Kursbuch Spiroergometrie

Technik und Befundung verständlich gemacht

Herausgegeben vonRolf F. KroidlStefan SchwarzBurghart LehnigkJürgen Fritsch

Mit Beiträgen vonDaniel DumitrescuAndreas GreiwingAlfred HagerWildor HollmannKatharina MeyerRalph SchomakerHubert N. TrötschlerKarlman Wasserman

3. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

507 Abbildungen

Georg Thieme VerlagStuttgart · New York

ImpressumBibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikationin der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografischeDaten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

© 2015 Georg Thieme Verlag KGRüdigerstr. 1470469 StuttgartDeutschlandwww.thieme.de

Printed in Germany

1. Auflage 20072. Auflage 2010

Redaktion: Dr. Antje Merz-Schönpflug, EitelbornZeichnungen: Heike Hübner, BerlinUmschlaggestaltung: Thieme VerlagsgruppeUmschlagfoto: Kirsten Oborny, StuttgartSatz: Ziegler und Müller, KirchentellinsfurtDruck: Aprinta Druck GmbH, Wemding

ISBN 978-3-13-143443-2 1 2 3 4 5 6

Auch erhältlich als E-Book:eISBN (PDF) 978-3-13-157253-0eISBN (epub) 978-3-13-176033-3

Wichtiger Hinweis: Wie jede Wissenschaft ist die Medizin ständi-gen Entwicklungen unterworfen. Forschung und klinische Erfah-rung erweitern unsere Erkenntnisse, insbesondere was Behandlungund medikamentöse Therapie anbelangt. Soweit in diesem Werkeine Dosierung oder eine Applikation erwähnt wird, darf der Leserzwar darauf vertrauen, dass Autoren, Herausgeber und Verlag großeSorgfalt darauf verwandt haben, dass diese Angabe dem Wissens-stand bei Fertigstellung des Werkes entspricht.Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformenkann vom Verlag jedoch keine Gewähr übernommen werden. JederBenutzer ist angehalten, durch sorgfältige Prüfung der Beipackzet-tel der verwendeten Präparate und gegebenenfalls nach Konsulta-tion eines Spezialisten festzustellen, ob die dort gegebene Empfeh-lung für Dosierungen oder die Beachtung von Kontraindikationengegenüber der Angabe in diesem Buch abweicht. Eine solche Prü-fung ist besonders wichtig bei selten verwendeten Präparaten odersolchen, die neu auf den Markt gebracht worden sind. Jede Dosie-rung oder Applikation erfolgt auf eigene Gefahr des Benutzers.Autoren und Verlag appellieren an jeden Benutzer, ihm etwa auffal-lende Ungenauigkeiten dem Verlag mitzuteilen.

Geschützte Warennamen (Warenzeichen®) werden nicht immerbesonders kenntlich gemacht. Aus dem Fehlen eines solchen Hin-weises kann also nicht geschlossen werden, dass es sich um einenfreien Warennamen handelt.Das Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich ge-schützt. Jede Verwendung außerhalb der engen Grenzen des Ur-heberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässigund strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Überset-zungen, Mikroverfilmungen oder die Einspeicherung und Verarbei-tung in elektronischen Systemen.

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Widmung

Die Herausgeber und Mitarbeiter des Kursbuch Spiroergometriedanken den Professoren Karlman Wasserman und Wildor Hollmannfür Forschung und Lehre.

The editors and contributors to the Kursbuch Spiroergometriegratefully acknowledge research and teaching toprofessors Karlman Wasserman and Wildor Hollmann.

Wildor HollmannKarlman Wasserman

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Vorwort und Dank zur 3. AuflageDürfen wir uns Illusionen hingeben, z. B. der, ein Kurs-buch zur Spiroergometrie mit nahezu „Ewigkeitswert“fehlerfrei zu erstellen? Nein! Und das ist gut so.

2007 erschien die 1. Auflage, 2010 die 2. Auflage desKursbuchs Spiroergometrie. In den Jahren seither habenwir viel dazugelernt, und so wird und soll es (hoffent-lich!) auch weiterhin bleiben.

Die Gruppe der drei Herausgeber (Rolf F. Kroidl, StefanSchwarz, Burghart Lehnigk) ist zu einer Vierergruppe ge-worden. Jürgen Fritsch – niedergelassener Kardiologe ausKöln – ist uns seit den frühen 1990er-Jahren in der Spiro-ergometrie eng und freundschaftlich verbunden. Er hateine gewisse vormalige „Lungen-Lastigkeit“ effektiv aufdas gebotene physiologische Gleichgewicht korrigiert.

Wir – das sind zum einen die Autoren, zum anderendie Gruppe der an der Spiroergometrie Interessierten,mit denen wir in Diskussion und Austausch sind. In denSpiroergometrie-Seminaren wird durch scheinbar „ein-fache“ Fragen Grundsätzliches angesprochen. Dies fördertunser Verständnis und unsere didaktische Klarheit. DerVersuch, etwas zu erklären, ist entscheidend zum eigenenvertiefenden Durchblick. Auf diese Partnerschaft möchtenwir nicht verzichten. Dank an Querdenker und Nach-frager.

