Einführung
Atemnot unter Belastung und Leistungslimitation führen Patienten häufig zum Arzt. Wenn sich die Beeinträchtigungen nach Anamneseerhebung und klinischer Untersuchung weder mittels einer kardiologischen (EKG, Echokardiografie) noch einer pneumologischen Basisdiagnostik (Spirometrie, Ganzkörperplethysmografie, Blutgase in Ruhe, CO-Diffusionskapazität) ätiologisch klären lassen, sind Belastungsuntersuchungen sinnvoll.
Im Gegensatz zu Untersuchungen unter Ruhebedingungen erfassen Belastungstests mehrere Organsysteme: Lunge, Herz, pulmonaler und systemischer Kreislauf und periphere Muskulatur. Häufig identifizieren geeignete Belastungstests das für die Belastungseinschränkung relevante Organsystem [1]
[2]
[3].
Von zunehmender klinischer Bedeutung sind Belastungsuntersuchungen zur Schweregradevaluation, Prognoseabschätzung (Risikostratifikation) und Therapiemonitoring von Patienten mit Herz- und Lungenerkrankungen.
Letzteres gilt auch für die Evaluation von Rehabilitationsprogrammen, die auf eine Verbesserung der „Dekonditionierung“ der peripheren Muskulatur z. B. bei Patienten mit Herzinsuffizienz oder COPD zielen.
Auch in der Arbeitsmedizin und in der Sportmedizin, z. B. Diagnostik des anstrengungsinduzierten Asthmas oder bei der Trainingssteuerung, sind Belastungstests etabliert.
Diese erweiterten Fragestellungen, neuartige Testverfahren und die Neubewertung von Testergebnissen machen eine Aktualisierung der DGP-Empfehlungen von 1998 erforderlich [4].
Allgemeine methodische Aspekte
Allgemeine methodische Aspekte
Indikationen der Belastungsuntersuchungen
Wegen des potenziellen gesundheitlichen Risikos und des erhöhten Aufwandes von Belastungstests muss eine eindeutige Indikation zur Durchführung gegeben sein. In [Tab. 1] sind die Indikationen zu Belastungstests für diagnostische und therapeutische Fragestellungen aufgeführt.
Tab. 1
Indikationen für Belastungsuntersuchungen. Modifiziert nach [1]
[2].
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Beurteilung von Schweregrad und Prognose einer Erkrankung, z. B. COPD, Pulmonale Hypertonie, Linksherzinsuffizienz
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Beurteilung von Verlauf und Therapieeffekten, z. B. bei COPD, zystischer Fibrose, interstitiellen Lungenerkrankungen, pulmonaler Hypertonie
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präoperative Risikoabschätzung, z. B. vor Lungenresektion, Lungenvolumenreduktion, Lungentransplantation
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Komplikationen und Kontraindikationen der Belastungsuntersuchungen
In großen Kollektiven von gesunden Sportlern und Patienten betrug die Komplikationsrate bei Belastungstests 2 – 5 Komplikationen pro 10.000 Untersuchungen, davon waren 0,5 pro 10.000 tödlich [1]
[3]
[6].
Angesichts der auftretenden Komplikationen wird eine adäquate Schulung der die Belastung durchführenden Personen in der Erkennung und Behandlung von Komplikationen gefordert [1]
[3]
[7]. Die individuellen Risiken des Patienten sind vor der Untersuchung zu klären. Beispiel: Bei der Untersuchung von Patienten mit einem implantierten Kardioverter-Defibrillator sollte die programmierte Interventionsfrequenz bekannt sein, damit die Herzfrequenz während der Belastung nicht über diese ansteigt und eine Entladung des Aggregats (möglicherweise mit Sturz vom Ergometer!) ausgelöst wird [3].
Für die Durchführung von Belastungstests in der Pneumologie sind die absoluten und relativen Kontraindikationen in [Tab. 2] aufgeführt.
Tab. 2
Absolute Kontraindikationen. Modifiziert nach [1].
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Relative Kontraindikationen, modifiziert nach
[1]
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Auswahl der Belastungsuntersuchung
Bei Belastungstests werden (a) die symptomlimitierte maximale Belastbarkeit oder (b) die Ausdauer (engl. endurance, wie lange kann eine konstante submaximale Belastung durchgeführt werden?) gemessen (siehe [Tab. 3]).
Tab. 3
Differenzierung zwischen zunehmender und konstanter Belastungsintensität. Modifiziert nach [14].
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Belastungstest
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Maximale Belastung
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Ausdauer (endurance)
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Gehtest
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incremental shuttle walk test
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6-Minuten-Gehtest
endurance shuttle walk test
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Fahrrad oder Laufband
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zunehmende Belastung nach Rampen- oder Stufenprotokoll, symptomlimitiert, gelegentlich auch herzfrequenzlimitiert (sog. „Ausbelastung“)
relevante Parameter bei Belastungsende: Watt, Herzfrequenz, peakV̇E, peakV̇O2
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konstante Belastung bei 30 – 40 bzw. bei 70 – 80 % peakV̇O2
relevanter Parameter: Belastungsdauer (in Minuten)
beim 6-Minutengehtest ist bei vorgegebener Zeit die zurückgelegte Strecke relevant
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Für Gehtests, insbesondere den 6-Minuten-Gehtest, sind standardisierte Testbedingungen von entscheidender Bedeutung (siehe Kapitel 6-Minuten-Gehtest).
Die Ergometrie und Spiroergometrie werden meist auf einem elektronisch gebremsten Fahrrad sitzend bzw. halbliegend oder auf einem motor-getriebenen Laufband durchgeführt. In der Sportmedizin sind auch sportartspezifische (Schwimm-, Ruder- etc.) Ergometer sowie Feldtests gebräuchlich.
Obwohl Gehen oder Laufen häufigere Bewegungsmuster darstellen, ist das „Gehen“ auf dem Laufband damit nur eingeschränkt vergleichbar. Demgegenüber stellt das Fahrradergometer weniger Ansprüche an Koordination und Gleichgewicht der Patienten und die Belastung ist exakter zu quantifizieren.
Beim Vergleich der Befunde von Belastungen auf Laufband und Fahrrad ist zu beachten, dass auf dem Laufband mehr Muskelmasse eingesetzt wird. Dadurch erzielen Patienten bei gleicher Leistung (Watt) eine höhere Sauerstoffaufnahme (V̇O2). In der Regel beenden Untrainierte die Fahrradergometrie aufgrund von Ermüdung der Beinmuskulatur bei einer V̇O2, die 10 – 20 % unterhalb der V̇O2 auf dem Laufband liegt [8]
[9]
[10]
[11]. Bei einer Untersuchung von Patienten mit COPD konnte kein signifikanter Unterschied der V̇O2 zwischen beiden Belastungsarten festgestellt werden [12].
Das Körpergewicht hat bei der Belastung mittels Laufband einen relevanten Effekt auf die Beziehung zwischen V̇O2 und Leistung (Watt), aber nahezu keinen bei der Belastung auf dem Fahrrad. Die erreichte Wattzahl und peakV̇O2 auf dem Fahrradergometer sind in liegender bzw. halbliegender Position niedriger als im Sitzen. Lediglich eine Studie bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung wies gleiche Leistung in sitzender und halb-liegender Fahrradergometrie nach [13]. Die Fahrradergometrie in halbliegender Position hat Vorteile für schwer beeinträchtigte Patienten und ermöglicht die gleichzeitige Durchführung von Stressechokardiografie oder Rechtsherzkatheter.
Beginn und Steigerung der Belastung nach Rampen- versus Stufenprotokoll
Für Belastungsuntersuchungen auf dem Fahrrad- und Laufbandergometer sind unterschiedliche Protokolle etabliert, die sich nach der Fragestellung an die Untersuchung richten.
-
progressives Rampenprotokoll mit kontinuierlicher Steigerung der Belastung, alle 10 bis 60 s
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Stufenprotokolle mit 3 – 5-minütlicher Steigerung der Belastung um 25 – 50 Watt, symptomlimitiert (nach 2 – 3 min auf jeder Belastungsstufe schwanken hämodynamische Parameter um < 5 %, d. h. steady state für kardiovaskuläre Paramter) [15]
-
Stufenprotokoll mit zwei 5-minütigen Belastungsstufen zur Analyse des Gasaustausches (steady state für Gasaustausch jeweils in der 5. Belastungsminute)
-
Protokoll mit einer konstanten Belastungsstufe zur Bestimmung der Ausdauer, endurance, symptomlimitiert
-
hochintensiver Belastungstest (siehe Kap. anstrengungsinduziertes Asthma)
Wenn maximale Leistungsfähigkeit und die Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme Hauptziele der Belastungsuntersuchung sind, ist die Rampenbelastung der Stufenbelastung vorzuziehen [16]. Durch zunehmende Steilheit der Rampe bzw. größere Wattstufen wird die Leistung während eines symptomlimitierten Belastungstests gesteigert, ohne dass signifikante Unterschiede bei den Parametern des Gasaustausches zu beobachten sind [17]
[18]
[19]
[20].
Belastung nach Rampenprotokoll
Während traditionell aufgrund der Trägheit der früheren Messmethodik vorwiegend Stufenprotokolle mit 2 – bis 5-minütlicher Steigerung um 25 oder 50 Watt durchgeführt wurden [21], ist mit Verbesserung der zeitnahen Messwertberechnung (breath-by-breath) mittlerweile das Ergometer-Rampenprotokoll mit einer fast kontinuierlichen Steigerung der Belastung (alle 10 s bis 60 s) weit verbreitet [1]
[3].
Um eine zeitnahe und gleichmäßige Adaptation der Werte V̇E, V̇O2, V̇CO2 an die Belastungsstufe zu ermöglichen, ist eine konstante Steigerung der Belastung erforderlich. Dabei wird empfohlen, die Belastung nicht aus der 3-minütigen Ruhephase heraus, sondern erst nach einer 1- bis 3-minütigen Leerlaufphase (unloaded pedaling) zu steigern. Ziel der konstant gesteigerten Belastung nach dem Rampenprotokoll ist das Erreichen der maximalen Belastungsstufe bzw. der maximalen Sauerstoffaufnahme (V̇O2max, V̇O2peak) nach einer Belastungsdauer von 8 – 12 Minuten [3]
[10]. Hierzu wird in Abhängigkeit von der körperlichen Belastbarkeit die Intensität der körperlichen Belastung um 5 – 25 W pro Minute gesteigert [1].
Erwartet man eine Untersuchungsdauer von > 12 min, sollte ein Belastungsprotokoll mit rascherer Leistungssteigerung gewählt werden, z. B. nach Bruce [22]
[23]. Ungeachtet dieser etablierten Empfehlungen einer „idealen“ Belastungsdauer von 8 – 12 min konnte gezeigt werden, dass valide Messungen hinsichtlich der maximalen V̇O2 zwischen 5 – 26 min möglich sind [24].
