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Spiro Geschichte

Spiroergometrie: Die Geschichte

Die ausführliche Darstellung der Geschichte der Spiroergometrie soll zeigen, dass die Messung der Atemgase unter Belastung schon seit mehr als zweihundert Jahren von medizinischem Interesse ist. Anhand der Entwicklungsgeschichte der Spiroergometrie kann man erkennen, dass das Messverfahren von Anfang an für die medizinische Leistungsdiagnostik entwickelt wurde.

Die „Highlights“ der Spiroergometrie

  • Jahr 1789: erste Messungen zur Atmung
  • Jahr 1855: Erste Untersuchung der Exspirationsluft
  • Jahr 1887: Die ersten Ergometer werden gebaut
  • Jahr 1924: Die Ruhemessung des Gasstoffwechsels hat sich etabliert; die maximale Sauerstoffaufnahme wird entdeckt
  • Jahr 1929: Die klinische Leistungsdiagnostik ist geboren
  • Jahr 1950: Durchbruch der Spiroergometrie in Europa
  • Jahr 1959: erste Bestimmung des aeroben-anaeroben-Übergangsbereichs
  • Jahr 1960: Registrierung Atemzug für Atemzug
  • Seither: stetige Verbesserung der Messgeräte und der Analysesoftware

Die Spiroergometrie gilt bis heute als „Goldstandard der medizinischen Leistungsdiagnostik“, da sie valide, reliabel und objektiv ist.

Die Spiroergometrie gewährt uns einen Echtzeit-Einblick in die

  • Ventilation,
  • Zirkulation und in den
  • Energiestoffwechsel des lebendigen Menschen.

Auf Grund dieser Daten kann die Leistungsfähigkeit und die Leistungsanpassung punktgenau analysiert werden.Wenn Sie wissen wollen, wie sich die Geschichte der Spiroergometrie bis zum heutigen Tag entwickelt hat, dann lesen Sie bitte hier weiter oder nehmen Sie unverbindlichen Kontakt zu uns auf.

Spiroergometrie: erste Messungen seit dem Jahr 1789

Die Spiroergometrie ist ein Verfahren der Leistungsdiagnostik welches sich seit seinen Anfängen im Jahre 1789 bis heute stetig weiterentwickelt hat. Die ersten Versuche den Gasstoffwechsel des Menschen mit Hilfe einer Gesichtsmaske zu messen, unternahmen Lavoisier und Seguin im Jahre 1789.

In den Anfängen der Spiroergometrie konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die entstandene Menge Kohlensäure, welche mit aufwendigen Verfahren errechnet wurden. Im Jahre 1813 unternahm der englische Arzt Prout die ersten Untersuchungen des Gasstoffwechsels bei Fußmärschen. Er war jedoch nicht in der Lage, schlüssige Ergebnisse zu erzielen.

Erst 43 Jahre später in der Zeit um 1856 hat wieder ein englischer Arzt namens Smith das Verfahren verbessert und ein tragbares Spirometer entwickelt. Smith wollte damit den Gasstoffwechsel beim Gehen und auf einem Tretrad, das im Jahr 1822 zum ersten Mal in englischen Zuchthäusern zum Einsatz kam, bestimmen.

1855: Erste Untersuchung der Exspirationsluft

Für den ersten Arbeitsversuch in einem „Einschlussapparat“ sorgte der Franzose Hirn in den Jahren 1855 bis 1857. In einer luftdichten abgeschlossenen Kammer untersuchte er die Exspirationsluft bereits nach Kohlensäure, Sauerstoff und Stickstoff. (vgl. HOLLMAN/STRÜDER/PREDEL/TAGARAKIS, 2006, S. 2).

1887: Die ersten Ergometer werden gebaut

Um eine bessere Untersuchungsumgebung zu schaffen, entwickelten Personen wie der hessische Arzt Speck oder die Franzosen Hanriot und Richet die Drehkurbeln. Diese wurden von dem Wiener Arzt Gaertner mit der Einstellungsmöglichkeit nach Kilogrammmeter perfektioniert. Dieses Gerät entwickelte er 1887 und bedachte es mit dem Namen Ergostat. Ein weiterer Durchbruch der Ergometrie war die Erfindung des ersten Laufbandes im Jahre 1889. Der in Berlin am Tierphysiologischen Institut arbeitende Professor Zuntz entwarf dies zunächst für Arbeitsversuche am Tier. Erst danach entstand das erste Fahrradergometer der Welt im Jahre 1896 in Paris. Der Franzose Bouny befestigte hierfür die mechanischen Bremsen unmittelbar am Hinterrad eins aufgebockten vorderradlosen Fahrrades (vgl. HOLLMAN/STRÜDER/PREDEL/TAGARAKIS, 2006, S. 2 ff.).

1911: Erfindung des Douglassack

Der nächste große Fortschritt war der im Jahre 1911 in Oxford erfunden Douglassack. Der erst später nach seinem Erfinder benannte Luftsammelbehälter konnte die Ausatemluft speichern, um sie daraufhin auf ihre Zusammensetzung zu analysieren. Der Douglassack fand seine Verwendung in den Feldtests als auch in den Laboruntersuchungen. Die Methode des Douglassackes hatte für lange Zeit Bestand (vgl. HOLLMAN/STRÜDER/PREDEL/TAGARAKIS, 2006, S. 4). Jedoch waren dieser Methode nur stichprobenartige Messergebnisse ab zu gewinnen (vgl. HOLLMAN/STRÜDER/PREDEL/TAGARAKIS, 2006, S. 29).