Auf den Jahrestreffen der Spiroergometrie-Arbeits-gruppe (www.ag-spiroergometrie.de) wurden wir seit Er-scheinen der 1. Auflage (2007) überreichlich mit sehr an-regenden Themen konfrontiert, mit „neuen Parametern“und unerwarteten Einwänden. Kurz, Spiroergometrie istund bleibt spannend. Wir erleben eine den (künstlich-formalen) Facharztrahmen übergreifende Diskussion unddie Offenheit, miteinander zu lernen. Dank an alle Betei-ligten.

Bei dem Jahrestreffen 2014 (in Köln) hatten wir dieEhre, beide Väter der Spiroergometrie gemeinsam zu be-grüßen. Mit Freude widmen wir dieses Kursbuch unserenLehrern Prof. Karlman Wasserman und Prof. Wildor Holl-mann.

Der Versuch, ein etwas umfängliches Manuskript übervielfaches Korrekturlesen fehlerfrei zu bekommen, wirdscheitern. Offensichtlich korrigiert man eine ganze Men-ge „nur“ subkortikal und nicht auf dem Papier, abgesehendavon, dass aufkommende Betriebsblindheit manche Un-gereimtheiten und Stolpersteine gar nicht erkennen lässt.Zwei Kollegen haben mit spitzem Bleistift die 2. Auflagegenau durchgelesen und haben uns Unklarheiten auf-gezeigt und viele Anregungen hinterlassen. Dank an un-sere Fachkollegin, Frau Dr. Ellen Böhm in Hannover, undan Herrn Frieder Grävemeyer auf der Insel Borkum.

Wir konnten in Bezug auf die 2. Auflage weitere Ko-autoren gewinnen, die in speziellen Kapiteln ihre Fach-kunde einbringen. Daniel Dumitrescu gibt eine präziseÜbersicht zum Stellenwert der Spiroergometrie bei pul-

monaler Hypertonie (Kapitel 5.7). Hubert Trötschler ver-fügt in seiner lungenärztlichen Praxis über große prakti-sche Erfahrungen bei Patienten mit hohem BMI, oft inKombination mit Hypoventilation und Schlafapnoe (Kapi-tel 5.8.1). Dies trifft auch für Katharina Meyer zu, die diespiroergometrischen Daten bei Adipositas mit der damitverbundenen (Patho-)Physiologie in Kapitel 5.8.3 präsen-tiert. Überdies hat Katharina Meyer profunde Erfahrun-gen mit einer für uns noch weitgehend neuen Mess-methodik: Die Möglichkeiten der Inertgas-Rückatmungs-methode (IGR-Methode) werden in Kapitel 5.4 ausgiebigbeschrieben und kritisch gewürdigt. Neue – besser gesagt„erweiterte“ – Parameter in der Kardiologie werden inStudien erarbeitet. Deren pathophysiologischer Hinter-grund eröffnet sich in dem Beitrag von A. Hager in Kapitel3.7 (Sauerstofftransport und Spiroergometrie-Würfel);dieses Thema wird ergänzend auch von K. Meyer auf-gegriffen (Kapitel 5.5: Hydraulische Herzleistung [CardiacPower] und Kreislaufleistung [Circulatory Power]). Derklinische Mehrwert dieser „neuen Parameter“ wird indem Beitrag „Klinische Anwendung der Spiroergometriebei kardialen Krankheitsbildern“ (Kapitel 5.3) kritisch be-leuchtet. Bewährt ist der spezielle Beitrag zur Spiroergo-metrie im Kindesalter von A. Hager (Kapitel 4.5) sowieder Einsatz dieser Methode bei „Gesunden“ und solchen,die gesund bleiben wollen, nämlich Spiroergometrie inder Präventiv- und Sportmedizin (Kapitel 5.10 von RalphSchomaker und Andreas Greiwing).

Herzlichen Dank an die Koautoren.Inhaltlich nicht einem konkreten Kapitel zugeordnet,

aber für Struktur und fachlichen Inhalt unverzichtbar istder Eintrag (man sagt jetzt meist „Input“) vieler Kollegin-nen und Kollegen, die uns mit Hinweisen, Diskussionen,Nachfragen bereichert haben. Besonders möchten wirWalter Schwittai (Giebelstadt), Nikolaus Selzer (Lampert-heim) und Andreas Kappos (Frankfurt) danken. Im wichti-gen „Hintergrund“ hilft uns Holger Bestmann (Adendorf).Der Offenheit und dem freundschaftlichen Wohlwollenseitens der drei Sprecher und dem Geschäftsführer der Ar-beitsgruppe Spiroergometrie sei gleichfalls Dank gezollt.

