{{{sourceTextContent.title}}}

Mehr als nur Ruhe: Ein klarerer Einblick in die Trainingsphysiologie mit Cubic CPET

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Umfassende CPET-Komplettlösung von Cubic für integrierte Belastungstests und physiologische Analysen (OEM/ODM)

{{{sourceTextContent.description}}}

Wenn Atemnot nur bei körperlicher Aktivität auftritt, geben Messungen in Ruhe möglicherweise nur einen unvollständigen Überblick. Körperliche Belastung fordert das gesamte Herz-Lungen-System heraus und deckt Einschränkungen auf, die im Ruhezustand möglicherweise verborgen bleiben. Der kardiopulmonale Belastungstest (CPET) macht die körperliche Belastung zu einer kontrollierten physiologischen Herausforderung und ermöglicht es Ärzten zu beobachten, wie Lunge, Herz, Kreislauf und die arbeitenden Muskeln gemeinsam auf steigende Anforderungen reagieren.

Durch die Synchronisierung von Sauerstoffaufnahme (V̇O₂), Kohlendioxidabgabe (V̇CO₂), Minutenventilation (V̇E), Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung, Belastungsintensität und Symptomen geht der CPET über die bloße Darstellung der körperlichen Belastbarkeit einer Person hinaus. Er liefert einen klareren Einblick in die Gründe, warum die Belastungsfähigkeit eingeschränkt sein könnte. [1–2,4–5]

Diese Erkenntnis hängt von der Qualität der Messkette ab. Während der Belastung können sich Atemvolumen, Atemfrequenz, Ventilation und die Konzentrationen der Atemgase innerhalb von Sekunden ändern. Die Signale für Durchfluss, O₂ und CO₂ müssen schnell reagieren und eng synchronisiert bleiben. Selbst kleine Zeit- oder Messfehler können sich auf die berechneten Gasaustauschvariablen auswirken. [2,12–13]

Ein vollständiges CPET-System muss daher eine kontrollierte und wiederholbare Belastungsintensität, eine synchronisierte Atemzug-für-Atemzug-Messung von Atemfluss und Gaskonzentrationen sowie eine Software vereinen, die diese Messungen mit den zugehörigen physiologischen Daten abgleicht. [1–3,12–13]

So funktioniert das CPET – und was es aufdecken kann
Ein standardisiertes CPET-Protokoll durchläuft in der Regel vier Phasen: eine Ruhebasislinie, eine Belastung ohne Last, eine individuell angepasste inkrementelle Belastungsphase und die Erholungsphase. Anstatt nur einen abschließenden Spitzenwert zu liefern, erfasst diese Abfolge, wie sich Atmung, Kreislauf, Stoffwechsel und Symptome mit steigender Belastung verändern und wie sich diese Reaktionen nach der Belastung wieder normalisieren. [1–2]

Während des CPET sorgt ein Fahrradergometer für eine kontrollierte externe Belastung, während der Atemfluss Atemzug für Atemzug, die Konzentrationen von O₂ und CO₂ in der Ein- und Ausatmungsluft, der Herzrhythmus, der Blutdruck, die Sauerstoffsättigung und die Symptome kontinuierlich überwacht werden. Diese synchronisierten Messungen ermöglichen die Berechnung wichtiger Variablen wie V̇O₂, V̇CO₂, V̇E, des respiratorischen Quotienten, der Ventilationsleistung und weiterer physiologischer Indikatoren. [1–3]

Der V̇O₂-Spitzenwert bleibt ein wichtiger Indikator für die integrierte aerobe Kapazität, doch eine Belastungsbegrenzung lässt sich nicht allein durch einen einzigen Wert erklären. Eine umfassende Interpretation berücksichtigt das kombinierte Reaktionsmuster, einschließlich des Verhältnisses von V̇O₂ zur Arbeitsleistung, der Steigung von V̇E/V̇CO₂, des Sauerstoffpulses, der Atemreserve, der Herzfrequenzreaktion, der endtidalen Gase, der Sauerstoffsättigung, der Trainingsbelastung und der Symptome. [3–5]

