。ニューヨークの病院に消防署への通報を指示したコンサルタントのサッター氏は、気化器（ほとんどの病院には複数台設置されている）の交換頻度を12時間ごとではなく6時間ごとなど、より頻繁に行うことで、氷の蓄積を防ぐことを提案している。また、寒さが問題になる前に機器の除氷を行うことも推奨している。サッター氏はカリフォルニア州のある病院（名前は伏せた）と協力し、新型コロナウイルス感染症患者の急増に備えて臨時の気化器の設置を急いでいる。

一方、患者により近い医療従事者たちは、潜在的な問題の検査とトラブルシューティングに取り組んでいる。「私たちは理論上の終末シナリオを想定していました」と、ミネソタ州メイヨー・クリニックの呼吸療法士、ジェームズ・ベイカー氏は語る。作業員たちは病院内の使われていない場所に人工呼吸器を多数設置し、最大出力で稼働させ、圧力の低下がないか確認した。

臨床工学会社Baretich Engineeringの代表、マシュー・バレティッチ氏は、同様の試験を行った後、酸素供給量を増やすために配管を増設したクリニックがあると聞いているという。パンデミックで労働力が減少する中での建設工事だった。「想像通り、本当に大変です」と彼は付け加えた。

酸素がようやく患者のベッドサイドに届くと、看護師と療法士は人工呼吸器の効果を最大限に引き出そうと尽力する。「人々は機械そのものにしか注目していないかもしれません」と、カリフォルニア州フリーモントにあるオーローニ大学で呼吸療法士プログラムを率いるエリザベス・ポストビット氏は言う。しかし、COVID-19患者の治療には、機械だけでは不十分だ。ネットワークが不可欠なのだ。

WIREDのCOVID-19に関するその他の記事