Alles Tun wäre „umsonst“, würden nicht beim ThiemeVerlag in Stuttgart Frau Dr. Elisabeth Bouché und FrauSusanne Ristea die Fäden spinnen, unterstützt von FrauMarion Holzer. Ihnen und unserer Fachredakteurin FrauDr. Merz-Schönpflug unser herzliches Dankeschön.

Stade, Hamburg, Großhansdorf und KölnDezember 2014

Rolf F. KroidlStefan SchwarzBurghart LehnigkJürgen Fritsch

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Geleitwort von Prof. Klaus F. RabeDas Kursbuch Spiroergometrie, welches hiermit in seiner3. Auflage vor Ihnen liegt, ist längst zu einem Standard-werk geworden. Ehemals in der Herausgeberschaft vonDr. Rolf F. Kroidl, Stade, Dr. Stefan Schwarz, Harburg, undDr. Burghart Lehnigk, Großhansdorf, liegt dieses Kurs-buch nun vollständig überarbeitet, aktualisiert und er-weitert vor. Durch die Mitherausgeberschaft von Dr.Jürgen Fritsch aus Köln finden sich verstärkt kardiolo-gische Aspekte berücksichtigt, welche den Leserkreis inden Bereichen der Kardiologie und der Sportmedizin si-cherlich noch weiter vergrößern werden.

In bewährter Weise ist das komplette Werk gut bebil-dert und die Kapitel werden ausführlich und anschaulichdargestellt. Es gibt neue Abschnitte, z. B. zur Inertgas-Rückatmungsmethode von Frau Prof. Katharina Meyeraus Bern, zur nicht invasiven HZV-Bestimmung sowie zuAspekten der mobilen Spiroergometrie als auch dem zu-nehmenden Problemkreis der Adipositas. Besonders er-

wähnenswert sind die Ausführungen zur Risikobewer-tung bei Patienten mit Herzinsuffizienz in der präoperati-ven Beurteilung wie auch die Beiträge von Prof. K. Was-serman aus Los Angeles und Prof. Hollmann aus Köln zuden Anfängen der Spiroergometrie. Besonders hervor-zuheben ist die Berücksichtigung der technischen Mit-arbeiter im Spiroergometrielabor im Beitrag „Im Funk-tionslabor“. Dieses unterstreicht noch einmal in deutli-cher Weise den Praxisbezug dieses Kompendiums.

Ich bin mir sicher, dass auch die 3. Auflage viele neueLeser finden wird und dass diejenigen, die bereits überdie 1. und 2. Auflage verfügen, sich gerne über die ange-botenen Neuigkeiten informieren wollen. Ich beglück-wünsche ausdrücklich die Herausgeber Schwarz, Fritsch,Kroidl und Lehnigk, dieses Großprojekt erneut geschul-tert zu haben, und ich wünsche uns allen viel Lesever-gnügen.

Prof. Klaus F. Rabe, Großhansdorf

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Geleitwort von Priv.-Doz. Dr. Gunter WiestDie Spiroergometrie hat sich in den zurückliegendenJahrzehnten zu einer im klinischen Alltag vieler Fach-disziplinen unverzichtbaren Standarduntersuchungs-methode entwickelt. Pneumologen, Kardiologen, Thorax-chirurgen, Herzchirurgen, Arbeitsmediziner, Rehabili-tations- und Sportmediziner können durch diese Unter-suchungsmethode wichtige differenzialdiagnostischeSchlüsse ziehen und das Operationsrisiko ihrer Patienteneinschätzen. Darüber hinaus ergeben sich vielfältige Ein-satzmöglichkeiten auf einem breiten Indikationsfeld vomLeistungssport über die Rehabilitation bis hin zu einerexakten funktionellen Einschätzung in der Begutachtung.

Da die Methodologie und insbesondere die Interpreta-tion der erhobenen Daten intellektuell anspruchsvoll ist,bestand mit wachsender Verbreitung der Spiroergome-trie im klinischen Alltag die dringende Notwendigkeiteines einschlägigen Standardlehrbuchs. Zu den drei Auto-ren Rolf F. Kroidl, Stefan Schwarz und Burghart Lehnigkist in der vorliegenden 3. Auflage Jürgen Fritsch dazuge-stoßen. Die vier Autoren sind überregionale Experten aufdem Gebiet der Spiroergometrie. Stefan Schwarz undBurghart Lehnigk als Leiter der Lungenfunktionslabore inden beiden großen pneumologischen Kliniken in Ham-burg Harburg und in Großhansdorf bringen das Know-how der stationären Medizin, Rolf. F. Kroidl und JürgenFritsch aus der Herz-Lungen-Praxis in Stade bzw. aus derPraxis für Herz- und Kreislauferkrankungen in Köln brin-gen das Know-how der ambulanten Medizin ein. Schon

die 1. Auflage aus dem Jahr 2007, die wegen der großenNachfrage mehrfach nachgedruckt werden musste, hattesich zum Standardlehrbuch entwickelt. Mit großem per-sönlichem Einsatz haben die Autoren jetzt die bereits di-daktisch hervorragende 2. Auflage aus dem Jahr 2010überarbeitet.

