Luftverdrängungsplethysmographie
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 3. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Die Luftverdrängungsplethysmographie wird in der Medizin als nichtinvasives Diagnosemittel zur Bestimmung des Volumens oder von Volumenveränderungen eines Körpers oder bestimmter Körperteile genutzt.
In einer geschlossenen Kapsel oder einem geschlossenen Hohlraum, der durch eine Manschette luftdicht abgeschlossen wird, bewirken Volumenveränderungen des Körpers oder einzelner Körperteile Änderungen des Luftdrucks. Aus den Luftdruckänderungen berechnen Computerprogramme die entsprechenden Volumenänderungen und kompensieren dabei eventuelle Temperaturänderungen der Luft.
Was ist die Luftverdrängungsplethysmographie?
Als Plethysmographie werden in der Medizin nichtinvasive Verfahren zur Messung von Volumen oder Volumenänderungen des ganzen Körpers oder von Körperteilen bezeichnet. Die Messverfahren werden entweder nach dem Zweck des Messverfahrens benannt wie die Verschlussplethysmographie zur Messung und Erkennung von Venenverschlüssen und Funktionsstörungen der Venenklappen oder sie werden nach dem Medium benannt, das für das Messverfahren zur Anwendung kommt.
Als Luftverdrängungsplethysmographie wird daher ein Verfahren bezeichnet, dem die Verdrängung von Luft bzw. die Erzeugung von Druckänderungen bei Volumenänderungen als Messprinzip zugrunde liegt. Die Luftverdrängungsplethysmographie kommt in der Regel als Ganzkörpermessung zum Einsatz, bei der sich die zu untersuchende Person in einer hermetisch abgeschlossenen Kabine befindet und die Volumenänderungen des gesamten Körpers einbezogen werden. Von ihr zu unterscheiden ist die Bodyplethysmographie der Lungenfunktion, die zwar auf demselben Gasgesetz beruht, aber Lungenvolumina und den Atemwegswiderstand misst.
Alternativ kann die Luftverdrängungsplethysmographie z.B. zur Prüfung der Venenfunktionen an Teilbereichen des Körpers angewandt werden. Als funktionelle Einheiten dienen in diesem Fall luftdichte Manschetten, die bei Volumenänderungen der Venen mit entsprechenden Druckänderungen reagieren.
Die Luftverdrängungsplethysmographie ist ein wenig vergleichbar mit dem archimedischen Prinzip der Wasserverdrängung, bei dem das Volumen eines Körpers durch Eintauchen in Wasser gemessen wird. Die verdrängte Wassermenge entspricht dem Volumen des eingetauchten Körpers und die Gesamtmasse (Gewicht) kann durch eine Waage bestimmt werden. So kann auch die spezifische Masse je Volumeneinheit errechnet werden.
Weil es sich bei Luft im Gegensatz zu Wasser um ein kompressibles Medium handelt, kann die vom Körper verdrängte Luft bei der Luftverdrängungsplethysmographie nicht direkt gemessen werden; die Messung geschieht stattdessen indirekt in der abgeschlossenen Kabine über die Druckänderungen. Das gleiche Prinzip der Druckänderungen analog zu Volumenänderungen des untersuchten Körperteils wird bei der Verschlussplethysmographie an Armen und Beinen genutzt. Es handelt sich dabei dem Prinzip nach ebenfalls um eine Luftverdrängungsplethysmographie, bei der der zu untersuchende Körperteil mit einer luftdicht abschließenden Manschette umhüllt wird.
Funktion, Wirkung & Ziele
Die Methode ist mit wenig Zeitaufwand verbunden und ist weitestgehend automatisiert. Für die Untersuchung von Neugeborenen gibt es spezielle (kleine) Kammern. Einen anderen wichtigen Untersuchungsbereich für die Bodyplethysmographie bietet die umfassende Lungenfunktionsprüfung. Mittels Bodyplethysmographie können besondere Lungen- und Atmungsparameter analysiert werden, die einer einfachen Spirometrie nicht zugänglich sind. Insbesondere kann der Atemwiderstand gemessen werden, eine wichtige Größe in der Diagnose von Atemwegserkrankungen. Des Weiteren liefert die Untersuchungsmethode schnelle und sichere Hinweise auf die Unterscheidung zwischen Asthma und Chronisch obstruktiver Lungenerkrankung. Auch Lungenemphyseme können diagnostiziert werden.
