Rolf F. Kroidl, Stefan Schwarz, Burghart Lehnigk et al.: Kursbuch Spiroergometrie – Technik und Befundung verständlich gemacht 1
Innentitel 4
Impressum 5
Widmung 6
Vorwort und Dank zur 3. Auflage 7
Geleitwort von Prof. Klaus F. Rabe 8
Geleitwort von Priv.-Doz. Dr. Gunter Wiest 9
Geleitwort von Prof. Karlman Wasserman 10
Anschriften 11
Inhaltsverzeichnis 12
Teil I – Grundkurs 18
1 Klinischer Einsatz und Nutzen der Spiroergometrie 19
1.1 Einst und jetzt: Empirie versus Messtechnik 19
1.2 Welche Informationen liefert die Spiroergometrie? 20
1.2.1 Information für den Laien 20
1.2.2 Information für den Kollegen 20
1.2.3 Information für einen (pneumologischen/kardiologischen) Fachkollegen 21
1.3 Indikation, Fragestellung, Einflussfaktoren, Risiken 21
1.4 Zuverlässigkeit der Messwerte 24
1.5 Spiroergometrie im Soll und Haben 25
1.5.1 Liquidation 25
1.6 Spiroergometrie liefert ein komplexes Bild 27
Literatur 27
2 Technische und formale Grundlagen 28
2.1 Gerätekunde 28
2.1.1 Originäre Werte – abgeleitete Werte 28
2.1.2 Atemgase – Sensorik von O2 und CO2 28
Allgemeines 28
Sensorik (O2- und CO2-Analyse) – Atemgasanalyse 29
2.1.3 (Atem-)Fluss und (Atem-)Volumen 31
Turbine 31
Differenzdrucksensoren (klassischer Pneumotachograf) 31
Anforderungen an die Messfühler 32
2.1.4 Probenschlauch (Sample Line) und andere „Kleinigkeiten“ 32
2.1.5 Datenflut und Mittelung der Werte 33
Datenmengen 33
Mittelung derWerte 33
2.1.6 Standardisierung der Aufzeichnung 34
2.1.7 Formale Aspekte der 9-Felder-Grafik (9-FG) – konventionelle und „neue“ Darstellung der 9 Felder 35
2.1.8 Kalibration und Eichung, Validierung und Qualitätskontrolle 35
2.1.9 Speicherung der Daten und Kommunikation mit Kollegen 36
2.2 Messparameter 36
2.2.1 Basisgrößen und abgeleitete Größen 37
2.2.2 Zusammengesetzte Größen 38
2.2.3 Luftdruck/Barometerdruck: „Historie“ 38
2.2.4 Anhang „Zweierlei Maß“ 39
2.2.5 Begriffe und Definitionen (Glossar) 39
2.2.6 Darstellung weiterer Messwerte und abgeleiteter Größen, die bei der Spiroergometrie Anwendung finden (eine Übersicht) 40
Ruhewerte und abgeleitete Größen 40
Messwerte unter Belastung 40
Blutgase (PaO2, PaCO2) und abgeleitete Größen 42
2.3 O2-Aufnahme und Belastungsprotokolle 43
2.3.1 O2-Aufnahme 43
2.3.2 Abschätzung der O2-Aufnahme in Ruhe und unter Belastung 45
Werte 45
Belastung 45
2.3.3 Wirkungsgrad bei ergometrischen Belastungen 45
2.3.4 Soll-Leistung bzw. Soll-V?O2 (in Watt und V?O2) bei Übergewicht 46
2.3.5 Belastungsprotokolle 47
Methodik und Geräte 47
Laufbandprotokolle 48
6-Minuten-Gehtest (6-MWT, 6-Minutes Walking Test) 52
Protokolle bei Fahrradergometrie 52
2.4 Portable Spiroergometrie – Einsatz in der Sport- und Arbeitsmedizin 55
2.4.1 Technischer Entwicklungsstand 55
2.4.2 Anwendungsbereiche 56
2.4.3 Belastungsprotokolle für die mobile Spiroergometrie 56
Anwendung im Arbeitsleben und im Sport 56
Stufentest 57
Streckentest 57
Messung von Bewegungsökonomie 59
2.4.4 Limitationen 59
2.4.5 Erfahrungsbericht: Mobile Spiroergometrie in der Arbeitsmedizin 60
2.5 Sollwerte 60
2.5.1 Allgemeines 60
2.5.2 Normwerte der Leistung in Watt 61
2.5.3 Normwerte der maximalen O2-Aufnahme 62
V?O2 peak/max 62
V?O2/kg KG (relative V?O2) 62
V?O2 bei der anaeroben Schwelle (V?O2VT 1 [AT]) 63
2.5.4 Formeln zur Errechnung der Soll-Watt-Belastung 63
2.6 „Navigationshilfe“ und Systematik der Auswertung für die 9-Felder-Grafik 63
2.6.1 Aufbau der 9-Felder-Grafik und Übersicht 64
Darstellungsreihenfolge 64
Blickdiagnose und systematische Auswertung 65
Pneumo- und Kardio-Blick 65
Skalierung der Achsen 66
Darstellung der Soll- und Referenzwerte 66
Isoplethe (Linie gleicher Zahlenwerte) 66
2.6.2 Systematik der Auswertung, Vorgehen und Reihenfolge 67
Grundlagen 67
Mitarbeit und kardiozirkulatorische Parameter 67
Ventilatorische Parameter 68
Atemeffizienz und Gasaustausch 70