Mit der 3. Auflage haben die vier Autoren jetzt eindurch neue Kapitel abgerundetes, aktualisiertes und ins-besondere durch zahlreiche Fallbeispiele didaktisch opti-miertes Standardwerk vorgelegt. Unter anderem wurdenklinisch hochrelevante Aspekte, wie z. B. die Kardiologieund die Kinderkardiologie, durch neue eigene Kapitel klardargestellt. Die präoperative Funktionseinschätzung wur-de nach neuesten Leitlinien überarbeitet und die Kapitelüber Rehabilitation und Training deutlich erweitert.Durch das Einarbeiten von exemplarischen Fallbeispielenist das Werk noch anschaulicher geworden. Großen Dankhaben die Autoren dafür verdient, dass sowohl Studieren-den als auch in der Klinik Tätigen ein praxisnahes undumfassendes Lehrbuch der Spiroergometrie zur Ver-fügung steht. Mittels brillanter Didaktik verbindet die3. Auflage beispielhaft Wissenschaft mit durch Kasuisti-ken repräsentiertem klinischem Alltag. Daher bin ich si-cher, dass die vorgelegte 3. Auflage den großen Erfolg derersten beiden Auflagen noch bei Weitem übertreffenwird.

Priv.-Doz. Dr. med. Gunter Wiest, Hamburg-Harburg

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Geleitwort von Prof. Karlman WassermanThis monograph presents Spiroergometrie (Cardiopul-monary exercise testing, CPET or CPX) as a tool to gradeand diagnose cause(s) of exercise limitation. It provides aphysiological basis to the diagnosis of clinical disorders ofexercise intolerance.

The book is logically divided into sections, startingwith questions being asked of spiroergometrie tests. Thisis followed by methods of measurement with insight giv-en on the workings of some of the measuring devices.This is further followed by discussion of fundamentalmechanisms in exercise physiology. Then the authorspresent clinical cases, selected from their large clinical ex-perience, to illustrate the pathophysiological behavior ofdisorders that cause exercise intolerance. Toward the endof the book, clinical applications of spiroergometrie, in-cluding differential diagnosis, grading of impairment,establishing prognosis in patients with heart failure, pre-operative evaluation for surgical risk and the role of exer-cise in rehabilitation are discussed.

A special quality of this book is its clear illustrations,which, remarkably, simplify difficult concepts. The nor-mal ventilatory and circulatory responses to exercise havebeen shown to be quantitatively coupled to the metabolicresponses. Thus abnormal spiroergometrie responses canbe readily distinguished from normal responses.

To examine the diagnostic possibilities causing exerciseintolerance, this book features the 9 panel graphical arraythat examines cardiovascular (including heart, peripheraland pulmonary circulatory), lung and muscle metabolicfunctions, simultaneously. The 9-panel plots quantify keygas exchange variables, that can define which organ(s) ofthe gas transport system are normal and which are ab-

normal. These graphs are clearly illustrated, in color, sothat the linkage can be made between the defect in phys-iology and the disease state. In the process of interpretingthe pathophysiological basis of exercise intolerance andthe diseases causing exercise limitation, the authors pointout that the diagnostician should review all aspects of thespiroergometrie test, including those that measure car-diovascular function, ventilatory function, ventilation-perfusion mismatching and metabolic function, simulta-neously, before diagnosing the cause of exercise intol-erance. By so doing, diagnoses that might otherwise re-main mysterious or unknown to the physician might berevealed.

Spiroergometrie focuses the investigative microscopeto the most likely diagnosis or category of diagnoses.

In this monograph, the authors have selected excellentcase examples to illustrate the spectrum of common dis-eases that cause exercise intolerance and the cluster ofphysiological responses to exercise associated with each.Through the features of the 9-panel graphical display, thereader can visualize and interpret those components ofthe gas transport system that are normal and those thatare abnormal, thereby providing evidence-based clinicaldiagnoses that could account for the patient’s symptoms.

In summary, this is a very practical monograph forphysicians who wish to learn how to perform and inter-pret cardiopulmonary exercise tests. The excellent illus-trations and the willingness of the authors to diagram dif-ficult concepts make this monograph relatively easy andeven entertaining to read for those fluent in German.

Karlman Wasserman, M.D., Ph.D.

