title: Behaviour of the carbon dioxide partial pressure during the 6-minute walk test and at night in patients with COPD IV
title: Das Verhalten des Kohlenstoffdioxid-Partialdruckes während des 6-Minuten-Gehtests und in der Nacht bei Patienten mit COPD IV
Creators: name: Plagmann, Maren
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Obstruktive Ventilationsstörung
Belastung
6-minute walk test
Emphysem
carbon dioxide
dynamic hyperinflation
Medizin, Gesundheit
Kohlendioxid
Dynamische Überblähung
emphysema
Nacht
COPD
6-Minuten-Gehtest

description: COPD-Patienten sind besonders im
      fortgeschrittenen Krankheitsstadium durch eine Hyperkapnie
      bis hin zur lebensbedrohlichen CO2-Narkose gefährdet. Ein
      Anstieg des pCO2 kann dabei vor allem unter Belastung
      aufgrund der erforderlichen Atmungssteigerung sowie im Schlaf
      mit geringerer Ventilationstiefe auftreten. Das Verhalten von
      Kohlenstoffdioxid im Blut (pCO2) unter Belastung wurde bisher
      nur in sehr wenigen Studien evaluiert. Diaz et al. (2010)
      untersuchten die CO2-Produktion im 6-Minuten-Gehtest mittels
      mobiler Spiroergometrie bei COPD-Patienten (FEV1 = 64%Soll).
      Hierbei stellten sie eine Plateaubildung der CO2-Produktion
      zwischen der 3. und 6. Minute des Gehtests fest. Es wurden
      aber keine Faktoren angegeben, die mit einem besonders hohen
      oder schnellen CO2-Anstieg assoziiert waren. In der
      vorliegenden Studie wurde zum ersten Mal das pCO2-Verhalten
      während des 6-Minuten-Gehtests mittels kontinuierlicher,
      transkutaner pCO2-Bestimmung untersucht. Zudem wurde der
      Zusammenhang zwischen dem maximalen pCO2-Anstieg unter
      Belastung und den Hauptzielparametern FEV1 als
      Obstruktionsgrad und Residualvolumen als Grad des Emphysems
      evaluiert. Zusätzlich wurden orientierend mögliche
      Prädiktoren für das pCO2-Verhalten unter Belastung (Fettfreie
      Masse Index (FFMI) bzw. BMI, Umsatzparameter, weitere
      Lungenfunktionsparameter, Alter) untersucht. Darüber hinaus
      wurde der mögliche Zusammenhang zwischen dem pCO2-Verhalten
      unter Belastung und dem pCO2-Verhalten in Ruhe bzw. in der
      Nacht evaluiert. Hierfür wurden 32 Patienten des
      COPD-Stadiums IV (GOLD-Klassifikation) in die Studie
      eingeschlossen. Nach der Aufnahmediagnostik
      (Bodyplethysmographie mit Mundverschlussdruckmessung,
      Ruhe-Blutgasanalyse und Bio-Impedanz-Analyse zur Bestimmung
      der Körperzusammensetzung) absolvierten die Studienpatienten
      einen 6-Minuten-Gehtest mit kontinuierlicher transkutaner
      pCO2-, SpO2- sowie Pulsfrequenzbestimmung sowie mit
      kapillären Blutgasanalysen direkt vor und nach Gehtests.
      Zusätzlich wurden transkutane pCO2-Messungen im Schlaf sowie
      unter Ruhebedingungen durchgeführt. Mit dem
      SenseWear™-Armband erfolgte eine Aktivitäts- und
      Umsatzbestimmung. Die Gehtest-, Nacht- und Ruhemessungen
      sowie SenseWear™-Armband-Messung wurden nach einer Woche
      wiederholt. In der graphischen Darstellung der
      tcpCO2-Verlaufskurven des Gehtests zeigte sich eine
      fächerförmige Verteilung der verschiedenen tcpCO2-Kurven,
      wobei grob ansteigende, konstante und abfallende
      tcpCO2-Verläufe unterschieden werden können. Es konnte ein
      signifikanter Zusammenhang zwischen dem maximalen
      tcpCO2-Anstieg unter Belastung und den zwei
      Hauptzielparametern FEV1 (Obstruktionsgrad) und
      Residualvolumen (Grad des Emphysems) festgestellt werden.
      Dies lässt sich wahrscheinlich vor allem durch das
      Ausprägungsausmaß einer Dynamischen Überblähung während des
      Gehtests erklären, das abhängig ist sowohl von der
      Atemflusseinschränkung als auch von der Emphysemausprägung.