Das geeignete Rampenprotokoll, d. h. die Zunahme der Belastung in Watt pro Minute (S), kann ermittelt werden nach [1]:
S = (V̇O2max Sollwert – V̇O2 Leerlauf Sollwert) × 92,5–1
V̇O2max Sollwert errechnet sich aus: V̇O2max (ml × min–1) = [Größe (cm) – Alter (Jahre)] × F
F beträgt für Männer 20 und für Frauen 14.
V̇O2 Leerlauf (unloaded) = 150 + [(6 × Körpergewicht (kg)]
Beträgt die FEV1 < 80 Sollwert, so ist die Eingangsstufe entsprechend der Einschränkung der FEV1 gegenüber dem Sollwert zu reduzieren [1].
In der Nachbelastungsphase erfolgt initial häufig ein unbelastetes Treten (unloaded pedaling) über etwa 2 – 3 min, worauf die eigentliche Ruhephase folgt [1].
Steady-State-Belastung zur Gasaustauschanalyse
Ein steady state im engeren Sinne ist bei submaximaler Belastung zu erreichen. Bei einer Belastungsintensität > 50 % der maximalen Leistungsfähigkeit kommt es bei stark leistungslimitierten Patienten meist auch nach 6 min nicht zu einem steady state.
Um eine frühzeitige Erschöpfung zu vermeiden, sollte bei Patienten mit mäßiger Belastungseinschränkung die Untersuchung mit 2 bis 3 Stufen, über je 5 Minuten erfolgen. Die initiale Belastungsstufe und die Steigerung zur nächsten Stufe werden in Abhängigkeit von der atemmechanischen Limitation (bzw. Belastungseinschränkung) gewählt. Die Blutgasanalysen sollten jeweils in der letzten Belastungsminute einer jeden Stufe erfolgen, da die Kinetik des Gasaustausches bei Patienten gegenüber Gesunden deutlich verändert ist [25]
[26].
Belastung mit konstanter Intensität
Der Belastungstest mit einer konstanten Belastungsintensität (30 – 40 % der V̇O2max oder 50 – 70 % der Wmax) kann für die Beurteilung von therapeutischen Interventionen, insbesondere bei Patienten mit COPD, herangezogen werden [2]
[27]
[28]
[29]. Aufgrund einzelner Beobachtungen wird z. Zt. eine minimal clinically important difference von 1,35 min [28] bzw. eine Verbesserung der Zeit um mehr als 33 % zur Ausgangsmessung vorgeschlagen [29].
Belastung auf dem Laufband
Beim Einsatz des Laufbandes wird ähnlich dem Fahrradergometer die Leistung entweder stufenweise oder in Form einer Rampe gesteigert. Dabei ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten der Belastungssteigerung, entweder über eine Beibehaltung der Laufbandgeschwindigkeit und eine Erhöhung der Steigung des Laufbandes (Balke-Protokoll) [30] oder über eine Steigerung der Laufbandgeschwindigkeit bei konstanter oder zunehmender Steigung (Bruce- oder Naughton-Protokoll) [22]
[31].
Sollwerte
In der Literatur steht eine Reihe von Referenzwerten für Leistungsparameter zur Verfügung [1]
[15]
[16]
[32]
[33]. Erst vor kurzem wurden neue Referenzwerte in der deutschen SHIP-Kohorte erarbeitet [34], wobei für die praktische Anwendung die daraus entwickelten Normwertformeln zur Anwendung empfohlen werden können, s. Kap. Spiroergometrie [35].
Belastungsende und Kriterien der Ausbelastung
Bei eingeschränkter Belastbarkeit differenziert ein erster Schritt zwischen mangelnder Motivation (könnte, aber will nicht) und objektiver Organdysfunktion bei vorhandener Motivation (will, aber kann nicht) [2]. Bei guter Motivation ist das Ausmaß der eingeschränkten Belastbarkeit bei Gesunden und Patienten valide reproduzierbar [3]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40].
Der Grund für den vorzeitigen Abbruch der Belastung sollte, genauso wie eine submaximale Motivation, dokumentiert werden. Häufig ergeben sich Hinweise auf die führende Organdysfunktion: z. B. Dyspnoe (Anämie, kardio-pulmonale Ursache), periphere Erschöpfung (Trainingsmangel oder Dekonditionierung, wie bei schwerer COPD), Schmerzen der Beine (z. B. Claudicatio bei peripherer Perfusionsstörung) oder Thoraxschmerz (Angina pectoris bei koronarer Herzkrankheit).
Die meisten Belastungstests werden symptomlimitiert durchgeführt. Für die Bewertung einer Belastungsuntersuchung als „maximale“ Belastung („Ausbelastung“) werden unterschiedliche Variablen herangezogen. Am umfangreichsten sind die Ausbelastungskriterien für die Spiroergometrie beschrieben: maximale Herzfrequenz, Laktatspiegel, Plateau der Sauerstoffaufnahme, Bikarbonat, pH-Abfall und respiratory exchange ratio (RER) [32]. Aktuell fehlt ein Goldstandard zur Beurteilung der „Ausbelastung“ eines Patienten. Vielmehr wird die Motivation und Mitarbeit eines Patienten als „maximal“ angesehen, falls ≥ 1 der nachfolgenden Kriterien erfüllt ist [1]:
-
Sollwert oder Plateau für V̇O2 erreicht.
-
Sollwert für Leistung erreicht.
-
Sollwert für Herzfrequenz erreicht.
-
Hinweis auf ventilatorische Limitation, d. h. V̇E peak nähert sich MVV.
-
Obwohl kein RER die Ausbelastung präzise definiert, wird ein RER > 1,15 allgemein als Hinweis auf nahezu oder vollständige Ausbelastung angesehen [41].
-
Patient erschöpft/Borg-Skala 9 bis 10 von 10 Punkten (siehe Kap. Borg-Skala).
Der früher herangezogene Abfall des PaO2 unter 55 mmHg oder der Sauerstoffsättigung unter 88 % sind keine sicheren Zeichen der Ausbelastung, da dieser Abfall z. B. bei interstitiellen Lungenerkrankungen oder pulmonaler Hypertonie bereits bei submaximaler Belastung auftreten kann [1].
Ebenso wird bei Auftreten von Angina pectoris, Ischämie-Zeichen im EKG und Herzfrequenz- oder Blutdruckabfällen der Belastungstest vorzeitig abgebrochen, ohne dass die Ausbelastungsgrenze erreicht wurde.
Borg-Skala
Zur Quantifizierung der subjektiv empfundenen Anstrengung ist die Graduierung mithilfe der CR-10 Skala (category ratio) nach Borg eine weit verbreitete Methode [42]
[43]. Diese wurde aus der Borg Rating of Perceived Exertion Scale entwickelt [14]. Die Zahlen sind mit nicht linearen verbalen Deskriptoren versehen. Zum Beispiel wird für Atemanstrengung der Zahl 0 die Beschreibung „überhaupt nicht“, dem Ankerpunkt 10 die Beschreibung „maximal“ zugeordnet [42]
[43]. Sie kann zur Bestimmung aller Arten von Empfindungen z. B. Dyspnoe unter körperlicher Belastung eingesetzt werden. Die sog. Borg-Skala kann auch über 10 erweitert werden. Vor allem in der Sportmedizin ist die RPE-Borg-Skala (ratings of perceived exertion) mit einer Skalierung zwischen 6 und 20 etabliert. Eine Umrechnung in die CR-10 Skala ist möglich [43]. Als minimale klinisch relevante Differenz wird 1 Einheit auf der Borg-Skala angesehen [44].
Die Test-Retest-Variabilität der mittels Borg-Skala erfassten Atemanstrengung bei COPD-Patienten nach wenigen Tagen zeigte einen Variationskoeffizienten von 3 + /–1 % [45]. Nach 6 Wochen betrug der intraindividuelle Variationskoeffizient bei maximaler Belastung 14 ± 9 % [45].
Praktische Anwendung der Borg-Skala
Vor der Belastung sollten die Patienten adäquat über die Borg-Skala informiert werden [43]. Unmittelbar nach Belastungsende (innerhalb der 1. Minute) wird der Patient aufgefordert, seine subjektive Einschätzung der Dyspnoe auf der CR-Borg-Skala anzuzeigen.
Anwendungsbeispiele für die Borg-Skala sind: Schweregrad einer Erkrankung, therapeutische Effekte einer antiobstruktiven Therapie [46]
[47], Sauerstofftherapie [48], Gabe eines Sauerstoff-Heliox-Gemisches [49], Lungenvolumenreduktion [50], Rehabilitation [51], Atemmuskeltraining [52], Behandlung der pulmonalarteriellen Hypertonie [53].
Die Variabilität des Dyspnoe-Scores in der Borg-Skala ist zwar größer als die objektiven Messgrößen, aber sie beinhaltet zusätzliche Informationen zur subjektiven Einschätzung der Atemnot. Sie eignet sich sowohl für die Einzel- als auch für die Verlaufsbeobachtung. Es zeigt sich darüber hinaus eine gute Reproduzierbarkeit bei Gesunden [54].
Technische und personelle Voraussetzungen für Belastungsuntersuchungen
Vor einer Belastungsuntersuchung sind adäquate Voruntersuchungen durchzuführen. Dazu gehören Anamnese einschließlich Medikamenten, körperliche Untersuchung, Überprüfung der Indikationsstellung zur Belastungsuntersuchung und Ausschluss von Kontraindikationen (s. o.).
Der Patient muss ausreichend über den Ablauf eines Belastungstest informiert werden. Die Vertrautheit mit den Modalitäten eines Belastungstests kann zu einer signifikanten Verbesserung des Untersuchungsergebnisses beitragen [55].
Eine bestehende Aufklärungspflicht ist zu beachten, insbesondere bei einer Stressechokardiografie und Rechtsherzkatheterisierung. Vor einer Spiroergometrie fordern anglo-amerikanische Empfehlungen durchweg eine verständliche Aufklärung des Patienten sowie dessen schriftliche Einverständniserklärung, nicht nur bei geplanter Blutentnahme zur Blutgasanalyse [1].
Die Untersuchungsbedingungen sollten möglichst standardisiert sein. Vor allem bei Verlaufsbeobachtungen sind Einflussfaktoren zu beachten, die den intraindividuellen Vergleich behindern können, z. B. zirkadiane Rhythmik, keine Nahrungsaufnahme 30 min vor Spiroergometrie.
Selbstverständlich ist es, dass eine in der kardio-pulmonalen Reanimation erfahrene Person den Belastungstest durchführt und ein Arzt jederzeit unmittelbar verfügbar sein muss. Die entsprechende technische Ausstattung für die Notfallversorgung muss am Untersuchungsort bereit gehalten werden [1]
[33].
Häufig eingesetzte Belastungsuntersuchungen
Häufig eingesetzte Belastungsuntersuchungen
Gehtests
Gehtests zu ebener Erde sind bei Menschen jeglichen Lebensalters möglich, auch bei Kindern und Älteren [56]
[57]
[58]. Sie sind leicht durchführbar und erfordern einen minimalen apparativen, personellen und zeitlichen Aufwand bei ähnlicher Aussagekraft einzelner Parameter wie die (Spiro-) Ergometrie [59].