Anhang: Bestimmung einer Steigung 71
2.7 Praxis im Funktionslabor: Ratgeber für Ärzte und Assistenzpersonal 72
2.7.1 Vorbereitung des Geräts 72
2.7.2 Vorbereitung des Patienten 73
2.7.3 Zeitfenster und zeitlicher Ablauf 74
Zeitaufwand 75
Erläuterungen zu den Begriffen Ruhephase, Erholungsphase, Leertreten 75
2.7.4 Klinische Beobachtung und Quantifizierung von Luftnot und Erschöpfung (Borg-Skala) 76
Dokumentation von Mitarbeit und technischer Qualität 77
Dokumentation von Umgebungsbedingungen und Einflussfaktoren 77
Borg-Skala 77
2.7.5 Spirometriekriterien einer akzeptablen Durchführung 79
Anleitung des Patienten 79
Akzeptanz- und Reproduzierbarkeitskriterien 79
2.7.6 Blutgasanalyse und Spiroergometrie 80
Methodik der Blutgasanalyse 80
Stellenwert und Qualitätskriterien der Blutgasanalyse 81
2.7.7 Überprüfung der vorliegenden Messung auf Qualität und Plausibilität 82
Formale und inhaltliche Kriterien 82
Literatur 83
3 Physiologische Grundlagen (Rekapitulation ausgewählter Themen) 85
3.1 Physiologie und Pathophysiologie der pulmonalen Adaptation 85
3.1.1 Weg des O2 „von der Nase zum Mitochondrium“ – Modell der 3 Zahnräder 85
Das erste Zahnrad 85
Übergang zum zweiten Zahnrad: Distribution und Diffusion 88
Übergang zum dritten Zahnrad: innere Atmung 90
3.2 Exkurs in die Atemphysiologie und Lungenfunktionsdiagnostik 90
3.2.1 Ventilation und Atemmechanik 90
Compliance/Elastizität 90
Resistance/Reibungswiderstand 92
Spirometrie und Fluss-Volumen-Kurve 93
Größen an der Atemruhelage: FRC, ITGV, EELV 94
Intrabreath-Kurven, dynamische Überblähung 96
Ti/Ttot 97
Parameter der Atemmuskelkraft und Beanspruchung 97
3.2.2 Diffusion 99
Definition, Begriffe und physiologische Grundlage 99
Störungen des Gastransfers 100
Kapillarkontaktzeit 100
Modelluntersuchungen für NO2 und CO 101
3.2.3 Mismatch, Ventilations-Perfusions-Verhältnis 102
Shunt 102
Ventilations-Perfusions-Mismatch 102
3.2.4 O2-Transport 103
Partialdrücke für O2 in verschiedenen Kompartimenten 103
Alveolokapillare Membran 104
PaO2, O2-Sättigung, Dissoziationskurve, Gehalt (Content [C]) 104
Krankheitsbilder mit Störung des Gasaustausches 106
Sonderfall Adaptation an Luftdruck in großen Höhen 107
3.2.5 Blutgasanalyse und Spiroergometrie 109
Indikationen für Belastungsblutgase unter klinischer Fragestellung 109
Hypoxämische (respiratorische) Insuffizienz 110
Ventilatorische Insuffizienz 111
Methodik der Blutgasanalyse (BGA) 112
3.3 Physiologie und Pathophysiologie der muskulären Adaptation 112
3.3.1 Allgemeine Muskelphysiologie 112
3.3.2 Spiroergometrie und Muskulatur 112
3.3.3 Periphere Muskulatur 113
Muskelkraft 113
Ausdauer 113
3.3.4 Muskelfasern 114
3.4 Physiologie und Pathophysiologie der kardiozirkulatorischen Adaptation 115
3.4.1 Physiologie und Pathophysiologie der Kardiozirkulation 115
Herz-Kreislauf-Physiologie unter Belastung 116
Physiologische kardiale Anpassung an körperliches Training beim Gesunden 121
3.4.2 Pathophysiologie der Herzinsuffizienz: Aspekte zur Spiroergometrie 122
Allgemeine Definition der Herzinsuffizienz 122
Diastolische und systolische Funktionsstörung 123
Messparameter bei Herzinsuffizienz 125
Pulmonale ventilatorische Effekte 129
Cheyne-Stokes-Atmung bei Herzinsuffizienz 131
Neurohumorale, kardiovaskuläre, sympathische und muskuläre Komponenten bei Herzinsuffizienz 132
3.5 Stoffwechsel – Energiebereitstellung 134
3.5.1 Begriffe: RER – R – RQ – innere und äußere Atmung 134
Messung am Mund (äußere Atmung) – Messung im Gewebe („am Mitochondrium“, innere Atmung) 134
Begriffe mit „R“ (R, RQ, RER) 134
3.5.2 Energiegewinnung 134
Primäre Energiegewinnung 135
Sekundäre Energiegewinnung 135
3.5.3 RER unter Belastung 138
Einflussfaktoren 138
RER und Energiegewinnung 138
3.5.4 Ventilatorische Schwellen (VT 1, VT 2) (physiologische Basis) 139
Physiologische Grundlage 139