      Zudem wäre eine Atempumpschwäche aufgrund der erhöhten
      Belastung durch Obstruktion bzw. Emphysem denkbar, die unter
      körperlicher Belastung die erforderliche Atmungssteigerung
      nicht mehr gewährleisten kann. Darüber hinaus wurden
      orientierend Zusammenhänge zwischen dem pCO2-Verhalten unter
      Belastung und weiteren Nebenzielparametern als mögliche
      Prädiktoren untersucht. Hierbei zeigten sich signifikante
      Korrelationen mit den Umsatzparametern (v. a. MET
      Grundumsatz), dem Fettfreie-Masse-Index, dem BMI, dem Alter
      und weiteren Lungenfunktionsparametern wie Intrathorakales
      Gasvolumen und MEF25%. Zu der Respiratorischen Kapazität als
      Zeichen einer Atempumpinsuffizienz bestand keine signifikante
      Korrelation. Im Gehtest bestanden signifikant negative
      Korrelationen zwischen dem pCO2- und pO2-Verhalten, was sich
      am ehesten durch die Ausbildung einer Respiratorischen
      Globalinsuffizienz im Rahmen einer Dynamischen Überblähung
      oder einer Atempumperschöpfung (pCO2-Anstieg, pO2-Abfall)
      bzw. im Rahmen einer Bedarfshyperventilation bei einer
      Ventilations-Perfusions-Inhomogenität (konstanter pO2,
      pCO2-Abfall) erklären lässt. Zudem konnte gezeigt werden,
      dass zwischen dem pCO2-Verhalten unter Belastung und dem
      pCO2-Verhalten im Schlaf keine signifikante Korrelation
      besteht. Möglicherweise ist dies auf die unterschiedlichen
      Pathomechanismen zurückzuführen, die unter Belastung bzw. im
      Schlaf zu einem pCO2-Anstieg führen. Unter Belastung steht
      die Dynamischen Überblähung im Vordergrund (Diaz et al.,
      2000), wobei im Schlaf vor allem ein Ungleichgewicht zwischen
      der Kapazität und der Last der Atempumpe mit konsekutiver
      Atempumpinsuffizienz zu einem pCO2-Anstieg führt (Marrone et
      al., 2006).
description: COPD patients are compromised by
      hypercapnia and life threatening CO2 narcosis especially at
      the advanced stage of disease. An increase of pCO2 can
      particularly occur under exertion due to required enhancement
      of respiration and during sleep because of lower depth of
      ventilation. The behaviour of carbon dioxide in blood (pCO2)
      under exertion has been evaluated only in very few studies.
      Diaz et al (2010) examined in COPD patients (FEV1 = 64%) the
      CO2 production during the 6-minute-walk test through mobile
      spirometry. They found a development of a CO2 plateau between
      the third and sixth minute of the walking test. But no
      factors contributing to an especially high or fast pCO2
      increase were mentioned. In this trial the pCO2 behaviour was
      – for the first time – examined in the 6-minute walk test by
      continuous transcutaneous measurement of pCO2. Further the
      relation between the maximum pCO2 increase under exertion and
      the main outcome measures FEV1 (level of obstruction) and
      residual volume (level of emphysema) was investigated.
      Additionally, potential predictors for the pCO2 behaviour
      under exertion (fat free mass index (FFMI), BMI, energy
      expenditure, further parameters of lung function, age) were
      explored in an orientating manner. Moreover the link between
      the behaviour of pCO2 under exertion and in resting condition
      respectively in sleeping condition was examined. 32 patients
      of COPD IV (GOLD classification) were included in this trial.
      After admission diagnostics (bodyplethysmograph with mouth
      occlusion pressure, resting blood gas analysis, body
      impedance analysis for body composition) the patients
      completed a 6-minute walk test with continuous transcutaneous
      pCO2, SpO2 and pulse measurement and capillary blood gas
      analysis directly before and after walking. Moreover
      transcutaneous pCO2 measurements during sleep and resting
      were performed. By the SenseWear™ armband activity and energy
      expenditure were analysed. The walking test, the measurements
      during sleep and rest and the measurement with the SenseWear™
      armband were repeated after 1 week. The graphic
      representation of the course of the tcpCO2 graphics in the
      walking test showed a fanlike distribution of the graphics.
      An inclining, constant and declining course of the graphics
      could be roughly distinguished. In the few other trials
      mainly an inclining pCO2 behaviour under exertion was
      described. Significant correlations were found between the
      maximum pCO2 increase under exertion and the main outcome
      parameters FEV1 (level of obstruction) and residual volume
      (level of emphysema). One possible reason for this could be
      the level of dynamic hyperinflation during the walking test
      which is depending on the air flow limitation and the level
      of emphysema. Besides a further possible reason could be the
      insufficiency of respiratory pump because of increased load
      due to obstruction or emphysema. The overstrained respiratory
      pump is not able to ensure the essential increase of
      respiration under physical exertion. Moreover in an
      orientating manner the relation between pCO2 behaviour under
      exertion and further secondary outcome measures as possible
      predictors were examined. Significant correlations were seen
      with the energy expenditure (especially MET basal metabolic
      rate) the FFMI, the BMI, age and further parameters of lung
      function like intrathoracic gas volume (ITGV) and MEF25.
      There was no significant correlation found to the respiratory
      capacity as an indicator of respiratory pump insufficiency .
      In the walking test significantly negative correlations
      between pCO2 and pO2 behaviour were found which is most
      likely due to a global respiratory insufficiency as part of
      the dynamic hyperinflation or exhaustion of the respiratory
      pump (pCO2 increase, pO2 decline) respectively due to demand
      hyperventilation because of a mismatch of ventilation and
      perfusion (constant pCO2, pCO2 decline). It has been shown
      that the resting pCO2 does not provide information about the
      pCO2 behaviour under exertion. In resting conditions a
      distinct mismatch of ventilation and perfusion can be well
      obscured by compensating mechanisms which decompensate under
      exertion sothat pCO2 increases. Moreover no significant
      correlation between the pCO2 behaviour under exertion and the
      pCO2 behaviour in sleep has been seen. This might be
      attributed to the different pathomechanisms which cause a
      pCO2 increase under exertion and in sleep. Under exertion the
      dynamic hyperinflation plays an important role whereas in
      sleeping conditions especially the imbalance of capacity and
      load of the respiratory pump with consecutive respiratory
      pump insufficiency causes a pCO2 increase. If in further
      studies the here assumed correlation between the dynamic
      hyperinflation and pCO2 increase during the 6-minute walk
      test in COPD patients can be approved, the pCO2 increase and
      the associated risks under daily exertion could be reduced by
      intensified therapy of dynamic hyperinflation.