Endothelial dysfunction in chronic obstructive pulmonary disease and its impact on gas exchange

Abstract

[eng] INTRODUCTION: Pulmonary hypertension (PH) is a frequent complication of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and leads to a significant increase in morbidity and mortality. It is known that patients with COPD present pulmonary vascular alterations even in the early stages of the disease and these alterations can occur even in smokers who do not suffer from COPD. Tobacco use is in fact one of the main etiological factors of endothelial dysfunction and pulmonary artery remodeling, both being pathogenic mechanisms of pulmonary vascular disease in COPD. On the other hand, COPD is also associated with increased cardiovascular risk and several cardiovascular diseases, independently of tobacco consumption. However, it is unclear whether patients with COPD and pulmonary vascular disease also have endothelial dysfunction at the level of the systemic arteries per se, independently of the other cardiovascular factors (tobacco, cardiovascular disease) that are associated with this dysfunction. On the other hand, it is also not known whether endothelial dysfunction of pulmonary arteries plays a role in regulating gas exchange in severe forms of pulmonary hypertension that are rarely associated with mild-moderate COPD. HYPOTHESIS: given the above background, the hypotheses of this thesis are:

1. The entity of endothelial dysfunction and arterial stiffness in systemic arteries may be related to greater endothelial dysfunction in pulmonary arteries and the development of pulmonary vascular disease. 2. In patients with COPD and severe PH, the presence of hypoxemia could be related to a combination of intrapulmonary factors (increased ventilation/perfusion imbalance, VA/Q) and extrapulmonary factors (reduced cardiac output), resulting in a reduced response to hypoxic stimulus due to increased endothelial dysfunction.

OBJECTIVES: The general objective of this thesis is to assess the systemic and pulmonary vascular function of patients with COPD across the spectrum of pulmonary vascular disease. The specific objectives of each study are detailed below: First study: to evaluate endothelial function and arterial stiffness in the same cohort of patients with COPD, and to relate it to the presence of pulmonary vascular disease. Second study: to analyze the determinants of hypoxemia in patients with COPD and severe PH and to find out if these patients have an attenuated response to hypoxic stimulus.

[spa] INTRODUCCIÓN: La hipertensión pulmonar {HP) es una complicación frecuente en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica {EPOC) y conlleva un importante aumento de morbi-mortalidad. Es conocido que los pacientes con EPOC presentan alteraciones vasculares pulmonares incluso en estadios iniciales de la enfermedad y dichas alteraciones se pueden presentar hasta en sujetos fumadores que no padezcan la EPOC. El consumo de tabaco de hecho es uno de los factores etiológicos principales de la disfunción endotelial y del remodelado arterial pulmonar, siendo ambos mecanismos patogenéticos de la enfermedad vascular pulmonar en la EPOC. Por otro lado, la EPOC también está asociada a riesgo cardiovascular aumentado y a varias enfermedades cardiovasculares, de forma independiente del consumo de tabaco. Sin embargo, no está claro si los pacientes con EPOC y enfermedad vascular pulmonar presenten también disfunción endotelial a nivel de las arterias sistémicas per se, de forma independiente de los otros factores cardiovasculares {tabaco, enfermedades cardiovasculares) que se asocian a dicha disfunción. Por otro lado, tampoco es conocido si la disfunción endotelial de arterias pulmonares juega un papel en la regulación del intercambio de gases en formas graves de hipertensión pulmonar que raramente se asocian a EPOC leve-moderada. HIPÓTESIS: dados los antecedentes expuestos, las hipótesis de este trabajo de tesis son:

1. La entidad de la disfunción endotelial y de la rigidez arterial en arterias sistémicas puede estar relacionada a mayor disfunción endotelial en arterias pulmonares y a desarrollo de enfermedad vascular pulmonar. 2. En pacientes con EPOC e HP grave, la presencia de hipoxemia podría estar relacionada con una combinación de factores intrapulmonares {aumentado desequilibrio de las relaciones ventilación/perfusión, VA/Q) y extrapulmonares {gasto cardíaco reducido), resultando en una reducida respuesta al estímulo hipóxico debido a mayor disfunción endotelial.

OBJETIVOS: el objetivo general de esta tesis es de valorar la función vascular sistémica y pulmonar de pacientes con EPOC en todo el espectro de la enfermedad vascular pulmonar. Los objetivos específicos de cada estudio se detallan a continuación: Primer estudio: evaluar la función endotelial y la rigidez arterial en la misma cohorte de pacientes con EPOC, y de relacionarla con la presencia de enfermedad vascular pulmonar. Segundo estudio: analizar los determinantes de la hipoxemia en pacientes con EPOC y HP grave y averiguar si estos pacientes presentan una respuesta atenuada al estimulo hipóxico.