3.6 Spiroergometrische Bestimmung der aerob-anaeroben Schwelle (VT 1 und VT 2) 142
3.6.1 Definitionen und Übersicht 142
Sprachliche Fallgrube „aerobe-anaerobe Schwelle“ 142
Übersicht 142
3.6.2 Warum ist die Bestimmung der VT 1 und VT 2 wichtig? 143
3.6.3 Wie werden VT 1 und VT 2 bestimmt? 143
Bestimmung der VT 1 144
Bestimmung der VT 2 145
3.6.4 Theorie und Praxis 146
Wo kann die VT 1 am besten erkannt werden? 146
Einfluss der Ventilation 147
3.6.5 Zusammenfassung zur aerob-anaeroben Schwelle 148
3.7 Sauerstofftransport (V?O2) und Spiroergometrie-Würfel 150
3.7.1 Energie- und Sauerstoffspeicher 150
3.7.2 Sauerstoffaufnahme 150
3.7.3 Sauerstoffpuls 153
3.7.4 Herzarbeit, Herzleistung, Kreislaufarbeit, Kreislaufleistung 153
3.8 Pathophysiologie der Dyspnoe 155
3.8.1 Einleitung und Versuch einer Definition 155
3.8.2 Language of Breathlessness 155
3.8.3 Modell der Wahrnehmung und Verarbeitung von Dyspnoe 156
3.8.4 Dyspnoe im Kontext kardiopulmonaler Erkrankungen 158
NYHA- und ATS-Klassifikation für Dyspnoe 158
Komplexe Scores für Dyspnoe: BODE-Index und St. George’s Questionaire 158
Beurteilung von Luftnot in der Spiroergometrie: Borg-Skala 159
3.8.5 Dyspnoe im Spiegel der Spiroergometrie 159
Belastungsdyspnoe kardial versus pulmonal 159
Belastungsdyspnoe bei chronisch obstruktiven Erkrankungen (COPD) 160
Belastungsdyspnoe und dynamische Überblähung (DH) 160
Literatur 162
Teil II – Aufbaukurs 166
4 9-Felder-Grafiken nach Wasserman 167
4.1 9-Felder-Grafik (9-FG) nach Wasserman – klassische und „neue“ Version (2013) 167
4.2 Aufbau der 9-Felder-Grafik und Einführung 168
4.3 9-Felder-Grafik: Felder zur Zirkulation und Leistung 171
4.3.1 Kardiozirkulatorische Felder im Überblick 171
4.3.2 Feld 3: V?O2 – V?CO2 – Rampe – RER 173
Grafische Darstellung von Feld 3 173
Parameter in Feld 3 173
Kinetik der Messwertkurven in Feld 3 176
Normwerte und Quantifizierung der Messparameter in Feld 3 179
4.3.3 Feld 2: Herzfrequenz – O2-Puls – Herzfrequenzreserve 179
Grafische Darstellung von Feld 2 179
Parameter in Feld 2 179
Kinetik der Messwertkurven in Feld 2 181
Normwerte und Quantifizierung der Messparameter in Feld 2 185
4.3.4 Feld 5: V?CO2/V?O2 – HR/V?O2 – V-Slope – HR-Korridor 186
Grafische Darstellung von Feld 5 186
Parameter in Feld 5 186
Kinetik der Messwertkurven in Feld 5 187
Normwerte und Quantifizierung der Messparameter in Feld 5 188
4.3.5 Feld 8: Respiratory Exchange Rate (RER) – Atemreserve (BR) – Laktatkurve 190
Grafische Darstellung von Feld 8 190
Parameter in Feld 8 190
Kinetik der Messwertkurven in Feld 8 190
Normwerte und Quantifizierung der Messparameter in Feld 8 191
4.4 9-Felder-Grafik: Felder zur Ventilation 191
4.4.1 Ventilatorische Felder im Überblick 191
4.4.2 Feld 1: V?E – Rampe – (BR) 192
Grafische Darstellung von Feld 1 192
Parameter in Feld 1 192
Kinetik der Messwertkurven in Feld 1 194
4.4.3 Feld 7: VT – V?E – BF – Isoplethen – BR 196
Grafische Darstellung von Feld 7 196
Parameter in Feld 7 196
Kinetik der Messwertkurven in Feld 7 197
Normwerte und Quantifizierung der Messparameter in Feld 1 und 7 199
4.5 9-Felder-Grafik: Felder zur Atemeffizienz (Atemökonomie) und zum Gasaustausch 199
4.5.1 Felder zur Atemeffizienz und zum Gasaustausch im Überblick 199
4.5.2 Atemeffizienz in Feld 4 und Feld 6: V?E – V?CO2 – Slope – Intercept 200
Parameter in Feld 4 und Feld 6 200
4.5.3 Feld 4 201
Grafische Darstellung von Feld 4 201
Kinetik der Messwertkurven in Feld 4 201
4.5.4 Feld 6 203
Grafische Darstellung von Feld 6 203
Kinetik der Messwertkurven in Feld 6 204
4.5.5 Feld 9: Gasaustausch 205
Grafische Darstellung von Feld 9 205
Parameter in Feld 9 205
Kinetik der Messwertkurven in Feld 9 208
Normwerte und Quantifizierung der Messparameter für Atemeffizienz und Gasaustausch 212
4.6 Spiroergometrie bei Kindern 213
4.6.1 Belastungsformen: Laufband versus Fahrrad 213
4.6.2 Abbruchkriterien 214
