Preflight hypoxic challenge testing: new implications in the pediatric setting

Abstract

[eng] The number of passengers travelling on commercial aircrafts is steadily increasing, as are the numbers of air travelers in infancy and early childhood. Inflight medical emergencies are rare, but up to 10% of them occur in these young passengers. This situation will challenge physicians giving evidence-based recommendations concerning flight safety, especially in patients suffering from chronic respiratory, cardiac, neuromuscular or hematological diseases. Barometric pressure (Pb) and PaO2 decrease in altitude. Therefore, at cruising altitude of 9000-13000 m aircraft cabins are pressurized to a cabin altitude of 2438 m, which is equivalent to breathing at a fraction of inspired oxygen (FiO2) of 0.15. Under normal health conditions this hypoxic state does not cause symptoms because it is compensated by increased respiratory minute volume and cardiac output, which maximize alveolar oxygen tension. Patients with compromised health conditions may show impaired hypoxic response. Different tests have been used to assess inflight hypoxia risk; the British Thoracic Society (BTS) guidelines continue to recommend hypoxic challenge testing (HCT), which introduces nitrogen into a whole-body plethysmograph cabin to reduce the FiO2 from 0.21 to 0.15, simulating inflight conditions. The oxygen supply required by the subject is titrated. This doctoral thesis includes 2 Research Projects related to HCT. Research Project 1. — “HCT and Bronchial Asthma”: Asthma is a highly prevalent disease and therefore a major public health issue, but there is no evidence for inflight hypoxic risk after acute asthma exacerbation in pediatric patients. We included 51 patients who required hospitalization due to severe exacerbation and performed HCT at 24 hours after oxygen removal. Patients who remained with arterial oxygen saturation (SaO2) > 90% passed HCT and were considered fit to fly. Pre-enrollment spirometry was performed. Patients who failed HCT within the first 24 hours showed lower FEV1 values compared to the group who passed HCT. After 48 hours without oxygen all of the children (100%) passed the test. According to our results children hospitalized for asthma exacerbation who are able to breathe without oxygen therapy for 48 hours are fit to fly. Research Project 2. — “HCT and Portable Oxygen Concentrators (POCs)”: The gold standard of onboard oxygen supply in terms of effectiveness and safety remains unclear. In 2016 the US Federal Aviation Administration (FAA) approved the onboard use of POCs for oxygen supply but there is a lack of evidence supporting POC use in airplanes at cruising altitude, especially in passengers in the pediatric age range. We tested the effectiveness of continuous-POC (cPOC) vs. pulsed-flow POC (pPOC) during HCT. Twentytwo former preterm (ex-preterm) infants were enrolled in a randomized crossover study. Oxygen was administered through a POC in case of SaO2 ≤ 85%. Immediate hypoxia reversal was achieved in all cases, demonstrating the effectiveness of POCs to revert HCT-induced hypoxia and the ability of pPOC to detect patient inspiration even in ex-preterm infants. Pediatric flight safety should be considered a public health issue that requires more intensive, specialized research to support guidelines.

[spa] El número de pasajeros tanto adultos como pediátricos está aumentando constantemente. Las emergencias médicas durante el vuelo son poco frecuentes, pero hasta un 10% ocurren en niños. Un hecho que será en el futuro un desafío para los médicos al tener que dar recomendaciones basadas en la evidencia con respecto a la seguridad durante el vuelo, especialmente en pacientes con enfermedades crónicas de origen respiratorio, cardíaco, neuromuscular o hematológico. La presión barométrica y la presión arterial de oxigeno disminuyen en altitud. Por esta razón, los aviones (altitud de crucero 9000- 13000 metros) están presurizados a una altitud de cabina de 2438 metros, equivalente a respirar FiO2 0.15. En condiciones normales de salud, este estado de hipoxia no causa síntomas debido al aumento del volumen de minuto respiratorio y el gasto cardíaco, lo que maximiza la presión alveolar de oxígeno. Los pacientes con enfermedades crónicas pueden mostrar una respuesta patológica a la hipoxia. Existen diferentes pruebas para evaluar el riesgo de hipoxia durante el vuelo. El método recomendado según las pautas de British Thoracic Society (BTS) sigue siendo el test de hipoxia (Hypoxic Challenge Testing - HCT) introduciendo nitrógeno en una cabina de pletismógrafía reduciendo la FiO2 de 0.21 a 0.15 simulando las condiciones durante vuelo y valorando el suministro de oxígeno requerido. Esta tesis doctoral incluye 2 proyectos de investigación relacionados con HCT. 1. Proyecto de investigación: HCT y asma bronquial: El asma es una enfermedad de alta prevalencia y, por lo tanto, un problema mayor de salud pública, pero no hay evidencia de riesgo de hipoxia durante el vuelo después de una exacerbación aguda en pacientes pediátricos. Realizamos HCT en pacientes hospitalizados después de una exacerbación grave a las 24 horas de la retirada de oxígeno suplementario. Los pacientes que se mantuvieron con una SaO2 > 90% superaron el HCT y se consideraron "aptos para volar". Se reclutaron 51 niños. Antes de iniciar HCT se realizó una espirometría. Los pacientes que fallaron HCT en las primeras 24 horas mostraron valores más bajos de FEV1. Después de 48 horas sin oxígeno, todos ellos (100%) pasaron la prueba. Según nuestros resultados concluimos que los niños hospitalizados por exacerbación asmática, son aptos para volar cuando están 48 horas sin precisar oxígeno suplementario. 2. Proyecto de investigación: HCT y concentradores de oxígeno portátiles (COPs). El gold standard del suministro de oxígeno a bordo de un avión en términos de efectividad y seguridad sigue siendo poco claro. En 2016, la Administración Federal de Aviación (FAA, por sus siglas en inglés) aprobó el uso a bordo de COPs para el suministro de oxígeno, pero no existe evidencia sobre su uso en altitud de crucero, especialmente en niños. Probamos la efectividad del rendimiento de los COPs (flujo continuo vs. pulsado) realizando HCT. 22 recién nacidos prematuros se incluyeron en un estudio cruzado aleatorizado. En el caso de SaO2 ≤ 85%, el oxígeno se administró a través de COP. Se logró una reversión inmediata de la hipoxia en todos los casos, lo que demuestra la capacidad de los COP para revertir la hipoxia inducida por HCT y para detectar la inspiración del paciente (COP flujo pulsado) incluso en lactantes ex-prematuros. En el futuro, la seguridad durante el vuelo en edad pediátrica debe considerarse como un problema de salud pública requiriendo una intensificación de la investigación en este campo específico.

