Spiroergometrie im Rahmen einer epidemiologischen Studie: Auswertung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven

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Volltext

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Aus dem Fachbereich für Pneumologie/Infektiologie (Leiter: Prof. Dr. med. Ralf Ewert)

der Klinik und Poliklinik für Innere Medizin B (Direktor: Prof. Dr. med. Stephan B. Felix)

der Universitätsmedizin der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

Thema:

Spiroergometrie im Rahmen einer epidemiologischen Studie:

Auswertung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven

Inaugural - Dissertation zur

Erlangung des akademischen Grades

Doktor der Medizin (Dr. med.) der Universitätsmedizin der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald 2018

vorgelegt von: Robina Mick geb. am: 30.03.1985 in: Herzberg/ Elster

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Dekan: Prof. Dr. rer. nat. Max P. Baur 1. Gutachter: Prof. Dr. R. Ewert

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Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung ... 8

1.1 Die Spiroergometrie in der Pneumologie ... 8

1.2 Dynamische Fluss-Volumen-Kurven ... 10

1.3 Qualitätsanforderungen an Fluss-Volumen-Kurven... 14

1.3.1 Akzeptanzkriterien ... 15

1.3.2 Reproduzierbarkeitskriterien ... 16

1.4 Physiologie der Atemmechanik unter Belastung ... 17

1.5 Überblähung in Ruhe ... 19

1.6 Überblähung unter Belastung ... 20

1.7 Zielstellung der Arbeit ... 23

2. Methodik ... 24 2.1 Studiendesign ... 24 2.2 Studienpopulation ... 24 2.3 Untersuchungsmethoden ... 26 2.3.1 Interview ... 27 2.3.2 Lungenfunktionsanalyse ... 27 2.3.3 Spiroergometrie ... 29

2.3.4 Kriterien der Auswertbarkeit ... 32

2.3.5 Qualitätskriterien ... 35

2.4 Auswertung und Dokumentation ... 37

2.5 Statistische Methoden ... 41

3. Ergebnisse ... 42

3.1 In welchem Umfang lassen sich verschiedene qualitative Parameter der Fluss-Volumen-Kurven bei Probanden nachweisen? ... 42

3.2 Wie lassen sich die verschiedenen Gruppen von Probanden charakterisieren? ... 43

3.3 In welcher Häufigkeit ist eine dynamische Überblähung bei Probanden nachweisbar? ... 49

3.4 Gibt es Unterschiede bei der Charakterisierung der Probanden mit und ohne dynamische Überblähung ... 50

3.4.1 Charakterisierung nach Alter, Gewicht und BMI... 50

3.4.2 Charakterisierung nach Geschlecht und Raucherstatus ... 52

3.4.3 Charakterisierung anhand Spirometrie und Bodyplethysmografie ... 55

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3.5 Welche Einflussfaktoren (Confounder) lassen sich für die Entwicklung einer

Überblähung unter Belastung bei Probanden nachweisen? ... 64

3.5.1 Univariate logistische Regressionsanalyse ... 65

3.5.2 Multivariate logistische Regressionsanalyse ... 67

4. Diskussion ... 69 4.1 Studienpopulation ... 69 4.2 Methodik... 70 4.3 Qualitätsanalyse ... 73 4.4 Lungenfunktionsanalyse ... 75 4.5 Spiroergometrie ... 76

4.6 Vergleich der Probanden mit und ohne dynamische Überblähung ... 78

4.6.1 Alter ... 78 4.6.2 BMI ... 79 4.6.3 Geschlecht ... 79 4.6.4 Rauchverhalten ... 80 4.6.5 Lungenfunktionsanalyse ... 81 4.6.6 Spiroergometrie ... 82

4.7 Einflussfaktoren einer dynamischen Überblähung ... 83

5. Fazit ... 85 6. Zusammenfassung ... 87 7. Literatur ... 89 7.1 Kongressteilnahme ... 98 8. Abbildungsverzeichnis ... 99 9. Tabellenverzeichnis ... 101 10. Anlagen ... 104 11. Anhang... 127

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Abkürzungsverzeichnis

%pred Procent predicted (Prozent des Sollwertes)

25th 0,25-Quantil

75th 0,75-Quantil

95 %KI 95 %-Konfidenzintervall

aADCO2 Arterio-alveoläre Kohlendioxiddifferenz

AaDO2 Alveolär-arterielle Sauerstoffdifferenz

AARC American Association for RespiratoryCare

ACCP American College of Chest Physicans

AT Anaerobic Threshold (anaerobe Schwelle)

ATC-Code Anatomical Therapeutic Chemical Classification Code (Anatomisch-Therapeutisch-Chemisches-Klassifikationssystem)

ATS American Thoracic Society

BF Breathing Frequency (Atemfrequenz)

BMI Body Mass Index

BR Breathing Reserve (Atemreserve)

COPD Chronic Obstructive Pulmonary Disease (chronisch obstruktive Lungenerkrankung)

CPET Cardiopulmonary Exercise Test (Spiroergometrie)

DH Dynamic Hyperinflation (dynamische Überblähung)

DH-Gruppe Gruppe mit einer dynamischen Überblähung

EELV Endexspiratorisches Lungenvolumen

EILV Endinspiratorisches Lungenvolumen

ERS European Respiratory Society

ERV Exspiratorisches Reservevolumen

FEV1 Forciertes exspiratorisches 1-Sekundenvolumen

FRC Funktional Residual Capacity (funktionelle Residualkapazität)

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HR Heart Rate (Herzfrequenz)

IC Inspiratory Capacity (inspiratorische Kapazität)

IC_d Dynamic Inspiratory Capacity (inspiratorische Kapazität unter Belastung)

IRV Inspiratorisches Reservevolumen

ITGV Intrathorakales Gasvolumen

MEF 75-25 Maximale exspiratorische Flüsse bei 75-25 % der Vitalkapazität

MFVL Maximal Flow Volume Loop (maximale Fluss-Volumen-Kurve)

MVV Maximal Ventilatory Volume (maximal mögliches Atemvolumen)

Nicht-DH-Gruppe Gruppe ohne eine dynamische Überblähung

O2/HR Sauerstoffpuls

OR Odds Ratio

peakAF Maximale Atemfrequenz

peakVO2 Spitzen-Sauerstoffaufnahme

peakVt Maximales Tidalvolumen

PEF Peak Exspiratory Flow (exspiratorischer Spitzenfluss)

Rtot Totale Resistance (totaler Atemwegswiderstand)

RV Residualvolumen

SD Standardabweichung

SHIP Study of Health in Pomerania

SHIP-0 Basiskollektiv I der Study of Health in Pomerania

SHIP-1 5-Jahres-Follow-up von SHIP-0

SHIP-2 10-Jahres-Follow-up von SHIP-0

SHIP-TREND Basiskollektiv II der Study of Health in Pomerania

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VCO2 Kohlendioxidabgabe

VE Minute Ventilation (Atemminutenvolumen)

VE/CO2 Atemäquivalent für Kohlendioxid

VE/O2 Atemäquivalent für Sauerstoff

VO2@AT Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle

VO2_max Sauerstoffaufnahme unter maximaler Belastung

VT Tidalvolumen (Atemzugvolumen)

Vtex_max Maximales exspiratorisches Tidalvolumen

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1. Einleitung

Die Lunge stellt neben dem Herz und der Muskulatur, eines der drei wesentlichen Organe für die Adaptation des Körpers an eine Belastung dar. [1] Eine ausreichende Ventilation ist dabei die Voraussetzung für den Transport der Atemgase Sauerstoff und Kohlendioxid.

Die Ventilation wird mit Hilfe des Atemminutenvolumens beschrieben, bei dem es sich um das Produkt aus Atemzugvolumen und Atemfrequenz handelt. Das Atemminutenvolumen nimmt typischerweise mit steigender Belastung zu und wird dabei, neben anatomischen Voraussetzungen, von den mechanischen Größen des Atemwegswiderstandes (Resistance) und der Lungendehnbarkeit (Compliance) begrenzt. [2]

Bei verschiedenen Krankheitszuständen (nicht nur) der Lunge, welche mit einer Veränderung atemmechanischer Parameter einhergehen, kann es bei körperlicher Belastung zu einer Verschiebung der Atemmittellage in Richtung Inspiration kommen. Dieses Phänomen wird als dynamische Überblähung (engl. dynamic hyperinflation) bezeichnet und kann in ausgeprägten Fällen zu einer atemmechanischen Begrenzung der Adaptation an eine Belastung führen. [3–7]

Für klinische Belange (Erfassung des Schweregrades einer Erkrankung, Beschreibung der ursächlichen Störungen bei einer Erkrankung, Ableitung prognostischer Aussagen u.a.m.) ist die kardiopulmonale Belastungsuntersuchung, durchgeführt als Spiroergometrie (CPET, cardiopulmonary exercise test), die diagnostische Methode der Wahl. [8, 9]

1.1 Die Spiroergometrie in der Pneumologie

Die CPET stellt ein etabliertes Verfahren zur Beurteilung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit dar. Sie ermöglicht es, physiologische und pathologische Belastungsreaktionen zu identifizieren und zu objektivieren. Einschränkungen des kardiopulmonalen Systems können mit ihrer Hilfe bereits erkannt werden, wenn diese durch andere Untersuchungsmethoden noch nicht nachweisbar sind. [10]

In der Klinik ist die Spiroergometrie ein wichtiges diagnostisches Werkzeug für die Erfassung von Dyspnoe, Erschöpfung und zahlreichen weiteren Symptomen, welche eine

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Des Weiteren ist eine Differenzierung der belastungslimitierenden Ursache möglich. Der Untersucher erhält eine umfangreiche Datenbasis und Informationen über die an der Belastungsadaptation teilnehmenden Organsysteme. [12–14] Alle Komponenten der Atmung können abgebildet werden. Damit stehen wichtige Kenngrößen für die atemfunktionelle Charakterisierung des Probanden zur Verfügung, welche mit den bekannten Standarduntersuchungsverfahren in Ruhe nicht erfasst und teilweise nicht vorausgesagt werden können. [10, 13, 14]

Einen Überblick über allgemeine ventilatorische Parameter der Spiroergometrie gibt die folgende Tabelle 1.