Am weitesten verbreitet und am besten validiert ist der 6-Minuten-Gehtest (6-MWD) [60]. Bei dieser Untersuchung in einem mind. 30 m langen ruhigen und geraden Korridor wird die in 6 Minuten zurückgelegte Strecke erfasst, wobei der Patient die Schrittgeschwindigkeit und damit die Belastungsintensität selbst wählt [60].
Demgegenüber wechselt der Patient beim sog. incremental shuttle walk test (ISWT) wiederholt nach relativ kurzer Gehstrecke die Richtung (1 shuttle = 10 m). Die Schrittgeschwindigkeit wird von einem akustischen Signal vorgegeben, das in zunehmend schneller Folge ertönt. Im Anschluss an einen ISWT kann nach frühestens 40 – 60 min ein sog. endurance shuttle walk test angeschlossen werden, wobei eine Schrittgeschwindigkeit von etwa 85 % des maximalen Wertes des ISWT akustisch vorgegeben wird [14]. Die shuttle walk tests wurden bisher vor allem zum Therapiemonitoring bei Patienten mit COPD bzw. in der Rehabilitationsmedizin eingesetzt [61]
[62]
[63]
[64].
6-Minuten-Gehtest
Indikationen und Durchführung Die Indikationen für den 6-MWT sind in [Tab. 1] genannt. Zusätzlich ist der Einsatz des 6-MWT bei einer Reihe von Erkrankungen erfolgreich eingesetzt worden, z. B. bei peripherer arterieller Verschlusskrankheit, Fibromyalgie, pulmonaler Hypertonie und geriatrischen Fragestellungen.
Die valide Interpretation des 6-MWT, insbesondere zur Verlaufsbeobachtung, erfordert eine streng standardisierte Untersuchungstechnik [60]: Stets im gleichen mind. 30 m langen Korridor, ohne Publikumsverkehr oder behindernde Einrichtung, geht der Patient nach einer ausführlichen Einweisung mit ggf. 1 – 2 Probetests (familiarization) zwischen zwei gut sichtbaren Wendemarken. Die verbalen Informationen vor und während des Tests sind genau festgelegt [60]. Der Untersucher soll den Patienten/Probanden nicht begleiten und ihn auffordern, nicht zu laufen oder zu rennen [65].
Nach Ablauf der 6 Minuten wird die zurückgelegte Wegstrecke mithilfe der Bodenmarkierungen dokumentiert und die empfundene Dyspnoe mittels der Borg-Skala erfragt.
Vor der Untersuchung ist körperliche Anstrengung zu vermeiden, d. h. der Patient wird ggf. im Rollstuhl zum 6-MWT transportiert.
Interpretation Normwerte dienen der inter-individuellen Vergleichbarkeit der erbrachten Gehleistung. Beim 6-MWT hat sich die Sollwertberechnung nach Enright und Sherill durchgesetzt [66]:
Sollwert für 6-Minuten-Gehstrecke, in m:
Frauen: (2,11 × Größe [cm]) – (2,29 × Gewicht [kg]) – (5,78 × Alter [J]) + 667
Männer: (7,57 × Größe [cm]) – (1,76 × Gewicht [kg]) – (5,02 × Alter [J]) – 309
Die Domäne des 6-MWT ist der intra-individuelle Vergleich im Rahmen von Verlaufsbeobachtungen. Es ist zu beachten, dass bei Testwiederholung bessere Ergebnisse erzielt wurden als bei der Erstuntersuchung [55]
[67]
[68]
[69]. Dafür wurden vielfältige Gründe diskutiert: Trainingseffekt, bessere Einschätzung der eigenen Leistungsfähigkeit und weniger Angst vor der Belastung [67].
Die Ergebnisse des 6-MWT korrelieren bei zahlreichen pneumologischen und kardiologischen Erkrankungen gut mit anderen Parametern der Schweregradbeurteilung. Gut dokumentiert ist der Stellenwert dieses Belastungstests bei Patienten mit chronischer Linksherzinsuffizienz [70]
[71].
In mehreren Arbeiten wurde gezeigt, dass der 6-MWT bei Patienten mit pulmonaler Hypertonie unterschiedlicher Genese in der Diagnostik von Schweregrad, Prognoseabschätzung und beim Therapiemonitoring zuverlässige Aussagen liefert [72]
[73]
[74]
[75]
[76]
[77]
[78].
Das Ausmaß der funktionellen Einschränkung durch parenchymatöse Lungenerkrankungen, z. B. fibrosierende und granulomatöse Prozesse, kann ebenfalls durch den 6-MWD ausreichend abgeschätzt und im Verlauf verfolgt werden [79]
[80]
[81].
Besondere Bedeutung hat der 6-MWT für die multidimensionale Schweregradeinteilung der COPD (BODE-Index) [82]
[83]
[84] [61]
[63]
[64]
[82]
[85].
Die „minimal clinically important difference (MCID)“, also die Differenz zwischen zwei Tests, die mit einer klinisch relevanten Veränderung des Patienten einhergeht, wurde ausführlich diskutiert [55].
In einer Studie betrug die MCID bei schwerer, stabiler COPD im Mittel 54 m (95 % Konfidenzintervall: 31 – 71 m) [65]. Aufgrund statistischer Überlegungen liegt sie jedoch möglicherweise noch höher (bei > 86 m) [65]. Durch andere Autoren wurde die MCID mit 54 m [86] bzw. 37 – 71 m [87] angegeben. Bei COPD-Patienten wurde die MCID mit 26 ± 2 m [88] und bei Patienten mit idiopathischer Lungenfibrose mit 24 – 45 m [89] angegeben.
Für ein Kollektiv herzinsuffizienter Patienten konnte eine MCID von 43 m bezüglich einer Verschlechterung und von 24 m im Hinblick auf eine Verbesserung aus einer Beobachtungsstudie abgeleitet werden [90]. Bei Patienten mit Pulmonaler Hypertonie wurde die MCID für die Veränderung der einzelnen Kategorien des SF-36 zwischen 13 – 41 m berechnet [91]. Bei Patienten mit einer idiopathischen Lungenfibrose zeigte eine Verlaufsbeobachtung nach 12 Monaten eine MCID von 28 (Spanne 10,8 – 58,8) m [92].
Bei Patienten mit interstitieller Lungenerkrankung war die Sauerstoffentsättigung bzw. das Produkt aus Strecke und Sättigung während des 6-MWT mit einer erhöhten Mortalität verbunden [80]
[93]. Ebenso fand sich eine erhöhte Mortalität bei Patienten mit idiopathischer Lungenfibrose und einem verlangsamten Abfall der Herzfrequenz in der ersten und zweiten Minute nach 6-MWT [94].
Auch wenn dadurch die Einfachheit der Methode geschmälert wird, so kann der 6-MWT durch die Erfassung weiterer Parameter (z. B. Sauerstoffsättigung, Herzfrequenzverhalten, Borg-Skala) ergänzt werden. Hierzu existieren jedoch keine einheitlichen Protokolle.
Blutgase unter Belastung
Als pathologisch sind ein Abfall des Sauerstoffpartialdrucks um mehr als 5 mmHg unter steady state-Belastungstufen (jeweils 5 min) zu werten oder die Zunahme einer in Ruhe bereits vorhandenen Hypoxämie [4]. Ein solches Ergebnis spricht für unter Belastung persistierende oder zunehmende Verteilungsstörung oder für einen Rechts-Links-Shunt. Bei Leistungssportlern kann eine Belastungshypoxämie auf sehr hoher Belastungsstufe physiologisch auftreten. Bei reversiblen Verteilungsstörungen (z. B. infolge Adipositas) nimmt der PaO2 unter Belastung wie bei Gesunden zu.
Da der arterielle PaO2 von der jeweils vorliegenden Willkürventilation abhängt, sollte der PaCO2 gleichzeitig analysiert werden. Auswirkungen der Ventilation auf die arteriellen Blutgaspartialdrucke können exakter mit der Bestimmung der endexspiratorisch – arteriellen Partialdruckdifferenzen für O2 und CO2 erfasst werden [4]. Die Auswahl des Belastungsprotokolls beeinflusst die Sauerstoffentsättigung unter Belastung [11].
Spiroergometrie
Die Spiroergometrie wird zur Identifikation von normalen und pathologischen Reaktionsmustern unter Belastung, zur Differenzierung zwischen kardiovaskulärer oder pulmonaler Ursache der eingeschränkten Belastbarkeit [1]
[95] und zur Charakterisierung von Herz-Kreislauffunktion, Atemmechanik, Gasaustausch, Muskelerkrankungen oder psychologischen Erkrankungen [3]
[14]
[16]
[264] eingesetzt.
Kenngrößen
Direkt gemessen werden: Leistung in Watt, Atem- und Herzfrequenz, Blutdruck, Atemvolumina und -stromstärke, Sauerstoffsättigung, Partialdrucke von O2 und CO2 exspiratorisch und arteriell bzw. kapillär, Laktat und Säure-Basenhaushalt im Vollblut, EKG (s. [Tab. 4]).
Für die Berechnung der A-aDO2 und des Totraums ist die Blutgasanalyse aus arteriellem Blut oder arterialisiertem Kapillarblut in Ruhe und während der Belastung unabdingbar.
Wichtige errechnete Parameter sind: Sauerstoffaufnahme (V̇O2), Kohlendioxidabgabe (V̇CO2), Sauerstoffpuls, ventilatorische bzw. Atemäquivalente (V̇E/V̇O2, V̇E/V̇CO2), Respiratory Exchange Ratio bzw. Respiratorischer Quotient, endexspiratorisch-arterielle Partialdruckdifferenzen für O2 (A-aDO2) und CO2 (a-ADCO2), Totraumventilation (VD/VT) (s. [Tab. 4]).
Bei Angaben zur V̇O2 bei Abbruch der Belastung wird zwischen peakV̇O2 und V̇O2max unterschieden [265]: Beim V̇O2max zeigt sich ein physiologisches V̇O2-Plateau, das trotz Erhöhung der Belastungsintensität bzw. Anstrengung nicht weiter gesteigert (maximal erreichbare V̇O2) werden kann [265]. Dieses V̇O2-Plateau wird nur selten bei Patienten mit kardiovaskulären oder pulmonalen Erkrankungen beobachtet. Daher spricht man beim Abbruch der Belastung ohne V̇O2-Plateau von peakV̇O2 (maximal erreichte V̇O2) [16]
[96]
[265].