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AnschriftenHerausgeberFritsch, Jürgen, Dr. med.Facharztzentrum am Heilig Geist-GesundheitszentrumGraseggerstr. 10550737 Köln

Kroidl, Rolf F., Dr. med.Frommholdstr. 7121680 Stade

Lehnigk, Burghart, Dr. med.Asklepios Nordseeklinik SyltNorderstr. 8125980 Sylt OT WesterlandundLungenClinic GroßhansdorfWöhrendamm 8022927 Großhansdorf

Schwarz, Stefan, Dr. med.Asklepios Klinikum HarburgLungenabteilungEißendorfer Pferdeweg 5221075 Hamburg

MitarbeiterDumitrescu, Daniel, Dr. med.Klinik III für Innere MedizinHerzzentrum der Universität zu KölnKerpener Str. 6250937 Köln

Greiwing, Andreas, Dr. phil.Zentrum für SportmedizinWindthorststr. 3548143 Münster

Hager, Alfred, Priv.-Doz. Dr. med.Deutsches Herzzentrum MünchenKlinik für Kinderkardiologieund angeborene HerzfehlerLazarettstr. 3680636 München

Hollmann, Wildor, Univ.-Prof. mult. Dr. med. Dr. h. c. mult.Deutsche Sporthochschule KölnInstitut für Kreislaufforschung und SportmedizinAm Sportpark Müngersdorf 650933 Köln

Meyer, Katharina, Prof. Dr.Universitätsspital BernCH-3010 BernundCARDIODYN mobile heart servicesCH-4310 Rheinfeldenwww.cardiodyn.chSchweiz

Schomaker, Ralph, Dr. med.Zentrum für SportmedizinWindthorststr. 3548143 Münster

Trötschler, Hubert N., Dr. med.Bismarckallee 1079098 Freiburg

Wasserman, Karlman, MD PHD, Professor of Medicine,Emeritus on RecallLos Angeles Biomedical Research InstituteHarbor-UCLA Medical CenterRespiratory and Critical Care Physiology and Medicine1124 West Carson Street, RB2, Box 40590502 Torrance, CaliforniaUSA

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Inhaltsverzeichnis

I Grundkurs

1 Klinischer Einsatz und Nutzen der Spiroergometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.1 Einst und jetzt:Empirie versus Messtechnik . . . . . . . . . . 18

1.2 Welche Informationen liefertdie Spiroergometrie? . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.2.1 Information für den Laien . . . . . . . . . . . . . . 191.2.2 Information für den Kollegen . . . . . . . . . . . 191.2.3 Information für einen (pneumologischen/

kardiologischen) Fachkollegen . . . . . . . . . . 20

1.3 Indikation, Fragestellung,Einflussfaktoren, Risiken . . . . . . . . . . . . . 20

1.4 Zuverlässigkeit der Messwerte. . . . . . . . 231.5 Spiroergometrie im Soll und Haben . . . 241.5.1 Liquidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.6 Spiroergometrie liefertein komplexes Bild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2 Technische und formale Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.1 Gerätekunde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.1.1 Originäre Werte – abgeleitete Werte . . . . . 272.1.2 Atemgase – Sensorik von O2 und CO2. . . . . 272.1.3 (Atem-)Fluss und (Atem-)Volumen . . . . . . 302.1.4 Probenschlauch (Sample Line)

und andere „Kleinigkeiten“ . . . . . . . . . . . . . 312.1.5 Datenflut und Mittelung der Werte . . . . . . 322.1.6 Standardisierung der Aufzeichnung . . . . . . 332.1.7 Formale Aspekte der 9-Felder-Grafik

(9-FG) – konventionelle und „neue“Darstellung der 9 Felder . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.1.8 Kalibration und Eichung, Validierungund Qualitätskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.1.9 Speicherung der Daten undKommunikation mit Kollegen . . . . . . . . . . . 35

2.2 Messparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.2.1 Basisgrößen und abgeleitete Größen . . . . . 362.2.2 Zusammengesetzte Größen . . . . . . . . . . . . . 372.2.3 Luftdruck / Barometerdruck: „Historie“ . . . 372.2.4 Anhang „Zweierlei Maß“ . . . . . . . . . . . . . . . 382.2.5 Begriffe und Definitionen (Glossar) . . . . . . 382.2.6 Darstellung weiterer Messwerte und

abgeleiteter Größen, die bei derSpiroergometrie Anwendung finden(eine Übersicht) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.3 O2-Aufnahme undBelastungsprotokolle . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.3.1 O2-Aufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.3.2 Abschätzung der O2-Aufnahme in Ruhe

und unter Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.3.3 Wirkungsgrad bei ergometrischen

Belastungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.3.4 Soll-Leistung bzw. Soll-V̇O2

(in Watt und V̇O2) bei Übergewicht . . . . . . 452.3.5 Belastungsprotokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.4 Portable Spiroergometrie – Einsatzin der Sport- und Arbeitsmedizin. . . . . . 54

2.4.1 Technischer Entwicklungsstand . . . . . . . . . 542.4.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552.4.3 Belastungsprotokolle für die mobile

Spiroergometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552.4.4 Limitationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582.4.5 Erfahrungsbericht: Mobile Spiro-

ergometrie in der Arbeitsmedizin. . . . . . . . 59

2.5 Sollwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592.5.2 Normwerte der Leistung in Watt . . . . . . . . 602.5.3 Normwerte der maximalen O2-Aufnahme 612.5.4 Formeln zur Errechnung der Soll-Watt-

Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.6 „Navigationshilfe“ und Systematikder Auswertung für die 9-Felder-Grafik 62

