Indirekte Kalorimetrie

Die indirekte Kalorimetrie (indirekte Messung des Kalorienverbrauchs) ist ein nicht-invasives Verfahren der Medizingerätediagnostik zur quantitativen Bestimmung des Energieverbrauchs eines Menschen über die Messung von Sauerstoffverbrauch (VO₂, Sauerstoffaufnahme) und Kohlendioxidabgabe (VCO₂, Kohlendioxidabgabe). Sie dient der präzisen Berechnung des Ruheenergieumsatzes (Resting Energy Expenditure, REE; Kalorienverbrauch in Ruhe) sowie der Substratverwertung (Verwertung von Fetten, Kohlenhydraten und Eiweißen) unter Ruhe- oder Belastungsbedingungen. Die Methode kommt in der klinischen Ernährungstherapie, Intensivmedizin, Sportmedizin und bei Stoffwechselerkrankungen zum Einsatz.

Synonyme

• Respiratorische Gasanalyse (Atemgasanalyse)
• Spirometrische Kalorimetrie (Kalorienmessung über Atemgase)
• Ruhestoffwechselmessung (Messung des Kalorienverbrauchs in Ruhe)
• VO₂/VCO₂-Messung (Messung von Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe)

Beurteilbare Parameter

• Ruheenergieumsatz (REE)
  • Ermittlung des täglichen Energiebedarfs unter Ruhebedingungen
  • Grundlage für die individualisierte Ernährungstherapie
• Respiratorischer Quotient (RQ; Verhältnis von Kohlendioxid zu Sauerstoff)
  • Verhältnis von VCO₂ zu VO₂
  • Interpretation der Substratverwertung (Fett vs. Kohlenhydrate)
• Substratoxidation (Verbrennung von Nährstoffen)
  • Differenzierung zwischen Fett-, Kohlenhydrat- und Eiweißverbrennung
  • Diagnostik metabolischer Flexibilität (Anpassungsfähigkeit des Stoffwechsels) und Insulinresistenz (verminderte Wirkung von Insulin)
• Gesamtenergieverbrauch unter Belastung (Kalorienverbrauch bei körperlicher Aktivität)
  • Erweiterung zur Belastungsanalyse im Rahmen sportmedizinischer Leistungsdiagnostik

Indikationen (Anwendungsgebiete)

• Ernährungsmedizin
  • Bestimmung des individuellen Kalorienbedarfs bei Mangelernährung, Adipositas (Fettleibigkeit), Kachexie (krankhafter Gewichtsverlust)
  • Anpassung der enteralen/parenteralen Ernährungstherapie (Ernährung über Sonde oder Infusion)
• Intensivmedizin
  • Steuerung der Ernährung bei beatmeten Patienten
  • Vermeidung von Über- oder Unterernährung
• Stoffwechselerkrankungen
  • Diagnostik bei Verdacht auf Hypo- (Unterfunktion) oder Hypermetabolismus (Überfunktion)
  • Einschätzung der metabolischen Aktivität bei Schilddrüsenerkrankungen, Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit), mitochondrialen Störungen (Störungen der Zellkraftwerke)
• Sportmedizin und Leistungsdiagnostik
  • Optimierung der Nährstoffzufuhr und Trainingssteuerung
  • Ermittlung der metabolischen Schwellen (Belastungsgrenzen) und Trainingsbereiche
• Anti-Aging- und Präventionsmedizin (medizinische Vorsorge zur Verlangsamung des Alterns)
  • Analyse der metabolischen Effizienz (Stoffwechselleistung)
  • Erkennung früher Funktionsstörungen im Energiestoffwechsel

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

• Akute respiratorische Insuffizienz (akute Atemschwäche) ohne Beatmung
• Kooperationsunfähigkeit (z. B. bei Bewusstlosigkeit ohne Intubation)
• Technische Unzuverlässigkeit bei Luftleckagen (z. B. bei inkorrekter Maskenpassung)

Vor der Untersuchung

• Mindestens 8 Stunden Nahrungskarenz (nüchtern bleiben)
• Kein Koffein, Alkohol oder Nikotin in den letzten 12 Stunden
• Kein Sport oder körperliche Belastung am Untersuchungstag
• Ruhephase von mindestens 30 Minuten vor Beginn
• Medikamentenanamnese (Abfrage der Medikamente) zur Bewertung möglicher Einflussfaktoren auf den Stoffwechsel
  • z. B. Schilddrüsenhormone, Beta-Blocker

Das Verfahren

• Messprinzip
  • Die Methode basiert auf der Messung der Gaswechselparameter (VO₂ und VCO₂) über eine Mund-Nasen-Maske oder Spirometrie-Haube (Haube zur Atemgasanalyse).
  • Daraus lassen sich Energieverbrauch und Substratverwertung nach der modifizierten Weir-Formel berechnen.
• Durchführung
  • Patient liegt entspannt in Rückenlage
  • Raumtemperatur konstant (~22-25 °C)
  • Messdauer: ca. 20–30 Minuten unter stabilen Bedingungen
  • Optional Kombination mit Bioimpedanzanalyse (Messung der Körperzusammensetzung durch elektrischen Widerstand) zur Beurteilung der Körperzusammensetzung
• Störfaktoren
  • Hyperventilation (übermäßiges Atmen), Kälte, Angst, Medikamente, Atemlecks
  • Akute Infekte oder Entzündungsreaktionen
  • Fehlerhafte Kalibrierung des Gasanalysegeräts

Mögliche Befunde

• Normometabolismus (normaler Kalorienverbrauch)
  • REE im erwarteten Bereich gemäß Harris-Benedict- oder Mifflin-St. Jeor-Formel (Berechnungsformeln)
• Hypermetabolismus (erhöhter Kalorienverbrauch)
  • Erhöhter REE bei Sepsis (Blutvergiftung), Trauma (Verletzung), Hyperthyreose (Schilddrüsenüberfunktion), Tumorerkrankungen
• Hypometabolismus (verringerter Kalorienverbrauch)
  • Erniedrigter REE bei hypothyreotem Zustand (Schilddrüsenunterfunktion), Fastenzustand, Mangelernährung
• Abnormer RQ
  • RQ < 0,7: vorwiegend Fettverbrennung
  • RQ > 1,0: vorwiegend Kohlenhydratverbrennung oder Lipogenese (Fettneubildung)
• Substratverwertungsstörung (Störung im Nährstoffstoffwechsel)
  • Hinweis auf metabolische Entgleisung (Stoffwechselstörung), Insulinresistenz oder mitochondrialen Defekt

Nach der Untersuchung

• Ergebnisprotokoll mit Energieumsatz, respiratorischem Quotienten und Substrataufschlüsselung
• Integration in das Ernährungskonzept oder Therapieplan
• Wiederholungsmessung zur Therapiekontrolle bei Bedarf

Literatur

1. Weir JB: New methods for calculating metabolic rate with special reference to protein metabolism. J Physiol. 1949;109(1-2):1-9. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1949.sp004363
2. McClave SA, Lowen CC, Kleber MJ et al.: Clinical use of the respiratory quotient obtained from indirect calorimetry. JPEN J Parenter Enteral Nutr. 2003;27(1):21-26. https://doi.org/10.1177/014860710302700121
3. Singer P, Blaser AR, Berger MM et al.: ESPEN guideline on clinical nutrition in the intensive care unit. Clin Nutr. 2019;38(1):48-79. https://doi.org/10.1016/j.clnu.2018.08.037