Eine zuverlässige Interpretation hängt von der Wahrung der Konsistenz über die gesamte Messkette hinweg ab. Atemfluss, Gaskonzentrationen, Trainingsbelastung und physiologische Signale müssen von der Ruhephase über die stufenweise Belastungssteigerung bis hin zur Erholungsphase genau synchronisiert bleiben. Daher sind eine reaktionsschnelle Durchflussmessung, eine stabile O₂- und CO₂-Analyse, eine genaue Integration der Trainingsbelastung, Kalibrierung, Umgebungskompensation und Qualitätskontrolle unerlässlich für wiederholbare und klinisch aussagekräftige CPET-Ergebnisse. [1–2,12–13]

Durch die Integration der respiratorischen, kardiovaskulären und metabolischen Reaktionen während der Belastung bietet das CPET eine umfassende Beurteilung der Belastungsfähigkeit und hilft dabei, den vorherrschenden Mechanismus der Einschränkung zu identifizieren, darunter ventilatorische Beeinträchtigungen, zirkulatorische Dysfunktionen, abnormale Gasaustauschprozesse, metabolische Einschränkungen oder Dekonditionierung. Dieser integrierte Ansatz unterstützt die klinische Beurteilung bei chronischen Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, pulmonalen Gefäßerkrankungen, unerklärlicher Belastungsdyspnoe, in der Rehabilitation, bei der perioperativen Beurteilung sowie in der kardiorespiratorischen Forschung. [4–11]

Die CPET-Komplettlösung von Cubic
Ein zuverlässiger CPET-Arbeitsablauf hängt von mehr als nur einem einzelnen Analysegerät oder Trainingsgerät ab. Belastungsintensität, Atemfluss, O₂- und CO₂-Konzentrationen, EKG, SpO₂ und Softwareverarbeitung müssen auf derselben Zeitachse miteinander verknüpft sein. [1–3,12–13]

Cubic vereint diese Elemente in einer umfassenden OEM/ODM-CPET-Lösung aus einer Hand, die kontrollierte Belastungsabläufe, Atemzug-für-Atemzug-Gasanalyse, Synchronisation physiologischer Signale, intelligente Datenverarbeitung und Systemintegration umfasst.

Atem-für-Atem-Messung und -Analyse als Kernstück
Das MEC8660 ist ein OEM/ODM-CPET-System, das für die umfassende Beurteilung der kardiopulmonalen und metabolischen Leistungsfähigkeit entwickelt wurde. Es vereint die Technologien von Cubic zur Ultraschall-Durchflussmessung, zur O₂-Analyse mittels abstimmbarer Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS) sowie zur CO₂-Analyse mittels nichtdispersiver Infrarotspektroskopie (NDIR). Gemeinsam erfassen diese Sensorplattformen den Atemfluss sowie die sich während der Belastung verändernden O₂- und CO₂-Konzentrationen.

Anhand synchronisierter Durchfluss- und Gaskonzentrationsdaten führt das MEC8660 eine Echtzeit-Analyse jedes einzelnen Atemzugs durch, um V̇O₂, V̇CO₂, V̇E, das respiratorische Austauschverhältnis, Variablen der Ventilationseffizienz sowie zugehörige physiologische Parameter zu berechnen. Das MEC8660 kann so konfiguriert werden, dass es EKG-, Herzfrequenz- und SpO₂-Daten von kompatiblen externen Geräten empfängt, sodass diese Signale zusammen mit den Atem- und Gasaustauschmessungen angezeigt und analysiert werden können.

Intelligente Algorithmen verarbeiten und ordnen diese Signale in Echtzeit und wandeln sich ständig ändernde physiologische Reaktionen in klare, nachprüfbare Ergebnisse für die klinische Beurteilung, Rehabilitation, Forschung und Leistungsbewertung um. Dank seiner modularen Architektur und flexiblen Konfiguration lässt sich das System in verschiedene Arbeitsabläufe in Klinik, Forschung und Sportmedizin integrieren und unterstützt zudem eine weitere Integration und Anpassung.

Kontrollierte Belastung schließt den Messkreislauf ab
Die Gasaustauschanalyse erfordert einen bekannten, stabilen und wiederholbaren Belastungsreiz. Wenn das MEC8660 mit dem Cubic MEC5060 CPET-Ergometer kombiniert wird, kann jede programmierte Belastungsänderung mit der entsprechenden respiratorischen, metabolischen und kardiovaskulären Reaktion verknüpft werden.