[cat] El nombre de passatgers, adults i pediàtrics, que viatgen en avions comercials està augmentant constantment. Les emergències mèdiques durant el vol són poc freqüents, però fins a un 10% ocorren en nens. Un fet que desafiarà en el futur als metges per donar recomanacions basades en l'evidència pel que fa a la seguretat durant el vol, especialment en pacients amb malalties cròniques d'origen respiratori, cardíac, neuromuscular o hematològic. La pressió baromètrica i la pressió arterial d'oxigen disminueixen en altitud. Per aquesta raó, els avions (altitud de creuer 9.000-13.000 metres) estan pressuritzats una altitud de cabina de 2438 metres, equivalent a respirar FiO2 0.15. En condicions normals de salut, aquest estat d'hipòxia no causa símptomes per l'aument del volum de minut respiratori i la despesa cardíaca, el que maximitza la pressió alveolar d'oxigen. Els pacients amb malalties cròniques poden mostrar una resposta hipòxica patològica. Hi ha diferents proves per avaluar el risc d'hipòxia durant el vol. La manera més recomanable segons les pautes British Thoracic Society (BTS) segueix sent el test d'hipòxia (Hypoxic Challenge Testing - HCT) introduint nitrogen en una cabina de pletismografia reduint la FiO2 de 0.21-0.15 simulant les condicions durant vol i valorant el subministrament d'oxigen requerit. Aquesta tesi doctoral inclou 2 projectes de recerca relacionats amb HCT. 1. Projecte de recerca: HCT i asma bronquial: L'asma és una malaltia d'alta prevalença i, per tant, un problema major de salut pública, però no hi ha evidència de risc de hipòxia durant el vol després d'una exacerbació aguda en pacients pediàtrics. Realitzem HCT en pacients hospitalitzats després d'una exacerbació greu a les 24 hores de la retirada d'oxigen suplementari. Els pacients que es van mantenir amb una SaO2> 90% van superar la HCT i es van considerar "aptes per volar". Es van reclutar 51 nens. Abans d'iniciar HCT es va realitzar una espirometria. Els pacients que va fallar HCT en les primeres 24 hores van mostrar valors més baixos de FEV1. Després de 48 hores sense oxigen, tots ells (100%) van passar la prova. Segons els nostres resultats concloem que els nens hospitalitzats per exacerbació asmàtica, són aptes per a volar quan estan 48 hores sense precisar oxigen suplementari. 2. Projecte d'recerca: HCT i concentradors d'oxigen portàtils (COPs). El gold standard del subministrament d'oxigen a bord en termes d'efectivitat i seguretat continua sent poc clar. En 2016, l'Administració Federal d'Aviació (FAA, per les sigles en anglès) va aprovar l'ús a bord de COPs per al subministrament d'oxigen, però no hi ha evidència sobre el seu ús en altitud de creuer, especialment en nens. Vam provar l'efectivitat del rendiment dels COPs (flux continu vs. premut) realitzant HCT. 22 nadons ex-prematurs es van incloure en un estudi creuat aleatoritzat. En el cas de SaO2 ≤ 85%, l'oxigen es va administrar a través de COP. Es va aconseguir una reversió immediata de la hipòxia en tots els casos, el que demostra la capacitat dels COP per revertir la hipòxia induïda per HCT i per detectar la inspiració del pacient (COP flux premut) fins i tot en lactants ex-prematurs. En el futur, la seguretat durant el vol en edat pediàtrica s'ha de considerar com un problema de salut pública requerint una intensificació de la recerca en aquest camp específic.