Spiroergometrie

Die Spiroergometrie, auch Ergospirometrie genannt, ist eine Methode, bei der über die Messung der Atemgase, in Ruhe und unter Belastung, Aussagen über die Herz- und Lungenleistung möglich ist. Diese Methode misst kontinuierlich das Atemvolumen und den Anteil von CO₂ und O₂ in der Atemluft und bietet, davon abgeleitet, eine Vielzahl von Informationen an.

Zur korrekten Messung der Luftmengen und der Atemgase trägt die Untersuchungsperson eine Gesichtsmaske, an die ein Volumensensor und auch ein Absaugschlauch angeschlossen sind, über den die Bestimmung der Zusammensetzung der Atemgase im Spirometriegerät erfolgt.

Die wichtigsten Messwerte sind das Atemminutenvolumen (AMV), die Sauerstoffaufnahme, die Kohlendioxidabgabe und die Atemfrequenz.
Daraus lassen sich eine Reihe spezieller Werte ableiten. Der respiratorische Quotient, das Atemäquivalent für Sauerstoff, das Atemäquivalent für Kohlendioxid und das Atemzugvolumen. 

Zielsetzung der Spiroergometrie

Die Spiroergometrie ist eine umfassende Methode, die zur Beurteilung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit dient. Dieses Verfahren misst die körperliche Ausdauer und die Effizienz, mit der das Herz, die Lungen und die Muskulatur während körperlicher Belastung zusammenarbeiten. Die Hauptziele der Spiroergometrie umfassen:

• Diagnostik: Erkennung und Unterscheidung von Herz-, Lungen- und Gefäßerkrankungen.
• Leistungsbeurteilung: Bewertung der sportlichen Leistungsfähigkeit und Optimierung von Trainingsplänen.
• Therapiekontrolle: Überwachung des Effekts medizinischer oder rehabilitativer Maßnahmen bei Patienten mit chronischen Erkrankungen.
• Risikoeinschätzung: Präoperative Bewertung zur Einschätzung des Operationsrisikos, besonders bei Patienten mit bekannten Herz-Kreislauf- oder Lungenerkrankungen.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

Die Spiroergometrie ist ein wichtiges Instrument zur Abklärung von Luftnot (Dyspnoe) bei körperlicher Belastung (Belastungsdyspnoe). Herz- und Lungenerkrankungen können ebenso Ursache von Luftnot sein wie Stoffwechselstörungen oder hormonelle Erkrankungen.
Bei Gesunden erlaubt die Methode eine Leistungsmessung und bei Sportlern eine Beurteilung des Trainingszustandes und des Leistungsfortschrittes.

Die Spiroergometrie erlaubt es, Lunge und Herz als Einheit zu sehen, die unter den Bedingungen des Stoffwechsels dargestellt wird. Die Spiroergometrie gibt somit nicht nur Informationen über das Herzkreislaufsystem und die Lunge, sondern auch über die Muskulatur, den Trainingszustand, über das Skelett- und Nervensystem sowie über die Zellatmung. Die Methode ist hervorragend geeignet, um bei Kranken, z. B. vor einer größeren Operation, die Lungenfunktion und die Herz-Kreislauf-Funktion zu beurteilen und damit das Operationsrisiko für die betreffende Person besser einzuschätzen. Aber nicht nur Kranke profitieren von dieser Methode, auch viele Gesunde nutzen sie zur Beurteilung des Trainingszustandes, um Leistungsreserven auszuloten oder Leistungsgrenzen zu beschreiben und gesundheitliche Risiken des Sportes auszuschließen.

In den vergangenen Jahren ist die Spiroergometrie sowohl im Breitensport als auch im Leistungssport zunehmend wichtig geworden.

Das Verfahren

Konkret erlaubt die Methode die Kontrolle der Leistungsintensität über die Messung der anaeroben Schwelle (Synonym: Laktatschwelle; bezeichnet die höchstmögliche Belastungsintensität, welche gerade noch unter Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszustandes zwischen Bildung und Abbau von Lactat erbracht werden kann) und der tatsächlichen Sauerstoffaufnahme und erlaubt zusätzlich eine Differenzierung nach kardiologischen und pulmonologischen Gesichtspunkten.

Vonseiten des Herzens interessieren die Herzfrequenz und die anaerobe Schwelle sowie der Sauerstoffpuls und die CO₂-Konzentration in Bezug auf die Ventilation.
Von pulmonologischer Seite interessieren die Messdaten der Atemreserve, der Atemmuster, der Flussvolumenkurve und die Abschätzung einer Gasaustauschstörung.