Zur Ergänzung und zur Differenzialdiagnose können auch spirometrische Ergebnisse herangezogen werden. Für die sogenannte Verschlussplethysmographie zur Funktionsprüfung von Venen und Arterien an den Extremitäten steht die Luftverdrängungsplethysmographie als eine von mehreren möglichen Methoden zur Verfügung. Sie bietet den Vorteil, dass tatsächliche Volumenänderungen gemessen werden und deshalb diagnostisch wertvollere und differenziertere Daten zur Verfügung stehen als z. B. bei der Plethysmographie mittels Dehnmessstreifen.
Bei der Verschlussplethysmographie per Luftverdrängung werden meist einzelne Extremitäten wie Unterschenkel oder Arme separat untersucht. Der notwendige abgeschlossene Luftraum wird per luftdichter Manschette geschaffen. Volumenänderungen durch einen veränderlichen Füllungsgrad der Venen oder Arterien wirken sich proportional auf Druckänderungen innerhalb der Manschette aus und können per spezialisiertem Computerprogramm direkt ausgewertet werden. Die Messung von Volumenänderungen am Finger (Finger-Plethysmographie) dient dem Nachweis der Funktionsfähigkeit der Arterien. Mit der gleichen Methode können auch die Volumenänderungen des Penis bei einer Erektion gemessen werden (penile Plethysmographie).
Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren
Das lässt sich in der Praxis mit vertretbarem Aufwand kaum durchführen. Mit Entwicklung der Computertechnik und komplexer Algorithmen war es ab Mitte der 1990er Jahre möglich, auf adiabatische Messungen zurückzugreifen. In diesem Fall findet kein thermischer Austausch mit der Umgebung statt. Allerdings ändern sich in dem abgeschlossenen System bei Volumenerhöhung des zu messenden Körpers oder Körperteils gleichzeitig die Temperatur und der Druck.
Prinzipiell bereitet die Berechnung der adiabatischen Zustandsänderung heute keine Probleme mehr, allerdings ist auch der adiabatische Zustand nicht ohne weiteres darstellbar, da z. B. die Körperwärme oder Wärmeinstrahlung von außen die Messergebnisse verfälschen können. Einerseits können über die Verwendung von Isoliermaterialien die verfälschenden Einflüsse minimiert werden, andererseits können komplexe Algorithmen die nicht ganz vermeidbaren Verfälschungen, die durch die Zufuhr thermischer Energie von außen in das abgeschlossene System entstehen, herausrechnen und kompensieren.
Für den Untersuchten selbst ist das Verfahren risikoarm: Es wird weder Strahlung eingesetzt noch in den Körper eingegriffen. Der Aufenthalt in der geschlossenen Kabine kann allerdings beengend wirken, und wer unter Platzangst leidet, empfindet ihn mitunter als belastend.
Die eigentliche Grenze des Verfahrens liegt daher weniger in einer körperlichen Gefahr als in der Deutung des Ergebnisses. Der ausgegebene Fettanteil beruht auf einer Modellrechnung und ist von der Tagesform, vom Flüssigkeitshaushalt und von der Einhaltung der Messbedingungen abhängig. Kleine Unterschiede zwischen zwei Messungen sollten deshalb nicht überbewertet werden; aussagekräftig ist erst eine Entwicklung über mehrere Messungen hinweg.
Ablauf einer Messung
Die Bestimmung der Körperzusammensetzung per Luftverdrängung dauert nur wenige Minuten und verlangt vom Untersuchten keine besondere Anstrengung. Üblicherweise wird empfohlen, die Messung nicht unmittelbar nach einer größeren Mahlzeit und nicht direkt im Anschluss an eine körperliche Belastung durchzuführen, weil Nahrung im Verdauungstrakt und ein veränderter Flüssigkeitshaushalt das Ergebnis beeinflussen können. Wer den Verlauf über längere Zeit verfolgen will, sollte die Messung deshalb möglichst immer unter vergleichbaren Bedingungen und zur gleichen Tageszeit wiederholen.
Zu Beginn wird das Körpergewicht auf einer Waage bestimmt, die mit dem Messsystem verbunden ist. Anschließend nimmt die untersuchte Person in der Kabine Platz, deren Tür luftdicht schließt. Gemessen wird in eng anliegender Kleidung; die Haare werden unter einer Kappe zusammengefasst und Schmuck abgelegt. Der Grund dafür ist rein physikalisch: Luft, die sich in weiter Kleidung, zwischen den Haaren oder unter Schmuckstücken verfängt, wird vom Gerät nicht als Körpervolumen erkannt und verfälscht damit das Ergebnis in Richtung eines zu niedrigen Volumens – und damit einer zu hohen Dichte.
