Spiroergometrie - Vorschläge zur Standardisierung und Interpretation

 

 Permissions and Reprints

Zusammenfassung

Basierend auf unserer umfangreichen Spiroergometrie-Datenbank (282 Untersuchungen und ca. 200 Einzelparameter pro Untersuchung) ergeben sich folgende methodische und interpretatorische Hinweise bei der Durchführung einer Spiroergometrie. Bei einer zu erwartenden Leistungsfähigkeit unter 100 W empfehle ich eine Rampenbelastung; bei einer höheren Leistungsfähigkeit ist für die Routinebelastung mit Fahrradergometrie eine Steigerung um 25 W in 2-minütigem Abstand sinnvoll. Zur optimalen Beurteilung der Leistungsfähigkeit eines Patienten ist eine erschöpfungs- oder symptomlimitierte Belastung anzustreben. Die hierbei erreichte maximale Sauerstoffaufnahme erlaubt keine Differenzierung zwischen kardialer und pulmonaler Funktionsstörung, sie stellt lediglich ein Maß für die kardiopulmonale Leistungsfähigkeit dar. Zahlreiche Sollwertformeln für die maximale Sauerstoffaufnahme wurden entwickelt und differieren extrem. Es ist daher erforderlich, bei Bezug auf einen Sollwert der maximalen Sauerstoffaufnahme den zur Berechnung verwandten Algorithmus anzugeben. Ebenso existieren zahlreiche Verfahren zur Bestimmung der ventilatorischen und metabolischen anaeroben Schwelle. Für klinische Fragestellungen ist die gleichzeitige Bestimmung des Laktats in der Regel entbehrlich. Die 4 mmol × l^{- 1}-Laktatschwelle entspricht am ehesten der mit der V-slope-Methode bestimmten Schwelle. Der Hf-slope differenziert analog der NYHA-Klassifikation eine kardiale Insuffizienz. Totraumventilations-Änderungen sind primär Ausdruck von Änderungen des Ventilations/Perfusions-Verhältnisses und erlauben keine Rückschlüsse auf die zugrunde liegende Pathophysiologie. Ein relevanter Parameter für die Prognose bei einer Herzinsuffizienz ist der Anstieg des Atemäquivalents für CO₂. Die Atemreserve erlaubt keinesfalls den Rückschluss auf eine pathologische pulmonale Belastungslimitierung. Bei erschöpfungslimitierter Belastung findet sich eine aufgehobene Atemreserve auch bei gesunden Probanden. Das Ergebnis der Atemreserve hängt extrem von dem zugrunde liegenden Algorithmus ab und je nach Methode finden sich aufgehobene bis erhaltene Atemreserven. Die Bestimmung der Flussvolumenkurve unter Belastung erlaubt den Nachweis einer ventilatorischen Belastungslimitierung. Die pulsoximetrische Sauerstoffsättigung ist lediglich ein Überwachungsparameter während der Spiroergometrie und gestattet aufgrund ihrer Störanfälligkeit keine sichere Beurteilung des Verlaufs der Oxigenierung. Relevant ist die Bestimmung der alveolo-arteriolären Sauerstoffdifferenz. Wenig Relevanz für die Differenzierung verschiedener Funktionsstörungen bei der Spiroergometrie zeigten die Borg-Skala, der EQO₂-Verlauf, der RQ und die Bestimmung der aeroben Kapazität.

Abstract

I give some recommendations concerning methodology and interpretation of cardiopulmonary exercise tests. The recommendations are based on our comprehensive data bank of exercise tests (282 tests and about 200 single parameters assessed during each test). When I expect an exercise capacity lower than 100 W I perform a ramp test; concerning expected higher exercise capacity steps of 25 W every 2 min are preferred. In order to achieve an optimal assessment of exercise capacity an exhaustion or symptom limited test should be performed. The achieved maximum oxygen consumption does not allow differing between cardiac or pulmonary causes of exercise limitation. It is only a marker of cardiopulmonary exercise capacity. A lot of algorithms to assess the maximum oxygen consumption are available, yet the results of calculating oxygen consumption with these algorithms differ considerably. Therefore it is mandatory to mention the used algorithm when referring to a calculated predicted oxygen consumption value. There are also several methods to assess the ventilatory and metabolic anaerobic threshold. For clinical purposes assessing lactate values is not necessary. The so called 4 mmol × l^{- 1} threshold accords primarily to the threshold assessed with the V-slope method. The Hf-slope may be used as an index for classification of heart failure stages analogous to the NYHA classification. Changes in dead space ventilation are mainly an expression of changed ventilation perfusion relationships and do not give evidence for any specific cardiac or pulmonary disorder. The slope of the equivalent for CO₂ is a relevant parameter of prognosis in cardiac failure. The value of the breathing reserve is not indicative of pathologic ventilatory limitation of exercise. You may find a reduced breathing reserve of about 0 also in healthy volunteers who are driven to exhaustion limited exercise. The value of the breathing reserve depends strongly on the kind of calculation or measuring mode and depending on the mode you can get normal or extremely reduced values in the same test person. The analysis of the flow volume curve during exercise provides some criteria of ventilatory exercise limitation. Pulse oxymetry is relevant only as a safety parameter. Because of its inaccuracy it should not be used to prove desaturation during exercise. The assessment of the alveolar-arterial pO₂ difference is of diagnostic relevance. The Borg scale, the course of the oxygen equivalent of O₂, the respiratory exchange ratio, and the aerobic capacity are of no major relevance for differential diagnosis.

