Die Atemarbeitsanalyse ist ein diagnostisches Verfahren der Pulmologie (Lehre von der Lunge), welches zur Bestimmung der Veränderungen der Atemarbeit unter anderem bei einer chronischen pulmonalen Lungenerkrankung (COPD) eingesetzt werden kann. Die Atemarbeit ist als Energieverbrauch und somit als Sauerstoffverbrauch der Atemmuskulatur definiert, die zur Überwindung sowohl der elastischen als auch resistiven Widerstände der Atemwege notwendig ist. Sowohl eine chronische als auch eine akute respiratorische Insuffizienz können zu einer gesteigerten Atemnot und zur Steigerung des Atemantriebes führen, die durch die Erhöhung der Atemarbeit (teil-)kompensiert werden können. Mithilfe dieses Kompensationsmechanismus verbleibt die Atmung über längere Zeit in einem physiologischen Bereich.

Zielsetzung der Atemarbeitsanalyse

Die Atemarbeitsanalyse wird durchgeführt, um die Energie und den Sauerstoffverbrauch der Atemmuskulatur zu messen, die benötigt werden, um die elastischen und resistiven Widerstände der Atemwege zu überwinden. Dieses Verfahren ist besonders wichtig zur Beurteilung und zum Management von Erkrankungen wie COPD, die durch eine erhöhte Atemarbeit gekennzeichnet sind. Sie dient auch zur Evaluierung des Ansprechens auf therapeutische Maßnahmen, zur Überwachung des Krankheitsverlaufs und zur Einschätzung der Effektivität von Rehabilitation und operativen Eingriffen.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

• Schlafapnoe-Syndrome − Bei Schlafapnoe-Syndromen, die durch nächtliche Atemstillstände und hierdurch bedingte Tagesmüdigkeit gekennzeichnet sind, werden obstruktive, zentrale und gemischte Formen unterschieden. Als häufigste Form ist das obstruktive Schlafapnoe-Syndrom (OSAS) zu nennen. Durch die Obstruktion der oberen Atemwege wird die Atemarbeit kurzfristig erhöht, was mithilfe der Atemarbeitsanalyse festgestellt werden kann.
• Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) − Die COPD ist durch Husten, vermehrten Auswurf und Dyspnoe (subjektive Atemnot) bei Belastung gekennzeichnet. Eine vorliegende Obstruktion (teilweise oder kompletter Verschluss des Lumens (Durchmesser) eines Hohlorgans bzw. eines Abschnittes von Gang- oder Gefäßsystemen) führt zu einer verstärkten Tätigkeit der Atemmuskulatur, die mit einer verstärkten Atemarbeit assoziiert ist.
• Asthma bronchiale − Analog zur COPD wird auch beim Asthma bronchiale eine Obstruktion der Atemwege hervorgerufen, die jedoch vollständig oder teilweise reversibel ist.
• Kyphoskoliose − Bei der Kyphoskoliose liegt eine Seitenrotation parallel zu einer Rotation der Wirbelsäule vor. Durch die Verformung der Wirbelsäule ist zur Atmung eine erhöhte Atemarbeit notwendig, die mittels Atemarbeitsanalyse festgestellt werden kann.
• Zystische Fibrose − Bei dieser Erkrankung, die auch als Mukoviszidose bezeichnet wird, tritt aufgrund eines Gendefektes ein zähflüssiges Sekret auf, das nicht von den feinen Härchen der Atemwege abtransportiert werden kann. Hierdurch kann neben dem Gefühl der Atemnot auch eine objektiv messbare Steigerung der Atemarbeit festgestellt werden.
• Neuromuskuläre Erkrankungen − Als Beispiel für eine neuromuskuläre Erkrankung, die zu einer Steigerung der Atemarbeit führen kann, ist die Myasthenia gravis zu nennen.
• Beatmete Patienten − in klinischen Studien konnte gezeigt werden, dass die Messung der Atemarbeit während des Weanings (Beatmungsentwöhnung) langzeitbeatmeter Patienten sinnvoll und notwendig sein kann. Das Verfahren dient sowohl zur Erkennung einer drohenden muskulär-respiratorischen Erschöpfung als auch dazu, eine verbesserte Gewöhnung der Atemmuskulatur zu erreichen.

