Die Spirometrie als apparative Labordiagnostik

Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung  

2  Geschichte der Spirometrie  

3  Methodik der Ergospirometrie  

4  Ergospirometrische Messparameter  

4.1  Sauerstoffaufnahme  

4.2  Kohlendioxidabgabe  

4.3  Respiratorischer Quotient  

4.4  Atemzugvolumen At  

4.5  Atemfrequenz Af  

4.6  Atemminutenvolumen Ve  

4.7  Totraum-Ventilation zu Atemzugvolumen VD VT  

4.8  Sauerstoffpuls VO Herzfrequenz  

4.9  Aerobe Kapazität  

4.10  Atemäquivalenz für O Ve Vo  

4.11  Atemäquivalenz für CO Ve VCo  

4.12  Endexpiratorischer PO :PETO  

4.13.  Endexpiratorischer PCO :PETCO  

4.14  Respiratorische anaerobe Schwelle  

4.15  Zusammenfassungen der Messparameter und der durch Gerätekopplung  

  ermittelbaren Messparameter  

5  Durchführung einer ergospirometrischen Untersuchung  

6  Fehlermöglichkeiten der Messung  

7  Auswertung und Beurteilung spirometrischer Messdaten  

8  Portable Spirometer  

9  Zusammenfassung und Ausblick  

10  Literatur  

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1 Einleitung

Ich möchte Ihnen mit dieser Arbeit die Spirometrie vorstellen, wobei es sich um eine apparative Diagnostik handelt, welche sich vorwiegend mit pneumologischen Problemen, aber auch mit kardialen Problemen beschäftigt. Ich werde Ihnen im Laufe dieser Arbeit versuchen näherzubringen, wie das Gerät aufgebaut ist, wie es funktioniert, welche Meßdaten es erheben kann und mit welche anderen apparativen Techniken man es koppeln und erweitern kann. Zusätzlich möchte ich einen kleinen Ausblick geben, welche Möglichkeiten die Spirometrie vielleicht in ferner Zukunft bieten kann.

2 Geschichte der Spirometrie

Die Anfänge der Spirometrie liegen in der Ergospirometrie und gehen auf das Jahr 1929 zurück. Damals erprobten Knipping, Venath und Hollmann das erste Mal eine Ergospirometriegerät bei Gesunden und Kranken im damaligen Köln. Zum ersten Male wurden Daten gemessen und in alterstypische Normwerte formatiert. In den darauf folgenden Jahren wurde die Ergospirometrie wieder verdrängt und durch andere Gerätschaften ersetzt die metabolische Werteparamter mißt, wie zum Beispiel der Laktatmessung. Erst 1944 wurde der modernen Ergospirometrie durch Wasserman und Mitarbeiter (44), der sogenannten Wasserman`schen Arbeitsgruppe auch klinisch zum Durchbruch verholfen. Dies brachte die Wissenschaft zu vielfältigen Einblicken physiologischer, sowie pathophysiologischer Daten der körperlichen Belastung. Wasserman beschreibt daraufhin die respiratorisch anaerobe Schwelle, die mit Hilfe der gleichzeitigen Messung von Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe bestimmt werden kann. Mit Hilfe sich rasch entwickelnder Gasanalysatortechnik, sowie moderner Computertechnik war es möglich sogar atemzugsweise die Atemgase und andere Meßdaten zu bestimmen und sie zu dokumentieren. Wasserman und Mitarbeiter entwickelten damit Rampenprogrammen für die Ergospirometrie, die vorwiegend bei kardio-vaskulär kranken Patienten zur