Tabelle 1: ventilatorische Parameter und Einheiten der Spiroergometrie und deren Bedeutung [2]

Parameter Bedeutung

Sauerstoffaufnahme (VO2 in ml/min oder l/min)

Maß der aeroben Energiegewinnung und der kardiopulmonalen aeroben Leistungsfähigkeit

Kohlendioxidabgabe (VCO2 in ml/min oder l/min)

Endprodukt des Energiestoffwechsels und der Pufferung des Bikarbonatsystems

Ateminutenvolumen

(VE in l/min) Produkt aus Atemfrequenz in min

-1 und Atemzugvolumen in l

Atemäquivalente (VE/O2 und VE/CO2)

Maß für die Ökonomie der Ventilation

Atemreserve (BR in l oder %)

Differenz der approximierten (d.h. berechneten) maximal möglichen Ventilation und der aktuellen Ventilation

Alveolär-arterielle bzw. arteriell-Alveoläre Differenz der Atemgase

(AaDO2 bzw. aADCO2)

Maß der Gasaustauscheffizienz der Lunge

Wesentliche weitere Informationen, insbesondere zur Atemmechanik, erhält der Untersucher, wenn im Rahmen der Spiroergometrie die Fluss-Volumen-Kurven aufgezeichnet werden. Dieses Verfahren wurde erstmals von Hyatt 1961 beschrieben und nimmt einen immer größeren Stellenwert in der pneumologischen und kardiologischen Funktionsdiagnostik ein, insbesondere zur Identifizierung und Objektivierung einer dynamischen Überblähung. [3, 11, 15, 16]

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1.2 Dynamische Fluss-Volumen-Kurven

Als dynamisch werden diejenigen Fluss-Volumen-Kurven bezeichnet, die während einer kardiopulmonalen Belastung aufgezeichnet werden. In der Praxis werden sie auch Intrabreath-oder IC-Manöver genannt, da die Untersuchung neben der Aufzeichnung der tidalen Fluss-Volumen-Kurven eine maximale Inspiration beinhaltet und somit die Inspiratorische Kapazität (IC) bestimmt werden kann. Durch diese vereinfachte Beschreibung der Atemmechanik an bestimmten Belastungszeitpunkten kann ein klinischer Einblick zur Physiologie der Ventilation unter Belastung gewonnen werden.

Neben der visuellen Auswertung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven werden weitere ventilatorische Parameter (maximale Ventilation, Atemzugvolumen, Atemfrequenz) unter Belastung erfasst und für die anschließende Auswertung bereitgestellt. So können, zusätzlich zu den Ruhe-Lungenfunktionsdaten, grundlegende Mechanismen der Entstehung von „Dyspnoe“ analysiert werden. Dies trifft nicht nur für Patienten mit unterschiedlichen Erkrankungen zu, sondern betrifft auch gesunde Probanden und Patienten mit nahezu bzw. normaler Lungenfunktion in Ruhe. [17–19]

In der Vergangenheit wurde für die Bewertung einer atemmechanischen Limitierung unter Belastung die sog. Atemreserve (BR, Breathing reserve) verwendet. Für deren Bestimmung wurde die maximal erreichte Ventilation (VEmax) unter Belastung gemessen und in das Verhältnis zu einer maximal möglichen Ventilation (MVV) gesetzt. Die MVV wurde dazu auf unterschiedliche Weise berechnet. [1, 2, 20]

Der mit diesem Verfahren gewonnene Parameter der Atemreserve gibt jedoch wenig Aufschluss über die Art bzw. Ursache einer vorliegenden ventilatorischen Begrenzung. [11, 16, 21] Die dynamischen Fluss-Volumen-Kurven dagegen, liefern zusätzliche Informationen über die Ventilation unter Belastung. [22, 23]

Durch die grafische Überlagerung der tidalen Fluss-Volumen-Kurven unter Belastung mit der maximalen Fluss-Volumen-Kurve in Ruhe kann beurteilt werden, in welchem Maß die maximal verfügbare Ventilation ausgeschöpft wurde. Weiterhin können, durch den Vergleich mit normalen Atemschleifen, verschiedene Arten der ventilatorischen Limitierung identifiziert werden, wie beispielsweise die teilweise schon in frühen Stadien der COPD

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Die Abbildung 1 zeigt die Fluss-Volumen-Kurven in Ruhe und unter Belastung bei einem gesunden Probanden und einem COPD-Patienten.

Abbildung 1: Fluss-Volumen-Kurve in Ruhe und unter Belastung

bei einem gesunden Probanden (links) und einem Patienten mit COPD (rechts); EELV = endexspiratorisches Lungenvolumen, RV = Residualvolumen (in Anlehnung an Balady et al. 2010 [13])

Die standardmäßige Erfassung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven wurde bereits 2013 von der Deutschen Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin e.V. als „ein wichtiger Bestandteil der Spiroergometrie“ empfohlen. [9] Dabei sind unter anderem das endexspiratorische Lungenvolumen (EELV) und die inspiratorische Kapazität (IC) gebräuchliche Parameter um pathophysiologische Zustände der Lunge näher zu beschreiben. [3, 25]

Das EELV entspricht sowohl der funktionellen Residualkapazität (FRCHe) als auch dem intrathorakalen Gasvolumen (ITGV = FRCpleth). Es stellt die Summe aus dem exspiratorischem Reservevolumen (ERV) und dem Residualvolumen (RV) dar und wird am Ende einer normalen Ausatmung gemessen. (Abbildung 2) Die verschiedenen Bezeichnungen basieren auf den jeweils unterschiedlichen Messmethoden der einzelnen Parameter. Die Messung des EELV erfolgt während der Spiroergometrie, die FRCHe wird mittels Helium-Verdünnungs-Methode und das ITGV (FRCpleth) wird mit dem Bodyplethysmografen bestimmt. [2, 26, 27]

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Alle drei Parameter repräsentieren die Atemmittellage, d.h. ein Volumen welches sich unwillkürlich einstellt, wenn die elastischen Kräfte der Lunge mit denen der Brustwand und des Abdomens im Gleichgewicht stehen. [28–30]

Um die inspiratorische Kapazität unter Belastung ermitteln zu können, wird im Rahmen der Spiroergometrie das sog. Intrabreath- bzw. IC-Manöver durchgeführt. Hierbei wird der Proband am Ende einer normalen Exspiration aufgefordert eine maximale Inspiration auszuführen. Nach vorheriger Messung der totalen Lungenkapazität (TLC) mit Hilfe der Bodyplethysmografie und unter der Annahme, dass die TLC während der Belastung konstant ist, gilt hierbei die folgende Gleichung: [11, 31–35]

IC = TLC - EELV

Einen Überblick über die gemessenen und abgeleiteten ventilatorischen Parameter der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven geben Abbildung 2 und Tabelle 2.

Abbildung 2: Fluss-Volumen-Kurve (links) und Volumen- Zeit-Kurve (rechts)

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Tabelle 2: Parameter und Einheiten der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven und deren Berechnung [11]

Parameter und Einheit Berechnung

ΔIC (l) IC – ICRuhe

IC/TLC (%) (IC/TLC) x 100

IC/VC (%) (IC/VC) x 100

IRV (l, %TLC, %TLCpred) IC – VT = TLC - EILV

VT/IC (%) (VT/IC) x 100

EELV (l, %TLC, %TLCpred) TLC – IC

EILV (l, %TLC, %TLCpred) EELV + VT

IC = inspiratorische Kapazität, TLC = totale Lungenkapazität, VC = Vitalkapazität, IRV = inspiratorisches Reservevolumen, VT = Tidalvolumen, EELV = endexspiratorisches Lungenvolumen, EILV = endinspiratorisches Lungenvolumen

Die folgenden Fragen können mit Hilfe der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven beantwortet werden. [2, 16, 23]

Wie verhält sich das Atemmuster im Verlauf der Belastung (physiologisch, restriktiv, obstruktiv)?

Liegt eine exspiratorische, inspiratorische oder kombinierte Flusslimitierung vor? Wurde die Inspiratorische Kapazität aufgebraucht?

Entwickelte sich eine dynamische Überblähung?

Die Zuverlässigkeit der IC-Manöver, um Veränderungen des EELV unter Belastung zu bewerten, wurde bereits 1997 durch Yan et al. in einer Studie mit COPD-Patienten bestätigt. [33] Die Schlussfolgerungen dieser Autoren sowie die hohe Reproduzierbarkeit dieser Methode wurden in den vergangen Jahren durch zahlreiche weitere Studien unterstützt. [36– 39]

Trotz der wertvollen Erkenntnisse der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven für Klinik und Forschung, gibt es bisher wenige Empfehlungen für einen standardisierten Ansatz dieser Untersuchungsmethode.