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

Bei gegebener Indikation liegen keine Kontraindikationen für die Durchführung der Atemarbeitsanalyse vor.

Vor der Untersuchung

In Abhängigkeit von der zugrunde liegenden Erkrankung stellt die Atemarbeitsanalyse einen Teil der diagnostischen Methoden zur Evaluation des Schweregrades dar. Beispielsweise bei einem Schlafapnoe-Syndrom ist das Risiko für das Auftreten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Hypertonie (Bluthochdruck), Myokardinfarkt (Herzinfarkt) sowie eines Apoplex (Schlaganfall) deutlich erhöht, weshalb weitere Vorsorgeuntersuchungen erfolgen müssen.

Das Verfahren

Das Grundprinzip der Atemarbeitsanalyse beruht auf der Messung der Atemarbeit unter Verwendung einer Ösophagusdrucksonde. Über die Druckbestimmung durch die Ösophagusdrucksonde kann die Atemarbeit annähernd dargestellt werden. Da die Atemarbeit allerdings von der Atemmuskulatur geleistet wird, stellt die Druckmessung einen Surrogatparameter (Ersatzwert) dar. Das Zusammenziehen der inspiratorischen Atemmuskulatur (an der Einatmung beteiligte Muskulatur) bewirkt eine Druckreduktion bis in den negativen Bereich in den Alveolen (Lungenbläschen), die auf einer Vergrößerung des Thoraxinnenraums (Innenraum des Brustkorbs) beruht. Durch diese Durcknegativierung bzw. die Druckdifferenz zwischen Alveole und Umgebung erfolgt die Einatmung.

Mögliche Befunde

• Chronisch-obstruktive Lungenerkrankung (COPD): Hier zeigt eine erhöhte Atemarbeit eine signifikante Obstruktion der Luftwege.
• Asthma bronchiale: Fluktuationen in der Atemarbeit können auf variierende Schweregrade der Erkrankung hinweisen.
• Schlafapnoe-Syndrome: Hier deutet eine erhöhte nächtliche Atemarbeit auf obstruktive Ereignisse hin, die den Schlaf stören und zur Tagesmüdigkeit führen.
• Neuromuskuläre Erkrankungen und strukturelle Anomalien wie Kyphoskoliose (gleichzeitige Verkrümmung der Wirbelsäule zur Seite und konvex nach hinten): Hier zeigt sich eine erhöhte Atemarbeit aufgrund mechanischer Einschränkungen.

Nach der Untersuchung

Nach der Atemarbeitsanalyse kann der behandelnde Arzt entscheiden, ob Anpassungen der Therapie erforderlich sind, um die Atemeffizienz zu verbessern oder die Symptome zu reduzieren. Bei chronischen Erkrankungen wie COPD oder Asthma kann die Atemarbeitsanalyse dazu beitragen, den Erfolg von medikamentösen Therapien oder Veränderungen des Lebensstils zu bewerten.

Mögliche Komplikationen 

Obwohl die Atemarbeitsanalyse in der Regel sicher ist, besteht ein geringes Risiko für Komplikationen wie eine Ösophagusruptur, insbesondere wenn die Sonde unsachgemäß gehandhabt wird. Daher sollte das Verfahren nur von erfahrenem medizinischem Personal durchgeführt werden.

Literatur

1. Hijjeh N: Der Einfluss der nicht-invasiven Beatmung auf die Atemarbeit. Dissertation. 2007
2. Pankow W, Becker HF: Langzeitmonitoring der Atemfunktion und der Blutgase. Der Internist. 1997. 38:820-829
   
3. Hamm J: Beziehungen zwischen Atemregulation und peripherem Atmungsapparat, untersucht mittels CO2-Antwortkurven vor und nach bronchospasmolytischer Therapie. Journal of Molecular Medicine.1970. 48:418-426
   
4. Thomas K, Becker HF: Messung der Atemarbeit während des Weanings langzeitbeatmeter Patienten. Pneumologie. 2010. 64 - V422