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Anwendung kam. Dabei sollte maximale, sowie submaximale Anstrengungen vermieden werden und der Patient lediglich ein maximales Training von 10 Minuten absolvieren. Mehr hielt man für kontraproduktiv. Als wesentlicher wissenschaftlicher Beitrag dieser Gruppe gilt die Erstellung alters-, geschlechts- und gewichtsbezogenen Normalwerte, die eine adäquate Beurteilung der ermittelten Daten zuläßt. Weber und Janicki (1946) führten daraufhin umfangreiche Untersuchungen bei herzkranken Patienten durch. Sie nutzten dafür die Laufbandergospirometrie. Gleichzeitig machten sie erste Vergleichsmessungen zwischen er Laufbandergospirometrie und der Einschwemm-Katheder-Untersuchung, so dass genaue Rückschlüsse über die Korrelation zwischen ergospirometrischen Daten und invasiv gewonnenen hämodynamischen Befunden möglich wurde. Zusätzlich zeigten sie das Patienten mit eingeschränkter kardiopulmonaler Leistungsfähigkeit auf eine signifikant reduzierte Herzfrequenzreserve hinweist. Dies war damals ein wahrer Durchbruch und man befand sich auf völlig neuem wissenschaftlichem Terrain. „Des weiteren entwickelten beide Wissenschaftler die sogenannte Weber Klassifikation, die der NYHA Klassifikation nachempfunden, eine Beurteilung der reduzierten kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit, auf den ergospirometrischen Befunden anaerobe Schwelle und maximale Sauerstoffaufnahme basierend, ermöglicht.“ (Winter, 1994, S.58).

Nachdem die Ergospirometrie in den 70er Jahren fast in Vergessenheit geriet findet sie nun heute in der Gegenwart eine zunehmende Verbreitung in der klinischen Medizin, vor allem in im kardio-pulmonalen Bereichen. Alle großen heutzutage durchgeführten Herzinsuffizienzstudien beinhalten heute selbstverständlich Verlauf sprotokolle der Ergospirometrie. Man kann damit festhalten, dass das Interesse der Kliniker in den letzten Jahren erheblich zugenommen hat. (Vgl. Winter, 1994, S. 56ff.)

3 Methodik der Ergospirometrie

Eine moderne Ergospirometrie-Anlage besteht im Wesentlichen aus folgenden Be-standteilen: Einem computergestützten Ergometer, einem Flussmesser bzw.

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Pneumotachographen, Gasanalysatoren für Sauerstoff und Kohlendioxid, einer Recheneinheit und einem Farbdrucker. Wasser benutzte erfahrungsgemäß ein Ergometer, bei dem man sitzt. Grundsätzlich lässt sich auch ein Ergometer verwenden, bei dem man in Schräglage fährt. In kompletter Liegelage sollte die Messung nicht stattfinden, da noch nicht ausreichende bekannt ist wie sich diese Körperlage auf das Beanspruchungsver halten auswirkt. Weber und Janicki (46) wenden hingegen die Laufbandspirometrie an. Es ist selbstverständlich immer unterschiedlich, welche Methode bevorzugt wird. Im Allgemeinen kann man sagen, dass dies abhängig vom Belastungsgrad des Patienten ist und von der Erfahrung des Arztes oder Testleiters.

Als Flussmeter werden bei der Spirometrie, Differenzialdruckmesser, Turbinen oder geheizte Drähte benutzt, wobei sie mit definierten Volumina kalibriert sind. Die Gasanalysatoren bestehen meistens aus einer Zirkonia-Zelle oder einem paramagnetischen Analysator. Die Kohlendioxidanalysatoren hingegen bedienen sich der Infarotabsorption. Diese Gasanalysatoren müssen regelmäßig gewartet und kalibriert werden. Dies geschieht mit Gasen definierter Zusammensetzung. Di e Sof twareprogramme sind sehr unterschiedlich und es gibt keinen Marktführer bei der Software von Spirometrien. Somit finden wir eine breite Palette von Programmen, mit deren Hilfe wir die Apparatur bedienen können. Die Durchführung der Spirometrie erfolgt entweder mit einem Mundstück oder einer Gesichtsmaske. Zwischen den Messungen mit Mundstück und den Messungen mit der Maske bestehen in Ruhe Differenzen von 100ml und bei maximaler Belastung Differenzen von 200300 ml Sauerstoffaufnahme. Die Spirometrieanlagen der früheren Generationen bedienten sich der Mischkammermessung. Moderne Geräte messen die Atemgase sogar schon atemzugsweise. Nach Erfahrungen der Wissenschaftler sind die Unterschiede zwischen beiden Messverfahren verhältnismäßig gering und zu vernachlässigen. (Vgl. Winter, 1994, S.59)

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