Tab. 7
Typische Reaktionsmuster unter Belastung als Hinweis auf die Ätiologie der eingeschränkten Belastbarkeit. Modifiziert nach [1].
|
Chronische Linksherzinsuffizienz
|
COPD
|
Interstitielle Lungenerkrankung
|
Pulmonale Hypertonie
|
Adipositas
|
Trainingsmangel
|
|
V̇O2max oder V̇O2peak
|
↓
|
↓
|
↓
|
↓
|
↓
|
↓
|
|
anaerobe Schwelle
|
↓
|
N – ↓
|
N – ↓
|
↓
|
N
|
N – ↓
|
|
Herzfrequenz, maximal
|
(↑)
|
↓ , initial n
|
↓
|
N – (↓)
|
N – (↓)
|
N – (↓)
|
|
Sauerstoffpuls
|
↓
|
N – ↓
|
N – ↓
|
↓
|
N
|
↓
|
|
Atemreserve
|
n – ↓
|
↑
|
N – ↓
|
N
|
N – ↑
|
N
|
|
V̇E/V̇CO2 an AT
|
↑
|
↑
|
↑
|
↑
|
N
|
N
|
|
VD/VT
|
↑
|
↑
|
↑
|
↑
|
N
|
N
|
|
P(A-a)O2
|
(N)
|
(↑)
|
↑
|
↑
|
(↓)
|
N
|
Schwellenkonzept
Die Terminologie und die Bestimmung der Schwellen, die wesentliche Veränderungen im Stoffwechsel unter Belastung anzeigen, ist in der Literatur uneinheitlich und macht einen Vergleich von Protokollen und Studien nur schwer möglich [97]. Der jüngste Konsensus unter Federführung der AG Spiroergometrie der DGP empfiehlt folgendes Vorgehen.
Die erste ventilatorische Schwelle (VT1) wird bestimmt:
-
nach der V-slope-Methode als überproportionaler Anstieg von V̇CO2 vs. V̇O2 (Grafik 5 der 9-Felder-Grafik nach Wasserman).
-
Beachte: An VT1 wechselt die Kurvensteigung von < 1 auf > 1, was die Abgabe von CO2-Überschuss aus der Laktatpufferung beschreibt. Normal ist der RER initial < 1 und fällt unter Belastung ab, sodass VT1 immer bei RER < 1 liegt.
-
durch Anstieg der V̇E/V̇O2-Kurve (Grafik 6) und der PETO2-Kurve (Grafik 9) während der Belastung.
-
als der erste messbare Anstieg des Laktats, d. h. sog. anaerobe Schwelle nach Wasserman [98] und entspricht der sog. ersten Laktatschwelle (LT1).
Die zweite ventilatorische Schwelle (VT2) entspricht der überproportionalen Steigerung der Ventilation infolge zunehmender respiratorischer Azidose und damit:
-
dem V̇E/V̇CO2-Anstieg unter Belastung (Grafik 6).
-
dem zweiten „Knick“ von V̇E vs. V̇CO2 (Grafik 4)
-
dem zweiten überproportionalen V̇E-Anstieg unter Belastung (Grafik 1)
-
Abfall von PETCO2 unter Belastung (Grafik 9).
-
dem sog. respiratorischen Kompensationspunkt [RCP] nach Wasserman [99] und der sog. zweiten Laktatschwelle (LT2) [100].
Sollwerte
Für die Berechnung der Sollwerte bei der Spiroergometrie stehen etablierte Formeln in der Literatur zur Verfügung [40]
[101]
[102]. Mit Rücksicht auf den Umfang der vorliegenden Empfehlung sind hier die Formeln zur Sollwertberechnung aus dem SHIP-Kollektiv ohne Bewertung aufgeführt [35] (s. [Tab. 5]).
Tab. 4
Wichtige Parameter der Spiroergometrie und deren grafische Darstellung für Interpretation und Befund.
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mechanische Arbeit
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Leistung (Watt)
|
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Gasaustausch
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V̇O2, V̇CO2, RER, Laktatschwelle
|
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Ventilation
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V̇E, VT, Atemfrequenz, Atemreserve
|
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arterielle Blutgase
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PaO2, PaCO2, A-aDO2, VD/VT, SatO2, pH, Basenüberschuss oder Bikarbonat
|
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kardiovaskulär
|
Herzfrequenz, Herzfrequenzreserve, EKG, systolischer system-arterieller Blutdruck, Sauerstoffpuls
|
|
Symptome
|
Dyspnoe, Beinschmerzen, Angina pectoris
|
Sollwert für V̇O2 bei Patienten mit Übergewicht: Sollwert (Normgewicht) + 6 ml O2/kg Übergewicht [16]
[96]. Bei Untergewicht wird empfohlen, einen Mittelwert zu verwenden aus dem Sollwert für Normalgewicht und dem Sollwert für das aktuelle Gewicht [16].
Hinsichtlich der erreichten Leistung (Watt) stehen Sollwerte zur Verfügung [15]
[103], wobei sich die Sollwerte neben dem Alter z. T. auch auf das Körpergewicht beziehen, sodass insbesondere bei Übergewicht mit Zunahme des Körperfetts eher inadäquat hohe Sollbelastungsstufen resultieren. Legt man jedoch als primäre Zielgröße die maximal zu erreichende Sauerstoffaufnahme (V̇O2max) zugrunde, kann aufgrund der relativ konstanten Beziehung von V̇O2/Watt (~ 10 ml/Watt) die zur Erzielung der V̇O2max erforderliche Wattzahl ([V̇O2max – V̇O2Ruhe]/10 berechnet werden [1]
[104].
Die Sauerstoffaufnahme beim Treten im Leerlauf kann nach der Formel V̇O2“Leerlauf” (ml/min) = 150 + (6 × Körpergewicht [kg]) berechnet werden [16].
Die Sollwertberechnungen für die maximale Sauerstoffaufnahme müssen sich in ähnlicher Weise wie die Berechnung der maximalen Belastung am Gewicht orientieren, sodass eine orientierende Berechnung der Soll-V̇O2max nach dem Wasserman-Algorithmus (Männer: [Größe–Alter] × 20 und Frauen: [Größe–Alter] × 14) nur für normalgewichtige Patienten angewandt werden kann [102]. Andernfalls müssen für nicht idealgewichtige Patienten umfangreichere Berechnungsformeln der Soll-V̇O2max von Wasserman [16], die ebenfalls eine geschlechtsspezifische Berechnungen der V̇O2max ermöglicht, angewandt werden.
Der Wert V̇O2max im eigentlichen Sinne bezieht sich auf eine Plateaubildung trotz weiterer Steigerung der Belastung (Watt) oder der Herzfrequenz in mehreren Untersuchungen. Dieser Parameter ist in der Regel nur bei Spitzensportlern bestimmbar, sodass in der klinischen Spiroergometrie der höchste V̇O2 bei Patienten als V̇O2peak bezeichnet wird [16].
Für die Berechnung der gewichtsbezogenen V̇O2max (V̇O2max/kg/min) eignet sich die Formel nach Cooper [105]. Die V̇O2max für Männer beträgt danach 50,02 – (0,394 × Alter) ml/kg/min und für Frauen 42,83 – (0,371 × Alter) ml/kg/min.
Der Sollwert der maximalen Herzfrequenz unter Belastung wird nach der Formel 220 – Alter (Jahre) errechnet [106], sofern eine Anlehnung an die Empfehlungen der DGK [33] und der AHA [7] erfolgt. Insbesondere für ältere Patienten empfiehlt die ATS die Berechnung entweder nach der Formel (210 – 0.65 [Alter]) [41]
[102] oder nach (202 – (0,72 [Alter]) [101].
Aus pneumologischer Sicht ist die Erfassung der Fluss-Volumen-Schleifen (sog. Atemschleifen) in Ruhe und unter Belastung ein wichtiger Bestandteil der Spiroergometrie (siehe [Abb. 1]). Durch Vergleich mit normalen Atemschleifen lässt sich eine atemmechanische Limitation (siehe Absatz COPD) identifizieren. Die exspiratorischen Flussstärken können bei Patienten mit schwerer COPD bereits in Ruhe limitiert sein [107]. Daher steht das Erfassen einer dynamischen Überblähung durch Messen eines erhöhten end-exspiratorischen Lungenvolumens (EELV) unter Belastung im Vordergrund. Die Zunahme des EELV bedeutet gleichzeitig eine Abnahme der inspiratorischen Kapazität (IC) unter Belastung.
Abb. 1 Anhaltspunkte zur Beurteilung der Atemschleifen (Fluss-Volumen-Kurven) während körperlicher Belastung unter Berücksichtigung der aktuellen Datenlage [1]
[3]
[108]
[109]
[110].
Plausibilitätsprüfung und Eichung
Bei der Spiroergometrie sollten die technisch komplexen Messergebnisse auf Plausibilität überprüft werden. Sobald größere Abweichungen von den erwarteten Sollwerten gemessen werden, muss zwischen „wahrhaft“ pathologischem Befund und einem Messfehler unterschieden werden. Beispielsweise ist bei einer Steigung V̇O2/Leistung < 10 ml pro Watt an einen Defekt des O2-Sensors oder an einen reduzierten Wirkungsgrad der Muskulatur bzw. ein vermindertes Herzminutenvolumen zu denken. Andererseits können eine Fehlbestimmung sowohl der V̇E (Turbine), als auch der CO2-Bestimmung durch ein defektes Ultrarot-Absorptions-Spektrometer (URAS) zu einem fehlerhaften V̇CO2 führen.
Plausibilitätskontrollen können mithilfe eines aufwendigen Gasaustausch-Simulators durchgeführt werden [58]. Weit verbreitet ist die sog. Bio-Eichung mit regelmäßiger Spiroergometrie derselben gesunden Person bei submaximaler Belastung alle 1 – 4 Monate [3]
[111]. Toleriert werden Abweichungen von < ± 5 % (V̇O2), ± 6 % (V̇CO2), ± 5,5 % (V̇E) und ± 3 % (RER). Eine größere Abweichung von den Ausgangswerten sollte zu einer intensiven Fehlersuche führen (z. B. Drift der Gasanalysatoren) [112]
[113].
In der Regel sollte vor einer Spiroergometrie eine Eichung durchgeführt werden, wobei diesbezüglich die Herstellerangaben variieren [3]. Bei der Kalibration ist auf die Verwendung von standardisierten Gasen, auf jegliche unerwünschte Verzögerung zwischen Mundstück und Gasanalyse sowie auf präzises Gasvolumen zu achten. Detaillierte Sollwerte sind beim Hersteller oder bei Balady et al. zu finden [3].
Interpretation, typische Reaktionsmuster unter Belastung
Die Interpretation einer spiroergometrischen Untersuchung wird durch eine aussagekräftige grafische Darstellung, aus der die Trends der Schlüsselparameter und die typischen Belastungsreaktionsmuster einzelner Ätiologien hervorgehen, vereinfacht [1]
[114] (s. [Tab. 6]).
Zusätzlich konfigurierbar: Atemreserve (Y2-Achse in Grafik 7 oder 8), Blutdruck systolisch/diastolisch, SatO2.
Die vorgeschlagenen Verfahren zu „automatisierten Befunden“ mithilfe von Algorithmen sind bisher nur unzureichend validiert [16]
[115]
[116]
[117].
Die Differenzialdiagnose der Ursachen einer Belastungslimitation stützt sich auf das Erkennen typischer Reaktionsmuster der Kenngrößen unter Belastung ([Tab. 7] – Reaktionsmuster unter körperlicher Belastung).
