Vergleichende Validitätsuntersuchung der tragbaren Spiroergometriesysteme Cortex MetaMax 3b und 3x auf Ruder- und Radergometer

Abstract

Ziele und Methoden: Spiroergometrie ist ein Verfahren zur Diagnostik der kardio-pulmonalen Leistungsfähigkeit bei körperlicher Belastung durch Messung von Atemgasen und Ventilation. Es sind mehrere valide spiroergometrische Messgeräte auf dem Markt, die in vivo ausschließlich auf Radergometern validiert wurden. Dessen ungeachtet werden diese Geräte auch bei der Ruderergometrie eingesetzt. Die zentrale Fragestellung dieser Arbeit war deshalb, ob sich die Validität eines Spiroergometriegerätes bei Ruder- und Radergometrie unterscheidet. Dazu wurde das tragbare Spiroergometriegerät MetaMax 3b (Cortex Biophysik, Leipzig) als Prototyp eines breath-by-breath-Systems, synchron mit der als ”Gold-Standard“ geltenden Douglas-Bag-Methode auf Rad- und Ruderergometer verglichen. Primäre Messgröße war die Sauerstoffaufnahme (VO2). Die simultane Verwendung von Metamax 3b (breath-by-breath: Analyse jedes Atemzugs) und Douglas-Bag-Methode (Sammlung der gesamten Exspirationsluft über 60 s und anschließende Analyse) erfordert den Anschluss eines Ventils zur Trennung von Inspirations- und Exspirationsluft am Mundstück des Spiroergometriegerätes. Dadurch kann es zu einer Interaktion und einem resultieren Messfehler kommen. Um diesen zu quantifizieren und rechnerisch zu korrigieren, wurde im ersten Teil der Studie der Versuchsaufbau unter Verwendung einer Atemsimulationspumpe (Fa. Vacumed) optimiert. Inhalt des zweiten Studienteils war die technische, ex vivo Validierung des breath-by-breath-Systems, sowie eines alternativen Mischkammersystems (MetaMax 3x, Fa. Cortex Biophysik GmbH) durch die Atemsimulationspumpe. Im dritten Teil folgte die in vivo Validierung des breath-by-breath-Systems auf Ruder- und Radergometer. Acht Probanden absolvierten an zwei aufeinanderfolgenden Tagen einen Mehrstufentest (vier Stufen mit je zweimal 4 Minuten Dauer) auf jeweils einem Ergometer. Die Messung mittels Douglas-Bag-Methode erfolgte jeweils in der letzten Minute der Stufe nach Erreichen eines Steady-State. Ergebnisse: Die technische, ex vivo Validierung im zweiten Studienteil zeigte weder für das breath-by-breath-System, noch für das Mischkammersystem eine signifikante Abweichung der VO2 vom Sollwert der Atemsimulationspumpe. Vor der in vivo Validierung konnte der VO2- Messfehler durch den ersten Studienteil auf 0,02±0,2 l/min optimiert werden (nicht signifikant). Im dritten und zentralen Studienteil zeigte das breath-by-breath-System im Radtest durchgehend höhere VO2-Messwerte von 0,19±0,42 l/min (VO2) und 0,01±0,39 l/min (VCO2) (MW±95%-limits-of-agreement). In der Ruderergometrie zeigte das breath-by-breath-System bei niedriger Belastung höhere, bei hoher Belastung dagegen niedrigere Messwerte. Die Abweichung wechselte von11,6% in Stufe1 auf-2,0% in Stufe 4 für die VO2und von 2,75% auf -6,2% für die Kohlendioxidabgabe (VCO2). Im Unterschied zum Radtest war die Atemfrequenz um durchschnittlich 10,4 min−1 höher. Die Korrelationsanalyse zeigte einen moderaten, signifikanten Zusammenhang (ρ = 0,549) zwischen der VO2-Abweichung und Atemfrequenz. Diskussion Kausal ist die Kombination eines messtechnischen Problems mit der spezifischen Atmung beim Rudern zu diskutieren: Das so genannte Delay-Problem von breath-by-breath- Systemen beschreibt eine Unterschätzung der VO2 aufgrund falscher Verrechnung von Ventilations- und Gassignal. Dieses Problem verschärft sich beim Rudern durch die unregelmäßige Atmung mit stellenweise sehr hohen Atemfrequenzen, Atemflusswerten und wechselnden Atemzugtiefen. Grund dafür ist die Kopplung von Bewegung und Atmung, in deren Folge dem Ruderer bei hoher Belastung und Schlagfrequenz nur kurze Intervalle innerhalb des Ruderzyklus zur Inspiration zur Verfügung stehen. Das erschwert die Realisierung eines hohen Atem- minutenvolumens durch hohes Tidalvolumen und regelmäßig hohe Atemfrequenz wie bei der Radergometrie. Schlussfolgerungen In der ex vivo Validierung erwies sich das breath-by-breath-System als valide, ebenso wie bei der in vivo Validierung auf dem Radergometer. Bei der Ruderergometrie gilt das nur eingeschränkt. Die Ergebnisse von Validierungen auf dem Radergometer sind somit nicht immer direkt auf die Ruderergometrie übertragbar.