2.6.1 Aufbau der 9-Felder-Grafik und Übersicht 632.6.2 Systematik der Auswertung, Vorgehen

und Reihenfolge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.7 Praxis im Funktionslabor: Ratgeberfür Ärzte und Assistenzpersonal. . . . . . . 71

2.7.1 Vorbereitung des Geräts. . . . . . . . . . . . . . . . 712.7.2 Vorbereitung des Patienten . . . . . . . . . . . . . 722.7.3 Zeitfenster und zeitlicher Ablauf. . . . . . . . . 732.7.4 Klinische Beobachtung und Quantifi-

zierung von Luftnot und Erschöpfung(Borg-Skala) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

2.7.5 Spirometriekriterien einer akzeptablenDurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2.7.6 Blutgasanalyse und Spiroergometrie . . . . . 792.7.7 Überprüfung der vorliegenden Messung

auf Qualität und Plausibilität . . . . . . . . . . . . 81

11

3 Physiologische Grundlagen (Rekapitulation ausgewählter Themen) . . . . . . . . . . . . . 84

3.1 Physiologie und Pathophysiologieder pulmonalen Adaptation. . . . . . . . . . . 84

3.1.1 Weg des O2 „von der Nase zum Mito-chondrium“ – Modell der 3 Zahnräder . . . 84

3.2 Exkurs in die Atemphysiologieund Lungenfunktionsdiagnostik . . . . . . 89

3.2.1 Ventilation und Atemmechanik . . . . . . . . . 893.2.2 Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.2.3 Mismatch, Ventilations-Perfusions-

Verhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.2.4 O2-Transport. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.2.5 Blutgasanalyse und Spiroergometrie . . . . . 108

3.3 Physiologie und Pathophysiologieder muskulären Adaptation. . . . . . . . . . . 111

3.3.1 Allgemeine Muskelphysiologie . . . . . . . . . . 1113.3.2 Spiroergometrie und Muskulatur . . . . . . . . 1113.3.3 Periphere Muskulatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123.3.4 Muskelfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

3.4 Physiologie und Pathophysiologieder kardiozirkulatorischen Adaptation 114

3.4.1 Physiologie und Pathophysiologieder Kardiozirkulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

3.4.2 Pathophysiologie der Herzinsuffizienz:Aspekte zur Spiroergometrie. . . . . . . . . . . . 121

3.5 Stoffwechsel – Energiebereitstellung . . 1333.5.1 Begriffe: RER – R – RQ – innere

und äußere Atmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1333.5.2 Energiegewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1333.5.3 RER unter Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

3.5.4 Ventilatorische Schwellen (VT1, VT2)(physiologische Basis). . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

3.6 Spiroergometrische Bestimmungder aerob-anaeroben Schwelle(VT 1 und VT2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

3.6.1 Definitionen und Übersicht . . . . . . . . . . . . . 1413.6.2 Warum ist die Bestimmung der VT1

und VT2 wichtig? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1423.6.3 Wie werden VT1 und VT2 bestimmt?. . . . 1423.6.4 Theorie und Praxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1453.6.5 Zusammenfassung zur aerob-anaeroben

Schwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

3.7 Sauerstofftransport (V̇O2)und Spiroergometrie-Würfel. . . . . . . . . . 149Alfred Hager

3.7.1 Energie- und Sauerstoffspeicher . . . . . . . . . 1493.7.2 Sauerstoffaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1493.7.3 Sauerstoffpuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1523.7.4 Herzarbeit, Herzleistung, Kreislaufarbeit,

Kreislaufleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

3.8 Pathophysiologie der Dyspnoe . . . . . . . . 1543.8.1 Einleitung und Versuch einer Definition . . 1543.8.2 Language of Breathlessness . . . . . . . . . . . . . 1543.8.3 Modell der Wahrnehmung und

Verarbeitung von Dyspnoe . . . . . . . . . . . . . 1553.8.4 Dyspnoe im Kontext kardiopulmonaler

Erkrankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1573.8.5 Dyspnoe im Spiegel der Spiroergometrie . 158

II Aufbaukurs

4 9-Felder-Grafiken nach Wasserman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

4.1 9-Felder-Grafik (9-FG) nach Wasser-man – klassische und „neue“ Version(2013). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

4.2 Aufbau der 9-Felder-Grafikund Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

4.3 9-Felder-Grafik: Felder zurZirkulation und Leistung . . . . . . . . . . . . . 170

4.3.1 Kardiozirkulatorische Felder im Überblick 1704.3.2 Feld 3: V̇O2 – V̇CO2 – Rampe – RER . . . . . . . 1724.3.3 Feld 2: Herzfrequenz – O2-Puls –

Herzfrequenzreserve . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1784.3.4 Feld 5: V̇CO2/V̇O2 – HR/V̇O2 – V-Slope –

HR-Korridor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1854.3.5 Feld 8: Respiratory Exchange Rate (RER) –