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1.3 Qualitätsanforderungen an Fluss-Volumen-Kurven

Die internationalen Richtlinien der American Thoracic Society und des American College of Chest Physicans (ATS/ACCP), der American Association for RespiratoryCare (AARC) und der European Respiratory Society Task Force (ERS) wie auch die nationalen Empfehlungen der Deutschen Atemwegsliga e.V. liefern keine konkreten Richtlinien für die Durchführung, Analyse und Interpretation der Fluss-Volumen-Kurven unter Belastung. [9, 12, 40] Akzeptanz- und Reproduzierbarkeitskriterien liegen nur für die unter Ruhebedingungen durchgeführte Spirometrie vor. [26, 41]

Diese sind jedoch von Bedeutung, da die korrekte Ausführung der Spirometrie vor dem Belastungsbeginn eine wichtige Voraussetzung für die folgende Bewertung der Atemmechanik unter Belastung darstellt. Die Spirometrie dient zum Einen im Rahmen der Bodyplethysmografie der Bestimmung der TLC und ist zum Anderen, als sog. maximale Fluss-Volumen-Kurve oder Hüllkurve, die Referenz für die unter Belastung durchgeführten IC-Manöver. (Vergleiche rote Kurve in Abbildung 1-3)

Abbildung 3: maximale Volumen-Kurve unter Ruhebedingungen (rot), dynamische Fluss-Volumen-Kurve unter Belastung (grün)

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Die derzeit aktuellsten Empfehlungen zur Durchführung, Analyse und Interpretation der IC-Manöver unter Belastung wurden 2013 von Guenette et al. veröffentlicht. [11]

In den folgenden Abschnitten sollen die Akzeptanz- und Reproduzierbarkeitskriterien der Fluss-Volumen-Kurven näher erläutert werden.

1.3.1 Akzeptanzkriterien

Basierend auf den ATS/ACCP-Kriterien von 2005 wurden von der Deutschen Atemwegsliga in den aktuellen Leitlinien der Spirometrie von 2015 die folgenden Akzeptanzkriterien zusammengestellt. [41, 42]

Eine Spirometrie gilt als akzeptabel, wenn sie frei von Artefakten ist. Dazu werden Husten, Glottisverschluss, Leckagen, vorzeitige Beendigung des Manövers, unterschiedliche Mitarbeit (Anstrengung) oder ein verschlossenes Mundstück gezählt.

Das Atemmanöver sollte einen guten Start aufweisen. Ein guter Start liegt vor, wenn das extrapolierte Volumen der forcierten Einsekundenkapazität (FEV1) bzw. der forcierten Vitalkapazität (FVC) weniger als 5 % oder weniger als 150 ml beträgt, je nachdem welcher Wert der Größere ist.

Bei der forcierten Exspiration sollte der maximale exspiratorische Spitzenfluss (PEF) binnen 120 ms erreicht werden, sodass die exspiratorische Kurve einen steilen Anstieg aufweist. Gefordert wird weiterhin eine ausreichend lange Ausatmung über mehr als 6 Sekunden bzw. bis zum Auftreten eines Plateaus oder bis die Volumenänderung in der letzten Sekunde unter 25 ml bleibt.

Die genannten Akzeptanzkriterien sind auf spirometrische Messungen unter Ruhebedingungen anwendbar, jedoch auf die dynamischen Fluss-Volumen-Kurven unter Belastung nur teilweise übertragbar, da es sich bei der Messung der Inspiratorischen Kapazität unter Belastung um ein davon abweichendes Atemmanöver handelt.

Als ein mögliches Akzeptanzkriterium der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven publizierten Dolmage et al. 2002 das Vorhandensein von mindestens 6 stabilen Atemzügen vor der IC-Messung. Sie untersuchten die Wiederholbarkeit der IC-Messung unter Belastung bei Patienten mit schwerer COPD und definierten mit Hilfe ihres Akzeptanzkriteriums 50 % der Messungen als inakzeptabel. [37]

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Guenette et al. veröffentlichten 2013 die folgenden drei allgemeinen Akzeptanzkriterien zur Durchführung der IC-Manöver unter Belastung: [11]

- um das EELV genau bestimmen zu können, sollten mindestens 4 stabile Atemzüge vor der Messung der Inspiratorischen Kapazität vorhanden sein

- eine geringe Variabilität der EELV vor dem IC-Manöver sollte vorliegen

- eine adäquate Anstrengung während der maximalen Inspiration muss gewährleistet sein

1.3.2 Reproduzierbarkeitskriterien

Als Einflussfaktoren der Reproduzierbarkeit einer Spirometrie sind zunächst Veränderungen durch eine zu Grunde liegende Erkrankung und/oder Medikation, die Motivation und Instruktion des Patienten, die Tageszeit und die Methode der Untersuchung sowie Geräte- und/oder Kalibrationsfehler zu beachten. [12]

Nach den Empfehlungen der Deutschen Atemwegsliga zur Standardisierung der Spirometrie von 2015 sollten für die Beurteilung der Reproduzierbarkeit einer Spirometrie mindestens 3 akzeptable Atemmanöver vorliegen. Dabei sollten die beiden größten Messwerte für die FVC und die FEV1 nicht mehr als 5 % bzw. nicht mehr als 150 ml voneinander abweichen.

Des Weiteren sollten für die Bestimmung der FRCpleth, als bodyplethysmografisch gemessenes Äquivalent des EELV, mindestens 3 Messungen mit einer maximalen Streuung von 10 % angestrebt werden. [26]

Speziell für die Bestimmung der IC unter Ruhebedingungen werden von der ATS/ACCP ebenfalls 3 akzeptable Manöver gefordert. Basierend auf den Studien von Pellegrino et al. von 1998 bei chronisch obstruktiven Patienten wird zudem ein maximaler mittlerer Variabilitätskoeffizient für die IC von 5 % ± 3 % empfohlen. [42, 43]

Die AARC schlägt in ihren Richtlinien für die klinische Praxis von 2001 ebenfalls eine maximale Messwertvariabilität von 5 % bzw. 60 ml des Mittelwertes für die Reproduzierbarkeit der IC und des ERV unter Ruhebedingungen vor, je nachdem welcher Wert der Größere ist. [40]

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Angesichts der relativ einfachen Messmethodik und des hohen Informationsgewinns wäre ein standardisierter Ansatz für die Bestimmung des EELV und der IC unter Belastung für die Zukunft wünschenswert. [11, 44]

Neben einer guten Qualität der Durchführung sind Kenntnisse über die Physiologie und die Grenzen der jeweiligen Messmethode weitere wesentliche Voraussetzungen für die Analyse und Interpretation belastungsinduzierter Änderungen der Lungenvolumina. Somit ist es möglich, die Präzision der Messung zu optimieren und deren klinischen Nutzen zu bewerten. [28]

1.4 Physiologie der Atemmechanik unter Belastung

Bei untrainierten gesunden Probanden ist typischerweise nicht das Atmungssystem der belastungslimitierende Faktor, sondern der systemische Sauerstofftransport. [2, 45]

Als physiologisch wird bei maximaler Belastung eine Atemreserve von 20-30 % der maximal möglichen Ventilation angesehen. [2, 10, 12] Die zunehmende Ventilation wird dabei zunächst durch eine Erhöhung des Tidalvolumens (VT) erreicht. [2, 12] Bereits 1966 berichteten Hey et al. von einer Zunahme des VT unter Belastung bis auf ca. 50 % der Vitalkapazität. [46]

Eine Annahme, die bisher von den meisten Atmungsphysiologen unterstützt wurde ist, dass bei Gesunden die Ausdehnung des VT vorwiegend auf eine Erhöhung des endinspiratorischen Lungenvolumens (EILV) durch die Abnahme der IC zurückzuführen ist und nur zu einem kleinen Teil auf die Abnahme des EELV und den Zugriff auf das ERV. (Abbildung 4) [12, 16, 25, 47, 48] Mit Hilfe dieser Mechanismen kann das VT um das 3-5fache ansteigen. Bei zunehmender Belastungsanforderung kann zusätzlich die Atemfrequenz bis auf das 3fache gesteigert werden. Durch die genannten Atemstrategien ist es möglich die Ventilation bis auf das 20fache des Ruhewertes zu erhöhen. [2, 49]

Bei pathophysiologischen Zuständen in denen die Ausatmung durch Veränderungen der Compliance und/oder der Resistance beeinträchtigt ist, reicht die Zeit die für die spontane Exspiration nicht aus, um das EELV bis auf das physiologische Volumen zu verringern. Die Konsequenz kann eine dynamische Überblähung sein. [7, 25] Demzufolge wurde in Studien der Vergangenheit eine Zunahme des EELV häufig unter solchen Bedingungen beobachtet, bei denen eine Kombination aus exspiratorischer Flusslimitierung und erhöhten Atemanforderungen vorlag, wie beispielsweise bei Patienten mit COPD oder in höherem Lebensalter. [50–54]

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Die bisher als physiologisch angenommene Abnahme des EELV unter Belastung konnte bei älteren Probanden nicht immer beobachtet werden. [50, 56] Zudem ist die Zunahme des Tidalvolumens bei älteren im Vergleich zu jüngeren Probanden auf das 2-4fache reduziert. [12, 53] Diese Unterschiede werden in erster Linie mit dem Verlust der elastischen Retraktion der Lunge begründet. Der altersbedingte Umbau des pulmonalen Bindegewebes führt zu einer erhöhten Compliance, wirkt prädisponierend für eine exspiratorische Flusslimitierung und führt bei Nichtrauchern zu einer Abnahme der FEV1 von ca. 30ml/Jahr. [2, 12, 50, 56, 57] Johnson et al. konnten zusätzlich zeigen, dass trotz dieser Unterschiede in der ventilatorischen Belastungsreaktion älterer Erwachsener, die alveoläre Belüftung für die Kohlendioxideliminierung ausreicht und die arterielle Sauerstoffhomöostase beibehalten wird. [58, 59]

Die Abbildungen 4 und 5 sollen die Veränderung der Lungenvolumina sowie die Auswirkungen auf die Compliance bei Gesunden und Patienten mit COPD verdeutlichen. [55]