Tab. 5
Referenzwerte für ausgewählte Parameter der Spiroergometrie [35].
|
Kenngröße
|
Formel
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ULN (LLN, resp.)
% of mean (± SD)
|
|
V̇O2, peak, Frauen
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– 588 – 11.33*A + 9.13*H + 26.88*W – 0.12*W2
|
76.6 ± 2.4
|
|
V̇O2, peak, Männer
|
– 69 + 1.48*A + 14.02*H + 7.44*W – 233.72*cs – 0.2256*A2
|
|
|
Herzfrequenz, peak, Frauen
|
180 + 0.13*A – 0.0102*A2 + 0.08*H – 0.21*W – 6.28*cs – 12.86*bb
|
84.3 ± 5.0
|
|
Herzfrequenz, peak, Männer
|
121 + 0.96*A – 0.0178*A2 + 0.36*H – 0.27*W + 7.50*cs – 14.90*bb – 0.357*cs*A
|
89.3 ± 2.77
|
|
Sauerstoffpuls, peak, Frauen
|
– 3.7 – 0.004*A + 0.056*H + 0.075*W + 0.42*bb
|
79.8 ± 2.2
|
|
Sauerstoffpuls, peak, Männer
|
– 0.7 – 0.044*A + 0.064*H + 0.086*W – 0.62*cs + 1.73*bb
|
76.7 ± 2.9
|
|
V̇O2 an AT, Frauen
|
30 – 2.64*A + 4.14*H + 5.30*W
|
71.6 ± 4.0
|
|
V̇O2 an AT, Männer
|
– 695 + 8.05*A + 7.97*H + 5.76*W – 122.68*cs – 0.1086*A2
|
67.3 ± 3.2
|
|
V̇E/V̇O2 an AT, Frauen
|
30.9 + 0.037*A – 0.053*H + 0.036*W + 0.84*cs
|
120.4 ± 2.5
|
|
V̇E/V̇O2 an AT, Männer
|
21.1 – 0.072*A – 0.002*H + 0.040*W + 1.71*cs + 0.0022*A2
|
117.2 ± 5.4
|
|
V̇E/V̇CO2 slope, Frauen
|
26.7 + 0.046*A – 0.039*H + 0.030*W
|
127 ± 5.7
|
|
V̇E/V̇CO2 slope, Männer
|
20.9 + 0.139*A – 0.043*H + 0.044*W + 1.45*cs
|
128.7 ± 2.1
|
Gleichungen zur Ermittlung der Normwerte (Mittelwerte) einiger Schlüsselparameter unter Belastung, abgeleitet aus dem SHIP-Kollektiv. (A) Alter in Jahren, (H) Körpergröße in cm, (W) Körpergewicht in kg. Normwertbereiche, errechnet als % vom Mittelwert (± Standardabweichung) für 5. bis 95. Perzentile (ULN or LLN) für jeden Parameter, wurden ermittelt für Frauen 25 – 55 Jahre alt, 155 – 185 cm, 50 – 90 kg und BMI 15 – 37 kg/m2 bzw. Männer 25 – 55 Jahre alt, 165 – 195 cm, 70 – 100 kg und BMI 18 – 37 kg/m2; bei Nichtrauchern ist die Therapie mit Betablockern (bb) bezeichnet als ‘0’ für Nein und ‘1’ für Ja gekennzeichnet. Bei aktiven Rauchern (cs) ist mit ‘0’ für Nein und ‘1’ für Ja gekennzeichnet. (V̇E vs. V̇CO2 slope) ventilatorische Effizienz ist abgegeben als Atemminutenvolumen pro CO2-Produktion. (V̇E/V̇CO2@AT) Atemäquivalent an der anaeroben Schwelle. (Peak O2-Puls, in ml/Schlag) Sauerstoffaufnahme bei maximaler Belastung. (VO2@AT, in ml/min) Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle. (BMI) body mass index. (f) Frauen. (LLN) unterer Grenzwert. (m) Männer. (peak HR) Herzfrequenz bei maximaler Belastung. (SD) Standardabweichung. (ULN) oberer Grenzwert.
Tab. 6
Grafische Darstellung der spiroergometrischen Kerngrößen – sog. Neun-Felder-Tafel nach K. Wasserman.
|
Feld[*]
|
X-Achse
|
Y1-Achse
|
Y2-Achse
|
zur Beurteilung von
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1
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Zeit (min)
|
V̇E (l/min)
|
Last (Watt)
|
Ventilation
|
|
2
|
Zeit (min)
|
Herzfrequenz (1/min)
|
O2-Puls (ml)
|
Herz-Kreislauf
|
|
3
|
Zeit (min)
|
V̇O2 (ml/min)
|
V̇CO2 (ml/min)
|
Herz-Kreislauf
|
|
4
|
V̇CO2 (ml/min)
|
V̇E (ml)
|
–
|
Ventilation, Herz-Kreislauf, Gasaustausch
|
|
5
|
V̇O2 (ml/min)
|
Herzfrequenz (1/min)
|
V̇CO2 (ml/min)
|
Herz-Kreislauf
|
|
6
|
Zeit (min)
|
EqO2 (V̇E/V̇CO2)
|
EqCO2 (V̇E/V̇CO2)
|
Gasaustausch
|
|
7
|
V̇E (l/min)
|
VT (l)
|
–
|
Ventilation
|
|
8
|
Zeit (min)
|
RER
|
–
|
u. a. anaerobe Schwelle, Ausbelastung
|
|
9
|
Zeit (min)
|
PETO2 (mmHg)
|
PETCO2 (mmHg)
|
Gasaustausch
|
Anordnung in 3 Zeilen mit je 3 Feldern, d. h. 1 – 2 – 3, 4 – 5 – 6, 7 – 8 – 9 oder alternativ nach 16 3 – 2 – 5, 6 – 1 – 4, 9 – 8 – 7.
COPD
Bei Patienten mit mittelschwerer bis schwerer COPD ist die körperliche Belastbarkeit (peakV̇O2, Watt) durch multiple Faktoren eingeschränkt, und oftmals beenden COPD-Patienten die Spiroergometrie aufgrund von Erschöpfung oder Schmerzen der Beinmuskulatur, insbesondere auf dem Fahrradergometer [118].
Die Lungenfunktion in Ruhe erlaubt zwar keine Vorhersage der maximalen körperlichen Belastbarkeit [119], aber die Fluss-Volumen-Kurve zeigt typischerweise eine progrediente exspiratorische Flussbehinderung und Zunahme des endexspiratorischen Lungenvolumens (EELV) unter Belastung (dynamic hyperinflation). Die Reduktion der Inspiratorischen Kapazität (IC), TLC – EELV = IC [120] unter Belastung geht häufig mit einer Reduktion von Atemzugvolumen und Atemreserve bzw. einem erhöhten PaCO2 einher [121] (siehe [Abb. 1]).
Bei Patienten mit COPD liegt häufig eine Hypoxämie bereits in Ruhe vor. Diese kann sich unter Belastung passager normalisieren oder v. a. bei Patienten mit überwiegendem Lungenemphysem durch weitere Zunahme von P(a-A)O2, Ventilation-Perfusions-Verteilungsstörung und gemischtvenösen Sättigungsabfall verstärken [122].
Interstitielle Lungenerkrankungen
Infolge der Restriktion werden unter Belastung beobachtet: verminderter Atemgrenzwert ( = MVV) mit aufgebrauchter Atemreserve (meist geringer, als COPD), hohe Atemfrequenz bei niedrigem Tidalvolumen (VT) auf jedem Niveau der V̇E. Diese ineffiziente Ventilation ist an einem erhöhten V̇E/V̇CO2-slope erkennbar. Ein gestörter Gasaustausch unter Belastung mit Abfall des PaO2 wurde bei allen Schweregraden einer interstitiellen Lungenerkrankung beschrieben, mitunter bevor eine signifikante Restriktion in Ruhe nachweisbar ist [123]
[124]
[125].
Obwohl primär eine Lungenparenchymerkrankung, sind bei diesen Patienten unter Belastung häufig die Herzfrequenz erhöht und das Schlagvolumen vermindert [126]
[127], insbesondere beim Vorliegen einer pulmonalen Hypertonie mit Rechtsherzbelastung oder bei kardialer Beteiligung im Rahmen einer Sarkoidose [128]
[129].
Chronische Linksherzinsuffizienz
Kennzeichnend sind eine reduzierte Herzfrequenzreserve, die unter Therapie mit Beta-Blockern fehlen kann, ein geringerer Anstieg oder sogar Abflachung („Plateau“) des Sauerstoffpulses unter Belastung als Hinweis auf ein vermindertes Schlagvolumen [130].
Auch bei primär kardiovaskulären Erkrankungen werden Veränderungen der Ventilation unter Belastung beschrieben: gesteigerte Totraumventilation [16], erhöhte Atemäquivalente für O2 und CO2. Die Beziehung V̇E/V̇CO2 bei mittlerer Belastungsintensität (sog. „slope“) ist typischerweise erhöht als Hinweis auf eine ineffiziente Ventilation. Der Parameter V̇E/V̇CO2 slope scheint dem etablierten peak V̇O2 als Grundlage einer Schweregradeinteilung und als Risikostratifikator bei Herzinsuffizienz überlegen [131]
[264].
Unabhängig von der Raucheranamnese findet man unter Belastung bei Patienten mit chronischer Linksherzinsuffizienz eine exspiratorische Flussbehinderung, mitunter bronchiale Hyperreagibilität und eine dynamische Überblähung [132].
Prognostisch ungünstig ist eine sog. periodische Atmung, im Sinne einer Cheyne-Stokes-Atmung, mit Fluktuation von V̇O2 und V̇CO2 in Ruhe und unter Belastung [133]
[264].
Pulmonale Hypertonie
Die pulmonalvaskuläre Widerstandserhöhung und rechtsventrikuläre Insuffizienz führt zu einem verzögerten Anstieg des Sauerstoffpulses oder zu einer Abflachung des O2-Pulses (sog. Plateau). Infolge der Ventilation-Perfusionsverteilungsstörung (sog. Mosaikperfusion) sind die Atemäquivalente und der V̇E/V̇CO2 slope deutlich erhöht [134]
[135]
[136].
Aufgrund dieser charakteristischen Veränderungen können auch bei verschiedenen Grunderkrankungen Patienten mit vs. ohne pulmonale Hypertonie anhand der Spiroergometrie unterschieden werden, z. B. bei COPD [125]
[137]
[138]. In einer Arbeit wurde kein Unterschied der spiroergometrischen Variablen bei Patienten mit COPD mit vs. ohne PH gefunden, wobei hier die PH anhand echokardiografischer Messwerte berechnet wurde [139].
Der in Ruhe und unter Belastung gemessene kapillär-endtidale CO2-Gradient (aADCO2) ist bei Patienten mit chronisch thrombo-embolischer PH deutlich höher als bei Patienten mit PAH, sodass dieser Parameter zur ätiologischen Zuordnung einer pulmonalen Hypertonie beitragen kann [140].
