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Stan Kellar, MDChief of Clinical Affairs, BH NLR

Pulmonary Medicine

Sleep Medicine

COPD

Physiology

• The lungs are filters

• Filter in oxygen 

• Filter out carbon dioxide

• (Vascular filter, not part of this discussion)

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Physiology

• Ventilation

• Perfusion

• Diffusion 

Anatomy

Inspiration/Expiration

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INSPIRATION

Passive Expiration

Forced Expiration

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Respiratory bronchiole

Tethering

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Normal Conducting System

Alveoli

• Surface area equivalent to that of a tennis court.

• Very thin.

Alveolar and capillary surface

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Perfusion

• Low pressure bed, PA pressure 30/10.

• Approximately 6 billion capillaries in human lung, or about 2000 per alveolus.

• Under normal (resting) conditions there is little or no flow to the apices, a waterfall effect.

Ventilation/Perfusion

• Under normal circumstances the V/Q (ventilation to perfusion) ratio is 1.

• This is altered with decreased perfusion (PE) or decreased ventilation (obstructive lung disease or infiltrative diseases).

Transportation O2

• Primarily by hemoglobulin.

• Very little dissolved in plasma.

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Transportation of CO2

• 10% dissolved in plasma.

• 20 % carried by Hemoglobin.

• 70% in form of bicarbonate.

• CO2 dissociation curve linear.

COPD

• Chronic airflow limitation

• Airway inflammation

• Affects more than 6% of the population

• Third leading cause of death in US

• Preventable

• Treatable

COPD

• Chronic bronchitis‐chronic productive cough for three months in two successive years

• Emphysema‐permanent enlargement of airspaces distal to the terminal bronchioles, loss of alveolar walls

• “Asthma”‐Reversible airflow limitation

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Emphysema

Causes

• Smoking‐Duration and Amount.  PACK YEARS

• Threshold?  About 25 pack years

• Smoking

• Smoking

• Biomass fuel in developing countries

Incidence

• Overall 6.3% USA

• Higher in men, lower education level and socioeconomic groups

• Incidence increases with increasing age 

• 3rd to 6th leading cause of death

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RISK BY AGE

Pathology

• Airway limitation‐inflammation

• Goblet cell hyperplasia

• Mucus plugging

• Loss of airway tethering

• Loss of airway rigidity

• Bronchospasm

Normal Airway

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Airway narrowing

Symptoms

• Shortness of breath

• Cough, with or without sputum

• Wheezing

• Chest tightness

Dyspnea

• Lung disease

• Heart disease

• Circulatory problems

• Neuromuscular diseases

• Therefore not all dyspnea is due to lung diseases

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Wild Cards

• ACID REFLUX

• 25% of patients with significant reflux have no reflux symptoms

• Another 25% underestimate the degree of reflux

• Patients with symptoms have 2x rate of exacerbations

• Deconditioning

Physical Findings

• Wheezing

• Decreased breath sounds

• Crackles in bases

• Diminished heart sounds

• Barrel‐shaped chest

• Tobacco stained finger tips

• Clubbing is rare

Chest X‐ray

• Normal

• Hyperinflation

• Bullae

• Flattened hemi‐diaphragms

• Basilar scarring

• Unexpected disease‐pneumothorax, lung cancer

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Hyperinflation

Pneumothorax

Spirometry

• FEV1‐effort dependent

• FVC‐effort and time dependent, more than 6 seconds

• FEV1/FVC ratio‐less than 70%

• Peak flow‐useful for trends, very effort dependent

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Global initiative on chronic Obstructive Lung Disease

• GOLD 1: Mild (FEV1 >80% Pred.)

• GOLD 2: Moderate (FEV1 50‐80% Pred.)

• GOLD 3: Severe (FEV1 30‐50% Pred.)

• GOLD 4: Very severe (FEV1 < 30% Pred.)

COPD Assessment TestOK  < 10

Modified Medical Research Council Guide

• Please Check Line That Applies to You• Grade 0:  I only get short of breath with strenuous exercise.              ___

• Grade 1:  Short of breath hurrying or up slight incline.                         ___

• Grade 2:  I walk slower on level ground as similar aged individuals 

• or I stop to rest when walking on my own.                             ___

• Grade 3:  I stop for breath when walking 100 meters or after a

• few minutes.                                                                                 ___

• Grade 4:  I am too breathless to leave the house or I am

• breathless dressing or undressing.                                           ___      

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RISK

• Related to history of exacerbations

• Group A: Low risk, less symptoms ‐ GOLD 1‐2 and 0‐1 exacerbations

• Group B: Low risk, More symptoms – GOLD 1‐2  and 0‐1 exacerbations

• Group C:  High risk, Less symptoms – GOLD 3‐4 and > 2 exacerbations

• Group D:  High risk, More symptoms ‐ GOLD 3‐4 and > 2 exacerbations

Exacerbations

• Increased dyspnea

• Increased cough

• Sputum production

• +/‐ fever

• +/‐ chest pain – chest tightness

Exacerbation Treatment

• Steroids, oral or IV

• Antibiotics, oral or IV

• Additional bronchodialators

• Hospitalization

• Non‐invasive ventilation

• Ventilation

• Over 7% do not return to baseline

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Smoking Cessation

• Without help/nicotine replacement‐10%

• With help/nicotine replacement‐50‐60%

• ASK – ADVISE – ASSESS – ASSIST‐ ARRANGE

• Chantix

• Nicotine, Give enough

• Too much nicotine causes nausea

Decreased airflow + smoking

• Progressive lung disease

• 25 times normal risk for heart attack or stroke

• 8 times risk for lung, laryngeal, esophageal, stomach, kidney, bladder, oral and pancreatic cancer

