Spiroergometrie

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 4. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Spiroergometrie ist ein Diagnoseverfahren zur Messung des kardiopulmonalen Leistungsvermögens. Dazu werden die sogenannten Atemgase, Sauerstoff und Kohlendioxid, während einer definierten körperlichen Belastung gemessen. Das Verfahren hat besonders in der Lungenheilkunde und bei der Therapie- und Verlaufskontrolle hohe Bedeutung.

Was ist die Spiroergometrie?

Der Patient unterliegt bei der Spiroergometrie einer fortwährenden Belastung, beispielsweise auf einem Laufband, parallel dazu wird die Atmung mit einer eigens zu diesem Zweck entwickelten Maske kontrolliert.

Spiroergometrie ist ein zusammengesetzter Begriff aus den beiden Wörtern Spirometrie und Ergometrie. Das lateinische Wort Spiro bedeutet Atmen, Ergo stammt aus dem Griechischen und bedeutet Arbeit; die Endung -metrie steht für das Messen.

Der Patient unterliegt bei der Spiroergometrie einer fortwährenden Belastung, beispielsweise auf einem Laufband, parallel dazu wird die Atmung mit einer eigens zu diesem Zweck entwickelten Maske kontrolliert. Außerdem kann auch noch ein Elektrokardiogramm abgeleitet werden, in der Gesamtheit erlaubt die Spiroergometrie damit Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit und die Reaktion von Stoffwechsel, Atmung, Herz und Kreislauf unter Belastung.

Die Höhe der Belastung bestimmt der Arzt, denn der Patient soll während des Manövers nicht durch eine zu hohe Belastung gesundheitlich gefährdet werden. Während einer Spiroergometrie, die auch unter den Namen Ergospirographie oder Ergospirometrie bekannt ist, werden fortlaufend bestimmte Parameter, also Messwerte, erhoben, die hohe Bedeutung für die Diagnose und den Verlauf besonders von Atemwegserkrankungen haben.

Der Unterschied zu einer gewöhnlichen Ergometrie liegt in der Atemgasanalyse. Ein Gerät am Ausgang der Maske misst atemzugweise, wie viel Luft bewegt wird und wie sich deren Sauerstoff- und Kohlendioxidanteil gegenüber der Umgebungsluft verändert hat. Daraus errechnet das System fortlaufend die Sauerstoffaufnahme und die Kohlendioxidabgabe. Beide Größen bilden ab, wie viel Energie die arbeitende Muskulatur tatsächlich umsetzt, und nicht bloß, welche Leistung am Ergometer eingestellt ist. Damit lässt sich beurteilen, an welcher Stelle der Kette aus Atmung, Kreislauf, Blut und Muskulatur eine Begrenzung liegt, wenn ein Patient über Luftnot oder rasche Erschöpfung klagt.

Aus den Rohwerten werden mehrere abgeleitete Größen gebildet. Der Sauerstoffpuls, also die pro Herzschlag aufgenommene Sauerstoffmenge, gilt als indirektes Maß für das Schlagvolumen des Herzens. Die Atemäquivalente setzen das Atemminutenvolumen ins Verhältnis zur Sauerstoffaufnahme beziehungsweise zur Kohlendioxidabgabe und zeigen an, wie wirtschaftlich geatmet wird; das Atemäquivalent für Kohlendioxid ist unter anderem bei Herzschwäche und bei Erkrankungen der Lungengefäße erhöht. Das Verhältnis von abgegebenem Kohlendioxid zu aufgenommenem Sauerstoff, der respiratorische Quotient, lässt erkennen, welche Energieträger überwiegend verbrannt werden, und dient zugleich als Anhaltspunkt dafür, ob ein Proband wirklich ausbelastet war. Für die Auswertung hat sich eine Darstellung in neun nebeneinanderliegenden Diagrammen durchgesetzt, die auf den amerikanischen Arzt Karlman Wasserman zurückgeht und die typischen Muster von Herz-, Lungen- und Muskelerkrankungen auf einen Blick nebeneinanderstellt.

Das Beiwort kardiopulmonal, mit dem das Verfahren häufig belegt wird, verweist genau darauf: Gemessen wird nicht ein einzelnes Organ, sondern das Zusammenspiel von Herz und Lunge unter Anforderung. Darin liegt der Unterschied zu einer Lungenfunktionsprüfung in Ruhe, die zwar Auskunft über die Weite der Atemwege und das Fassungsvermögen der Lunge gibt, aber nichts darüber, ob diese Reserven im Alltag ausreichen. Manche Einschränkungen zeigen sich überhaupt erst unter Belastung, während umgekehrt auffällige Ruhewerte gelegentlich ohne Folgen für die Leistungsfähigkeit bleiben.