Das MEC5060 nutzt ein elektronisch gesteuertes elektromagnetisches Bremssystem, um schnelle und sanfte Widerstandsänderungen zu ermöglichen. Sein reibungsfreies Bremsdesign reduziert den mechanischen Verschleiß, sorgt für einen leisen Betrieb und trägt dazu bei, bei wiederholtem oder kontinuierlichem Einsatz eine stabile und wiederholbare Belastung aufrechtzuerhalten. Dank der Modi „Konstante Leistung“, „Lineare Rampe“ und „Konstantes Drehmoment“ unterstützt das Ergometer Schritt-, Rampen- und Intervall-Trainingsprotokolle in den Bereichen klinische Untersuchung, Rehabilitation und Sportwissenschaft.

Über eine standardisierte digitale Kommunikation können Echtzeit-Belastungsdaten des MEC5060 mit Daten zu Atemfluss, O₂, CO₂, EKG und SpO₂ des MEC8660 synchronisiert werden. Kliniker und Forscher können dann beobachten, wie Ventilation, Gasaustausch, Herzfrequenz und Sauerstoffsättigung auf jede Änderung der Trainingsanforderung reagieren.

Von der Ruhebasislinie und der unbelasteten Phase bis hin zu inkrementeller Belastung und Erholung verbindet die Cubic-Lösung den Belastungsreiz, die Atem-für-Atem-Messung und die physiologische Analyse in einem durchgängigen Arbeitsablauf.

Flexible Integration für die gemeinsame Entwicklung mit OEMs/ODMs
Eine Komplettlösung muss nicht zwangsläufig eine feste Systemkonfiguration bedeuten. Die modulare Architektur von Cubic ermöglicht es, Gasanalyse, Durchflussmessung, Belastungssteuerung, Kommunikationsschnittstellen, Softwarefunktionen und Betriebsabläufe an spezifische Anforderungen in Klinik, Forschung oder Sportmedizin anzupassen.

Mit Cubic können OEM-/ODM-Partner mit einem einzigen Anbieter zusammenarbeiten – von der Kernsensortechnologie bis hin zu einem marktreifen CPET-System. Cubic bietet integrierte Lösungen für die Gasanalyse und Durchflussmessung und unterstützt zudem die Entwicklung maßgeschneiderter Hardware, Kommunikationsschnittstellen, Datenerfassung und Anwendungssoftware. Darüber hinaus unterstützen wir die Systemintegration, Validierung, Produktionsübergabe und Fertigung und bieten so einen klaren Weg von der Anforderungsdefinition über die Prototypenentwicklung bis hin zur skalierbaren Bereitstellung. Ganz gleich, ob Sie einen integrierten Analysator, ein maßgeschneidertes Teilsystem oder eine komplette CPET-Plattform benötigen – Cubic hilft Ihnen dabei, die Koordination zwischen verschiedenen Anbietern zu reduzieren, Entwicklungszyklen zu verkürzen und Ihr Produkt schneller zur Marktreife zu bringen.

Von der Trainingsbelastung zu verwertbaren physiologischen Erkenntnissen
Durch körperliche Belastung werden die Körpersysteme in Bewegung versetzt, und oft zeigen sich gerade dabei funktionelle Einschränkungen. Durch die Kombination einer kontrollierten und wiederholbaren Belastungsabgabe mit Atemzug-für-Atemzug-Gasanalyse, EKG, SpO₂ und synchronisierter Softwareverarbeitung verbindet Cubic die Schlüsselelemente des CPET in einer koordinierten Lösung.

Mit dem MEC8660 als zentraler Mess- und Analyseplattform und dem MEC5060 zur Bereitstellung kontrollierter Trainingsbelastungen erfasst das System, wie sich die kardiopulmonalen und metabolischen Reaktionen während der gesamten Trainingssequenz entwickeln.