Atemreserve (BR) – Laktatkurve . . . . . . . . . 189

4.4 9-Felder-Grafik: Felder zur Ventilation . 1904.4.1 Ventilatorische Felder im Überblick . . . . . . 1904.4.2 Feld 1: V̇E – Rampe – (BR) . . . . . . . . . . . . . . 1914.4.3 Feld 7: VT – V̇E – BF– Isoplethen – BR . . . . 195

4.5 9-Felder-Grafik: Felder zurAtemeffizienz (Atemökonomie)und zum Gasaustausch . . . . . . . . . . . . . . . 198

4.5.1 Felder zur Atemeffizienz und zumGasaustausch im Überblick . . . . . . . . . . . . . 198

4.5.2 Atemeffizienz in Feld 4 und Feld 6:V̇E – V̇CO2 – Slope – Intercept . . . . . . . . . . . 199

4.5.3 Feld 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2004.5.4 Feld 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2024.5.5 Feld 9: Gasaustausch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

Inhaltsverzeichnis

12

4.6 Spiroergometrie bei Kindern. . . . . . . . . . 212Alfred Hager

4.6.1 Belastungsformen:Laufband versus Fahrrad . . . . . . . . . . . . . . . 212

4.6.2 Abbruchkriterien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2134.6.3 Besonderheiten in der Auswertung . . . . . . 2134.6.4 Normwerte Sauerstoffaufnahme. . . . . . . . . 213

4.7 Befunddokumentation –Standardisierung undBefundmitteilung im Arztbrief . . . . . . . . 214

4.7.1 Spiroergometriebericht:Wie, an wen und warum? . . . . . . . . . . . . . . 214

4.7.2 Spiroergometriebericht:Was sollte er enthalten?. . . . . . . . . . . . . . . . 215

4.7.3 Beispiel eines Berichtes . . . . . . . . . . . . . . . . 215

4.8 Atemstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2164.8.1 Strömungsbegrenzung und Flussreserve. . 216

4.8.2 Normalbefund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2174.8.3 Obstruktive Ventilationsstörungen. . . . . . . 2184.8.4 Restriktive Ventilationsstörungen . . . . . . . 2204.8.5 Sonderfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

4.9 Schemata charakteristischer9-Felder-Grafiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

4.9.1 Normalbefund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2234.9.2 Lungenfibrose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2244.9.3 COPD und dynamische Überblähung . . . . . 2254.9.4 Linksherzinsuffizienz (NYHA III–IV) . . . . . . 2264.9.5 Pulmonale Hypertonie (PH) und chro-

nische thromboembolische pulmonaleHypertonie (CTEPH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

4.9.6 Schwere Adipositas mit Hypoventilation. . 2284.9.7 Charakteristika von Sonderfällen

(ohne Grafiken) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

5 Spezielle Themen: „Gut zu wissen“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

5.1 Wie schätze ich die vermutlicheLeistungsfähigkeit des Probanden/Patienten ein? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

5.1.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2315.1.2 Vorgehen in der Praxis . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

5.2 Spiroergometrie und präoperativeRisikoabschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

5.2.1 Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2365.2.2 Risikoeinschätzung vor nicht

kardiochirurgischen Eingriffen . . . . . . . . . . 2365.2.3 Operationsrisiken bei großer

Abdominalchirurgie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2425.2.4 Risiken bei lungenresezierenden

Eingriffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

5.3 Klinische Anwendung der Spiroergo-metrie bei kardialen Krankheitsbildern 251

5.3.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2515.3.2 Herzinsuffizienz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2515.3.3 Koronare Herzerkrankung . . . . . . . . . . . . . . 2625.3.4 Erworbene Herzklappenvitien . . . . . . . . . . 2625.3.5 Komplexe angeborene Herzfehler. . . . . . . . 263

5.4 Methodik und klinische Anwendungder Inertgas-Rückatmungsmethode . . . 266Katharina Meyer

5.4.1 Nicht invasive Methoden zur Bestimmungvon pulmonalem Blutfluss, Schlagvolu-men, Herzzeitvolumen und assoziiertenParametern im Rahmen der Spiro-ergometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

5.4.2 Traditionelle Methoden zur Bestimmungvon Herzzeitvolumen und arterio-venöserO2-Ausschöpfung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

5.4.3 Inertgas-Rückatmungsmethode . . . . . . . . . 2675.4.4 Spiroergometrische Differenzialdiagnostik

– klinischer Informationsmehrwert derInertgas-Rückatmungsmethode . . . . . . . . . 272

5.4.5 Anwendung in der kardiozirkulatorisch-pulmonal-muskulären Differenzial-diagnostik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

5.5 Hydraulische Herzleistung(Cardiac Power) und Kreislaufleistung(Circulatory Power) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278Katharina Meyer

5.5.1 Circulatory Power, Circulatory StrokeWork und Exercise Cardiac Power . . . . . . . 278

5.5.2 Variablen der Herzleistung aus derkombinierten Spiroergometrie undHämodynamikmessung . . . . . . . . . . . . . . . . 279