Funktion, Wirkung & Ziele

Während einer definierten, stufenweise gesteigerten Belastung auf dem Fahrradergometer werden relevante kardiovaskuläre Parameter wie Puls, Blutdruck oder das mittels Körperelektroden abgeleitete EKG erfasst. Diese Parameter können in Echtzeit direkt vom Arzt gesichtet und ausgewertet werden. Die Spirometrie misst durch die Atemmaske pulmonale Parameter und lässt daher einen direkten Rückschluss auf die Lungenfunktion eines Probanden zu.

Durch diese Kombination von Spirometrie und Ergometrie kann also die aktuelle körperliche Leistungsfähigkeit eines Patienten sehr genau beschrieben werden. Bei speziellen Fragestellungen zur sportlichen Leistungsfähigkeit oder bei eingeschränkter Lungenfunktion können während einer Spiroergometrie auch Blutproben aus dem Ohrläppchen oder der Fingerbeere entnommen werden. Diese kapillaren Blutproben können dann auf Laktat oder Blutgase untersucht werden.

Bei chronischen Lungenerkrankungen, beispielsweise COPD, fällt der Sauerstoffgehalt des Blutes unter körperlicher Belastung meist signifikant ab. Die Spiroergometrie dient also auch der Verlaufskontrolle von Lungenkrankheiten oder der Therapiekontrolle. Während einer Spiroergometrie wird die Belastung in der Regel fortlaufend gesteigert, es geht also auch um die Beantwortung der Frage, welche Leistung maximal möglich ist. Die an der Leistungserbringung beteiligten Organe, insbesondere Lunge, Herz und Skelettmuskulatur, können während der Untersuchung in ihrem Zusammenspiel beurteilt werden.

Auch eine Perkussion oder Herzauskultation können während der Spiroergometrie vom Arzt vorgenommen werden. Das Manöver wird entweder auf dem Laufband oder einem Fahrradergometer durchgeführt. Die Leistungssteigerung erfolgt in zuvor gewählten Belastungsstufen. Durch die Atemmaske werden ausgeatmetes Kohlendioxid, CO2, sowie der Sauerstoffverbrauch gemessen. Die dabei erhobenen Parameter können mit einer Referenztabelle verglichen werden.

Vor der Untersuchung stehen die Anamnese und die körperliche Untersuchung, dazu meist ein Ruhe-EKG und eine Lungenfunktionsprüfung in Ruhe. Beides dient zugleich als Vergleichsmaßstab für die späteren Belastungswerte und der Klärung, ob überhaupt belastet werden darf. Der Patient erscheint in Sportkleidung; Größe, Gewicht, Alter und Geschlecht gehen in die Berechnung der Sollwerte ein. Vor jedem Untersuchungstag wird das Gerät geeicht, das Volumen mit einer Eichpumpe und die Gasanalyse mit einem Prüfgas bekannter Zusammensetzung. Anschließend wird die Maske ausgewählt und auf Dichtigkeit geprüft, denn schon eine kleine Leckage verfälscht sämtliche Atemgaswerte.

Der eigentliche Ablauf gliedert sich in mehrere Abschnitte. Zunächst wird über einige Minuten in Ruhe gemessen, danach folgt eine Phase des unbelasteten Tretens beziehungsweise langsamen Gehens, an die sich die eigentliche Belastung anschließt. Die Steigerung erfolgt entweder in festen Stufen oder als gleichmäßig ansteigende Rampe, wobei das Protokoll so gewählt wird, dass die Ausbelastung nach einer Spanne von etwa acht bis zwölf Minuten erreicht wird: Wird zu langsam gesteigert, ermüdet die Muskulatur örtlich, bevor Herz und Lunge an ihre Grenze kommen; wird zu schnell gesteigert, bleibt für die Anpassung des Stoffwechsels zu wenig Zeit. Ob der Patient tatsächlich ausbelastet war, beurteilt der Arzt unter anderem am respiratorischen Quotienten, an der erreichten Herzfrequenz und am subjektiven Anstrengungsempfinden, das während der Untersuchung anhand einer Skala abgefragt wird. Nach dem Belastungsende schließt sich eine Erholungsphase an, in der EKG und Blutdruck weiter überwacht werden, weil Rhythmusstörungen gerade in dieser Zeit auftreten können.

Typischerweise werden bei einer Spiroergometrie neben den Vitalparametern wie Puls und Blutdruck auch Atemfrequenz, Atemfluss sowie pulmonale Parameter wie Einsekundenkapazität und Vitalkapazität erfasst. Steigt die Belastung über ein bestimmtes Maß hinaus, dann wird die sogenannte anaerobe Schwelle erreicht. Glucose wird dann vom Stoffwechsel nicht mehr vollständig verbrannt und es fällt Laktat als Stoffwechselprodukt an. Die Höhe des Lactatwertes gibt an der anaeroben Schwelle wertvolle Hinweise auf die muskuläre Ermüdbarkeit in Verbindung mit einem Sauerstoffdefizit bei Lungenerkrankungen.