• Cessation rapidly reduces the risk of cardiovascular complications

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Medications: Short actingRescue

• Beta agonists, MDI or nebulizer (albuterol)

• Techniques

• Spacers

• Cost

• Intended for rescue

• Primary side effects cardiac arrhythmia (tachycardia) and tremor

Medications: Short actingRescue

• Anticholinergics, MDI or nebulizer (Atrovent)

• Short acting

• Rescue

• Costs

• Adverse effects rare, dryness

Medications: Long acting

• Beta agonists, MDI and nebulizer

• Foradil and Serevent are the primary single agents with MDI

• Perforomist and Brovana are the nebulizedforms

• Almost never used alone

• Increased risk of death in asthma patients when use alone (Black Box Warning)

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Medications: Long acting

• Anticholinergics, MDI

• Spiriva and Tudorza

• Cost

Medications: Inhaled Steroids

• MDI and nebulizer

• Controversy

• Single agents, Flovent, Asmanex, Qvar, Pulmicort

• Anti‐inflammatory

• Adverse effects‐oral thrush, hoarseness, possible osteoporosis, increased risk of pneumonia

Medications: Steroids/Beta agonists

• MDIs

• Advair Discus and MDI

• Symbicort

• Dulera

• Breo, new, fluticasone and vilanterol

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Medication: LABA + LA Anticholinergic

• Anoro, new

Medications: Steroids

• Anti‐inflammatory

• Oral prednisone or Medrol

• Dose and length of treatment controversial

• IV for hospitalized patients, dose and length of treatment controversial

• Adverse effects – Hyperglycemia, thrush, increased risk of infection, osteoporosis, weight gain, myopathy

Medications: Phosphodiesterase‐4 Inhibitors

• Daliresp – anti‐inflammatory

• Frequent side effects with nausea, vomiting, diarrhea, generalized aches, loss of appetite

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Medication: Theophyllins

• Moderate bronchodialator

• Toxicity is dose related

• Adverse effects – nausea, vomiting, headaches, seizures

• Blood levels altered by other medications, both up and down

Special Consideration

• Alpha‐1 Antrypsin Deficiency

• Earlier emphysema with a basilar predominance

• Replacement available

• Testing is free

Vaccinations

• Yearly flu immunization

• Pneumococcal vaccine for patients 65 years and older

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Oxygen

• Improve mortality

• Improve dyspnea

• Improve quality of life

• Improve cognition

• Cost – over $500/mo., 1 million patients in USA at a cost of over 2 billion dollars

Oxygen

• PaO2 , 55 mmHg or saturation, 89% at rest

• PaO2 , 60 with cor pulmonale, right heart failure or HCT > 55

• O2 saturation less than 89 % for more than 5 minutes with sleep (Look for OSA)

• Pao2 < 55 or saturation <88 with exercise

• In COPD patients check ABGs on O2 to check PaCO2 

ANN Internal Med 1980; 93:391

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Lancett 11981; 1:681

Oxygen

• No benefit for saturations > 92%

• Increase in PaCO2 (Hypoventilation)

• Absorptive atelectasis

• Hyper‐oxemia can result in decreased free water clearance

• Facial burns especially in patients with facial hair

• Fall risk with the tubing

• NO SMOKING

RISK

• Related to history of exacerbations

• Group A: Low risk, less symptoms ‐ GOLD 1‐2 and 0‐1 exacerbations

• Group B: Low risk, More symptoms – GOLD 1‐2  and 0‐1 exacerbations

• Group C:  High risk, Less symptoms – GOLD 3‐4 and > 2 exacerbations

• Group D:  High risk, More symptoms ‐ GOLD 3‐4 and > 2 exacerbations

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Treatment RecommendationsGOLD

• Group A • Group B• Group C• Group D

• Group A

• Group B  • Group C 

• Group D    

• S‐A  Beta agonist or anticholinergic• L‐A Beta agonist or anticholinergic• ICS + LA Beta or LA anticholinergic• ICS + LA Beta +/or LA anticholinergic• ALTRERNATIVE• LA Beta or LA anticholinergic or SA Beta 

with SA anticholinergic• LA Beta with LA anticholinergic• LA Beta + LA anticholinergic or LA Beta + 

PD4 Inh or LA anticholinergic + PD4 Inh• ICS + LA Beta + LA Antichol. Or ICS + LA Beta 

+ PD4 Inh, or LA Beta + LA antichol, LA antichol + PD4 inh

Other Considerations

• Exercise

• Mucolytics

• Antidepressants

Comorbidities

• Coronary artery disease

• Osteoporosis

• Peripheral vascular disease

• Cancer

• Heart failure

• Atrial fibrilation

• Interstitial lung diseases

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Referrences

• Global Initiative for Chronic Obstructive lung Disease• Lancet 370; 2007, p741, “International variation…”• Lancet 378; 2011, p991, “Lifetime risk…”• MMWR 61, 2012, p938, “COPD among adults”• UpToDate• Chest 130; 2006, p1096, “Role of gastroesophageal…”• Am J Crit Care Med 180; 2009, p3, “The Natural History…”• NEJM 365: 2011, p1184, “Changes in Forced…”• Pulmonary Physiology in Clinical Medicine, Tisi• Am J Respir Crit Care Med 161; 2000, p 1608, “Time course and 

recovery…”• BMJ 1; 1977, p1645, “The natural history…”• Am J Respir Crit Care Med178; 2008, p332, “Effect of pharmacotherapy…”• JAMA 309;2013, p2223, “Short‐term vs conventional…”