改良型睡眠時無呼吸装置が人工呼吸器の負担を軽減する可能性

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病院管理者や公衆衛生当局が新型コロナウイルス感染症患者用の人工呼吸器不足に追われる中、医師、エンジニア、DIY愛好家からなるチームが、睡眠時無呼吸症の治療に使用されるものなど、比較的豊富に存在する人工呼吸器を改造することで、不足を補っている。この技術的な解決策は、従来の人工呼吸器を装着するコロナウイルス患者が多すぎるのではないかという、医師たちの間で活発な医学的議論が巻き起こっているのと時を同じくして行われている。一部の医師は、従来の人工呼吸器は有益よりも有害であると主張している。

カリフォルニア大学バークレー校の工学部学生チームが、数千台の睡眠時無呼吸症候群治療装置を改造するための改造キットを設計・製作しました。この装置は、ベイエリアのボランティア団体「Ventilators SOS」に寄贈されました。改造された装置は、症状が改善しつつある患者や軽症の患者に効果を発揮し、重症の呼吸不全に苦しむ患者のために人工呼吸器を節約することができます。

石鹸と水で手を泡立てている人

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「これはシンプルな装置です」と、カリフォルニア州バーリンゲームにあるミルズ・ペニンシュラ・メディカルセンターの呼吸器専門医、アジェイ・ダリア氏は語る。彼はカリフォルニア大学バークレー校とカリフォルニア大学サンフランシスコ校の医療研究者や技術者とともに、ボランティア活動の調整に携わっている。「私たちが治療する患者さんは、軽症の方、あるいは長期間人工呼吸器を装着して回復期にある方です。現在多くの患者さんが14日間人工呼吸器を装着していますが、これを10日間に短縮できれば、他の人に人工呼吸器を使わせることができます。」

一方、ボストンのマサチューセッツ総合病院とアトランタのエモリー大学医療センターも、予想される集中治療室（ICU）の人工呼吸器不足に備えて、睡眠時無呼吸症候群（SAS）の人工呼吸器の改造を進めている。エモリー大学医学部の呼吸器内科医、クリス・マーティン氏によると、エモリー大学は4月20日に予想される新型コロナウイルス感染者数のピークに備えており、アトランタ地域では500床から1,000床のICUベッド不足に直面しているという。現時点では追加の人工呼吸器を必要としていないものの、一部の睡眠時無呼吸症候群（SAS）の人工呼吸器を改造することで対応している。「状況に合わせて調整し、適応する必要があることを認識しています」とマーティン氏は語る。「在庫管理を行い、必要な備品やコネクターがすべて揃っていることを確認しました」

3月24日に発行されたFDAの緊急使用許可によると、麻酔や睡眠時無呼吸装置など、すでに病院での使用が承認されている機器は、新型コロナウイルス感染症患者の治療に追加の認証は必要ない。

睡眠時無呼吸症候群の装置には2種類あります。二相性陽圧呼吸（BiPAP）装置は、フェイスマスクまたは鼻チューブを通して患者の肺に酸素を送り込みます。二酸化炭素は低い圧力レベルで肺から排出されるため、患者は夜間に呼吸しやすくなります。もう1つの装置である持続陽圧呼吸（CPAP）装置は、圧力設定が1つしかなく、柔軟性は低いですが、小型で安価（約500ドル）で、使いやすいです。一方、呼吸困難の患者を助けるために病院で一般的に使用される人工呼吸器は、喉の中に挿入された柔軟なチューブを使用して肺に空気を送り込み、実質的に患者に代わって呼吸を行います。価格は5万ドル以上になる場合があります。

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ニューヨークで新型コロナウイルス感染が猛威を振るう中、マウントサイナイ病院の集中治療室、手術室、そして一般病室には数百人の患者が詰め込まれている。テスラの創業者イーロン・マスク氏は3月下旬、数百台のBiPAP（バイパップ）装置を同病院に送り込んだ。ニューヨークのマウントサイナイ医療センターで呼吸器内科医・集中治療医を務めるフーマン・プア医師は、市販の部品をいくつか組み合わせてBiPAP装置を改造する方法を考案したチームの一員だった。彼らは、患者の肺から排出されるウイルス粒子が医療従事者に危険を及ぼさないように排気弁にフィルターを追加し、患者が危険な状態にある場合に看護師に警告する警報システムも設置した。

プアー氏によると、睡眠時無呼吸症候群の機器を改造して人工呼吸器に改造した機器はまだ配備されていないものの、準備が整っているというだけでも大きな安心感があるという。「患者が2人いるのに人工呼吸器が1台しかない状況で、どちらに人工呼吸器を装着するかを決めなければならない状況は、私にとって大きな恐怖です」とプアー氏は言う。「こうした予備の機器があれば、そうした決断を迫られる可能性が減ります。」

アメリカ麻酔科学会会長で、テキサス州コーパスクリスティのドリスコル小児病院の小児呼吸器科医であるメアリー・デール・ピーターソン氏によると、ニューヨーク、シカゴ、ボストンの病院でも、通常は外科手術時にのみ使用される麻酔ガス機器の再利用が進んでいるという。