Diese anaerobe Schwelle gilt als Näherungswert für die individuelle Dauerleistungsgrenze eines Probanden. Durch körperliches Training kann die anaerobe Schwelle beeinflusst werden. Weicht die Leistungsfähigkeit eines Patienten signifikant von den Normalwerten seines Geschlechtes und seiner Altersgruppe ab, dann liegen dem meist pulmonale oder kardiale Ursachen oder eine Kombination von beidem zugrunde. Sauerstoffdefizite und damit vorzeitige Ermüdbarkeit bei der Spiroergometrie können aber auch ganz andere Ursachen haben, beispielsweise eine Anämie.

Die häufigste Fragestellung, die zu einer Spiroergometrie führt, ist eine Atemnot unter Belastung, für die sich in Ruhe keine ausreichende Erklärung findet. Weil Atmung, Kreislauf und Muskelstoffwechsel gleichzeitig erfasst werden, lässt sich in einem einzigen Durchgang eingrenzen, ob die Beschwerden vom Herzen, von der Lunge, vom Blut oder von der Muskulatur ausgehen oder ob schlicht mangelndes Training dahintersteckt. Gerade die letzte Möglichkeit lässt sich mit anderen Verfahren nur schwer belegen, und sie ist zugleich diejenige, die dem Patienten am ehesten weiterhilft, weil sich daraus unmittelbar ein Trainingsprogramm ableiten lässt.

Bei der Herzinsuffizienz hat die Untersuchung darüber hinaus eine Bedeutung für die Einschätzung des Verlaufs. Die maximale Sauerstoffaufnahme und das Atemäquivalent für Kohlendioxid beschreiben die Schwere der Erkrankung genauer als die Beschwerdeschilderung des Patienten und gehen deshalb in die Beurteilung ein, ob und wann weiterführende Behandlungen infrage kommen. Vor größeren Operationen, etwa vor der Entfernung eines Lungenlappens, dient die Spiroergometrie der Abschätzung, ob ein Patient den Eingriff und den anschließenden Verlust an Lungengewebe voraussichtlich verkraftet. Auch in der Rehabilitation wird sie eingesetzt, um die Belastung für das Trainingsprogramm festzulegen und den Erfolg später objektiv zu belegen.

Ein weiteres Anwendungsfeld liegt in der Sportmedizin. In der Leistungsdiagnostik dient die Spiroergometrie dazu, den Trainingszustand zu erfassen und Trainingsbereiche zu bestimmen; wiederholte Messungen im Jahresverlauf zeigen, ob ein Trainingsplan wirkt. Schließlich wird sie in der Begutachtung herangezogen, wenn zu klären ist, welche körperliche Belastung einem Menschen im Berufsleben noch zugemutet werden kann. Der Vorteil gegenüber einer reinen Befragung liegt darin, dass die Ergebnisse messbar sind und sich nur schwer willentlich beeinflussen lassen: Wer sich weniger anstrengt als möglich, ist an den Atemgaswerten daran zu erkennen, dass er die Kriterien der Ausbelastung nicht erreicht.

Für den Patienten ist der Termin mit Vorbereitung, Belastung und Erholungsphase deutlich länger als die Messung selbst. Als unangenehm empfinden viele weniger die Anstrengung als die Maske, die eng anliegen muss und das Sprechen erschwert. Deshalb werden vorher Handzeichen vereinbart, mit denen sich Beschwerden und der Wunsch nach einem Abbruch mitteilen lassen; das erwähnte Anstrengungsempfinden zeigt der Untersuchte auf einer Skala an, die vor ihm liegt. Bei Kindern ist die Untersuchung ebenfalls möglich, verlangt aber kindgerechte Masken, angepasste Belastungsprotokolle und mehr Zeit für die Gewöhnung. Nach der Erholungsphase kann der Untersuchte den Alltag ohne Einschränkung wieder aufnehmen.

Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren

Eine Spiroergometrie soll daher nur unter ärztlicher Aufsicht stattfinden. Die Deutsche Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin hält das Vorhalten eines Notfallsets mit Adrenalin, Intubationsbesteck und Beatmungsmaske während einer Spiroergometrie für unverzichtbar. Bei pulmonal vorbelasteten Patienten, beispielsweise Asthmatikern oder Allergikern, kann es unter der Belastung auch zu einer bedrohlichen Verengung der Atemwege kommen. Durch die Möglichkeit der sofortigen therapeutischen Intervention werden die Folgen solcher Risiken und Nebenwirkungen im klinischen Alltag weitgehend minimiert.

