Protective Recommendations for Non-invasive Ventilation During COVID-19 Pandemic: A Bench Evaluation of the Effects of Instrumental Dead Space on Alveolar Ventilation.

ABSTRACT

INTRODUCTION: With the current COVID-19 pandemic, concerns have raised regarding the risk for NIV to promote airborne transmission. In case of hospital admission, continuation of therapy in patients undergoing chronic NIV is necessary and several protective circuit configurations have been recommended to reduce the risk of aerosol dissemination. However, all these configurations increase instrumental dead space. We therefore designed this study to evaluate their effects on the tidal volume (VTE) required to preserve stable end-tidal CO2 partial pressure (PETCO2) with constant respiratory rate. METHODS: A bench consisting of a test lung connected to an adult-sized mannequin head was set up. The model was ventilated through usual domiciliary configuration (single limb circuit with facial vented mask) which was used as reference. Then, five different circuit configurations including non-vented facial mask with viral/bacterial filter, modification of leak position, and change from single to double-limb circuit were evaluated. For each configuration, pressure support (PS) was gradually increased to reach reference PETCO2. Resulting VTE was recorded as primary outcome. RESULTS: Reference PETCO2 was 38(0) mmHg, with a PS set at 10 cmH2O, resulting in a VTE of 432(2) mL. Compared to reference, all the configurations evaluated required substantial increase in VTE to preserve alveolar ventilation, ranging from +79(2) to +216(1) mL. CONCLUSIONS: Modifications of NIV configurations in the context of COVID-19 pandemic result in substantial increase of instrumental dead space. Re-evaluation of treatment efficiency and settings is crucial whenever protective measures influencing NIV equipment are considered.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN: Durante la actual pandemia de COVID-19 ha surgido la preocupación sobre el posible riesgo de que la ventilación no invasiva (VNI) promueva la transmisión aérea. En el caso de ingreso hospitalario, es necesario continuar con el tratamiento de aquellos pacientes tratados con VNI crónica y se han recomendado varias configuraciones protectoras de los circuitos para reducir el riesgo de diseminación por aerosoles. Sin embargo, todas estas configuraciones aumentan el espacio muerto instrumental. Así, diseñamos este estudio para evaluar los efectos de estas configuraciones sobre el volumen corriente (VCE) necesario para mantener estable la presión parcial de CO2 al final del volumen corriente espirado (PETCO2) con una frecuencia respiratoria constante. MÉTODOS: Se construyó un modelo experimental que constaba de un pulmón de prueba conectado a una cabeza de maniquí de tamaño adulto. El modelo recibió ventilación utilizando la configuración domiciliaria habitual (circuito de rama única con máscara facial ventilada), lo que se utilizó como referencia. Después se evaluaron cinco configuraciones diferentes del circuito, incluidas la máscara facial sin ventilación con filtro antiviral/antibacteriano, la modificación de la posición de la fuga y el cambio de circuito de rama única a doble rama. Para cada configuración, la presión de soporte (PS) se incrementó gradualmente hasta alcanzar la PETCO2 de referencia. El VCE resultante se registró como resultado primario. RESULTADOS: La PETCO2 de referencia fue de 38(0) mmHg, con una PS fijada en 10 cmH2O, lo que resultó en un VCE de 432(2) mL. En comparación con la referencia, todas las configuraciones evaluadas requirieron un aumento sustancial del VCE para preservar la ventilación alveolar, en un rango entre +79(2) mL y +216(1) mL. CONCLUSIONES: Las modificaciones de las configuraciones de VNI en el contexto de la pandemia de COVID-19 resultan en un aumento sustancial del espacio muerto instrumental. Reevaluar la eficacia y los ajustes del tratamiento es fundamental cuando se ponen en consideración unas medidas de protección que influyen en el equipo de VNI.