Eine Hypoxämie in Ruhe kann unter Belastung zunehmen, insbesondere bei Auftreten eines Rechts-links-Shunts bei steigendem rechtsatrialen Druck und offenem Foramen ovale [141].
Unbestritten ist, dass mittels der nichtinvasiven Erfassung des Gasaustausches die Abschätzung wichtiger hämodynamischer Parameter bei PH-Patienten möglich ist [142]
[143]. Erste Berichte deuten darauf hin, dass ggf. mittels des endtidalen Partialdruckes für CO2 und des Atemäquivalents für CO2 an der AT ein Screening auf Vorliegen einer PH möglich sein könnte [144]
[145].
Obwohl sich in größeren Studien keine signifikante Gefährdung der PH-Patienten durch die Spiroergometrie zeigte, sollte bei PH-Patienten nach kürzlich stattgehabter Synkope oder bei einer deutlichen akuten Rechtsherzdekompensation von einer Belastungsuntersuchung abgesehen werden [2]
[134].
Dekonditionierung/Trainingsmangel
Die typischen Belastungsreaktionen durch Dekonditionierung der Muskulatur sind: leicht erniedrigte peakV̇O2, frühzeitige metabolische Azidose (niedrige AT) und überschießende Herzfrequenzsteigerung bei niedriger Belastung und Normalisierung im Verlauf.
Die V̇E verläuft bis zur AT normal, oberhalb der AT ist sie gesteigert als Ausdruck der verstärkten metabolischen Azidose im Vergleich zu Gesunden [1].
Stressechokardiografie
Indikationen
Die Stressechokardiografie wird meist bei Patienten auf einem Liegendergometer oder mittels pharmakologischer Stimulation (Adenosin, Dipyridamol oder Dobutamin i. v.) durchgeführt [146]
[147].
Mögliche Indikationen für die Stressechokardiografie in der Pneumologie sind: die differenzialdiagnostische Abklärung der Belastungsdyspnoe, die prä-operative Risikoabschätzung vor extra-kardialen Eingriffen (z. B. Lungenresektionen), die Abschätzung des kardialen Risikos vor einer Rehabilitationsmaßnahme, die Frühdiagnostik der pulmonalen Hypertonie und die Beurteilung der rechtsventrikulären Funktion [148]
[149]
[150]
[151]
[152]
[153]
[154]
[155]
[156]
[157]
[158]
[159]
[160].
Die Stressechokardiografie ermöglicht u. a. [161]
[162]
[163]
[164]:
-
den Nachweis einer systolischen und/oder diastolischen RV-LV-Dysfunktion, evtl. mit lung comet sign als Zeichen eines Lungenödems
-
den Nachweis einer hämodynamisch relevanten Koronarstenose
-
den Nachweis/Differenzierung einer belastungsinduzierten pulmonalen Hypertonie
-
die Abschätzung der kontraktilen Reserve von RV und LV
-
Entdeckung einer frühen Dysfunktion des LV, z. B. unter einer Chemotherapie.
Pulmonale Hypertonie
Mittels Stressechokardiografie kann zukünftig die frühzeitige Diagnosestellung einer pulmonalen Hypertonie gelingen [150]. Bisher liegen nur wenige Daten zu den Pathomechanismen der belastungsinduzierten pulmonalen Hypertonie und zu alters- und geschlechtsbezogenen Normwerten (z. B. Trikuspidalrefluxgeschwindigkeit unter Belastung) vor. Daher wird die Stressechokardiografie zur Frühdiagnostik der pulmonalen Hypertonie in der klinischen Routine z. Zt. nicht empfohlen [150]
[151]
[152]
[153].
Rehabilitation
Bei der Selektion des geeigneten Rehabilitationsprogramms für Patienten mit Lungenerkrankungen und gesteigertem kardiovaskulären Risiko kann die Durchführung einer Stressechokardiografie zur Reduktion der kardiovaskulären Ereignisse beitragen [165]
[166].
Durchführung der Stressechokardiografie – spezielle pneumologische Aspekte
Vor Beginn der Stressechokardiografie ist eine komplette umfassende echokardiografische Untersuchung nicht nur des linken Ventrikels, sondern des gesamten Herzens erforderlich. Angestrebt werden sollte eine dynamische (physiologische) Stressechokardiografie, ansonsten sollte eine Dobutamin-Stressechokardiografie erfolgen. Eine zusätzliche Kontrastmittelgabe erleichtert die Beurteilung regionaler Kontraktionsstörungen und die Abschätzung des systolischen pulmonalarteriellen Drucks.
Für die exakte Beurteilung der Stressechokardiografie ist eine hinreichende Qualität der standardisierten Schnittebenen des Herzens in Ruhe und unter Belastung erforderlich. Diese kann bei Patienten mit Lungenerkrankungen, z. B. Überblähung bei Lungenemphysem, eine valide Befundung deutlich erschweren.
Eine mögliche Häufung von Koronarspasmen nach Dobutamin-Stressechokardiografie ist in Einzelfallberichten bei Patienten mit COPD und Behandlung mit Beta-Agonisten beschrieben [167]
[168]
Die Vorteile einer pharmakologischen Stimulation sind die bessere Beurteilbarkeit durch weniger Thoraxwandexkursionen und die Unabhängigkeit von der Motivation des Patienten.
Rechtsherzkatheter unter Belastung
Während zu den Indikationen eines Rechtsherzkatheters (RHK) in Ruhe eine Reihe von Empfehlungen unterschiedlicher Verbindlichkeit vorliegen, wird der RHK mit körperlicher Belastung lediglich in der Leitlinie zur pulmonalen Hypertonie (PH) erwähnt [169].
Aktuell sehen wir aufgrund der verbesserten nicht-invasiven Möglichkeiten zur kardialen Funktionsanalyse mittels Echokardiografie, Magnetresonanz-Tomografie (MRT), nuklearmedizinischer Methoden mit/ohne Belastung sowie der Spiroergometrie folgende Indikationen für den RHK mit Belastung:
-
Erfassung der pulmonalen Hämodynamik unter Belastung zur Differenzierung prä- bzw. postkapillärer Störungen bei Patienten, die mittels nichtinvasiver Diagnostik nicht ausreichend abgeklärt werden können (z. B. COPD, OP-Indikation bei Mitralinsuffizienz)
-
Bestätigung eines Verdachtes auf eine rechtsventrikuläre diastolische Dysfunktion (z. B. bei Hinweisen in der Echokardiografie bzw. MRT)
-
Wissenschaftliche Fragestellungen
Durchführung des Rechtsherzkatheter mit Belastung
Ausgehend von einer Messung der RHK-Parameter in Ruhe in liegender Position kann entweder ein Ergometer auf den Kathetertisch montiert werden (Füße über Herzniveau) oder der Patient auf einem Fahrradergometer in halbliegender 45°-Position untersucht werden.
Nach Treten ohne Belastung (sog. unloaded pedaling) erfolgt eine stufenweise ansteigende Belastung mit einer Drehzahl von > 50 pro min (5 min Stufe mit 25 Watt Steigerung). Die Druckwerte werden nach 3 min am Ende einer entspannten Exspiration und das HZV ermittelt [15]. Die Blutgasanalyse sollte aufgrund der verzögerten Sauerstoffkinetik bei PH-Patienten erst in der 5. Minute erfolgen (s. Kap. Blutgase unter Belastung).
Die Verwendung eines steady-state-Protokolls wird zunehmend zur Bewertung von Interventionen (Rehabilitationsprogramme, medikamentöse Behandlung, operative Eingriffe) empfohlen, wobei diesbezügliche Daten fast ausschließlich aus der Spiroergometrie bei COPD Patienten stammen. Sie bestätigen jedoch frühere [170]
[171] und aktuelle [172]
[173] Daten zur Beurteilung einer Therapie mittels Belastungs-RHK nach einem steady-state-Protokoll auch in anderen Patientenkollektiven.
Interpretation der Befunde
Ausgewählte Normwerte der pulmonalen Hämodynamik liegen aus einer Metaanalyse vor [174].
Seit der Weltkonferenz zur PH 2008 in Dana Point wird die Definition einer latenten PH durch invasiv gemessenen mittleren pulmonalarteriellen Druck (mPAP) unter Belastung > 30 mmHg nicht mehr empfohlen [175]. Auch in den aktuellen deutschen Kommentierungen zu den europäischen Leitlinien zur Behandlung der pulmonalen Hypertonie wird auf die unsichere Datenlage zur Diagnostik mittels RHK mit Belastung verwiesen [176]. In einer aktuellen Übersicht zum RHK werden als Indikationen zur Durchführung unter Belastung lediglich die Erkennung einer frühen pulmonalen Vaskulopathie und Bearbeitung wissenschaftlicher Fragestellungen genannt [177].
In der Metaanalyse von Kovacs [174] überstieg der mPAP unter Belastung bei einer beträchtlichen Zahl der gesunden Probanden 30 mmHg. Trotzdem hat der Nachweis einer gestörten Hämodynamik unter Belastung weiterhin klinische Relevanz, denn sie kann Ausdruck einer pulmonalen Vaskulopathie oder/und einer gestörten linksventrikulären Funktion sein [178]
[179]
[180].
Der RHK unter Belastung hat einen Platz beim Monitoring von Therapien, die auf eine Veränderung der pulmonalen Vaskulopathie abzielen [181]
[182]
[183]
[184]
[185]
[186].
Belastungsuntersuchungen bei speziellen pneumologischen Fragestellungen
Belastungsuntersuchungen bei speziellen pneumologischen Fragestellungen
Anstrengungsinduziertes Asthma
Hochintensiver Belastungstest
Während oder nach Belastung kann eine bronchiale Obstruktion auftreten. Dies wird bei Patienten mit Asthma bronchiale als Anstrengungsasthma bezeichnet, demgegenüber spricht man bei Personen ohne die Kriterien eines Asthma bronchiale von einer belastungsinduzierten Bronchokonstriktion, z. B. bei Leistungssportlern [187].
Der Nachweis beider Entitäten basiert auf Messung der FEV1 bzw. von Kenngrößen der Atemwegsobstruktion, einschließlich Raw/Reff/ITGV, vor sowie mehrfach nach körperlicher Belastung [188]
[189].
Ein Großteil der Patienten mit anstrengungsinduzierter Atemwegsobstruktion entwickelt typischerweise erst einige Minuten bis zu 30 Minuten nach Belastungsende eine Atemwegsobstruktion [187]
[190].
Die Diagnosestellung eines anstrengungsinduzierten Asthmas erfordert eine Lungenfunktionsprüfung im Vorfeld sowie 3, 5, 15 und 30 Minuten nach einer körperlichen Belastung in Form von Fahrrad-, Laufband- oder Feldtest, d. h. submaximale, möglichst sportartspezifische Belastung über 6 – 8 Minuten bei 80 % der V̇O2max oder bei 85 – 90 % der maximalen Herzfrequenz; Besonderheit bei Kindern: Herzfrequenz > 160 /min [191].