4.6.3 Besonderheiten in der Auswertung 214
4.6.4 Normwerte Sauerstoffaufnahme 214
4.7 Befunddokumentation – Standardisierung und Befundmitteilung im Arztbrief 215
4.7.1 Spiroergometriebericht: Wie, an wen und warum? 215
4.7.2 Spiroergometriebericht: Was sollte er enthalten? 216
Datenanalyse 216
Beurteilung 216
4.7.3 Beispiel eines Berichtes 216
„Maximalvariante“ 216
Bericht – kurz und knapp – für hausärztliche Belange 217
4.8 Atemstrategien 217
4.8.1 Strömungsbegrenzung und Flussreserve 217
4.8.2 Normalbefund 218
Messung der Intrabreath-Kurven und normales Atemmuster 218
4.8.3 Obstruktive Ventilationsstörungen 219
Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) 219
Dynamische Überblähung 219
4.8.4 Restriktive Ventilationsstörungen 221
Linksherzinsuffizienz 221
Lungenfibrose 222
4.8.5 Sonderfälle 222
Zentrale (extrathorakale) Atemwegsstenose 223
„Maligne“ Adipositas (BMI > 40)
4.9 Schemata charakteristischer 9-Felder-Grafiken 224
4.9.1 Normalbefund 224
4.9.2 Lungenfibrose 225
4.9.3 COPD und dynamische Überblähung 226
4.9.4 Linksherzinsuffizienz (NYHA III–IV) 227
4.9.5 Pulmonale Hypertonie (PH) und chronische thromboembolische pulmonale Hypertonie (CTEPH) 227
4.9.6 Schwere Adipositas mit Hypoventilation 229
4.9.7 Charakteristika von Sonderfällen (ohne Grafiken) 229
Literatur 230
5 Spezielle Themen: „Gut zu wissen“ 232
5.1 Wie schätze ich die vermutliche Leistungsfähigkeit des Probanden/Patienten ein? 232
5.1.1 Übersicht 232
5.1.2 Vorgehen in der Praxis 233
Gesunde Probanden: Sollwerte und Erfahrungswerte, z. B. Arbeitsmedizin 233
Kranke Probanden: Fragen nach Leistungsmerkmalen 235
Literatur 236
5.2 Spiroergometrie und präoperative Risikoabschätzung 237
5.2.1 Bedeutung 237
5.2.2 Risikoeinschätzung vor nicht kardiochirurgischen Eingriffen 237
Anästhesierisiko 237
Operationsrisiko 237
Risiko durch Komorbidität 238
Spezielle Risiken 242
5.2.3 Operationsrisiken bei großer Abdominalchirurgie 243
5.2.4 Risiken bei lungenresezierenden Eingriffen 243
Historische Betrachtung 243
Treppensteige-Test als präoperative Risikoevaluierung 244
Risiko-Score nach Brunelli für Thoraxchirurgie 244
Funktionelle Operabilität bei lungenresezierenden Eingriffen 244
Flussschema (Algorithmus) zur Beurteilung der pulmonalen Resektabilität nach Leitlinien 245
Stellenwert der Blutgase unter Belastung 247
Lungenresektion beim schwer eingeschränkten (COPD-)Patienten 248
Prä- und postoperative Funktionsdaten im Kurz- und Langzeitverlauf 249
Komplikationen und Langzeitüberleben aus Spiroergometriedaten 250
Literatur 250
Leitlinien 251
5.3 Klinische Anwendung der Spiroergometrie bei kardialen Krankheitsbildern 252
5.3.1 Übersicht 252
5.3.2 Herzinsuffizienz 252
Differenzialdiagnostische Ursachenabklärung einer Herzinsuffizienz 252
Abgrenzung gegenüber anderen leistungslimitierenden Krankheitsbildern 253
Graduierung der Herzinsuffizienz 253
Prognosebeurteilung bei Herzinsuffizienz 254
Medikamentöse spiroergometrische Effekte bei kardialer Insuffizienz 262
5.3.3 Koronare Herzerkrankung 263
5.3.4 Erworbene Herzklappenvitien 263
5.3.5 Komplexe angeborene Herzfehler 264
Links-rechts-Shunt 265
Rechts-links-Shunt 265
Bidirektionale Shunts 265
Vitien ohne Shunt 265
Leistungsspezifische Parameter bei angeborenen Vitien 265
Literatur 266
5.4 Methodik und klinische Anwendung der Inertgas-Rückatmungsmethode 267
5.4.1 Nicht invasive Methoden zur Bestimmung von pulmonalem Blutfluss, Schlagvolumen, Herzzeitvolumen und assoziierten Parametern im Rahmen der Spiroergometrie 267
5.4.2 Traditionelle Methoden zur Bestimmung von Herzzeitvolumen und arterio-venöser O2-Ausschöpfung 267
Rechtsherzkatheter 267
CO2-Rückatmungsmethode 267
5.4.3 Inertgas-Rückatmungsmethode 268
Ablauf des Rückatmungsmanövers und Bestimmung von pulmonalem Blutfluss und Herzzeitvolumen 269
Bestimmung der arterio-venösen Sauerstoffdifferenz 270