Abbildung 4: Lungenvolumenänderungen unter Belastung bei Gesunden (links) und bei COPD (rechts)

TLC = Totale Lungenkapazität, IC = inspiratorische Kapazität, EELV = endexspiratorisches Lungenvolumen, EILV = endinspiratorisches Lungenvolumen [55]

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Abbildung 5: Beziehung zwischen Lungenvolumen und Volumen-Druck-Kurve (Compliance) bei Gesunden (links) und bei COPD (rechts)

Gezeigt ist die Atmung in Ruhe (schattierte Fläche) und bei körperlicher Belastung (weiße Fläche); TLC = totale Lungenkapazität, IC = inspiratorische Kapazität [55]

1.5 Überblähung in Ruhe

Als Überblähung wird eine Verschiebung der Atemruhelage in Richtung Inspiration durch die Zunahme des ITGV bzw. der FRC bezeichnet, wenn diese nach Ausschluss eines Pneumothorax mehr als 60 % der TLC ausmachen. [27, 30, 60]

In der Literatur wird zudem eine Erhöhung der TLC > 120 %pred, eine Zunahme des RV > 120-130 %pred oder ein RV >35 %TLC als eine Überblähung definiert. [27, 30]

Ein weiteres Maß zur Abschätzung der Überblähung, welches aus der Spirometrie gewonnen werden kann, ist die IC. Sie stellt das Volumen zwischen der FRC und der TLC dar und somit geht (bei Konstanz der TLC) eine Zunahme der FRC mit einer konsekutiven Abnahme der IC einher.

Unter physiologischen Umständen reicht die elastische Energie, die während der normalen Einatmung im Atmungssystem gespeichert wird aus, um das eingeatmete Volumen auch wieder vollständig abzuatmen. Die FRC entspricht somit einem Volumen an dem der nach innen gerichtete Retraktionsdruck der Lunge und der nach außen gerichtete elastische Druck der Brustwand im Gleichgewicht stehen.

Kommt es krankheitsbedingt zu einer Verminderung der elastischen Eigenschaften der Lunge, wie beispielsweise durch eine Reduktion der elastischen Fasern bei einem Lungenemphysem, führt dies zu einer Verschiebung der Volumen-Druck-Beziehung. (Abbildung 5) Ein

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gegebenes Volumen der Lunge erzeugt nun einen geringeren Retraktionsdruck als es in einer gesunden Lunge der Fall wäre. Um das Gleichgewicht der Druck-Volumen-Beziehung zwischen Lunge und Thorax wieder herzustellen, erfordert der reduzierte Retraktionsdruck der Lunge ein erhöhtes Volumen um den elastischen Druck der Brustwand auszugleichen. Eine Zunahme der FRC ist die Folge.

Eine Überblähung kann auch die Folge von in den Alveolen gefangener Luft sein, wenn bei einer Atemwegsobstruktion die Zeit der Exspiration für eine vollständige Lungenentleerung bei normalem ITGV nicht ausreichen würde. Durch die Verschiebung der Atemmittellage in Richtung Inspiration werden die kleineren Bronchien erweitert und die Exspiration durch eine stärkere inspiratorische Vordehnung von Lunge und Thorax unterstützt. [7, 27, 61]

1.6 Überblähung unter Belastung

Eine Überblähung, welche während einer Belastungsuntersuchung auftritt, wird auch als dynamische Überblähung bezeichnet und stellt insbesondere bei COPD-Patienten ein bekanntes Phänomen dar. [10, 13, 30, 48]

In der Mehrzahl der Studien wird die dynamische Überblähung als eine Abnahme der IC oder als eine Zunahme des EELV unter Belastung im Vergleich zum Ausgangswert in Ruhe definiert. [11, 38, 48, 62]

Die Veränderungen der operierenden Lungenvolumina unter Belastung bei einer dynamischen Überblähung verdeutlicht die folgende Abbildung 6.

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Abbildung 6: Darstellung der operierenden Lungenvolumina zur Leistung in Watt

IC-Manöver wurden jeweils am Ende einer Belastungsstufe durchgeführt (rote und blaue Punkte). TLC = totale Lungenkapazität, IRV = inspiratorisches Reservevolumen; EILV = end-inspiratorisches Lungenvolumen, EELV = endexspiratorisches Lungenvolumen, VT = Tidalvolumen, IC = inspiratorische Kapazität, DH = dynamische Hyperinflation (in Anlehnung an Guenette et al. 2013 [11])

Bereits 1997 postulierten Yan et al. die wiederholten IC-Manöver der Spiroergometrie als eine einfache und zuverlässige Methode um den Anstieg des EELV bei zunehmender Belastung und damit die dynamische Überblähung bei COPD-Patienten zu messen. [33] Die Reproduzierbarkeit dieser Methode konnte von O’Donnell et al. 2009 in einer großen klinischen multizentrischen Studie gezeigt werden. [38]

Die Folgen einer dynamischen Überblähung sind eine Abnahme der kardiopulmonalen Belastbarkeit (gemessen u.a. als Reduktion des Sauerstoff-Puls (O2/HR) und der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO2max)) sowie einer Zunahme der Dyspnoe. [29, 63–69] Als ursächlich wird eine exspiratorische Flusslimitierung angenommen, welche zur Abnahme der FEV1 und einem fehlenden Anstieg des Tidalvolumen führt. [35, 62, 70]

Folgerichtig stellt somit die dynamische Überblähung, gemessen als Abnahme der inspiratorischen Kapazität in Bezug auf die totale Lungenkapazität (ΔIC/TLC), einen zuverlässigen und unabhängigen Prädiktor für die Morbidität und Mortalität von COPD-Patienten dar. [71] Bei diesen COPD-COPD-Patienten wird die Überblähung als Resultat einer erhöhten Lungendehnbarkeit infolge permanenter destruktiver Veränderungen und

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exspiratorischer Strömungsbegrenzung beschrieben. [6, 35] Die dynamische Überblähung ist auch bei Patienten mit pulmonaler arterieller Hypertonie, zystischer Fibrose und Adipositas beschrieben. [5, 18, 36, 48, 62, 72–77]

Aus der vorgelegten Literaturanalyse wird deutlich, dass es bisher keine einheitliche Definition der dynamischen Überblähung gibt. Während die Arbeitsgruppen um Ofir et al. und O'Donnell et al. die Zunahme des EELV im Vergleich zum Ausgangswert in Ruhe als eine dynamische Überblähung definierten, sprachen u.a. Richter et al. und Guenette et al. nur dann von einer dynamischen Überblähung, wenn das EELV unter Belastung um mehr als 150 ml über den Ruhewert anstieg. [48, 62, 75, 78] Die ungenügenden Qualitätsstandards der Untersuchungsmethode und das Fehlen einer einheitlichen Definition der dynamischen Überblähung reduzieren die Vergleichbarkeit der bisherigen Studien. Zudem finden sich nur wenige Studien, welche das Phänomen der dynamischen Überblähung bei Gesunden untersucht haben. [31, 34, 47, 79, 80]

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1.7 Zielstellung der Arbeit

Mit Hilfe der vorliegenden Studie soll untersucht werden, in wieweit das Phänomen der dynamischen Überblähung nicht nur für Patienten, sondern auch für Gesunde (Probanden einer epidemiologischen Studie) relevant ist.

Neben der qualitativen Bewertung methodischer Aspekte, soll die Häufigkeit des Auftretens einer dynamischen Überblähung in diesem repräsentativen Kollektiv von Probanden einer epidemiologischen Studie analysiert werden.

Im Rahmen dieser Studie sollten folgende Fragen beantwortet werden:

1. In welchem Umfang lassen sich verschiedene qualitative Parameter der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven bei Probanden nachweisen?

2. Wie lassen sich die verschiedenen Gruppen von Probanden charakterisieren?

3. In welcher Häufigkeit ist eine dynamische Überblähung bei Probanden nachweisbar? 4. Gibt es Unterschiede bei der Charakterisierung der Probanden mit/ohne dynamische

Überblähung?

5. Welche Einflussfaktoren (Confounder) lassen sich für die Entwicklung einer Überblähung unter Belastung bei Probanden nachweisen?

(24)

2. Methodik

2.1 Studiendesign

Die für die vorliegende Arbeit retrospektiv erhobenen Daten wurden im Rahmen der Study of Health in Pomerania (SHIP) erhoben. Dabei handelte es sich um eine populationsbasierte, randomisierte Studie der Region Vorpommern im Bundesland Mecklenburg Vorpommern. [81, 82] Im Rahmen dieser Studie wurde neben vielen anderen Untersuchungen auch eine Spiroergometrie unter Einbeziehung von dynamischen Fluss-Volumen-Kurven bei den Probanden durchgeführt.