Literatur

• 1 Arzt M, Harth M, Luchner A. et al . Enhanced ventilatory response to exercise in patients with chronic heart failure and central sleep apnea.  Circulation. 2003;  107 1998-2003
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Babb T G, Viggiano R, Hurley B. et al . Effect of mild-to-moderate airflow limitation on exercise capacity.  J Appl Physiol. 1991;  70 223-230
  PubMedGoogle Scholar
• 3 Beaver W L, Wasserman K, Whipp B J. A new method for detecting the anaerobic threshold by gas exchange.  J Appl Physiol. 1986;  60 2020-2027
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 4 Bellardinelli R, Lacalaprice F, Carle F. et al . Exercise-induced myocardial ischemia detected by cardipulmonary exercise-testing.  Eur Heart J. 2003;  24 1304-1313
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 5 Borg G AV. Psychophysical bases of perceived exertion.  Med Sci Sports Exerc. 1982;  14 377-381
  PubMedGoogle Scholar
• 6 Brett S E, Ritter J M, Chowienczyk P J. Diastolic blood pressure changes during exercise positively correlate with serum cholesterol and insulin resistance.  Circulation. 2000;  101 611-612
  PubMedGoogle Scholar
• 7 Breuer H-W M. Wertigkeit und Grenzen nicht-invasiver kardiopulmonaler Funktionsinizes bei der Belstungsprüfung von Gesunden und Patienten. Essen: Habilitationsschrift Universität Essen 1994
  Google Scholar
• 8 Breuer H-W M, Pfeiffer U, Worth H. et al . Spiroergometrie mit fünfminütigen Belastungsstufen - steady-state-Belastung?.  Atemw Lungenkrh. 1999;  17 379-380
  PubMedGoogle Scholar
• 9 Breuer H-W M, Pfeiffer U, Worth H. et al . The power-duration product - evaluation of a new reference system for cardiopulmonary exercise testing.  Eur J Appl Physiol. 1992;  65 118-123
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 10 Clark A L, Poole-Wilson P A, Coats A JS. Relation between ventilation and carbon dioxide production in patients with chronic heart failure.  J Am Col Cardiol. 1992;  6 1326-1332
  PubMedGoogle Scholar
• 11 Cohen-Solal A, Tabet J Y, Logeart D. et al . A non-invasively determined surrogate of cardiac power („circulatory power”) at peak exercise is a powerful prognostic factor in chronic heart failure.  Europ Heart J. 2002;  23 806-814
  PubMedGoogle Scholar
• 12 Deutsche Liga zur Bekämpfung des hohen Blutdruckes e. V. .Leitlinien für die Prävention, Erkennung, Diagnostik und Therapie der arteriellen Hypertonie. AWMF online 2003
  Google Scholar
• 13 Enright P L, McBurnie M A, Bittner V. et al . The 6-min walk test.  Chest. 2003;  123 387-398
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 14 Guidelines Commitee . European Society of Hypertension - European Society of Cardiology Guidelines for the management of arterial hypertension.  J Hypertens. 2003;  21 1011-1053
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 15 Feldmeyer F, Rühle K H. Vergleich verschiedener Methoden zur Bestimmung des Atemgrenzwertes in Ruhe bei gesunden Probanden.  Atemw-Lungenkrkh. 1999;  25 215-219
  PubMedGoogle Scholar
• 16 Florea V G, Henein M Y, Anker S D. et al . Prognostic value of changes over time in exercise capacity and echocardiographic measurements in patients with chronic heart failure.  Europ Heart J. 2000;  21 146-153
  PubMedGoogle Scholar
• 17 Francis D P, Shamim W, Davies L C. et al . Cardiopulmonary exercise testing for prognosis in chronic heart failure: continuous and independent prognostic value from VE/VCO₂ slope and peak VO₂.  Europ Heart J. 2000;  21 154-161
  PubMedGoogle Scholar
• 18 Franz I W. Blutdruckverhalten während Ergometrie.  Dtsch Z Sportmed. 2003;  54 55-56
  PubMedGoogle Scholar