NEUN-Felder-Graphik

Für speziell Interessierte sei hier angeführt, dass die Fülle von Daten, die während und nach einer Belastung am Laufband oder am Fahrradergometer im Sitzen aufgezeichnet wird, von einem Computer verarbeitet und über eine NEUN-Felder-Graphik dargestellt wird. Erst diese differenzierte graphische Darstellung erlaubt es, im Einzelnen zwischen kardialen und pulmonalen Faktoren zu unterscheiden bzw. die Komplexität des Gesamtbildes darzustellen.

• Das erste Feld gibt Auskunft zum erreichten Atemminutenvolumen im Vergleich zu individuellen Sollwerten.
• Das zweite Feld gibt Auskunft über den Verlauf der Herzfrequenz über die Belastungszeit und den Sauerstoffpuls.
• Das dritte Feld ermöglicht Aussagen zur Leistungsfähigkeit und auch zur Mitarbeit.
• Das vierte Feld liefert eine Blickdiagnose in Bezug auf die Ventilation und den Stoffwechsel und gibt damit einen Hinweis auf die Atemeffizienz.
• Das fünfte Feld gibt Einblick in die Entwicklung der Herzfrequenz im Verhältnis zur Sauerstoffaufnahme und ergänzt damit die Informationen vom Feld zwei, es gibt weiterhin Auskunft über die Beziehung zwischen Sauerstoffaufnahme und CO₂-Abgabe und damit über den aroben-anaeroben Übergang (anaerobe Schwelle).
• Im sechsten Feld wird die Atemeffizienz dargestellt.
• Im Feld Nummer sieben lässt sich als Blickdiagnose die Minutenventilation im Verhältnis zum Atemzugvolumen und Atemfrequenz erkennen und damit ermöglicht es eine erste Einschätzung einer eventuellen Atemstörung im Sinne einer Obstruktion oder Restriktion.
• Das achte Feld stellt den Gasaustausch in der Lunge dar, dies gibt Auskunft in über die Ausbelastung und über die Erholungsphase.
• Feld Nummer neun ist ebenfalls für die Betrachtung des Gasaustausches vorgesehen, besonders wenn zusätzlich die Werte der Blutgasanalyse eingegeben werden. Daraus lassen sich die Werte für den alveolär-arteriellen Gasaustauch sowie für den CO₂-Gasaustausch ablesen.

Bei der Fülle der Daten, die durch eine Spiroergometrie gewonnen werden, darf nicht vergessen werden, dass die Analyse dieser Daten ist sehr zeitaufwendig und mit einer Reihe von Fehlerquellen behaftet ist. Daher gilt es, die Werte in Zusammenhang mit der Erkrankung oder des Einzelnen zu sehen, zum Nutzen des Kranken und zur korrekten Beurteilung des Leistungsvermögens des Gesunden.

Mögliche Befunde der Spiroergometrie

Die Ergebnisse der Spiroergometrie können eine breite Palette an physiologischen Reaktionen aufzeigen, die auf verschiedene medizinische Zustände hinweisen:

• Normale Leistungsfähigkeit: Kennzeichnet einen gesunden kardiopulmonalen Status und eine angemessene Reaktion auf Belastung.
• Verminderte maximale Sauerstoffaufnahme (VO₂max): Kann auf eine eingeschränkte kardiovaskuläre Leistungsfähigkeit, Lungenfunktionseinschränkungen oder unzureichende körperliche Kondition hindeuten.
• Erhöhte Atemökonomie: Deutet auf eine effiziente Atemarbeit und gute körperliche Anpassung an Belastungen hin.
• Reduzierte Atemreserve: Kann auf eine obstruktive oder restriktive Lungenpathologie hindeuten.
• Abnormale Sauerstoffpulse: Ein abnorm niedriger Sauerstoffpuls könnte auf eine Herzschwäche hinweisen, während ein erhöhter Wert auf eine maximale körperliche Anstrengung hindeutet.
• Frühes Erreichen der anaeroben Schwelle: Indiziert eine eingeschränkte Ausdauerfähigkeit, die durch kardiovaskuläre Limitationen, Lungenfunktionseinschränkungen oder eine schlechte Kondition verursacht sein kann.
• Pathologische Gasaustauschmuster: Abweichungen können auf spezifische Lungenprobleme wie ein Emphysem (Lungenüberblähung) oder interstitielle Lungenerkrankungen hinweisen.

Integration der Befunde

Die Interpretation der Spiroergometrie muss stets im Kontext der individuellen klinischen Vorgeschichte und weiterer diagnostischer Ergebnisse erfolgen. Die umfassende Beurteilung der Leistungsfähigkeit, Symptomatik und kardiopulmonalen Funktion ermöglicht es Medizinern, präzise Therapieempfehlungen zu formulieren u