2.2 Studienpopulation

Ausgangpopulation waren Probanden im Alter von 20-81 Jahren zweier voneinander unabhängiger Kohorten der Study of Health in Pomerania (SHIP). Die 1. Kohorte umfasste 2333 Probanden der SHIP-2, davon 1235 weiblich. Diese war das 10-Jahres-Follow-up der Basiserhebung SHIP-0 aus den Jahren 1997-2001. Bei der 2. Kohorte handelte es sich um 4420 Probanden, davon 2275 weiblich, einer unabhängigen, parallel untersuchten Basiskohorte der SHIP, genannt SHIP-TREND. Aus den beiden genannten Kohorten ergab sich eine Ausgangspopulation von 6753 Probanden, davon 3510 weiblich. (Abbildung 7)

(25)

Es wurden in einem zweiten Schritt diejenigen Probanden (n = 4067, davon 49,6 % weiblich) ausgewählt, welche zusätzlich am kardiopulmonalen Untersuchungskomplex teilgenommen hatten. Dieser bestand unter anderem aus einer kompletten Lungenfunktionsanalyse und einer Spiroergometrie. In Bezug auf die Teilnehmer am SHIP-Programm konnte die Inanspruchnahme des kardiopulmonalen Untersuchungskomplex mit 60,2 % berechnet werden. (Abbildung 8)

Abbildung 8: Ausgangspopulation und Anteil ausgeschlossener Probanden aufgrund Fehlen des kardiopulmonalem Untersuchungskomplexes

6753 Probanden SHIP-2/SHIP-TREND-0 4067 = 60,2 % Probanden mit kardiopulmonalem Untersuchungskomplex 2686 = 39,8 %

Ausschluss aufgrund fehlendem kardiopulmonalem Untersuchungskomplex

(26)

2.3 Untersuchungsmethoden

Eine Übersicht der pneumologisch relevanten Methoden, welche in der 2 und der SHIP-TREND verwendet wurden, soll mit Hilfe der folgenden Tabelle 3 gegeben werden. In der vorliegenden Studie nutzten wir weiterhin die anthropometrischen Daten, die Angaben aus dem standardisierten Interview, die Parameter der Spirometrie, der Bodyplethysmografie und der Spiroergometrie.

Die Nutzung aller für unsere Studie relevanten Daten der Study of Health in Pomerania wurde, nach entsprechender Antragsstellung (Datennutzungsantrag SHIP/2015/17/D), durch den Forschungsverbund Community Medicine genehmigt, sodass diese der SHIP-Datenbank (sog. „Data Dictionary“ der Community-Medicine) entnommen werden konnten.

Alle Untersuchungen wurden von speziell geschulten und zertifizierten medizinisch-technischen Mitarbeitern gemäß der SHIP-2/-TREND-Standardarbeitsanweisungen auf der Grundlage der aktuellen Leitlinien durchgeführt.

Tabelle 3: verwendete pneumologisch relevante Methoden in SHIP-2/-TREND (modifiziert nach Ewert, Ittermann et al. [82])

Untersuchungsmethoden SHIP-2 SHIP-TREND

Interview X X Spirometrie X X Bodyplethysmografie X X CO-Diffusionsmessung X X NO-Diffusionsmessung X X Impulsoszillometrie X X

Messung der Atemmuskulatur X X

Polysomnografie X

Blutgasanalyse (kapillar) X X

Spiroergometrie X X

MRT (Pharynx/Lunge) X X

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2.3.1 Interview

Mit allen Probanden wurde ein mehrstündiges computergestütztes Interview durchgeführt. Neben allgemeinen Angaben wie Raucherstatus, Schlafdauer, erfolgten Impfungen, bestehender Dauermedikation, erfolgten Operationen und bekannten Infektionskrankheiten, enthielt dieses auch einen Abschnitt Lungenerkrankungen. In diesem Abschnitt wurde nach chronischen Lungenerkrankungen, Dyspnoe, Asthma bronchiale und nach bekannten Allergien befragt. (Anlage 1) [82]

2.3.2 Lungenfunktionsanalyse

Für die Lungenfunktionsanalyse wurde ein Pneumotachograph genutzt (VIASYS Healthcare, MasterScreen Body/Diff., JAEGER Hoechberg, Deutschland), welcher den ATS-Kriterien entsprach. Eine Kontrolle der aktuellen Umgebungsdaten (Temperatur, Luftdruck, Leuchtfeuchtigkeit) sowie die Kabinen- und Volumeneichung erfolgten vor jeder Untersuchung.

Die Spirometrie diente der Messung statischer und dynamischer Lungenvolumina. In unserer Studie wurde sie in erster Linie zur Bestimmung der FVC in Litern, der FEV1 in Litern, des PEF in Litern/Sekunde und der MEF 75-25 in Litern/Sekunde genutzt. Mit dem Quotienten aus FEV1 und FVC in Prozent konnte zusätzlich der sog. Tiffeneau-Index berechnet werden. Die Untersuchung wurde in bequemer, aufrecht sitzender Haltung, mit leicht nach hinten geneigtem Kopf, fest umschlossenem Mundstück und unter Benutzung einer Nasenklemme bei allen Messungen durchgeführt.

Für die Bestimmung der statischen Lungenvolumina sollte der Proband zunächst über mindestens 10 Atemzüge normal ein- und ausatmen, bis sich eine sichere Atemruhelage einstellte. Anschließend wurde der Proband aufgefordert aus dieser Normalatmung langsam so tief wie möglich auszuatmen, langsam maximal einzuatmen und langsam auszuatmen. (Abbildung 9: Volumen-Zeit-Kurve, links)

Für die Messung der dynamischen Lungenvolumina wurde der Proband, nach eben beschriebener maximaler Inspiration aufgefordert, so schnell, kräftig (forciert) und so weit wie möglich auszuatmen. (Abbildung 9: Fluss-Volumen-Kurve, rechts)

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Die Bodyplethysmografie diente der Bestimmung des Rtot in Kilopascal x Sekunde pro Liter, des ITGV in Litern, des RV in Litern sowie der TLC in Litern. Die Messung fand in einer luftdicht abgeschlossenen Kabine (Bodyplethysmograf) statt. Mit Hilfe des Bodyplethysmografen konnten Volumen- und Druckschwankungen, bedingt durch die Ein- und Ausatmung des Patienten, ermittelt werden. Gemessen wurde die Volumenänderung in der Kabine, welche durch die atmungsbedingten Druckänderungen der Lunge erzeugt wurden. Die Bestimmung des Atemwegswiderstandes erfolgte mehrfach bei gleichmäßiger Atmung in der Atemruhelage. (Abbildung 10, links) Das ITGV wurde am Ende der normalen Ausatmung bestimmt. Die Einatmung wurde dafür durch ein Verschlussventil kurzzeitig unterbrochen und das ITGV bei Atemruhelage exakt gemessen. (Abbildung 10, rechts)

Abbildung 9: Volumen-Zeit-Kurve (links) und Fluss-Volumen-Kurve (rechts)

der Spirometrie zur Bestimmung der statischen und dynamischen Lungenvolumina, VCIN = inspiratorische Vitalkapazität, IC = inspiratorische Kapazität, IRV = inspiratorisches Reservevolumen, VT = Tidalvolumen, ERV = exspiratorisches Reservevolumen, FEV1 = forcierte exspiratorisches 1-Sekundenvolumen, FVC = forcierte Vitalkapazität, PEF = exspiratorischer Spitzenfluss, MEF 75-25 = maximale exspiratorische Flüsse bei 75-25 % der Vitalkapazität [83]

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Abbildung 10: Bestimmung des Atemwegswiderstandes (sog. Resistanceschleife, links) und des intrathorakalen Gasvolumens (ITGV) (sog. Verschlussdruckmessung, rechts)

SREX = spezifische exspiratorische Resistance, SRIN = spezifische inspiratorische Resistance, SRtot = spezifische totale Resistance, tg Alpha bzw. Beta = Tangens des Winkels Alpha bzw. Beta [83]

Für die Berechnung der Normwerte nutzten wir die aus den SHIP-Daten abgeleiteten Formeln. [84, 85]

2.3.3 Spiroergometrie

Eine Kontrolle der aktuellen Umgebungsdaten (Temperatur, Luftdruck, Leuchtfeuchtigkeit), die Gas- und Volumeneichung sowie die Überprüfung der Dichtigkeit der Atemmaske erfolgten vor jeder Untersuchung. Zusätzlich wurde, vor Beginn der Spiroergometrie, die maximale Fluss-Volumen-Kurve als Referenz (sog. Hüllkurve) für die unter Belastung durchgeführten dynamischen Fluss-Volumen-Kurven erfasst. Das Vorgehen war hierbei analog zu der unter 2.3.2. beschriebenen Messung der dynamischen Lungenvolumina der Spirometrie.

Die Belastung fand auf einem Fahrradergometer statt, während der Proband gleichzeitig an das Messsystem angeschlossen war. Vor der Untersuchung erhielten alle Probanden die Anweisung sich maximal zu belasten und eine Trittfrequenz von 55/min nicht zu unterschreiten. Die Steigerung der Belastung erfolgte nach einem modifizierten Jones-Protokoll (16 Watt/min) unter kontinuierlicher Ableitung eines 12-Kanal-EKG, pulsoxymetrischer Kontrolle und unter Beachtung der Abbruchkriterien. (Anlage 2) Weiterhin

(30)

erfolgten im 2-Minuten-Abstand Blutdruckmessungen mittels Manschette. Mit Hilfe einer speziellen Atemmaske war die Messung der ventilatorischen Parameter und der Parameter des pulmonalen Gasaustausches Atemzug um Atemzug möglich (sog. Breath-by-Breath-Methode).

Die Aufzeichnung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven fand zu Beginn der Untersuchung in der Ruhephase, im Verlauf bei steigender Belastung im Bereich des anaeroben Übergangs sowie kurz vor der Erschöpfung des Probanden unter maximaler Belastung statt. Nach der Aufzeichnung von 3-5 normalen Atemzügen wurde der Proband dabei aufgefordert, am Ende einer normalen Ausatmung, so tief wie möglich Einzuatmen. In zeitlichem Zusammenhang zu diesem Intrabreath- bzw. IC-Manöver fand jeweils eine kapilläre Blutgasanalyse statt.

Nach Beendigung der Spiroergometrie wurde der Abbruchgrund dokumentiert, die offline gemessen Blutgaswerte in das Spiroergometer übertragen und die aerob-anaerobe-Schwelle bestimmt.