Validierung der Inertgas-Rückatmungsmethode 270
Durchführung der Inertgas-Rückatmung in der Praxis 272
Einschränkungen der Inertgas-Rückatmung bei definierten Pathologien und speziellen Bedingungen 272
5.4.4 Spiroergometrische Differenzialdiagnostik – klinischer Informationsmehrwert der Inertgas-Rückatmungsmethode 273
Physiologische Begründung für den Einsatz der Methode 273
Sauerstoffaufnahme als indirektes Maß für das Herzzeitvolumen? 273
Sauerstoffpuls als indirektes Maß für das Schlagvolumen? 274
5.4.5 Anwendung in der kardiozirkulatorisch-pulmonal-muskulären Differenzialdiagnostik 274
Beispiel 1: Prognosestellung und Selektion zur Herztransplantation bei chronischer Herzinsuffizienz 275
Beispiel 2: Belastbarkeit bei chronischer Herzinsuffizienz 275
Beispiel 3: Oxidative Trainingsreserven und Trainingsplanung bei Herzerkrankung 275
Beispiel 4: Kardiale Resynchronisationstherapie: Verbesserung der Leistungsfähigkeit durch kardiale und/oder muskuläre Effekte? 275
Beispiel 5: Pulmonalarterielle Hypertonie 277
Literatur 279
5.5 Hydraulische Herzleistung (Cardiac Power) und Kreislaufleistung (Circulatory Power) 279
5.5.1 Circulatory Power, Circulatory Stroke Work und Exercise Cardiac Power 279
Fallstricke dieser Parameter 280
5.5.2 Variablen der Herzleistung aus der kombinierten Spiroergometrie und Hämodynamikmessung 280
Cardiac Power Output (CPO) 280
Kardiale Reserve 280
Bedeutung von CPO und kardialer Reserve für die Interpretation spiroergometrischer Ergebnisse 280
Empirische Werte für das Cardiac Power Output 281
Cardiac Power Output in der prognostischen Beurteilung bei Herzinsuffizienz 281
Literatur 281
5.6 Spiroergometrie in der Rehabilitation 282
5.6.1 Allgemeine Gesichtspunkte der Spiroergometrie in der Rehabilitation 282
5.6.2 Einsatz der Spiroergometrie in der Rehabilitation bei pneumologischen Krankheiten (speziell COPD) 284
Messbarkeit von Trainingseffekten 285
Besonderheiten bei Schwerkranken 286
Durchführung und Trainingsintensität 287
Nachgewiesene Trainingseffekte 288
5.6.3 Training in der Rehabilitation bei Herzinsuffizienz – Die Bedeutung der Spiroergometrie 288
Veränderungen bei Herzinsuffizienz 288
Belastbarkeit für rehabilitatives Training 289
Trainingsintensität für ein Ausdauertraining 289
Belastungsreaktionen und Toleranz von Trainingsbelastungen 289
Objektivierung von Trainingseffekten 293
Beurteilung von Trainings- und Therapieeffekten: Varianz der spiroergometrischen Messwerte beachten 295
Literatur 295
5.7 Spiroergometrie bei pulmonaler Hypertonie 296
5.7.1 Pulmonale Hypertonie – ein heterogenes Erkrankungsspektrum 296
5.7.2 Diagnostik 296
Diagnosesicherung 296
Einsatzgebiete der Spiroergometrie bei pulmonaler Hypertonie 297
Typische Befunde bei pulmonal arterieller Hypertonie (PAH) 298
Früh- und Initialdiagnostik der pulmonalarteriellen Hypertonie 299
Differenzialdiagnostik einer unklaren Leistungslimitierung 299
PH-Unterformen – Differenzialdiagnostik mittels Spiroergometrie 300
5.7.3 Verlaufs- und Therapiekontrollen 301
5.7.4 Risikostratifizierung und prognostische Einschätzung 303
Leitlinien und Experten-Statements 303
Literatur 303
5.8 Spiroergometrie bei Adipositas 304
5.8.1 Adipositas – Erfahrungen aus der (pneumologischen) Praxis 304
Statistische Werte und eigene Daten 304
Klassifikation von Menschen mit BMI > 30
Die Quadratur des morbide Adipösen 305
Therapiemöglichkeiten 306
Fitness von Adipösen 306
5.8.2 Auswirkung eines hohen BMI auf die Atemmechanik und problematischer Bezug auf V?O2-Sollwerte 306
5.8.3 Adipositas – Beurteilung der Leistungsfähigkeit und Risikostratifikation aus kardiozirkulatorischer Sicht 308
Epidemiologie und kardiovaskuläres Risiko 309
Pathophysiologische Zusammenhänge 309
peak V?O2 bei Adipositas – Schwierigkeit einer korrekten Beurteilung der funktionellen Kapazität 309