ピーターソン氏は、深刻な打撃を受けている多くの病院が人工呼吸器の不足に最善を尽くしていると述べていますが、医療従事者は新型機器や再利用された機器の訓練を受ける必要があることを忘れてはなりません。「通常の状況であれば、十分なテストと検証、そしてスタッフに人工呼吸器の操作方法を訓練する時間が必要です。なぜなら、どの機器でもボタンの位置を覚えなければならないからです」とピーターソン氏は言います。「しかし、私たちは理想的な状況に直面しているわけではありません。全く新しい機器やテストされていない機器に頼ることなく、この危機を乗り越えられることを願っています。」

人工呼吸器不足は、患者への使用前にFDA（米国食品医薬品局）の承認が必要な斬新な設計の人工呼吸器の開発にもつながっている。ミシシッピ州のある医師は、地元の金物店で購入した部品を使って人工呼吸器バッグを自作した。一方、ライス大学の工学部学生チームは、救急隊員や救急救命室の医師が使用できる自動人工呼吸器バッグを3Dプリンターで製作し、費用は約150ドルだ。

「病院で人工呼吸器が不足したり、救急外来で患者に挿管が必要になったりするかもしれません」と、ライス大学の学生たちにアドバイスを行ったベイラー医科大学のロヒト・ラマチャンドラ・マルヤ助教授は語る。「既存の人工呼吸器を外すのではなく、このデバイスで時間を稼ぐことができます。」

医師や技術者が新たな人工呼吸器の設計に取り組んでいる一方で、一部の医療専門家は、医師が新型コロナウイルス患者に病院の集中治療室（ICU）で人工呼吸器を装着させすぎているのではないかと疑問を呈し始めています。ソーシャルメディアやオンライン上の議論では、一部の救急医療医が、既存の新型コロナウイルス感染症対策プロトコルの変更が必要であり、一部の患者にとって人工呼吸器は有益よりも有害である可能性があると示唆しています。彼らは、患者が息切れしたり心臓に問題を抱えていなくても、既存の医療プロトコルでは血中酸素濃度が低いために人工呼吸器の使用が必要となる患者がいると述べています。

この議論は今週、MedScapeポッドキャストのエピソードで展開されました。このポッドキャストでは、WebMDウェブサイトの最高医療責任者であるジョン・ホワイト氏が、ニューヨークの救急医キャメロン・カイル＝サイデル氏にインタビューを行いました。カイル＝サイデル氏は、自身のコロナウイルス患者の多くが低酸素症、つまり酸素不足の状態にあることに気づいていると述べています。これは、ハイカーやスキーヤーが高山病にかかるのと似た状態です。多くの場合、患者は低酸素症のレベルに達するとほとんど話すことができませんが、サイデル氏は、話すことができ、呼吸チューブを希望しなかった患者について話しました。

「それで彼女は、できるだけギリギリで挿入するように頼んできたんです」と、カイル＝サイデル氏はメドスケープのポッドキャストインタビューで語った。「本当に不可解な臨床症状でした。呼吸チューブをいつ挿入すればいいのか？ギリギリで挿入できるのはいつなのか？医師としての本能、例えば彼女が疲れていないか確認するといったことが、全く起こりませんでした。本当に不可解でした。でも、この症状は今まで見たことがないものだと気づきました」

カイル＝サイデル氏は、イタリアの救急医グループが3月30日付の米国呼吸器・集中治療医学誌への書簡でもこの現象について言及していたと指摘した。その書簡では、肺は機能し自力で呼吸できるものの、低酸素レベルに陥り、死に至る可能性がある状況に陥った新型コロナウイルス感染症患者について説明されていた。カイル＝サイデル氏とイタリアの医師たちは共に、新型コロナウイルス感染症患者に人工呼吸器をできるだけ長期間装着させず、代わりに睡眠時無呼吸装置を使用する方が良いと主張している。人工呼吸器は、圧力をかけて空気を体内に送り込むことで機能する。時間が経つにつれて、この圧力は最終的に肺にある小さな肺胞を損傷し、呼吸器系全体を攻撃しているコロナウイルスと同じくらい患者に害を及ぼす可能性がある。

AP通信によると、ニューヨーク市保健当局は今週、人工呼吸器を装着した新型コロナウイルス感染症患者の80%が死亡したと報告した。シアトルでは、人工呼吸器を装着した70歳以上の患者7人のうち生存したのはわずか1人だった。70歳未満の患者では生存率はわずか36%だった。これは、シアトルにあるワシントン大学、フレッド・ハッチンソンがん研究センター、バージニア・メイソン医療センター、スウェーデン医療センターの研究者らが先月ニューイングランド・ジャーナル・オブ・メディシン誌に発表した研究による。

BiPAPや麻酔器といった低侵襲性の機器は、COVID-19によって肺が完全に破壊されていないものの、酸素レベルを維持する必要がある患者にとって解決策となる可能性がある。同時に、プアー氏は、自身や他の最前線の医療従事者がすべての答えを持っているわけではないことを認識していると語る。「魔法の薬はありません」とプアー氏は言う。「この病気をより深く理解できるようになることを願っています。なぜなら、私たちはこの病気をまだ理解していないからです。」

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