• 19 Froelicher V F, Brammell H, Davis G. et al . A comparison of the maximal treadmill exercise protocols.  J Appl Physiol. 1974;  6 720-725
  PubMedGoogle Scholar
• 20 Gitt A K, Bergmeier C, Winkler R. et al . Prognostische Bedeutung der maximalen O₂-Aufnahme bei chronischer Herzinsuffizienz.  Atemw-Lungenkrkh. 1999;  9 497-502
  PubMedGoogle Scholar
• 21 Groeben H, Breuer H-W M, Worth H. et al . Respiratory and metabolic „decompensation” during exercise.  Eur Resp J. 1989;  89 6495
  PubMedGoogle Scholar
• 22 Haass M, Zugck C, Kübler W. Der 6-Minuten-Gehtest: Eine kostengünstige Alternative zur Spiroergometrie bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz?.  Z Kardiol. 2000;  89 72-80
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 23 Hansen J E, Sue D J, Wasserman K. Predicted values for clinical exercise testing.  Am Rev Resp Dis. 1984;  129 Suppl 49-50
  PubMedGoogle Scholar
• 24 Hopkins S R. Nahe am Limit: Die Lunge bei maximaler körperlicher Belastung.  Dtsch Z Sportmed. 2002;  10 277-284
  PubMedGoogle Scholar
• 25 Johnson B D, Beck K C, Zeballos R J. et al . Advances in Pulmonary Laboratory Testing.  Chest. 1999;  166 1377-1387
  PubMedGoogle Scholar
• 26 Johnson B D, Weismann I M, Zeballos R J. et al . Emerging concepts in the evaluation of ventilatory limitation during exercise.  Chest. 1999;  116 488-503
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 27 Johnson R L. Gas exchange efficiency in congestive heart failure II.  Circulation. 2001;  103 916-918
  PubMedGoogle Scholar
• 28 Jones N L, Makrides L, Hitchcock C. et al . Normal standards for an incremental progressive cycle ergometer test.  Am Rev Respir Dis. 1985;  131 700-708
  PubMedGoogle Scholar
• 29 Kehe T, Löllgen H. Vergleich von hämodynamischen und respiratorischen Parametern bei zwei verschiedenen Belastungsprogrammen.  Atemw-Lungenkrkh. 1999;  5 256-263
  PubMedGoogle Scholar
• 30 Koike A, Shimizu N, Tajima A. et al . Relation between oscillatory ventilation at rest before cardiopulmonary exercise testing and prognosis in patients with left ventricular dysfunction.  Chest. 2003;  123 372-379
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 31 Löllgen H. Kardiopulmonale Funktionsdiagnostik. Wehr/Baden: Ciba-Geigy GmbH 1990
  Google Scholar
• 32 Löllgen H. Chronotrope Inkompetenz.  Dtsch Äblatt. 1999;  96 B1691-B1694
  PubMedGoogle Scholar
• 33 Löllgen H, Dirschedl P, Winter U J. Herzfrequenz und arterieller Blutdruck. In: Löllgen H, Winter UJ, Erdmann E: Ergometrie. Belastungsuntersuchungen in Klinik und Praxis. Berlin-Heidelberg: Springer 1997
  Google Scholar
• 34 McElroy P A, Janicki J S, Weber K T. Cardiopulmonary Exercise Testing in Congestive Heart Failure.  Am J Cardiol. 1988;  62 35A-30A
  PubMedGoogle Scholar
• 35 Metra M, Dei Cas L, Panina G. et al . Exercise hyperventilation chronic congestive heart failure, and its relation to functional capacity and hemodynamics.  Am J Cardiol. 1992;  70 622-628
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 36 Meyer T, Kindermann W. Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO₂max).  Dtsch Z Sportmed. 1999;  9 285-286
  PubMedGoogle Scholar
• 37 Myers J, Buchanan N, Walsh D. et al . Comparison of the ramp versus standard Exercise Protocols.  J Am Coll Cardiol. 1991;  17 1334-1342
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 38 Myers J, Walsh D, Sullivan M. et al . Effect of sampling on variability and plateau in oxygen uptake.  J Appl Physiol. 1990;  68 404-410
  PubMedGoogle Scholar
• 39 Older P, Hall A, Hader R. Cardiopulmonary exercise testing as a screening test for perioperative management of major surgery in the elderly.  Chest. 1999;  116 355-362