Vertiefter, klärender Blick auf die kardiozirkulatorisch-metabolische Kapazität 311
Adipositas, peak V?O2 und perioperatives Risiko für kardiozirkulatorische Komplikationen 313
Literatur 313
5.9 Spiroergometrie in der Begutachtung, bei Bewertung und Beurteilung 313
5.9.1 Übersicht 313
Primat klinischer Einschätzung versus Daten aus der Funktionsdiagnostik 314
5.9.2 Welche Informationen liefert die Spiroergometrie bei der Bewertung und Beurteilung? 314
Zweidimensionale Betrachtung: Das Last-Kapazitäts-Verhältnis 315
Leistung und Leistungserfassung – Allgemeine Betrachtung Bezug Leistungsanforderung zu Leistungsvermögen 318
Arbeitsmedizinische Fragen 319
Bezugswerte und Sollwerte 322
Erwerbsminderungsrente 323
5.9.3 Spezielle Krankheitsbilder in der Begutachtung 323
Kardiovaskuläre Erkrankungen 323
Pneumologische Erkrankungen 324
Literatur 330
5.10 Sport- und Präventivmedizin: Spiroergometrie in der Ausdauerleistungsdiagnostik 331
5.10.1 Einführung 331
Trainingsziele 331
Belastungsuntersuchungen 331
Hilfreiche Internet-Adressen 332
5.10.2 Testbedingungen und Ausbelastung in der Sportmedizin 332
Modifizierende Faktoren bei Belastungsuntersuchungen 332
Probandenbedingungen 332
Ausbelastungskriterien 333
5.10.3 Schwellenbestimmung mittels Spiroergometrie und Laktatmessung 334
Laktatdiagnostik als Steuerungsparameter im Ausdauersport 334
Schwellenmodelle 335
5.10.4 Definition von Trainingszonen 337
Trainingssteuerung über die Herzfrequenz 338
Trainingssteuerung anhand von Schwellenkonzepten 339
5.10.5 Einsatzindikationen von Trainingszonen 341
5.10.6 V?O2 und Energieverbrauch 344
Definition von Grundumsatz und Ruheumsatz 344
Indirekte Kalorimetrie unter Belastung 344
Bedeutung der indirekten Kalorimetrie für die Trainingssteuerung 345
5.10.7 Beurteilung sportlicher Ausdauerleistungsfähigkeit 347
Interindividuelle Beurteilung der Leistungsfähigkeit 347
Intraindividuelle Beurteilung der Leistungsfähigkeit 352
5.10.8 Präventivmedizinische Effekte verschiedener Trainingsmethoden 352
Literatur 353
Teil III – Abschlusskurs 356
6 Standards bei der Durchführung der Spiroergometrie 357
6.1 Formale Aspekte 357
6.1.1 Indikationen 357
6.1.2 Stellenwert der Blutgasanalyse 357
6.1.3 Abbruchkriterien 357
6.1.4 Ziel des Belastungstests 358
6.1.5 Apparative Voraussetzungen 358
6.2 Einflussfaktoren 358
6.2.1 Belastungsform und -art 359
6.2.2 Komponenten im Belastungsverlauf 359
6.2.3 Rampenhöhe und Belastungsdauer 361
6.3 Standards während der Belastung 361
6.3.1 Intrabreath-Manöver 361
6.3.2 Blutgase 361
6.3.3 Standardisierung der Belastungsgrafiken 362
6.3.4 Plausibilitätsprüfungen während und nach CPET 362
6.4 Auswertung und Befundweitergabe 363
6.4.1 Auswertung 363
6.4.2 Befundweitergabe 363
6.4.3 Kommunikation über Befunde 363
Literatur 364
7 Fallbeispiele 366
7.1 Technische und formale Fallstricke 366
7.1.1 Beispiel 1: Ungünstige Skalierungen und Belastungsform verhindern die Erkenntnis 366
7.1.2 Beispiel 2: Kooperation (Hypo- und Hyperventilation) 367
7.1.3 Beispiel 3: RER (RQ) nicht plausibel – Fehler im Gasanalysator 368
7.1.4 Beispiel 4: RER (RQ) nicht plausibel – Fehler beim Eingeben von Zahlenwerten der Eichgase ins System 369
7.1.5 Beispiel 5: RER zu hoch – anhaltend hohe RER, kein Leertreten 369
7.1.6 Beispiel 6: O2-Sensor liefert zu niedrige Messwerte 370
7.1.7 Beispiel 7: Nicht adäquate Ventilation wegen Undichtigkeit der Maske 372
7.1.8 Beispiel 8: Wechsel von Nasen- zu Mundatmung, unkorrekte Reihenfolge der BGA-Eingaben, Fokussierung auf einzelne Felder 372
7.1.9 Beispiel 9: Sample Line (Probenschlauch) verstopft 376
7.2 Kasuistiken – Sonderfälle 379
7.2.1 Kasuistik 1: Beratung zum Freizeitsport 379
Spiroergometrie 379
7.2.2 Kasuistik 2: CPET und Anämie (Oberlappenkarzinom und Kolonpolypen) 382
7.2.3 Kasuistik 3: Spiroergometrie in 1300 und in 4300 m Höhe 383