Wesentlich ist eine kurze, aber intensive, möglichst standardisierte Belastung mit einem hohen V̇E [190]. Der Reiz zur Auslösung einer anstrengungsinduzierten Atemwegsobstruktion wird häufig durch trockene (und kalte) Atemluft verstärkt. Für Kinder ab dem 5. Lebensalter ist die standardisierte Laufbelastung der geeignete Test. Hierzu ist sowohl das Laufen im Freien (free running test) als auch die Belastung auf dem Laufband geeignet [192].
Bei einem Abfall der FEV1 um ≥ 15 % des Ausgangswerts und/oder Zunahme des Atemwegswiderstandes (Raw) um > 150 % des Ausgangswertes bzw. 60 % im Kindesalter gilt ein Anstrengungsasthma als nachgewiesen [187].
Im Spitzensport gilt laut Antidoping-Bestimmungen der World Antidoping Agency (WADA) ein Abfall der FEV1 > 10 % als signifikant. Zur Bewertung der Ganzkörperplethysmografie liegen keine international gültigen Empfehlungen für Spitzensportler vor.
Feldtest und inhalative Provokation
Nicht immer kann ein Anstrengungsasthma unter Laborbedingungen nachgewiesen werden.
Dann ist eine sportartspezifische Belastung als Feldtest, z. B. im Schwimmbad, sinnvoll.
Andere, belastungsunabhängige, Provokationstests sind die inhalative Provokation mit Mannitol, 4,5 % Salzlösung oder 0,33 % Metacholinlösung. Für eventuell notwendige Ausnahmegenehmigungen zur Inhalation von ß2-Mimetika bzw. Kortison bei Spitzensportlern werden o. g. Testungen sowie die Histaminprovokation anerkannt [187]
[193].
Sporttauglichkeit und Trainingssteuerung
Standardisierte Belastungsuntersuchungen erlauben nicht nur eine Beurteilung der Sporttauglichkeit, sondern auch die Ableitung konkreter Trainingshinweise sowohl für Freizeit- und Leistungssportler als auch für Patienten.
Tauglichkeit für Sportgruppen, Training und Wettkampf
Eine Voraussetzung für die Teilnahme an Herz- und Lungen-Sportgruppen ist eine ärztliche Untersuchung. Das Belastungs-EKG dient dem Nachweis einer kardialen Gefährdung. Eine Mindestbelastbarkeit von > 25 Watt über 3 min oder eine Gehstrecke > 200 m innerhalb von 6 min wird für Lungensportgruppen gefordert [194]. Bei den Herzsportgruppen erfolgt je nach Leistungsfähigkeit eine Unterscheidung zwischen Trainingsgruppen ( > 1 Watt/kg Körpergewicht) und Übungsgruppen ( < 1 Watt / kg Körpergewicht).
Im Freizeit- und Breitensport wird für die Wettkampfteilnahme, z. B. Stadtmarathon, eine Tauglichkeitsuntersuchung einschl. Belastungs-EKG häufig nur empfohlen. Nur für die Erteilung der Tauchtauglichkeit ist ab dem 40. Lebensjahr die Durchführung eines Belastungs-EKGs verpflichtend [195].
Trainingssteuerung
Die Verbesserung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit durch regelmäßiges ausdauerbetontes Training, idealerweise 3 × wöchentlich, ist für Patienten und Freizeitsportler gut belegt [194].
Bei Patienten mit Herzerkrankungen wird die Trainingsintensität über die Herzfrequenz gesteuert. Sie sollte entweder zwischen 50 und 80 % des Maximalpulses bzw. zwischen 40 und 60 % der Herzfrequenzreserve bis zur Herzfrequenzobergrenze liegen oder der Herzfrequenz an der individuell ermittelten anaeroben Schwelle entsprechen [196]
[197]. Die Herzfrequenzobergrenze für eine risikoarme Belastung wird häufig mit 85 % der während einer (spiro-)ergometrischen Ausbelastung erreichten maximalen Herzfrequenz (HFmax) angegeben unter der Voraussetzung, dass eine Ausbelastung erreicht wurde [197]. Außerdem kann die spiroergometrisch bestimmte anaerobe Schwelle als Orientierungshilfe bei der Trainingssteuerung dienen [198].
Bei Patienten mit Lungenerkrankungen kann das Training nicht allein über die Herzfrequenz gesteuert werden. Denn die Beziehung zwischen %V̇O2max und %HFmax verläuft häufig nicht linear [199]
[200]. Meist erfolgt der Abbruch der Belastung wegen Dyspnoe oder Ermüdung der Beinmuskulatur ohne Erreichen einer kardialen Ausbelastung. Deshalb wird empfohlen, Patienten mit Lungenerkrankungen in kurzen Intervallen [200] bis zur maximal erreichbaren Intensität zu belasten oder die Dyspnoe als Steuerungsgröße heranzuziehen [200]
[201].
Das Training von Freizeit- und Leistungssportlern orientiert sich am individuell ermittelten Maximalpuls (MP), wobei für ein Lauftraining folgende Trainingsbereiche definiert wurden: Regenerationsbereich (< 60 – 65 des MP); ruhiges (65 – 75 % des MP); mittleres (75 – 85 % MP); intensives (85 – 90 MP) Ausdauertraining; sowie hochintensive Intervallbelastung (> 90 % MP). Eine genauere Trainingssteuerung wird durch die Bestimmung der individuellen anaeroben Schwelle in der Spiroergometrie möglich. Hierfür wird am häufigsten die Belastungsintensität bzw. die V̇O2 am Punkt des Anstiegs des Atemäquivalentes für O2 (V̇E/V̇O2) herangezogen, aber auch die Belastungsintensität bzw. V̇O2 am Punkt des endtidalen PO2-Anstiegs am Knickpunkt der linearen Abhängigkeit zwischen V̇O2 und V̇CO2 (V-slope-Methode) oder am sog. respiratory compensation point (RCP).
Aufgrund einfacherer Handhabung werden im Leistungssport meistens in stufenweise ansteigenden Ergometrien Intensität und Herzfrequenz an der Laktatschwelle ermittelt [202]
[203].
Die Überprüfung des Trainingserfolgs sollte frühestens 6 – 8 Wochen nach einem regelmäßigen ausdauerbetonten Training unter standardisierten Bedingungen (z. B. Tageszeit, Ernährung) erfolgen. Eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit ist an einer Steigerung der Maximalleistung bzw. der V̇O2max und/oder der Leistung bzw. der V̇O2 im Bereich der ventilatorischen Schwelle bzw. der Laktatschwelle ersichtlich [204].
Arbeitsmedizin und Begutachtung
Indikationen für Belastungstests
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Bestimmung der Maximalleistung nach ArbmedVV (Verordnung zur arbeitsmedizinischen Vorsorge) im Rahmen der Pflichtuntersuchung bei Tätigkeiten, die das Tragen von Atemschutzgeräten der Gruppen 2 und 3 erfordern (G26.3 schwerer Atemschutz)
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Präventiv-diagnostisch zur Erkennung einer latenten Erkrankung: nach ArbmedVV im Rahmen der arbeitsmedizinischen Vorsorgeuntersuchungen bei folgenden Expositionen, Gefahrstoffen bzw. Tätigkeiten: Glycoldinitrat und Glycerintrinitrat (G5), Schwefelkohlenstoff (G6) Kohlenmonoxid (G7), Schwefelkohlenstoff (G11), Hitzearbeiten (G30), Überdruck (G31), Arbeiten mit Absturzgefahr (G41)
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Begutachtungen zur Frage der beruflichen Leistungsfähigkeit (Dauerleistungsfähigkeit – Dauerleistungsgrenze)
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Begutachtungen von Berufskrankheiten, MdE-Bemessung
Vorsorgeuntersuchungen In den berufsgenossenschaftlichen Grundsätzen für die arbeitsmedizinischen Vorsorgeuntersuchungen wird bislang aus Praktikabilitäts- und finanziellen Gründen eine Ergometrie als Leistungs- und Screeninguntersuchung vorgegeben [205]. Es wird eine Ergometerbelastung im Sitzen empfohlen mit Steigerung der Belastungsstufen um 25 Watt alle 2 min, über mindestens 3 Stufen mit einer Gesamtdauer < 12 Minuten bis zu einem Sollwert für die Leistung (Watt) nach Reiterer [206]. Für die Interpretation der Untersuchungsergebnisse nach den berufsgenossenschaftlichen Grundsätzen wird die physical work capacity (PWC) bestimmt. Die PWC bezeichnet die Leistung in Watt pro kg KG bei einer Herzfrequenz von 130 /150 /170 Schlägen pro Minute.
Physical work capacity (PWC)
Bis zum 39. Lebensjahr: Sollwert (PWC 170)
Männer 3,0 Watt/kg KG
Frauen 2,5 Watt/kg KG
Ab dem 40. Lebensjahr: Sollwert (PWC 150)
Männer 2,1 Watt/kg KG
Frauen 1,8 Watt/kg KG
Abweichungen von mehr als 20 % vom Sollwert werden als pathologisch eingestuft.
Zumindest bei Untersuchungen nach ArbmedVV für schweren Atemschutz (G 26.3) und für Taucher und Arbeiten im Überdruck (G 31, Druckluftverordnung) ist eine Spiroergometrie zur Beurteilung der maximalen Leistungsfähigkeit empfohlen [207].
Eine Belastungsuntersuchung als Sekundärprävention im Rahmen von arbeitsmedizinischen Vorsorgeuntersuchungen bei Exposition gegenüber potenziell kardiotoxischen Noxen kann nach der nationalen Versorgungsleitlinie KHK nicht mehr generell, sondern nur bei Patienten mit mittlerer Vortestwahrscheinlichkeit empfohlen werden.
Bestimmung der Dauerleistungsgrenze – Berufliche Leistungsfähigkeit
Der O2-Verbrauch sollte 30 % der maximalen O2-Aufnahme bei einem Arbeitsumfang von 480 min nicht überschreiten. Dies bedeutet, dass die Dauerbelastung deutlich unterhalb der AT liegen sollte. Bei ausreichenden Pausen kann auch ein Grenzwert von 50 % toleriert werden. Für Rettungskräfte ist für Leistungen mit 80 % der maximalen O2-Aufnahme eine Grenzzeit von 10 min erlaubt [96].
Bestehende spezifische Angaben zur O2-Aufnahme bei bestimmten beruflichen Tätigkeiten [167] müssen auf die heutigen Arbeitsbedingungen und geänderten Berufsbilder adaptiert werden.
Begutachtung – MdE-Bemessung
Bei Berufskrankheitenverfahren mit pneumologischen Fragestellungen sind Belastungsuntersuchungen und insbesondere die Spiroergometrie mit Rampenprotokoll im Rahmen der Kausalitätsprüfung zur Diagnosesicherung und zur Abgrenzung von möglicherweise parallel vorliegenden berufsunabhängigen Erkrankungen zu empfehlen.