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 40 Ponikowski P, Francis D P, Piepoli M F. et al . Enhanced ventilatory response to exercise in patients with chronic heart failure and preserved exercise tolerance.  Circulation. 2001;  103 967-972
  PubMedGoogle Scholar
• 41 Pothoff G, Winter U, Waßermann K. et al . Ergospirometrische Normalkollektivuntersuchungen für ein Unsteady-state-Stufentestprogramm.  Z Kardiol. 1994;  83 116-123
  PubMedGoogle Scholar
• 42 Predel H-G, Rost R. Hochdruck und Sport. In Scholze J: Hypertonie. Risikokonstellationen und Begleiterkrankungen. Berlin-Wien: Blackwell Wissenschafts-Verlag 1999
  Google Scholar
• 43 Ramos-Bárbon D, Fitchett D, Gibbons W J. et al . Maximal exercise testing for the selection of heart transplantation candidates.  Chest. 1999;  115 410-417
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 44 Reichel G, Ulmer W T. Die Lungenfunktion und die Differentialdiagnostik ihrer Störungen. In: Bock HE. Klinik der Gegenwart. München: Urban & Schwarzenberg 1974
  Google Scholar
• 45 Reinhard U, Müller P H, Schmülling R M. Determination of anaerobic threshold by the ventilation equivalent in normal individuals.  Respiration. 1979;  38 36-42
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 46 Reuter M, Wasserman K. Überprüfung der Validität von Parametern zur spiroergometrischen Differenzierung einer zirkulatorisch von einer ventilatorisch bedingten Leistungslimitierung.  Pneumologie. 1997;  51 353-358
  PubMedGoogle Scholar
• 47 Reybrouck T. Clinical usefulness and limitations of the 6-minute walk test in patients with cardiovascular or pulmonary disease.  Chest. 2003;  123 325-326
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 48 Rühle K-H. Praxisleitfaden der Spiroergometrie. Stuttgart, Berlin, Köln: Kohlhammer GmbH 2001
  Google Scholar
• 49 Schwarz S, Kaukel E, Kroidl R F. Wertigkeit der alveolokapillären Sauerstoffdifferenz (AaDO₂) und des Sauerstoffpartialdruckverhaltens in der Spiroergometrie bei der Beurteilung von Gasaustauschstörungen.  Atemw-Lungenkrkh. 1999;  25 220-226
  PubMedGoogle Scholar
• 50 Stelken A M, Younis L T, Jennison S. et al . Prognostic value of cardiopulmonary exercise testing using percent achieved of predicted peak oxygen uptake for patients with ischemic and dilated cardiomyopathy.  J Am Coll Cardiol. 1996;  27 345-352
  PubMedGoogle Scholar
• 51 Sun X-G, Hansen J E, Oudiz R J. et al . Gas exchange detection of exercise-induced right-to-left shunt in patients with primary pulmonary hypertension.  Circulation. 2002;  105 54-60
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 52 Wassermann K, Hansen J E, Sue D Y. et al .Principles of exercise testing. 3rd edition. Lippincott: Williams and Wilkins 1999
  Google Scholar
• 53 Weber K T, Janicki J S, McElroy A. Determination of aerobic capacity and the severity of chronic cardiac and circulatory failure.  Circulation. 1987;  76 (Suppl VI) 40-45
  PubMedGoogle Scholar
• 54 Wolfel E E, Tsvetkova T O, Lowes B D. et al . Improved ventilatory response at peak exercise despite no change in peak oxygen consumption with chronic beta-blockade in heart failure patients. Abstract book.  J Am Coll Cardiol. 2002;  41 183
  PubMedGoogle Scholar
• 55 Worth H, Breuer H-W M. Deutsche Gesellschaft für Pneumologie: Empfehlungen zur Durchführung und Bewertung von Belastungsuntersuchungen in der Pneumologie.  Pneumologie. 1998;  52 225-231
  PubMedGoogle Scholar

Prof. Dr. med. habil. H.-W. M. Breuer

Abt. für Innere Medizin (Chefarzt: Prof. Dr. med. habil. H.-W. M. Breuer) · Malteser Krankenhaus St. Carolus

Carolusstr. 212

02827 Görlitz

Email: breuer@carolus-goerlitz.de