Pathophysiologische Betrachtungen 384
Spiroergometrie 384
7.2.4 Kasuistik 4: Völlige Leistungsschwäche bei mitochondrialer Myopathie (Enzymstörung in der Atmungskette) 386
Spiroergometrie 387
Pathophysiologische Betrachtung 388
Literatur 389
7.3 Kasuistiken mit vorwiegend pneumologischer Problematik 389
7.3.1 Kasuistik 1: Alveolarproteinose (Alveoläres Füllungssyndrom) 389
Spiroergometrie 390
7.3.2 Kasuistik 2: Bullöses Lungenemphysem vor und nach Lungenvolumenreduktion (LVR) 392
Spiroergometrien 392
Pathophysiologische Betrachtung 394
7.3.3 Kasuistik 3: Intrinsic Asthma mit Hypoventilation 396
7.3.4 Kasuistik 4: Multiple AV-Malformationen 400
Spiroergometrie 400
Verlauf 401
Pathophysiologische Betrachtung 402
7.3.5 Kasuistik 5: Sarkoidose, Verlaufskontrolle unter Therapie 402
Spiroergometrie 403
Pathophysiologische Betrachtung 404
7.3.6 Kasuistik 6: Hypoventilation bei zentraler Atemantriebsstörung und Schlafapnoe-Syndrom 406
Spiroergometrie 406
7.3.7 Kasuistik 7: Hypoventilation bei extrathorakaler Stenose (subglottisches Lymphom) 407
Spiroergometrie mit BGA 408
Pathophysiologische Betrachtung 409
7.3.8 Kasuistik 8: Lungentransplantation (LTX) bei COPD 410
Spiroergometrie vor Transplantation 410
Verlauf 411
Spiroergometrie nach Transplantation 411
Pathophysiologische Betrachtung 413
7.3.9 Kasuistik 9: Operation eines Bronchialkarzinoms bei ausgedehntem Lungenemphysem 413
Spiroergometrie 414
Klinischer Verlauf 414
Pathophysiologische Betrachtung, Abwägung der Operabilität 415
7.3.10 Kasuistik 10: Bronchialkarzinom: Totraumventilation – präoperative Risikobewertung 417
Spiroergometrie 418
Einschätzung der Operabilität 420
7.3.11 Kasuistik 11: Ventilatorische Limitierung bei Lungenfibrose (UIP-Muster) 421
Spiroergometrie 421
Pathophysiologische Betrachtung 423
7.3.12 Kasuistik 12: Ventilatorische Limitierung bei Langerhans-Zell-Histiozytose (LCH) 424
Spiroergometrie 425
Klinischer Verlauf 427
Pathophysiologische Betrachtung 427
Literatur 427
7.4 Kasuistiken mit vorwiegend kardiologischer Problematik 428
7.4.1 Kasuistik 1: Freizeitsportler mit Herzrhythmusstörung 428
Spiroergometrie 428
7.4.2 Kasuistik 2: Präoperative Beurteilung, Pneumektomie 430
Spiroergometrie 430
Weiteres Vorgehen und Verlauf 430
7.4.3 Kasuistik 3: Chronisch thromboembolische pulmonale Hypertonie (CTEPH) 432
Spiroergometrie 432
Pathophysiologische Betrachtung 434
7.4.4 Kasuistik 4: Idiopathische pulmonale Hypertonie vor und unter Therapie 434
Spiroergometrie vor Therapie 434
Klinische Diagnose und Therapie 435
Spiroergometrie unter Therapie 11/2006 435
Pathophysiologische Betrachtung 437
7.4.5 Kasuistik 5: Asylbewerber mit Leistungsschwäche, Kooperationsmangel? – Sarkoidose mit Beteiligung von Herz und Lunge 437
Spiroergometrie 437
7.4.6 Kasuistik 6: Ironman mit Herzleiden (DCM und HTX bei einem Leistungssportler) 439
Spiroergometriebefund Mai 2002 439
Weiterer klinischer Verlauf 440
Spiroergometrische Verlaufsbeobachtung 441
7.4.7 Kasuistik 7: Univentrikuläres Herz (Single Ventricle) 441
Hintergrund 441
Spiroergometrie und Bewertung 442
Pathophysiologisch-klinische Betrachtung 445
7.4.8 Kasuistik 8: Herzinsuffizienz bei dilatativer Kardiomyopathie, EOV? 445
Spiroergometrie 446
Pathophysiologische Betrachtung 446
7.4.9 Kasuistik 9: Hochgradige pseudoasymptomatische Aortenklappenstenose 448
Spiroergometrie, Test 1 (präoperativ) 448
Verlauf 449
Spiroergometrie, Test 2 (3,5 Monate nach OP) 450
Pathophysiologische Betrachtung 451
7.4.10 Kasuistik 10: Leistungseinschränkung bei operiertem Ventrikelseptumdefekt 452
1. Spiroergometrie 453
3. Spiroergometrie mit BGA 453
Fahrrad-Stressechokardiografie 454
Weitere Untersuchungen und Diagnosestellung 455
7.4.11 Kasuistik 11: Koronare Herzerkrankung und Bronchialkarzinom 456
Spiroergometrie 456
Weiterer Verlauf 458