Für die Berechnung der Normwerte nutzten wir die aus den SHIP-Daten abgeleiteten Formeln. [86]

2.3.3.1 Analyse der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven

Eine erste Auswertung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven erfolgte im Anschluss an die Untersuchung durch die zertifizierten medizinisch-technischen Mitarbeiter der SHIP. Zunächst wurde dafür das Ende der maximalen Inspiration der dynamischen Fluss-Volumen-Kurve mit dem Nullpunkt der maximalen Fluss-Volumen-Fluss-Volumen-Kurve (Hüllkurve) in Übereinstimmung gebracht. (Abbildung 11, roter Pfeil) Anschließend wurde der EELV-Marker positioniert um das endexspiratorische Lungenvolumen zu bestimmen. Auf der Grundlage der SHIP-2/-TREND-Standardarbeitsanweisung wurde der EELV-Marker hierfür an das rechtsseitige Ende derjenigen dynamischen Fluss-Volumen-Kurve verschoben, für welche auch die Nullsetzung erfolgte. (Abbildung 11, EELV-Marker)

(31)

Fluss-Volumen-Abbildung 11: Aufzeichnung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven im Spiroergometer (Oxycon) der Firma Cardinal Health (sog. Intrabreath-Grafik)

Links: Icons zur manuellen Korrektur um das Ende der maximalen Inspiration der

dynamischen Kurve mit dem Nullpunkt der maximalen Fluss-Volumen-Kurve (Hüllkurve) in Übereinstimmung zu bringen (roter Pfeil);

Rechts: Volumen-Zeit-Kurve mit horizontalem EELV-Marker (oben),

Fluss-Volumen-Kurve mit vertikalem EELV-Marker (unten)

Im Folgenden sollen die in unserer Arbeitsgruppe definierten Kriterien der Auswertbarkeit und der Qualität näher erläutert werden.

Icons zur manuellen Korrektur

Volumen-Zeit-Kurve

Fluss-Volumen-Kurve EELV-Marker

(32)

2.3.4 Kriterien der Auswertbarkeit

Zunächst wurden Probanden ausgeschlossen, welche den kardiopulmonalen Untersuchungskomplex nicht vollständig durchlaufen hatten. Dies war beispielsweise bei Fehlen der Spirometrie der Fall, da die Folge ein Fehlen der maximalen Fluss-Volumen-Kurve (Hüllkurve) und damit der Referenzkurve für die dynamischen Fluss-Volumen-Fluss-Volumen-Kurven war. Im Rahmen dieses Kriteriums eines unvollständigen kardiopulmonalen Untersuchungskomplexes wurden unter Beachtung der in Abschnitt 1.3.1 genannten Akzeptanzkriterien der Spirometrie ebenfalls Untersuchungen mit anderen groben Fehlern ausgeschlossen. [11, 41] Einige Beispiele hierfür waren ein Signaldrift der Atemkurve durch eine fehlerhafte Kalibration des Volumensensors, eine fehlerhafte Referenzkurve durch Hustenartefakte und eine fehlende oder unzureichend tiefe Inspiration während der Registrierung des Intrabreath-Manövers.

Wurden während der spiroergometrischen Untersuchung weniger als 3 Intrabreath-Manöver aufgezeichnet, führte dies ebenfalls zu einem Ausschluss aus unserer Studie. Der Grund hierfür war, dass der Verlauf der Parameter unter Belastung nur sinnvoll analysiert werden konnte, wenn die dynamischen Fluss-Volumen-Kurven in der Ruhephase, bei ansteigender Belastung und bei maximaler Belastung vorlagen. (Abbildung 12)

Abbildung 12: grafische Darstellung der Fluss-Volumen-Kurven der Spiroergometrie

Rot: Atemschleifen in Ruhe 0 Watt (links), bei mittlerer Belastung 116 Watt (Mitte) und

maximaler Belastung 180 Watt (rechts) eines gesunden männlichen Probanden (69 Jahre, 172cm, 77kg),

(33)

Weiterhin wurden Probanden ausgeschlossen, bei denen die Messwerte des EELV zwischen den einzelnen Atemzügen eine Differenz von 200 ml oder mehr aufwiesen. Denn eine solche Messwertvariabilität stand im Widerspruch zu einer möglichst genauen Bestimmung des EELV. (Abbildung 13)

Abbildung 13: Volumen-Zeit-Kurve (oben) und Fluss-Volumen-Kurve (unten) der Spiroergometrie

Links: Differenz der Messwerte für das EELV ≥ 200 ml, Proband atmet unregelmäßig,

kein Erreichen der Atemmittellage  EELV nicht sicher bestimmbar,

Rechts: keine Differenz der Messwerte für das EELV, Proband atmet gleichmäßig,

Atemmittellage erreicht  EELV sicher bestimmbar

Der Ausschluss von Untersuchungen mit einer größeren Messwertvariabilität erfolgte unter Einbeziehung der in Abschnitt 1.3.2 erläuterten Kriterien zur Reproduzierbarkeit der FRC nach den Empfehlungen der Deutschen Atemwegsliga sowie der Reproduzierbarkeit der IC nach den Ergebnissen von Tantucci et al.. Hiernach sollte eine maximale Streuung der FRC von 10 % und der IC von 200 ml angestrebt werden. [39, 41]

Die Ausschlusskriterien sowie die Anzahl der jeweils ausgeschlossenen Probanden wurden in der folgenden Tabelle noch einmal zusammengefasst.

Tabelle 4: Ausschlusskriterien A-C mit Anzahl der ausgeschlossenen Probanden

Ausschlusskriterien Anzahl ausgeschlossener Probanden

A unvollständiger kardiopulmonaler Untersuchungskomplex 618

B < 3 dynamische Fluss-Volumen-Kurven 461

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Nach der Überprüfung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven unter Beachtung der genannten Ausschlusskriterien waren 2148 Probanden auswertbar. (Abbildung 14)

Abbildung 14: Anteil ausgeschlossener Probanden bei mangelnder Auswertbarkeit

Die Probanden, welche alle Kriterien der Auswertbarkeit erfüllten, wurden mit dem Fehlerindex C gekennzeichnet.

Um eine detailliertere Analyse der Datenqualität zu ermöglichen, definierten wir auf der Grundlage der klinischen Empfehlungen zu Beginn der Studie zusätzlich 2 Qualitätskriterien. Diese wurden im Rahmen der retrospektiven Analyse der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven ebenfalls überprüft und mit Hilfe eines Fehlerindex in der Datenbank registriert. Sie hatten jedoch keinen Einfluss auf die Auswertbarkeit, da sie als zusätzliche Kriterien betrachtet und nur überprüft wurden, wenn die Untersuchung bereits die Kriterien der Auswertbarkeit erfüllte. 4067 Probanden mit kardiopulmonalem Untersuchungskomplex 2148/4067 = 52,8 % auswertbar

nach Ausschluss Kriterium A-C 1919 = 47,2 %

Ausschluss aufgrund mangelnder Auswertbarkeit

(35)

2.3.5 Qualitätskriterien

Qualitätskriterien (in unserer Arbeitsgruppe definiert) waren:

A. Vorliegen von mindestens zwei Atemzügen vor dem IC-Manöver

Kommentar: Dieses Qualitätskriterium gewährleistete eine stabile Atmung vor dem IC-Manöver und damit auch eine geringere Variabilität des EELV.

War dieses Kriterium zusätzlich zu den Kriterien der Auswertbarkeit erfüllt, wurde die Untersuchung mit dem Fehlerindex D gekennzeichnet.

B. Position des Atemzuges zur Bestimmung des EELV

Kommentar: Nach Möglichkeit sollte nicht der Atemzug direkt vor dem IC-Manöver zur Bestimmung des EELV genutzt werden. Dieser Atemzug variierte häufig durch die nachfolgende tiefe Inspiration. Die Ursache liegt in der individuellen Einleitung des IC-Manövers durch den Probanden vor bzw. nach dem Erreichen der Atemruhelage. Dies führte häufig dazu, dass das absolute Volumen des EELV bei diesem Atemzug über- bzw. unterschätzt wurde. Der Atemzug direkt vor dem IC-Manöver wies demzufolge bezüglich des EELV eine hohe Variabilität auf. [11] War dieses Qualitätskriterium zusätzlich zu den Kriterien der Auswertbarkeit und dem 1. Qualitätskriterium erfüllt, wurde die Untersuchung als „fehlerfrei“ bezeichnet und mit dem Fehlerindex Z gekennzeichnet.

Die Abbildungen 15-17 der Volumen-Zeit-Kurven von drei IC-Manövern unter Belastung (Beispiel A-C) verdeutlichen die Relevanz der oben genannten Qualitätskriterien.

Abbildung 15: Beispiel A: korrekt durchgeführtes IC-Manöver eingeleitet am entsprechenden EELV Es sind zwei reproduzierbare Atemzüge vor dem IC-Manöver vorhanden und der rot markierte Atemzug, welcher für die Bestimmung des EELV herangezogen wurde, liegt nicht direkt vor dem IC-Manöver

(36)

Abbildung16: Beispiel B: Die individuelle Einleitung des IC-Manövers erfolgte zu früh.

Das heißt, sie erfolgte vor dem Erreichen des entsprechenden EELV und würde dazu führen, dass das absolute Volumen des EELV überschätzt wird, sodass der rot markierte Atemzug für die Bestimmung des EELV herangezogen wurde.

Abbildung 17: Beispiel C: Die individuelle Einleitung des IC-Manövers erfolgte zu spät.

Das heißt, sie erfolgte nach dem Erreichen des entsprechenden EELV und würde dazu führen, dass das absolute Volumen des EELV unterschätzt wird, sodass der rot markierte Atemzug für die Bestimmung des EELV herangezogen wurde.