5.6 Spiroergometrie in der Rehabilitation . 2815.6.1 Allgemeine Gesichtspunkte der Spiro-

ergometrie in der Rehabilitation. . . . . . . . . 2815.6.2 Einsatz der Spiroergometrie in der Rehabi-

litation bei pneumologischen Krankheiten(speziell COPD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

5.6.3 Training in der Rehabilitation beiHerzinsuffizienz – Die Bedeutungder Spiroergometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287Katharina Meyer

5.7 Spiroergometrie bei pulmonalerHypertonie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295Daniel Dumitrescu

5.7.1 Pulmonale Hypertonie – ein heterogenesErkrankungsspektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

5.7.2 Diagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

Inhaltsverzeichnis

13

5.7.3 Verlaufs- und Therapiekontrollen. . . . . . . . 3005.7.4 Risikostratifizierung und prognostische

Einschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

5.8 Spiroergometrie bei Adipositas . . . . . . . 3035.8.1 Adipositas – Erfahrungen aus der

(pneumologischen) Praxis . . . . . . . . . . . . . . 303Hubert N. Trötschler

5.8.2 Auswirkung eines hohen BMI auf dieAtemmechanik und problematischerBezug auf V̇O2-Sollwerte . . . . . . . . . . . . . . . 305Hubert N. Trötschler

5.8.3 Adipositas – Beurteilung der Leistungs-fähigkeit und Risikostratifikationaus kardiozirkulatorischer Sicht . . . . . . . . . 307Katharina Meyer

5.9 Spiroergometrie in der Begutachtung,bei Bewertung und Beurteilung . . . . . . . 312

5.9.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3125.9.2 Welche Informationen liefert die

Spiroergometrie bei der Bewertungund Beurteilung?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

5.9.3 Spezielle Krankheitsbilder inder Begutachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

5.10 Sport- und Präventivmedizin:Spiroergometrie in der Ausdauer-leistungsdiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330Ralph Schomaker, Andreas Greiwing

5.10.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3305.10.2 Testbedingungen und Ausbelastung

in der Sportmedizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3315.10.3 Schwellenbestimmung mittels

Spiroergometrie und Laktatmessung . . . . . 3335.10.4 Definition von Trainingszonen . . . . . . . . . . 3365.10.5 Einsatzindikationen von Trainingszonen . . 3405.10.6 V̇O2 und Energieverbrauch. . . . . . . . . . . . . . 3435.10.7 Beurteilung sportlicher Ausdauer-

leistungsfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3465.10.8 Präventivmedizinische Effekte

verschiedener Trainingsmethoden . . . . . . . 351

III Abschlusskurs

6 Standards bei der Durchführung der Spiroergometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

6.1 Formale Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3566.1.1 Indikationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3566.1.2 Stellenwert der Blutgasanalyse . . . . . . . . . . 3566.1.3 Abbruchkriterien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3566.1.4 Ziel des Belastungstests . . . . . . . . . . . . . . . . 3576.1.5 Apparative Voraussetzungen . . . . . . . . . . . . 357

6.2 Einflussfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3576.2.1 Belastungsform und -art . . . . . . . . . . . . . . . 3586.2.2 Komponenten im Belastungsverlauf. . . . . . 3586.2.3 Rampenhöhe und Belastungsdauer . . . . . . 360

6.3 Standards während der Belastung. . . . . 3606.3.1 Intrabreath-Manöver . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3606.3.2 Blutgase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3606.3.3 Standardisierung der Belastungsgrafiken . 3616.3.4 Plausibilitätsprüfungen während

und nach CPET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

6.4 Auswertung und Befundweitergabe . . . 3626.4.1 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3626.4.2 Befundweitergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3626.4.3 Kommunikation über Befunde . . . . . . . . . . 362

7 Fallbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

7.1 Technische und formale Fallstricke . . . . 3657.1.1 Beispiel 1: Ungünstige Skalierungen und

Belastungsform verhindern die Erkenntnis 3657.1.2 Beispiel 2: Kooperation (Hypo- und

Hyperventilation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3667.1.3 Beispiel 3: RER (RQ) nicht plausibel –

Fehler im Gasanalysator . . . . . . . . . . . . . . . . 3677.1.4 Beispiel 4: RER (RQ) nicht plausibel –

Fehler beim Eingeben von Zahlenwertender Eichgase ins System . . . . . . . . . . . . . . . . 368

7.1.5 Beispiel 5: RER zu hoch – anhaltendhohe RER, kein Leertreten . . . . . . . . . . . . . . 368

7.1.6 Beispiel 6: O2-Sensor liefert zu niedrigeMesswerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

7.1.7 Beispiel 7: Nicht adäquate Ventilationwegen Undichtigkeit der Maske . . . . . . . . . 371

7.1.8 Beispiel 8: Wechsel von Nasen- zu Mund-atmung, unkorrekte Reihenfolge derBGA‑Eingaben, Fokussierung auf einzelneFelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

7.1.9 Beispiel 9: Sample Line (Probenschlauch)verstopft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Inhaltsverzeichnis

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