Exercise Capacity, Ventilatory Response, and Gas Exchange in COPD Patients With Mild to Severe Obstruction Residing at High Altitude

Abstract

Background: Exercise intolerance, desaturation, and dyspnea are common features in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). At altitude, the barometric pressure (BP) decreases, and therefore the inspired oxygen pressure and the partial pressure of arterial oxygen (PaO2) also decrease in healthy subjects and even more in patients with COPD. Most of the studies evaluating ventilation and arterial blood gas (ABG) during exercise in COPD patients have been conducted at sea level and in small populations of people ascending to high altitudes. Our objective was to compare exercise capacity, gas exchange, ventilatory alterations, and symptoms in COPD patients at the altitude of Bogotá (2,640 m), of all degrees of severity. Methods: Measurement during a cardiopulmonary exercise test of oxygen consumption (VO2), minute ventilation (VE), tidal volume (VT), heart rate (HR), ventilatory equivalents of CO2 (VE/VCO2), inspiratory capacity (IC), end-tidal carbon dioxide tension (PETCO2), and ABG. For the comparison of the variables between the control subjects and the patients according to the GOLD stages, the non-parametric Kruskal–Wallis test or the one-way analysis of variance test was used. Results: Eighty-one controls and 525 patients with COPD aged 67.5 ± 9.1 years were included. Compared with controls, COPD patients had lower VO2 and VE (p < 0.001) and higher VE/VCO2 (p = 0.001), A-aPO2, and VD/VT (p < 0.001). In COPD patients, PaO2 and saturation decreased, and delta IC (p = 0.004) and VT/IC increased (p = 0.002). These alterations were also seen in mild COPD and progressed with increasing severity of the obstruction. Conclusion: The main findings of this study in COPD patients residing at high altitude were a progressive decrease in exercise capacity, increased dyspnea, dynamic hyperinflation, restrictive mechanical constraints, and gas exchange abnormalities during exercise, across GOLD stages 1–4. In patients with mild COPD, there were also lower exercise capacity and gas exchange alterations, with significant differences from controls. Compared with studies at sea level, because of the lower inspired oxygen pressure and the compensatory increase in ventilation, hypoxemia at rest and during exercise was more severe; PaCO2 and PETCO2 were lower; and VE/VO2 was higher. © Copyright © 2021 Gonzalez-Garcia, Barrero and Maldonado.

Antecedentes: La intolerancia al ejercicio, la desaturación y la disnea son características comunes en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). En altitud, la presión barométrica (PA) disminuye, y por tanto la presión de oxígeno inspirado y la presión parcial de oxígeno arterial (PaO2) también disminuyen en sujetos sanos y más aún en pacientes con EPOC. La mayoría de los estudios que evalúan la ventilación y los gases en sangre arterial (ABG) durante el ejercicio en pacientes con EPOC se han realizado al nivel del mar y en pequeñas poblaciones de personas que ascienden a grandes altitudes. Nuestro objetivo fue comparar la capacidad de ejercicio, el intercambio gaseoso, las alteraciones ventilatorias y los síntomas en pacientes con EPOC en la altitud de Bogotá (2.640 m), de todos los grados de gravedad. Métodos: Medición durante una prueba de ejercicio cardiopulmonar del consumo de oxígeno (VO2), ventilación minuto (VE), volumen tidal (VT), frecuencia cardíaca (FC), equivalentes ventilatorios de CO2 (VE/VCO2), capacidad inspiratoria (IC), final -tensión mareal de dióxido de carbono (PETCO2) y ABG. Para la comparación de las variables entre los sujetos control y los pacientes según los estadios GOLD se utilizó la prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis o la prueba de análisis de varianza unidireccional. Resultados: Se incluyeron 81 controles y 525 pacientes con EPOC de 67,5 ± 9,1 años. En comparación con los controles, los pacientes con EPOC tuvieron VO2 y VE más bajos (p < 0,001) y VE/VCO2 (p = 0,001), A-aPO2 y VD/VT más altos (p < 0,001). En pacientes con EPOC, la PaO2 y la saturación disminuyeron, y el delta IC (p = 0,004) y el VT/IC aumentaron (p = 0,002). Estas alteraciones también se observaron en la EPOC leve y progresaron a medida que aumentaba la gravedad de la obstrucción.