1924: Die Ruhemessung des Gasstoffwechsels hat sich etabliert; die maximale Sauerstoffaufnahme wird entdeckt

Knipping war es, der im Jahr 1924 eine Untersuchungsmethode entwickelte mit welcher er den Gasstoffwechsel in Körperruhe analysieren konnte. Diese Apparatur wurde für den Gebrauch in Kliniken und ärztlichen Praxen konstruiert. Sie wurde mit dem Namen „Knipping-Stoffwechselapparat“ bedacht. Mit dieser Innovation eröffnete sich die Möglichkeit jede respiratorische Bewegung aufzuzeichnen. Die Untersucher erhielten Information über Atemfrequenz, die Atemtiefe, Atemminutenvolumen, die Sauerstoffaufnahme und die Kohlenstoffdioxidabgabe. Nach kürzester Zeit fand man dieses Gerät in der Standardausrüstung von Kliniken für innere Krankheiten wieder. Diese Apparatur unterstützte die Ärzte bei den Krankheitsbildern der Lungentuberkulose, bei Schilddrüsenfunktionsstörungen und Stoffwechselstörungen.

1929: Die klinische Leistungsdiagnostik ist geboren

Im selben Jahr entdeckte der englischen Nobelpreisträger A.V. Hill die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max). Sie war ab sofort einer der Bruttokriterien der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit. Begriffe wie „O2-Defizit“, „steady state“ und „O2-debt“ kamen parallel zu der VO2max als Untersuchungskriterien der Leistungsdiagnostik hinzu (vgl. HOLLMAN/STRÜDER/PREDEL/TAGARAKIS, 2006, S. 7). Nur vier Jahre später wurde die O2-Aufnahme in leichter, mittlerer und hoher Laufbelastung gemessen. Als dann Knipping und Brauer erkannten, dass nur eine Analyse unter den Bedingungen einer körperlichen Ausbelastung Rückschlüsse auf quantitative und qualitative Schäden erlaubt, kombinierten sie ihr Spirographensystem mit einem Ergometer. Dieses Analysesystem wurde dann auf den Namen Spiroergometrie „getauft“.

Der Zusammenschluss der beiden Systeme wurde im Jahr 1929 durchgeführt. Ein solches Verfahren gestattete den Kliniken eine quantitative als auch objektive Leistungsanalyse des Patienten. Das ausgewählte Ergometer war ein Drehkurbelapparat im Stehen, welcher bei allen Patienten Anwendung fand, um vergleichbare Werte zu schaffen. Das Arbeiten mit gleichen Voraussetzungen bei allen Patienten erlaubte es, die Wirkungsprozesse von medikamentösen, bewegungstherapeutischen, chirurgischen und rehabilitativen Maßnahmen zu registrieren.

1950: Durchbruch der Spiroergometrie in Europa

Schon im Jahr 1938 konnten nun Arbeitsinsuffizienzen von Herz und Kreislauf ersichtlich gemacht werden. Die Ergometrie wurde ebenfalls immer weiter vorangetrieben und brachte bald die ersten stark belastbaren Fahrradergometer hervor. 1949 gab es dann den nächsten Durchbruch, die Messgenauigkeit der Spirographen und der Ergometer nahm deutlich zu. Nun genügte dieses Verfahren den wissenschaftlichen und klinischen Standards und wurde damit als Routinemethode bei klinischen Untersuchungen in Europa anerkannt. In der Sporthochschule Köln wurden nun Normwerte des Atem- und Stoffwechselverhaltens von gesunden männlichen und weiblichen Menschen verschiedener Altersklassen bei unterschiedlichen Belastungsstufen ermittelt.

1959: Erste Bestimmung des aeroben-anaeroben-Übergangsbereichs

Es folgten weitere Normwerte für die maximale Sauerstoffaufnahme mit immer leistungsstärkeren Geräten. Nach kurzer Zeit war man in der Lage, mehr als 6.000 ml Sauerstoffaufnahme in der Minute zuverlässig zu messen. Eine solche Errungenschaft führte dazu, dass nun auch Leistungssportler bis an die Leistungsgrenzen ausbelastet werden konnten. 1954 wurde das Verfahren im Universitätsklinikum Köln installiert. Die maximale Sauerstoffaufnahme ist seit 1950 die Messgröße der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit. Da diese Messgröße aber stark von der Motivation des Patienten abhängig war, wurde nach weiteren Leistungsparametern geforscht.

Die Forschung hatte 1959 mit dem aeroben-anaeroben-Übergangsbereich den zweiten aussagekräftigen Parameter gefunden, mit dem sich die Leistungsfähigkeit eines Probanden bestimmen und vergleichen ließ. Darauf folgte die Bestimmung des optimalen Wirkungsgrades der Atmung. Nur ein Jahr später etablierte sich die Computertechnik in der Spiroergometrie. Nun war eine digitale Erfassung des Stoffwechsels möglich. Jeder Atemzug konnte aufgezeichnet werden. Neue Messparameter wie Sauerstoffdruck, Kohlenstoffdioxiddruck und der Luftstrom erweiterten das Verfahren erneut.

1960: Registrierung Atemzug für Atemzug

Es dauerte ganze 14 Jahre bis die Ergometrie einen weiteren technischen Fortschritt erzielte. Die ersten voll computergesteuerten Fahrradergometer wurden gebaut. Das Laufband kristallisierte sich immer mehr als das wirkungsvollste Gerät der Ergometrie heraus. Mit diesem waren die tatsächlichen maximalen Sauerstoffaufnahmewerte der Patienten zu bestimmen. Da ein Mensch Fußgänger ist und das Laufen seine ursprüngliche Bewegungsform darstellt, ist ein Leistungstest auf dem Laufband am aussagekräftigsten.

Sollten Sie Interesse an einer Spiroergometrie haben, dann rufen Sie uns an und vereinbaren Sie einen Termin mit uns. Wir freuen uns, auf Ihren Besuch.