Während der eigentlichen Messung soll der Untersuchte ruhig sitzen und normal weiteratmen; Bewegungen verändern das Volumen in der Kabine und stören die Druckmessung. Um Messfehler zu erkennen, wird die Bestimmung wiederholt, bis zwei Ergebnisse ausreichend genau übereinstimmen. Anschließend wird der Luftraum berücksichtigt, der sich im Brustkorb selbst befindet: Das Gas in der Lunge verhält sich bei Druckänderungen anders als Gewebe und muss aus dem Körpervolumen herausgerechnet werden. Dieses Volumen wird entweder in einem kurzen Atemmanöver über ein angeschlossenes Schlauchsystem gemessen oder aus Körpergröße, Alter und Geschlecht rechnerisch geschätzt. Für Säuglinge stehen eigene, entsprechend kleine Kammern zur Verfügung, in denen dasselbe Messprinzip angewandt wird; damit lässt sich die Körperzusammensetzung bereits in den ersten Lebenstagen erfassen.
Von der Dichte zum Körperfettanteil
Das Gerät misst weder Fett noch Muskulatur unmittelbar. Es misst das Volumen des Körpers, und aus Volumen und Gewicht ergibt sich dessen mittlere Dichte. Der Schritt von dieser Dichte zum Körperfettanteil beruht auf einer Rechnung, die auf einer Modellannahme aufbaut.
Diese Annahme lautet, dass sich der Körper in zwei Anteile zerlegen lässt: die Fettmasse und die fettfreie Masse aus Muskulatur, Organen, Knochen und Körperwasser. Fettgewebe hat eine geringere Dichte als die fettfreie Masse – es ist, bezogen auf sein Volumen, leichter. Je niedriger die gemessene Gesamtdichte eines Körpers ausfällt, desto größer ist demnach der Fettanteil. Über eine Umrechnungsgleichung wird aus der Dichte der prozentuale Fettanteil geschätzt.
Wichtig für die Bewertung des Ergebnisses ist, dass die Rechnung eine feste Dichte der fettfreien Masse voraussetzt. Diese Voraussetzung trifft nicht auf alle Menschen gleichermaßen zu. Bei Kindern und Jugendlichen, deren Knochen und Körperwasseranteil sich noch verändern, bei sehr alten Menschen, bei stark verminderter Knochendichte und bei ausgeprägter Wassereinlagerung weicht die tatsächliche Zusammensetzung der fettfreien Masse von der Modellannahme ab. Für einige dieser Gruppen gibt es angepasste Gleichungen. Der ausgegebene Prozentwert bleibt in jedem Fall eine begründete Schätzung und keine direkte Messung des Fettgewebes – ein Umstand, der bei der Deutung einzelner Nachkommastellen zu bedenken ist.
Anwendungsbereiche der Körperzusammensetzungsmessung
In der Sportmedizin und in der Leistungsdiagnostik dient das Verfahren dazu, Trainingswirkungen sichtbar zu machen, die das Körpergewicht allein verbirgt. Wer Muskulatur aufbaut und gleichzeitig Fettgewebe abbaut, kann über Wochen dasselbe Gewicht auf der Waage sehen, obwohl sich die Zusammensetzung deutlich verändert hat. Erst die getrennte Betrachtung von Fettmasse und fettfreier Masse macht diese Verschiebung erkennbar.
In der Ernährungsmedizin wird die Messung bei Adipositas und bei Programmen zur Gewichtsabnahme eingesetzt, um zu beurteilen, woher der Gewichtsverlust stammt. Nimmt vor allem die fettfreie Masse ab, geht Muskulatur verloren – ein Hinweis darauf, dass Ernährungsplan und Bewegungsprogramm angepasst werden sollten. Umgekehrt wird das Verfahren bei Mangelernährung, bei chronischen Erkrankungen mit ungewolltem Gewichtsverlust und im Rahmen der Behandlung von Essstörungen wie der Anorexia nervosa genutzt, um den Ernährungszustand über die Zeit zu verfolgen.
Ein eigener Bereich ist die Untersuchung von Neugeborenen, auch nach einer Frühgeburt. Weil das Verfahren ohne Strahlung auskommt, keinen Eingriff erfordert und nur kurze Zeit beansprucht, lässt es sich hier einsetzen, wo andere Methoden ausscheiden. Schließlich dient die Luftverdrängungsplethysmographie in der Forschung als Bezugsverfahren, an dem einfachere und billigere Methoden der Körperfettbestimmung gemessen werden.