Für klinische Teams und Forscher schafft dies eine klare Datengrundlage für die Beurteilung, Rehabilitation, Forschung und Leistungsbewertung. Für OEM-/ODM-Partner bietet das modulare Design von Cubic die Flexibilität, CPET-Systeme entsprechend den tatsächlichen Anwendungsanforderungen zu integrieren, anzupassen und zu erweitern.

Literaturhinweise
1. American Thoracic Society; American College of Chest Physicians. ATS/ACCP-Stellungnahme zu kardiopulmonalen Belastungstests. Am J Respir Crit Care Med. 2003;167(2):211–277. doi:10.1164/rccm.167.2.211.
2. Radtke T, Crook S, Kaltsakas G, et al. ERS-Stellungnahme zur Standardisierung kardiopulmonaler Belastungstests bei chronischen Lungenerkrankungen. Eur Respir Rev. 2019;28(154):180101. doi:10.1183/16000617.0101-2018.
3. Balady GJ, Arena R, Sietsema K, et al. Leitfaden für Ärzte zur kardiopulmonalen Belastungsuntersuchung bei Erwachsenen: eine wissenschaftliche Stellungnahme der American Heart Association. Circulation. 2010;122(2):191–225. doi:10.1161/CIR.0b013e3181e52e69.
4. Staes M, Gyselinck I, Goetschalckx K, Troosters T, Janssens W. Ermittlung von Belastungsgrenzen mittels stufenweiser kardiopulmonaler Belastungstests: eine Übersichtsarbeit. Eur Respir Rev. 2024;33(173):240010. doi:10.1183/16000617.0010-2024.
5. Neder JA, Phillips DB, Marillier M, Bernard AC, Berton DC, O’Donnell DE. Klinische Interpretation kardiopulmonaler Belastungstests: aktuelle Fallstricke und Grenzen. Front Physiol. 2021;12:552000. doi:10.3389/fphys.2021.552000.
6. Behnia M, Sietsema KE. Nutzen kardiopulmonaler Belastungstests bei chronisch obstruktiver Lungenerkrankung: eine Übersichtsarbeit. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2023;18:2895–2910. doi:10.2147/COPD.S432841.
7. Buber J, Robertson HT. Kardiopulmonale Belastungsuntersuchung bei Herzinsuffizienz: Pathophysiologie und prädiktive Marker. Heart. 2023;109(4):256–263. doi:10.1136/heartjnl-2021-319617.
8. Forbes LM, Bull TM, Lahm T, Make BJ, Cornwell WK III. Belastungstests bei der Risikobewertung der pulmonalen Hypertonie. Chest. 2023;164(3):736–746. doi:10.1016/j.chest.2023.04.013.
9. Behrooz L, Barillas-Lara M, Fattouh M, Loubeau B, Ibrahim M. Die Rolle invasiver kardiopulmonaler Belastungstests bei Patienten mit ungeklärter Dyspnoe: eine systematische Übersichtsarbeit. Acta Cardiol. 2023;78(7):754–760. doi:10.1080/00015385.2022.2141434.
10. Stubbs DJ, Grimes LA, Ercole A. Eignung kardiopulmonaler Belastungstests zur Vorhersage postoperativer Komplikationen bei nicht-kardiopulmonalen Operationen: eine systematische Übersichtsarbeit. PLoS One. 2020;15(2):e0226480. doi:10.1371/journal.pone.0226480.
11. Ezzatvar Y, Izquierdo M, Núñez J, et al. Mit kardiopulmonalen Belastungstests gemessene kardiorespiratorische Fitness und Mortalität bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen: eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse. J Sport Health Sci. 2021;10(6):609–619. doi:10.1016/j.jshs.2021.06.004.
12. Hesse A, White M, Lundström C. Die Verbreitung von Methoden zur Verarbeitung von Gasaustauschdaten: eine halbautomatische Scoping-Übersichtsarbeit. Int J Sports Med. 2025;46(4):227–236. doi:10.1055/a-2495-5364.
13. Beijst C, Schep G, van Breda E, Wijn PFF, van Pul C. Genauigkeit und Präzision von CPET-Geräten: Ein Vergleich von Atemzug-für-Atemzug- und Mischkammersystemen. J Med Eng Technol. 2013;37(1):35–42. doi:10.3109/03091902.2012.733057.