EELV-Marker

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2.4 Auswertung und Dokumentation

Die Registrierung und die Analyse der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven erfolgten in der Intrabreath-Grafik des Spiroergometriesystems MasterScreen™ CPX (CareFusion, Höchberg, Deutschland). Nach der Durchführung der Untersuchung und der Speicherung der Daten wurde die Messung zu einem späteren Zeitpunkt anhand der gespeicherten Intrabreath-Grafiken im Auswertungsprogramm des Spiroergometriesystems bewertet.

Dabei wurde folgendermaßen vorgegangen.

1. Es wurden die Kriterien der Auswertbarkeit überprüft. 2. Es wurden die Qualitätskriterien geprüft.

Nach dieser Auswertung der einzelnen Intrabreath-Kurven wurden sowohl die Grafiken als auch die Messdaten mit Hilfe des Softwareprogramms der Spiroergometrie als Portable Document Format (PDF) gespeichert. (Anlage 3)

In Übereinstimmung mit einer Reihe von Literaturhinweisen (bei Akzeptanz einer fehlenden verbindlichen allgemeinen Definition) haben wir in der vorliegenden Studie eine Zunahme und/oder Konstanz des EELV unter Belastung als eine dynamische Überblähung bezeichnet. [47, 68, 79, 87]

Folgende ventilatorische Parameter der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven wurden an mindestens 3 Zeitpunkten der Spiroergometrie erfasst und im Anschluss in einer Datenbank (Microsoft Excel®) abgelegt.

- Inspiratorisches Tidalvolumen (Vtin) in Litern - Exspiratorisches Tidalvolumen (Vtex) in Litern - Atemfrequenz (BF) pro Minute

- Endexspiratorisches Lungenvolumen (EELV) in Litern - Dynamische inspiratorische Kapazität (IC_d) in Litern

Die Tabelle 5 zeigt die Variablen- und Formatbeschreibung auf deren Grundlage die Datenbank der vorliegenden Studie aufgebaut wurde.

(38)

Tabelle 5: Variablen- und Formatbeschreibung

Variablenname Label Typ Einheit/ Kodierung

Dezimal- stellen Patienten-ID Probandennummer numerisch

Fehlerindex Fehlerbeschreibung Text (kategorial)

Fehlerindex C Fehlerindex D Fehlerindex Z

Zeit [min]_Vi Versuchszeit Zeit mm:ss

Leistung [W]_Vi Belastungsstufe numerisch W 0

Vtin [l]_Vi Inspiratorisches Tidalvolumen numerisch l 3

Vtex [l]_Vi Exspiratorisches Tidalvolumen numerisch l 3

BF [1/min]_Vi Atemfrequenz numerisch 1/min 1

EELV [l]_Vi Endexspiratorisches Lungenvolumen

numerisch l 2

IC_d [l]_Vi Inspiratorische Kapazität numerisch l 2

Aus den Berechnungen wurden alle folgenden nicht plausiblen lungenfunktionellen (RV/TLC < 0,2 l bzw. > 0,5 l; RV < 0,4 l bzw. > 4,8 l; ITGV < 2,0 l) und spiroergometrischen (peakAF > 50/min; VO2@AT < 400 ml/min) Werte entfernt.

Bei den 2148 Probanden mit auswertbaren Untersuchungen hinsichtlich der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven der SHIP-Studie handelte es sich um einen Bevölkerungsquerschnitt. Für die weitere Auswertung wurden daher anhand der Interviewdaten bestimmte Probanden (aktive Raucher, stattgehabte Myokardinfarkte bzw. kardiochirurgische Operationen, bekannte chronische Lungenerkrankungen, Schrittmacherträger, Dauermedikation mit Einnahme von Antiarrhythmika (ATC C01), Betablocker (ATC C07), Kalziumantagonisten (ATC C08D), inhalative Bronchospasmolytika, Xanthine und Steroide ((inhalativ/ systemisch),(ATC R03AC12, R03AK06, R03AC13, R03AK07, R03BB04, R03B, R03DA)) ausgeschlossen.

(39)

Zudem wurden Probanden mit echokardiografischen Hinweisen auf eine Linksherzinsuffizienz (anhand fractional shortening ≤ 14 % bei Männern und ≤ 16 % bei Frauen), bei Nachweis von Blockbildern im EKG und bei Nichterreichen einer Respiratory Exchange Rate > 1 am Ende der Belastung von der weiteren Auswertung ausgeschlossen. Nach Ausschluss der genannten Probanden resultierte eine für die geplante Untersuchung „optimierte“ (d.h. aufgrund der ausgewerteten Daten wurden 921 Probanden der Gesamtpopulation ausgeschlossen) gesunde Studienpopulation mit 1227 Probanden.

Aus den Analysen der gesunden Studienpopulation wurden in einem weiteren Schritt zusätzlich Probanden ausgeschlossen, deren Lungenfunktionsanalyse von uns als pathologisch bezeichnet wurden (Rtot %pred > 180; ITGV %pred > 160; TLC %pred > 140; RV %pred > 140; RV/TLC %pred > 160). Diese gesunde Studienpopulation ohne pathologische Werte umfasste 1108 Probanden.

Einen Überblick über die einzelnen Schritte der Auswertung gibt das nachfolgende Flussdiagramm. (Abbildung 18)

(40)
(41)

2.5 Statistische Methoden

Aus den erhobenen Absolutwerten der Lungenfunktionsanalyse sowie der Spiroergometrie wurden mit Hilfe der in Anlage 4 aufgeführten Normwertformeln die Relativwerte berechnet.

Um die Stichproben zu beschreiben, wurden Verfahren der deskriptiven Statistik angewandt. Kontinuierliche Variablen wurden als Median mit dem 25%- und 75%-Perzentil und kategoriale Variablen als absolute Häufigkeiten und in Prozent angegeben.

Gruppenunterschiede wurden mit dem Chi-Quadrat Test bei nominalskalierten und mit dem Mann-Whitney-U-Test bei kontinuierlichen Variablen auf statistische Signifikanz getestet.

Mittels binär logistischer Regression wurde geprüft, ob Alter, Geschlecht, verschiedene Lungenfunktionswerte, sowie Variablen der Spiroergometrie einen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit haben eine dynamische Überblähung zu entwickeln. Es wurden Odds ratios und 95%-Konfidenzintervalle berechnet.

Wenn nicht anderweitig gekennzeichnet, wurde ein p-Wert < 0,05 als statistisch signifikant angesehen.

Alle statistischen Analysen erfolgten mit der freundlichen Unterstützung von Frau Dr. Anne Obst der Klinik für Innere Medizin B der Universitätsmedizin der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald und wurden mit dem Programm SAS 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) durchgeführt.

(42)

3. Ergebnisse

Der Übersicht halber wurden im Folgenden nur die zur Beantwortung der Fragenstellungen ausgewählten Daten der statistischen Analyse dargestellt. Alle weiteren Ergebnisse dieser Studie sind in Anlage 5-13 tabellarisch aufgeführt.

3.1 In welchem Umfang lassen sich verschiedene qualitative

Parameter der Fluss-Volumen-Kurven bei Probanden

nachweisen?

Die Qualitätsanalyse der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven wurde bei 4067 Probanden durchgeführt, welche im Zeitraum 2008 bis 2012 im Rahmen der epidemiologischen Studien SHIP-2 und SHIP-TREND untersucht wurden und am kardiopulmonalen Untersuchungskomplex teilnahmen. [81] Rekrutiert wurden 2017 Frauen und 2050 Männer.

Nach der Überprüfung der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven anhand der genannten Kriterien der Auswertbarkeit waren 2148 Probanden auswertbar und konnten als Gesamtgruppe in die deskriptive Analyse eingeschlossen werden. (Abbildung 18)

In die gesunde Studienpopulation wurden 1227 Probanden eingeschlossen. (Abbildung 18) Die in Tabelle 6 und 7 dargestellten Ergebnisse der Qualitätsanalyse zeigen in der Gesamtgruppe und der gesunden Studienpopulation einen wesentlich höheren Anteil auswertbarer Untersuchungen (Fehlerindex C) im Vergleich zu den fehlerfreien Untersuchungen (Fehlerindex Z).

Tabelle 6: Fehlerindex der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven und prozentuale Verteilung in der Gesamtpopulation (n = 2148)

Fehlerindex Erläuterung Anteil an der Gesamtpopulation C Auswertbar nach Kriterium A-C 1689 (78,6 %)

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Tabelle 7: Fehlerindex der dynamischen Fluss-Volumen-Kurven und prozentuale Verteilung in der gesunden Studienpopulation (n = 1227)

Fehlerindex Erläuterung Anteil an der gesunden Studienpopulation C Auswertbar nach Kriterium A-C 972 (79,2 %)

D + Qualitätskriterium 1 112 (9,1 %)

Z + Qualitätskriterium 1 und 2 143 (11,7 %)

C = Kriterien der Auswertbarkeit erfüllt, D = Kriterien der Auswerbarkeit und 1. Qualitätskriterium erfüllt, Z = Kriterien der Auswertbarkeit und Qualitätskriterium 1 und 2 erfüllt ("fehlerfreie" Untersuchung)

Um den Einfluss der Qualität auf die Untersuchungsergebnisse genauer zu untersuchen, wurde die deskriptive Datenanalyse ebenfalls für die Probanden der Gesamtpopulation mit fehlerfreien dynamischen Fluss-Volumen-Kurven (Fehlerindex Z) durchgeführt. In diese Gruppe konnten 259 Probanden eingeschlossen werden. (Vergleiche Tabelle 6)

Zu beachten ist, im Hinblick auf die spätere Interpretation der Ergebnisse, dass es sich bei der fehlerfreien Studienpopulation um Probanden der Gesamtpopulation (einschließlich aktiver Raucher, Probanden mit kardiopulmonalen Vorerkrankungen und kardiopulmonaler Vormedikation) handelt.