7.4.12 Kasuistik 12: Herzinsuffizienz, Pleuraerguss, Niereninsuffizienz und Lymphadenopathie 459
Spiroergometrie 460
Weitere Diagnostik und Verlauf 460
Pathophysiologische Betrachtung 462
Literatur 463
7.5 Sport- und Fitnessberatung 463
7.5.1 Kasuistik 1: Spiroergometrie in der Trainingsberatung 463
Spiroergometrie 463
Ableitung der Trainingsempfehlungen 466
7.5.2 Kasuistik 2: Indirekte Kalorimetrie zur Wettkampfplanung bei einem Triathleten 467
Spiroergometrie 467
7.6 Arbeitsmedizin und Bewertung/Begutachtung 470
7.6.1 Kasuistik 1: Asbestose mit schwerer Restriktion 470
Spiroergometrie 471
Bewertung 471
7.6.2 Kasuistik 2: Laryngeale und tracheale Stenose mit Hypoventilation 473
1. Spiroergometrie (Bestimmung der Spitzenleistung) 474
Gutachterliche Zwischenbewertung und Diskussion 474
2. Spiroergometrie (Bestimmung der Dauerleistung) 476
Pathophysiologische Betrachtung 477
7.6.3 Kasuistik 3: Spiroergometrie in der Arbeits- und Sozialmedizin: Studie Leistungserfordernis im „Housekeeping“ 477
Studienaufbau und Methodik 477
Ergebnisse 478
Literatur 481
Teil IV – Anhang 482
8 Überprüfen Sie Ihr Wissen 483
8.1 Fragen 483
8.1.1 Gerätekunde, Messtechnik, Praxis im Funktionslabor (Kap. 2) 483
8.1.2 O2-Aufnahme und Belastungsprotokolle (Kap. 2.3) 483
8.1.3 Gasaustausch (Pathophysiologie, Kap. 3.1 u. Kap. 3.2) 484
8.1.4 Atemmechanik (Pathophysiologie, Kap. 3.2) 484
8.1.5 Muskelkraft (Kap. 3.3) 485
8.1.6 Herzinsuffizienz (Pathophysiologie, Kap. 3.4) 485
8.1.7 Stoffwechsel (Kap. 3.5) 486
8.1.8 Aerob-anaerobe Schwelle (Kap. 3.6) 486
8.1.9 Dyspnoe (Kap. 3.8) 487
8.1.10 9-Felder-Grafik – Zirkulation und Leistung (Kap. 4.3) 487
8.1.11 9-Felder-Grafik – Ventilation (Kap. 4.4) 488
8.1.12 9-Felder-Grafik – Gasaustausch (Kap. 4.5) 488
8.1.13 Wie schätze ich die Belastbarkeit des Probanden/Patienten ein? (Kap. 5.1) 489
8.1.14 Risikoabschätzung, z. B. vor Operationen (Kap. 5.2) 489
8.1.15 Spiroergometrie bei Herzinsuffizienz (Kap. 5.3) 490
8.1.16 Spiroergometrie und Rehabilitation (Kap. 5.6) 490
8.1.17 Spiroergometrie und Begutachtung (Kap. 5.9) 491
8.2 Antworten 491
8.2.1 Gerätekunde, Messtechnik, Praxis im Funktionslabor (Kap. 2) 491
8.2.2 O2-Aufnahme und Belastungsprotokolle (Kap. 2.3) 492
8.2.3 Gasaustausch (Pathophysiologie, Kap. 3.1 u. Kap. 3.2) 493
8.2.4 Atemmechanik (Pathophysiologie, Kap. 3.2) 493
8.2.5 Muskelkraft (Kap. 3.3) 494
8.2.6 Herzinsuffizienz (Pathophysiologie, Kap. 3.4) 494
8.2.7 Stoffwechsel (Kap. 3.5) 494
8.2.8 Aerob-anaerobe Schwelle (Kap. 3.6) 494
8.2.9 Dyspnoe (Kap. 3.8) 495
8.2.10 9-Felder-Grafik – Zirkulation und Leistung (Kap. 4.3) 495
8.2.11 9-Felder-Grafik – Ventilation (Kap. 4.4) 495
8.2.12 9-Felder-Grafik – Gasaustausch (Kap. 4.5) 496
8.2.13 Wie schätze ich die Belastbarkeit des Probanden/Patienten ein? (Kap. 5.1) 496
8.2.14 Risikoabschätzung, z. B. vor Operationen (Kap. 5.2) 497
8.2.15 Spiroergometrie bei Herzinsuffizienz (Kap. 5.3) 497
8.2.16 Spiroergometrie und Rehabilitation (Kap. 5.6) 497
8.2.17 Spiroergometrie und Begutachtung (Kap. 5.9) 497
9 Weiterführende Informationen 498
9.1 Fitnesskategorien, Sollwerte für die maximale Leistung, Leistungseinschätzung 498
9.2 Kardiologische Einschätzung 499
9.3 Spezielle Parameter zur Spiroergometrie 500
9.4 Maximale Sauerstoffaufnahme und maximale Leistung 502
9.4.1 Formeln für Errechnung der Soll-Watt-Belastung 502
9.4.2 Formeln zur Berechnung der maximalen V?O2 503
9.4.3 Formeln zur Berechnung der maximalen V?O2/kg Körpergewicht 504
Literatur 504
10 Historische Aspekte 505
10.1 Spiroergometrie in Deutschland – Wie es war und wie es ist 505
10.1.1 Kurze Darstellung der Geschichte von Belastungsuntersuchungen 505
10.1.2 Die aerob-anaerobe Schwelle 507
10.1.3 Fazit 509
10.2 How It Really Happened – Exercise Gas Exchange, Breath-by-Breath 510
11 Ein persönliches Nachwort zur Spiroergometrie-Arbeitsgruppe 512
Sachverzeichnis 513