Abgrenzung zu anderen Verfahren der Körperzusammensetzung
Das älteste Verfahren mit demselben Grundgedanken ist das Unterwasserwiegen, bei dem das Körpervolumen über die verdrängte Wassermenge bestimmt wird. Es galt lange als Bezugsmethode, verlangt aber, dass die untersuchte Person vollständig untertaucht und dabei ausatmet – für ältere, geschwächte oder ängstliche Menschen und für Kinder ist das oft nicht durchführbar. Genau hier liegt der praktische Vorteil der Messung mit Luft.
Ein anderer Weg ist die Röntgenabsorptiometrie, die auch zur Knochendichtemessung verwendet wird. Sie unterscheidet nicht zwei, sondern drei Anteile – Knochenmineral, Fettmasse und übriges Weichgewebe – und liefert zusätzlich die Verteilung im Körper. Dafür arbeitet sie mit Röntgenstrahlen, was ihren Einsatz zur bloßen Verlaufskontrolle einschränkt.
Weit verbreitet ist die Messung des elektrischen Widerstands des Körpers, die häufig in Körperfettwaagen steckt. Sie ist schnell und günstig, hängt aber stark vom Flüssigkeitshaushalt ab: Trinkmenge, Schwitzen und Wassereinlagerungen verschieben das Ergebnis. Die Messung der Hautfaltendicke mit einer Zange ist noch einfacher, hängt jedoch merklich von der Erfahrung des Untersuchers ab. Der Body-Mass-Index schließlich ist überhaupt kein Messverfahren der Körperzusammensetzung, sondern eine Rechengröße aus Gewicht und Körpergröße; er kann zwischen Muskulatur und Fett nicht unterscheiden.
Die Ergebnisse dieser Verfahren sind nicht beliebig austauschbar – dieselbe Person kann je nach Methode unterschiedliche Fettanteile zugewiesen bekommen. Für die Beurteilung eines Verlaufs kommt es deshalb weniger auf den absoluten Wert an als darauf, dass wiederholte Messungen mit demselben Verfahren und unter vergleichbaren Bedingungen erfolgen.
Abgrenzung zur Bodyplethysmographie der Lunge
Weil beide Verfahren einen Menschen in eine geschlossene Kabine setzen und beide auf der Beziehung zwischen Druck und Volumen eines eingeschlossenen Gases beruhen, werden sie leicht verwechselt. Ihre Fragestellungen sind jedoch verschieden.
Die Luftverdrängungsplethysmographie ermittelt das Volumen des ganzen Körpers und damit dessen Dichte; ihr Ergebnis ist eine Aussage über die Körperzusammensetzung, insbesondere über den Fettanteil. Der Untersuchte sitzt dabei ruhig und atmet normal; die Lunge interessiert nur insoweit, als das Luftvolumen im Brustkorb aus dem Körpervolumen herausgerechnet werden muss.
Die Bodyplethysmographie dagegen ist ein Verfahren der Lungenfunktionsprüfung. Sie bestimmt Lungenvolumina – darunter das Volumen, das nach vollständiger Ausatmung in der Lunge verbleibt – sowie den Widerstand, den die Atemwege dem Luftstrom entgegensetzen. Dazu atmet der Untersuchte durch ein Mundstück, und für einzelne Messschritte wird der Atemweg kurz verschlossen. Ihr Ergebnis sagt nichts über den Körperfettanteil aus, so wie umgekehrt die Bestimmung der Körperzusammensetzung keine Aussage über die Lungenfunktion erlaubt.
Von beiden wiederum zu unterscheiden ist die Verschlussplethysmographie an Armen und Beinen, die zwar ebenfalls mit Luft und Druckänderungen arbeitet, aber die Füllung der Blutgefäße beurteilt. Gemeinsam ist allen dreien nur das Messprinzip, nicht die Fragestellung – ein Grund, bei Befunden und Terminvereinbarungen auf die genaue Bezeichnung des Verfahrens zu achten.
Quellen
- Bösch, D., Criée, C.-P.: Lungenfunktionsprüfung.
ISBN: 9783662559734
- Bösch, D.: Pneumologie.
ISBN: 9783662714430
- Biesalski, H.-K., Bischoff, S. C., Pirlich, M., Weimann, A. (Hrsg.): Ernährungsmedizin.
ISBN: 9783131002952
- Hauner, H., Wirth, A. (Hrsg.): Adipositas.
ISBN: 9783662588949
- Herold, G.: Innere Medizin 2026.
ISBN: 9783982116655