3.2 Wie lassen sich die verschiedenen Gruppen von Probanden

charakterisieren?

Die deskriptive Datenanalyse erfolgte für die Gesamtpopulation, die gesunde Studienpopulation und die fehlerfreie Studienpopulation.

Die Geschlechterverteilung war in allen 3 Studienpopulationen weitgehend ausgeglichen, wobei die fehlerfreie Studienpopulation mit 46,7 % den geringsten Frauenanteil aufwies. Gleiches galt für das mittlere Alter der Probanden. Diese waren in der fehlerfreien Studienpopulation mit 52 Jahren, im Mittel 2 Jahre jünger als in den anderen beiden anderen Studienpopulationen.

Der mittlere BMI entsprach mit etwa 27 kg/m2 in allen 3 Studienpopulationen dem Stadium der Präadipositas.

Der Anteil der aktiven Raucher war in der Gesamtpopulation 4 % höher als in der fehlerfreien Studienpopulation.

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In der gesunden Studienpopulation, welche keine aktiven Raucher enthielt, lag der Anteil der ehemaligen Raucher 3 % über dem der Probanden, welche nie geraucht hatten.

Die Tabellen 8 und 9 stellen die deskriptiven Parameter der 3 Studienpopulationen gegenüber.

Tabelle 8: Vergleich von Alter, BMI, Gewicht und Größe

zwischen Probanden der Gesamtpopulation, der gesunden und der fehlerfreien Studienpopulation Gesamtpopulation n = 2148 Gesunde Studienpopulation n = 1227 Fehlerfreie Studienpopulation n = 259 Median (25th; 75th) Alter (Jahren) 54 (43; 63) 54 (43; 63) 52 (42; 64) BMI (kg/m2) 27,4 (24,7; 30,6) 27,29 (24,57; 30,48) 27,13 (24,77; 30,00) Größe (cm) 170 (164; 177) 170 (163; 176) 171 (164; 177) Gewicht (kg) 79,5 (69,8; 91,2) 78,6 (69,0; 90,7) 79,4 (70,3; 90,2) Werte in Medianen, 0,25- (25th) und 0,75-Quantil (75th)

Tabelle 9: Vergleich von Absolut- und Relativwerte der Frauen, Raucher, Ex- und Nie-Raucher zwischen Probanden der Gesamtpopulation, der gesunden und der fehlerfreien Studienpopulation Gesamtpopulation n = 2148 Gesunde Studienpopulation n = 1227 Fehlerfreie Studienpopulation n = 259 Frauenanteil 1052 (48,9 %) 635 (51,8 %) 121 (46,7 %) Nie-Raucher 826 (38,5 %) 595 (48,5 %) 190 (38,0 %) Ex-Raucher 868 (40,4 %) 631 (51,5 %) 223 (44,6 %)

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In allen 3 Studienpopulationen betrugen der mittlere Rtot < 0,3 kPa x s/l, die mittlere FEV1/FVC-Ratio > 70 %pred und die mittlere FEV1 ≥ 80 %pred. Die größte mittlere FEV1/FVC-Ratio mit 87,24 %pred sowie die größte FEV1 mit 99,71 %pred wies dabei die gesunde Studienpopulation auf.

Sowohl das RV, als auch die TLC und die RV/TLC-Ratio lagen im Mittel in allen 3 Studienpopulationen unterhalb von 120 %pred. Das mittlere ITGV nahm Werte unterhalb von 100 %pred an. Wesentliche Unterschiede dieser Parameter zwischen den einzelnen Studienpopulationen ergaben sich nicht.

Die Tabellen 10-12 stellen die Parameter der Lungenfunktionsanalyse der 3 Studienpopulationen dar.

Tabelle 10: Parameter der Lungenfunktionstests der Gesamtpopulation (n = 2148) Lungenfunktion

Absolutwerte Relativwerte Variable Q1 Median Q3 Q1 Median Q3 Rtot (kPa*s/l) 0,15 0,19 0,25 72,69 93,86 121,12 sRtot (kPa*s) 0,54 0,71 0,94 63,96 83,97 111,21 ITGV (l) 2,78 3,32 3,94 66,97 81,32 97,58 TLC (l) 5,54 6,41 7,39 92,98 102,2 110,91 RV (l) 1,74 2,2 2,76 82,65 102,46 121,82 RV/TLC (l) 0,3 0,36 0,41 88,41 101,25 112,53 FEV1/FVC (%) 76,26 80,06 83,22 70,14 77,84 96,53 FEV1 (l) 2,71 3,2 3,84 88,28 97,84 106,18 PEF (l/s) 5,21 6,5 8,03 75,09 89,7 102,92 MEF 75 (l/s) 4,74 5,9 7,32 76,71 92,39 107,8 MEF 50 (l/s) 2,93 3,8 4,78 72,53 90,75 109,53 MEF 25 (l/s) 0,81 1,17 1,62 53,53 71,02 90,94 absolute und relative lungenfunktionelle Werte in Medianen, 0,25- (Q1) und 0,75-Quantil (Q3)

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Tabelle 11: Parameter der Lungenfunktionstests der gesunden Studienpopulation (n = 1227) Lungenfunktion

Absolutwerte Relativwerte Variable Q1 Median Q3 Q1 Median Q3 Rtot (kPa*s/l) 0,14 0,19 0,24 70,29 91,28 116,08 sRtot (kPa*s) 0,53 0,68 0,9 61,9 80,34 104,3 ITGV (l) 2,77 3,31 3,91 67,19 81,93 97,58 TLC (l) 5,52 6,39 7,34 93,43 101,98 109,96 RV (l) 1,72 2,17 2,68 81,65 101,24 118,8 RV/TLC (l) 0,3 0,35 0,41 87,9 99,99 111,38 FEV1/FVC (%) 77,62 80,89 83,7 71,39 87,24 97,59 FEV1 (l) 2,78 3,25 3,9 91,96 99,71 107,36 PEF (l/s) 5,26 6,59 8,13 76,92 91,23 104,46 MEF 75 (l/s) 4,86 6,07 7,49 81,04 95,1 110,03 MEF 50 (l/s) 3,17 3,98 4,86 78,33 94,47 112,86 MEF 25 (l/s) 0,9 1,24 1,67 59,07 75,12 95,05 absolute und relative lungenfunktionelle Werte in Medianen, 0,25- (Q1) und 0,75-Quantil (Q3)

Tabelle 12: Parameter der Lungenfunktionstests der fehlerfreien Studienpopulation (n = 259) Lungenfunktion

Absolutwerte Relativwerte Variable Q1 Median Q3 Q1 Median Q3 Rtot (kPa*s/l) 0,14 0,19 0,25 69,57 92,49 120,71 sRtot (kPa*s) 0,52 0,69 0,95 63,03 83,19 111,43 ITGV (l) 2,95 3,46 4,06 66,72 80,09 97,19 TLC (l) 5,64 6,56 7,45 93,49 102,48 113,9 RV (l) 1,76 2,26 2,79 84,79 104,43 121,88 RV/TLC (l) 0,3 0,36 0,42 89,23 102,17 114,06 FEV1/FVC (%) 76,65 80,45 83,27 70,44 75,93 96,66 FEV1 (l) 2,68 3,19 3,87 87,89 97,48 106,5 PEF (l/s) 5,06 6,47 8,14 73,93 87,34 102,16

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Bei allen Probanden der 3 Untersuchungskollektive lag die maximal erreichte Leistung im Mittel bei 148 Watt.

Eine gute Belastbarkeit der Gesamtpopulation zeigten die erfasste Spitzen- Sauerstoffaufnahme (peakVO2), als Maß der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit, mit im Mittel 1900 ml/min (96,2 %pred) sowie die mittlere Sauerstoffaufnahme im Bereich der anaeroben Schwelle (VO2@AT), als Maß für die Dauerleistungsfähigkeit, mit im Mittel 950 ml/min (87,51 %pred).

Die gesunde Studienpopulation wies mit 1926,5 ml/min (99,53 %pred) die höchste peakVO2 auf. Ebenso war die VO2@AT in der gesunden Studienpopulation mit 1000 ml/min (89,41 %pred) höher als in den anderen beiden Studienpopulationen.

Die peakVO2 sowie die VO2@AT der fehlerfreien Population waren vergleichbar mit denen der Gesamtpopulation.

Die Parameter der Atemmechanik erwiesen sich mit einem mittleren Atemzugvolumen (Vtin_max) im Bereich von 2,11 l bis 2,24 l und einer mittleren maximalen Atemfrequenz (peakAF) von 32-33/min (110,87 %pred) in allen 3 Untersuchungskollektiven als physiologisch.

Die Tabellen 13-15 stellen die Parameter der Spiroergometrie der 3 Studienpopulationen dar.

Tabelle 13: Parameter der Spiroergometrie der Gesamtpopulation (n = 2148) Spiroergometrie

Absolutwerte Relativwerte Variable Q1 Median Q3 Q1 Median Q3 Leistung_ruhe (Watt) 0 0 0 Leistung_max (Watt) 116 148 180 Vtin_ruhe (l) 0,54 0,73 1,55 Vtin_max (l) 1,8 2,22 2,77 ΔEELV (l) (EELV_max - EELV_ruhe) -0,59 -0,31 -0,03 peakVO2 (ml/min) 1528 1900 2390 84,87 96,2 108,24 VO2@AT (ml/min) 800 950 1200 76,12 87,51 99,14 peakAF (1/min) 28 32 36 97,49 110,87 125,08 absolute und relative spiroergometrische Werte in Medianen, 0,25- (Q1) und 0,75-Quantil (Q3)

Abbildung

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