Weiterhin können durch Belastungsuntersuchungen im Rahmen der Ermittlung der Minderung der Erwerbsfähigkeit (MdE) BK-bedingte Funktionseinschränkungen quantifiziert und von BK-unabhängigen Einschränkungen abgegrenzt werden. Die Minderung der Erwerbsfähigkeit im Berufskrankheitenrecht entspricht der BK-bedingten Einschränkung auf dem allgemeinen Arbeitsmarkt. Grundlage für die Bewertung eines Funktionsschadens mit Hilfe einer Belastungsuntersuchung ist die Belastungsintensität, bei der Insuffizienzzeichen auftreten.
Bei der Spiroergometrie wird für die Bemessung die gemessene O2-Aufnahme in Prozent des individuellen Sollwertes gewählt. In der Arbeitsmedizin werden für die maximale Sauerstoffaufnahme die Sollwerte nach Wasserman [102]
[115] zugrunde gelegt, entsprechend den Empfehlungen der ATS/ACCP von 2003 [1]. Die Bewertung nach den Sollwerten von Koch et al. (SHIP-Kollektiv) [34] wird angestrebt.
Die MdE für primär atemwegsobstruktive Berufskrankheiten (1315, 4301, 4302, 4111) wird nach der MdE-Tabelle der Aktualisierungsvorschläge zur Reichenhaller Empfehlung bewertet (s. www.dguv.de) [208]. Für die Berufskrankheiten Silikose (BK 4101) gilt die Bochumer Empfehlung und für asbestbedingte gutartige Lungenveränderungen Asbestose (BK 4103) die Falkensteiner Empfehlung, beide von der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung herausgegeben. In allen drei Empfehlungen sind die Bewertungen der Belastungsblutgase und der spiroergometrischen Daten vergleichbar.
In Ermangelung spezifischer Empfehlungen für andere interstitielle pneumologische Berufskrankheiten (z. B. exogen-allergische Alveolitis, Aluminose, Berylliose, Hartmetalllunge) sollte die Bewertung bei diesen Erkrankungen in Anlehnung an die obigen Empfehlungen erfolgen.
Für die longitudinale Bewertung der Minderung der Erwerbsfähigkeit im Rahmen von Nachbegutachtungen von Berufskrankheiten sind für einen intraindividuellen Vergleich möglichst identische, reproduzierbare Durchführungsprotokolle sinnvoll. Der normale Altersgang ist bei der Interpretation zu berücksichtigen.
Präoperative Diagnostik
Lungenresezierende Eingriffe
Bei der Einschätzung der funktionellen Operabilität sind neben der Belastungsuntersuchung auch die Begleiterkrankungen zu erfassen. Bei Patienten mit einer Belastungslimitation, d. h. V̇O2peak < 50 – 60 % Soll, steigt das Mortalitätsrisiko durch den lungenresezierenden Eingriff deutlich an [209]
[210]
[211]
[212]
[213].
Für den 6-MWT oder die konventionelle Ergometrie gibt es keine einheitlichen Daten, die eine Risikostratifizierung in Hinblick auf die funktionelle Operabilität ermöglichen [214]
[215]
[216]. Der sog. Treppentest, bei dem überprüft wird, wie viele Treppenstufen (ggf. in welcher Zeit) erklommen werden können, wurde kürzlich erneut beschrieben [217]
[218].
Der durch die Lungenresektion zu erwartende Funktionsverlust kann mittels Spirometrie, Diffusionsmessung und Spiroergometrie abgeschätzt werden [219]. Hierzu steht ein praktikabler Algorithmus der ERS bzw. der DGP für den klinischen Gebrauch zur Verfügung [219]. Initial werden relevante kardiologische Erkrankungen gezielt abgeklärt. Es folgt die Spiroergometrie bei Patienten mit Einschränkungen der FEV1 und/oder der CO-Diffusion < 80 % des Sollwertes [219]
[220]
[221]
[222]. Hier wird V̇O2peak auf das Körpergewicht bezogen, wobei bei Patienten mit Adipositas das Sollgewicht und nicht das Istgewicht zur Berechnung herangezogen werden sollte [219]
[222]. Vor allem für Patienten mit VO2peak zwischen 10 und 20 ml/min/kg ist die postoperativ zu erwartende FEV1 bzw. DLCO mithilfe der Perfusionsszintigrafie entscheidend. Entsprechend der deutschen Leitlinien gelten Patienten mit zu erwartenden postoperativen V̇O2peak < 10 ml/min/kg bzw. < 35 % Soll als inoperabel [219].
Auf besondere Situationen ist zu achten. Zum Beispiel stützt sich die präoperative Risikoabschätzung vor tumorbedingter Oberlappenresektion bei Patienten mit schwerem Emphysem im gleichen Lappen vor allem auf die Kriterien der chirurgischen Lungenvolumenresektion [223]. Im Rahmen einer neoadjuvanten Therapiesituation sollte nach Chemotherapie oder Radiochemotherapie eine erneute Evaluation der funktionellen Operabilität erfolgen, um eventuelle Folgen der potenziell lungentoxischen Therapien und einer muskulären Dekonditionierung zu erfassen [222].
Extrathorakale Eingriffen
Bei elektiven großen abdominal- und gefäßchirurgischen Eingriffen ist die Mortalität bei Patienten mit einer V̇O2 < 11 ml/min/kg an der AT deutlich erhöht [224]. Liegt die V̇O2 an der AT > 11 ml/min/kg zeigen Patienten mit V̇E/V̇CO2 > 35 ein mittleres perioperatives Risiko [224]
[225]. Trotz der nachgewiesenen Bedeutung der Spiroergometrie mit submaximaler Belastungsintensität wird sie bisher nur begrenzt in der klinischen Routine eingesetzt [226].
Therapiemonitoring
Durch Belastungsuntersuchungen, z. B. 6-MWT oder Spiroergometrie, werden die Effekte von therapeutischen Interventionen auf die körperliche Belastbarkeit [2] erfasst. In Untersuchungen und im klinischen Alltag sind diese Verfahren zum Therapiemonitoring bei Patienten mit Erkrankungen mit kardiovaskulärer oder pulmonaler Ätiologie etabliert. Der hohe Stellenwert der Belastungsuntersuchungen wird nachfolgend an zwei Entitäten beispielhaft erläutert.
COPD
Die sog. Endurance-Protokolle (s. Kap. Methodik) werden eingesetzt, um den Effekt der antiobstruktiven Therapie bei Patienten mit COPD zu dokumentieren. Die Arbeiten konnten zeigen, das die Gabe von Tiotropium, Formoterol/Budesonid bzw. Salmeterol zu einer Besserung von spiroergometrischen Kenngrößen, z. B. peakV̇O2 oder der dynamischen Hyperinflation führen [227]
[228]
[229].
Auch nicht-pharmakologische Interventionen (O2-Substitution oder nicht-invasive Beatmung während körperlichen Trainings) können mittels spiroergometrischer Verfahren evaluiert werden [230]
[231]
[232].
Sowohl bei der Lungenvolumenreduktionschirurgie (LVRS) als auch bei der bronchoskopisch durchgeführten Lungenvolumenreduktion (BLVR) können einzelne Untersuchungen eine Besserung der spiroergometrisch gemessenen Belastbarkeit in endurance-time Protokollen nachweisen [233]
[234].
Obwohl zumindest eine Studie nachweisen kann, dass eine Lungenvolumenreduktion zu einer Besserung von Sauerstoffaufnahme und Sauerstoffpuls in der spiroergometrischen Belastung führt [50]
[235], ist der am häufigsten verwendete Parameter in Hinblick auf die Besserung der Leistungsfähigkeit der 6-MWT [236]
[237].
Der 6-MWT ist ein weit verbreitetes Untersuchungsverfahren bei Patienten mit COPD. In etablierten Prognose-Scores, z. B. BODE-Index, kommt dem 6-MWT neben body mass index, FEV1 und Angaben zur Dyspnoe eine zentrale Bedeutung zu. Wird die körperliche Belastbarkeit der COPD-Patienten nicht durch 6-MWT, sondern durch Befunde aus der Spiroergometrie bewertet, verbessert sich die prognostische Aussagekraft [238]
[239].
Pulmonale Hypertonie
6-MWT Bei Patienten mit pulmonal arterieller Hypertonie (PAH) ist der 6-MWT mit der Lebensqualität (QoL) [240] und mit dem Überleben unabhängig von anderen nicht invasiven Untersuchungsmethoden [72] korreliert. Die Daten einer Epoprostenolstudie legen nahe, dass eine mittlere Gehstreckendifferenz von 47 m zwischen Therapie und Kontrollgruppe mit einer Verbesserung des Überlebens einhergeht [241]. Allerdings korrelierte eine statistisch signifikante Verbesserung des 6-MWT allein nicht mit verbessertem Überleben [242]. Auf eine ungünstige Prognose weist der unter Therapie unveränderte 6-MWT von < 380 m unter Therapie mit Epoprostenol [243] oder mit Bosentan [244] hin.
Spiroergometrie Die Spiroergometrie ermöglicht eine präzise Risikostratifizierung sowie ein Therapiemonitoring der Patienten mit verschiedenen Formen der pulmonalen Hypertonie. Neben der häufig genutzten V̇O2 [134] wurden weitere Parameter (unter Belastung ermittelt) als Prognosemarker identifiziert: maximaler systolischer Blutdruck [134], maximale erreichte Herzfrequenz [245], ineffiziente Ventilation erfasst durch Anstieg des Verhältnisses zwischen V̇E und V̇CO2, engl. slope, [246]
[247], Differenz des O2-Puls von Ruhe zur Belastung [246], die Kombination aus V̇O2 und PVR [248] sowie die Herzfrequenzreserve [245]. Demgegenüber zeigte sich bei Kawut et al. kein Zusammenhang zwischen V̇O2max und Überleben [249]. Eine mögliche Erklärung für die unterschiedlichen prognostisch relevanten Grenzwerte ist die Einbeziehung verschiedener Formen der PH in die Untersuchungen. Außerdem ist zu beachten, dass spiroergometrische Grenzwerte bei Patienten mit unterschiedlichen angeborenen Herzfehlern stark variieren [250]
[251].
Ungeachtet dieser methodischen Anmerkungen wird in den aktuellen Therapieempfehlungen für Patienten mit PH eine V̇O2 peak von < 10,4 ml/kg/min mit einer ungünstigen Prognose [134] und > 15 ml/kg/min mit einer günstigen Prognose verbunden [252].
Kurz- und Langzeiteffekte einer spezifischen Therapie können anhand der Spiroergometrie bei Patienten mit PAH unterschiedlicher Ursache erfasst werden: nach Gabe von 3 × 20 mg/d Sildenafil über 6 Wochen [253]; nach einmaliger Gabe von 25 /50 mg Sildenafil [254]; unter intravenösem Prostazyklin über ein Jahr bzw. über 18 – 27 Monate [255]; nach Inhalation von Iloprost [256]; nach Gabe von Tadalafil über 6 Monate [257]; nach Gabe von Sildenafil 3 × 50 mg über 3 Monate [258]
[259] bzw. über 4 ± 2 Monate [260]; nach Gabe von Bosentan über 3 Monate [261] oder im Akutversuch mit inhaliertem Stickstoffmonoxid [262] bzw. Adrenomodulin [263].