Ein Teil dieser Sicherheit beruht darauf, dass vor der Untersuchung geprüft wird, wer überhaupt belastet werden darf. Nicht durchgeführt wird eine Spiroergometrie unter anderem bei frischem Herzinfarkt, bei instabiler Angina pectoris, bei einer schweren und beschwerdeverursachenden Aortenklappenstenose, bei entgleister Herzschwäche, bei einer akuten Entzündung des Herzmuskels oder des Herzbeutels, bei einer akuten Lungenembolie sowie bei fieberhaften Infekten. In anderen Fällen wird nur mit besonderer Vorsicht und unter engerer Überwachung belastet, etwa bei schlecht eingestelltem Bluthochdruck oder bei bekannten Herzrhythmusstörungen. Neben diesen medizinischen Einschränkungen begrenzen auch orthopädische Beschwerden die Aussagekraft: Wer wegen eines Hüft- oder Kniegelenks abbrechen muss, erreicht die kardiopulmonale Grenze nicht, weshalb dann zwischen Fahrradergometer und Laufband gewechselt oder ein Armkurbelgerät verwendet wird.

Ebenso ist festgelegt, wann eine laufende Untersuchung vorzeitig beendet wird. Dazu zählen ein Abfall des Blutdrucks unter den Ausgangswert, Schmerzen oder Druckgefühl in der Brust, deutliche Veränderungen im EKG, bedrohliche Rhythmusstörungen, Schwindel, Gangunsicherheit oder eine ausgeprägte Blaufärbung von Lippen und Fingern sowie ein starker Abfall der Sauerstoffsättigung. Selbstverständlich wird auch abgebrochen, wenn der Patient es wünscht. Ein solcher Abbruch ist kein Misserfolg der Untersuchung, denn schon die Belastungsstufe, bei der er nötig wurde, und der bis dahin erhobene Verlauf der Messwerte sind ein verwertbares Ergebnis.

Trotz der standardisierten Durchführung einer Spiroergometrie ist das Verfahren keineswegs frei von möglichen Messfehlern. Insbesondere die häufig auftretende Hyperventilation wird als erhebliche Fehlerquelle angesehen. Schon das Anlegen der Atemmaske kann bei manchen Patienten zu einer psychisch ausgelösten Hyperventilation führen. In der sich anschließenden Leistungsdiagnostik kann dies zu verfälschten Ergebnissen bei der respiratorischen Kompensation führen.

Daneben gibt es eine Reihe technischer und methodischer Fehlerquellen. Eine nicht vollständig dichte Maske lässt Umgebungsluft an der Messung vorbeiströmen, eine unterlassene Eichung verschiebt sämtliche Gaswerte in dieselbe Richtung, und eine stark schwankende Trittfrequenz auf dem Fahrradergometer macht die zugeordnete Leistung ungenau. Auch Sprechen während der Messung stört die Atemgasanalyse. Hinzu kommt die Auswahl der Sollwerte: Referenzwerte gelten immer für die Bevölkerungsgruppe, an der sie gewonnen wurden, und sind bei Kindern, bei sehr alten Menschen sowie bei ausgeprägtem Über- oder Untergewicht nur eingeschränkt übertragbar. Ein einzelner auffälliger Wert rechtfertigt deshalb noch keine Diagnose. Aussagekräftig wird die Spiroergometrie erst im Zusammenspiel aller Messgrößen und, bei chronischen Erkrankungen, im Vergleich mit früheren Untersuchungen desselben Patienten unter möglichst gleichen Bedingungen.

Atemmaske und Schläuche werden wiederverwendet und müssen daher sorgfältigst gereinigt und sterilisiert werden. Bei Vernachlässigung hygienischer Vorgaben zur Gerätereinigung können sich sonst unbemerkt Keimreservoirs bilden, die für die Patienten ein potentielles Ansteckungsrisiko bedeuten. Heute kommen zusätzlich Einmalmundstücke und Bakterienfilter zum Einsatz, die dieses Risiko weiter verringern.

Quellen

• Bösch, D., Criée, C.-P.: Lungenfunktionsprüfung.
  ISBN: 9783662559734

• Bösch, D.: Pneumologie.
  ISBN: 9783662714430

• Wonisch, M., Hofmann, P., Förster, H. (Hrsg.): Kompendium der Sportmedizin.
  ISBN: 9783662688823

• Marx, N., Erdmann, E. (Hrsg.): Klinische Kardiologie.
  ISBN: 9783662629314

• Dickhuth, H.-H., Mayer, F., Röcker, K., Berg, A.: Sportmedizin für Ärzte.
  ISBN: 9783769136111

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