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Vol. 56. Issue 9.
Pages 578-585 (September 2020)
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Vol. 56. Issue 9.
Pages 578-585 (September 2020)
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DOI: 10.1016/j.arbr.2019.12.013
Gas Exchange and Ventilatory Efficiency During Exercise in Pulmonary Vascular Diseases
Intercambio de gases y eficiencia de ventilación durante el ejercicio en enfermedades vasculares pulmonares
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Jason Weatheralda,b,c,d,e, Athénaïs Bouclyc,d,e, David Montanic,d,e, Xavier Jaïsc,d,e, Laurent Savalec,d,e, Marc Humbertc,d,e, Olivier Sitbonc,d,e, Gilles Garciac,e,f, Pierantonio Lavenezianag,h,
Corresponding author
pierantonio.laveneziana@aphp.fr

Corresponding author.
a University of Calgary, Department of Medicine, Division of Respirology, Calgary, Alberta, Canada
b Libin Cardiovascular Institute of Alberta, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada
c Université Paris-Sud, Faculté de Médecine, Université Paris-Saclay, Le Kremlin-Bicêtre, France
d Service de Pneumologie, Hôpital Bicêtre, AP-HP, Le Kremlin-Bicêtre, France
e INSERM U999, LabEx LERMIT, Centre Chirurgical Marie Lannelongue, Le Plessis-Robinson, France
f Service de Physiologie, Hôpital Bicêtre, AP-HP, Le Kremlin-Bicêtre, France
g Sorbonne Université, INSERM, UMRS1158 Neurophysiologie respiratoire expérimentale et clinique, F-75005 Paris, France
h APHP.Sorbonne Université, Groupe Hospitalier Pitié-Salpêtrière Charles Foix, Service des Explorations Fonctionnelles de la Respiration, de l’Exercice et de la Dyspnée, Hôpitaux Universitaires Pitié-Salpêtrière, Tenon et Saint-Antoine, Département Médico-Universitaire “APPROCHES”, F-75013 Paris, France
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Table 1. Patient characteristics.
Table 2. Gas Exchange variables at rest and peak exercise.
Table 3. Correlations between exercise gas exchange variables, exercise capacity, ventilatory efficiency and cardiac index in the overall population (n=59).
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Abstract
Background and Objective

Ventilatory inefficiency (high VE/V′CO2) and resting hypocapnia are common in pulmonary vascular disease and are associated with poor prognosis. Low resting PaCO2 suggests increased chemosensitivity or an altered PaCO2 set-point. We aimed to determine the relationships between exercise gas exchange variables reflecting the PaCO2 set-point, exercise capacity, hemodynamics and VE/V′CO2.

Methods

Pulmonary arterial hypertension (n=34), chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH, n=19) and pulmonary veno-occlusive disease (PVOD, n=6) patients underwent rest and peak exercise arterial blood gas measurements during cardiopulmonary exercise testing. Patients were grouped according to resting PaCO2: hypocapnic (PaCO2 ≤34mmHg) or normocapnic (PaCO2 35–45mmHg). The PaCO2 set-point was estimated by the maximal value of end-tidal PCO2 (maximal PETCO2) between the anaerobic threshold and respiratory compensation point.

Results

The hypocapnic group (n=39) had lower resting cardiac index (3.1±0.8 vs. 3.7±0.7L/min/m2, p<0.01), lower peak V′O2 (15.8±3.5 vs. 20.7±4.3mL/kg/min, p<0.01), and higher VE/V′CO2 slope (60.6±17.6 vs. 38.2±8.0, p<0.01). At peak exercise, hypocapic patients had lower PaO2, higher VD/VT and higher P(a-ET)CO2. Maximal PETCO2 (r=0.59) and VD/VT (r=−0.59) were more related to cardiac index than PaO2 or PaCO2 at rest or peak exercise. Maximal PETCO2 was the strongest correlate of VE/V′CO2 slope (r=−0.86), peak V′O2 (r=0.64) and peak work rate (r=0.49).

Conclusions

Resting hypocapnia is associated with worse cardiac function, more ventilatory inefficiency and reduced exercise capacity. This could be explained by elevated chemosensitivity and lower PaCO2 set-point. Maximal PETCO2 may be a useful non-invasive marker of PaCO2 setpoint and disease severity even with submaximal effort.

Keywords:
Exercise
Pulmonary hypertension
Chemosensitivity
Ventilatory efficiency
Pathophysiology
Hypocapnia
Arterial blood gas
Abbreviations:
ABG
AT
CPET
CTEPH
Mpap
NYHA
PAH
PĒCO2
PETCO2
PVOD
PVR
RCP
V′CO2
VD/VT
VE/V′CO2
V′O2
WR
Resumen
Contexto general y objetivo

La ineficiencia ventilatoria (V’E/V’CO2 alta) y la hipocapnia en reposo son comunes en la enfermedad vascular pulmonar y se asocian con un mal pronóstico. La PaCO2 baja en reposo sugiere una mayor quimiosensibilidad o una alteración en el ajuste fisiológico de la PaCO2. Nuestro objetivo fue determinar las relaciones entre las variables de intercambio de gases que reflejan el ajuste de la PaCO2 durante el ejercicio, la capacidad de ejercicio, la hemodinámica y la V’E/V’CO2.

Métodos

Se realizaron mediciones de gases en sangre arterial durante las pruebas de ejercicio cardiopulmonar a pacientes con hipertensión arterial pulmonar (n=34), hipertensión pulmonar tromboembólica crónica (HPTEC, n=19) y enfermedad venooclusiva pulmonar (EVOP, n=6). Los pacientes se agruparon de acuerdo con su PaCO2 en reposo: hipocapnia (PaCO2 ≤34mmHg) o normocapnia (PaCO2 35–45mmHg). El ajuste de la PaCO2 se estimó mediante el valor máximo de PCO2 exhalado (PETCO2 máximo) entre el umbral anaeróbico y el punto de compensación respiratoria.

Resultados

El grupo hipocápnico (n=39) tenía un índice cardíaco en reposo más bajo (3,1±0,8 vs. 3,7±0,7L/min/m2, p<0,01), un pico de V’O2 más bajo (15,8±3,5 vs 20,7±4,3mL/kg/min, p<0,01), y mayor pendiente de V’E/V’CO2 (60,6±17,6 vs. 38,2±8,0, p<0,01). En el punto de ejercicio máximo, los pacientes hipocápnicos tenían una PaO2 más baja, un VD/VT más alto y una P(a-ET) CO2 más alta. La PETCO2 máxima (r=0,59) y la VD/VT (r=-0,59) estaban más relacionadas con el índice cardíaco que la PaO2 o la PaCO2 en reposo o en el punto de máximo esfuerzo. La PETCO2 máxima fue la que mayor correlación tuvo con la pendiente V’E/V’CO2 (r=-0,86), la V’O2 máxima (r=0.64) y la tasa de esfuerzo máximo (r=0,49).

Conclusiones

La hipocapnia en reposo se asocia a una peor función cardíaca, una mayor ineficiencia ventilatoria y una capacidad disminuída de ejercicio. Esto podría explicarse por una quimiosensibilidad elevada y un ajuste fisiológico más bajo de la PaCO2. La PETCO2 máxima puede ser un marcador no invasivo útil del ajuste de PaCO2 y la gravedad de la enfermedad incluso con un esfuerzo submáximo.

Palabras clave:
Ejercicio
Hipertensión pulmonar
Quimiosensibilidad
Eficiencia ventilatoria
Fisiopatología
Hipocapnia
Gasometría arterial

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