Eine Einrichtung zur schnellanzeigenden, analogen und digitalen Registrierung der Stoff'wechselgrößen sowie weiterer ergometrischer Daten

  • Hans -V. Ulmer
Article

Zusammenfassung

Die Anlage besteht aus einem offenen Stoffwechsel-Meßsystem mit konstanter Frischluftdurchströmung sowie Vorrichtungen zur fortlaufend analogen und digitalen Registrierung anfallender Ergometriedaten. O2-Aufnahme und CO2-Abgabe werden fortlaufend geschrieben und ausgedruckt. Weiterhin werden die Ventilation, Atem- und Pulsfrequenz sowie Pedalumdrehungszahl und Bremsreibung des Åstrand-Ergometers registriert. Genauigkeit und Fehlerquellen werden beschrieben, Registrier- und Berechnungsbeispiele diskutiert. Die 90%- Einstellzeit des Systems liegt für die O2- und CO2-Anzeige unter 20 sec, so daß auch schnelle Stoffwechseländerungen fortlaufend und genau erfaßt werden können. Daher kann sowohl der Spitzenwert der letzten Sekunden im Verlauf einer bis zur Erschöpfung ansteigenden Belastung als auch die erste schnelle Erholungsphase zeitgetreu registriert werden. Der Atemwiderstand schwankt bei einer Ventilation von 65 1/min zwischen +18 und −28 mm Ws (Spitzenwerte des Staudruckes). Bei konstanter Durchströmung von 180 l/min beträgt der Staudruck + 5,5 mm Ws. Die Meßgrößen werden mit einem 6-Kanal-Kompensationsschreiber registriert. Elektromechanische Wandler und Drucker gestatten es, auf einfache Weise das Minutenintegral als Zahlenwert auszudrucken. Die mittlere Standardabweichung für Dreifachbestimmungen der „echten” maximalen Sauerstoffaufnahme liegt bei 105 ml/min.

Die Vorteile dieses Systems gegenüber anderen offenen Systemen liegt in der direkten linearen Anzeige der Stoffwechselgrößen und deren digitalem Abdruck als Minutenintegral. Deshalb eignet es sich auch besonders gut zur Ermittlung der Sauerstoffschuld. Die kurze Einstellzeit erlaubt, auch die schnellsten Änderungen der O2-Aufnahme exakt zu erfassen. Durch Zugabe von N2, O2 und CO2 zur Systemluft lassen sich Atemgemische beliebiger Zusammensetzung einfach herstellen.

Schlüsselwörter

Ergometrie Stoffwechselmessung „Echte” maximale Sauerstoffaufnahme Sauerstoffschuld 

Device for rapid analog and digital registration of metabolic rate and further ergometric data

Summary

The device consists of an open system to determine the metabolic rate by a constant air flow and a system for recording the data in an analog and digital way. O2 uptake and CO2 output are recorded and printed continuously, in connection with ventilation, respiratory and heart rate, as well as pedaling frequency and friction of the Åstrand-ergometer. Accuracy and sources of error are described, examples for recording and calculation are given. The 90% response time is less than 20 sec for O2 and CO2 registration, therefore it is possible to determine exactly rapid changes of the metabolic rate, e.g. the maximum in the last seconds of an exhausting work or the 1st rapid phase of recovery. The ventilatory resistance varies between +18 and −28 mm H2O (peak values for the impact pressure) at a ventilation of 651/min. During constant air flow of 180 1/min + 5,5 mm H2O was measured. All parameters are lined by a multi-pen-recorder. Electro-mechanical converters and printer permit printing easyly the values, integrated over 1 min. The standard deviation for the “true” maximal oxygen consumption was determined as 105 ml/min.

The advantages of this system compared to other open systems are the direct and linear recording of the metabolic rate and the digital printing of integrated values over 1 min. Therefore the system is well suitable to determine the oxygen debt. The fast response also permits to achieve rapid changes of the metabolic rate. By adding N2, O2 and CO2 to the imput of the system all respiration gas mixtures desired can be produced.

Key-words

Exercise Test Disability Evaluation Metabolic Rate “True” Maximal Oxygen Consumption Oxygen Debt 

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literatur

  1. Åstrand, P.-O.: Ergometrie. Copyright Monark Schweden.Google Scholar
  2. Beckman*: Model G2 oxygen analyzer, instruction manual 1043 B, Fullerton (1962).Google Scholar
  3. Beckman,-b*: Bulletin 0-4016.Google Scholar
  4. Benedict, F. G.: Der Helm-Respirationsapparat in seinen verschiedenen Formen. In: E. Abderhalden, ed.: Handbuch der biologischen Arbeitsmethoden, Abt. IV, Teil 13, S. 502. Berlin-Wien: Urban & Schwarzenberg 1937.Google Scholar
  5. —, Fox, E. L.: Der Grundumsatz von kleinen Vögeln (Spatzen, Kanarienvögeln und Sittichen). Pflügers Arch. ges. Physiol.232, 357–388 (1933).Google Scholar
  6. Benzinger, T.: Untersuchungen über die Atmung und den Gasstoffwechsel, insbesondere bei Sauerstoffmangel und Unterdruck, mit fortlaufend unmittelbar aufzeichnenden Methoden. Ergebn. Physiol.40, 1–54 (1938).Google Scholar
  7. —, Hartmann, H.: Die Zusammenhänge zwischen Atemvolumen und Gasstoffwechsel, untersucht mit fortlaufend registrierenden Methoden. Luftfahrtmed.1, 129–140 (1936).Google Scholar
  8. Böhlau, V.: Ein Gerät zur fortlaufenden automatischen Registrierung des Gasstoffwechsels. Leipzig: Barth 1953.Google Scholar
  9. —: Prüfung der körperlichen Leistungsfähigkeit. Leipzig: VEB Thieme 1955.Google Scholar
  10. —, Böhlau, E., Hammer, O., Monden, R.: Poly-Energotest, ein Gerät zur Prüfung der körperlichen Leistungsfähigkeit mit vollautomatischem Rechner. Med. Klin.60, 1968–1971 (1965).Google Scholar
  11. Bruck, A., Haas, P., Ulmer, W.: Ein schnellanzeigender Ultrarotabsorptionsschreiber zur fortlaufenden Messung der Kohlensäurekonzentration in der Atemluft. Pflügers Arch. ges. Physiol.259, 142–145 (1954).Google Scholar
  12. Buhr, G., Osten, H.: Eine neue Apparatur zur funktionellen Diagnostik des cardiopulmonalen Systems auf der Grundlage der Integration des Pneumotachogramms mit synchroner Registrierung von 11 Meßgrößen. Z. Kreisl.-Forsch.52, 64–76 (1963).Google Scholar
  13. Dargatz*: Magna-Test Typ 610, Datenblatt AB 2356. Hamburg.Google Scholar
  14. Douglas, C. G.: A method for determining the total respiratory exchange in man. J. Physiol. (Lond.)42, Proc. 17–18 (1911).Google Scholar
  15. Elliot, S. E., Segger, F. J., Osborn, J. J.: A modified oxygen gauge for rapid measurement of\(P_{O_2 }\) in respiratory gases. J. appl. Physiol.21, 1672–1674 (1966).Google Scholar
  16. ELMEG*: Elektromechanische Zähler; zählen, steuern, drucken. Peine 1964.Google Scholar
  17. Elster*: Zweirohr-Haushaltsgaszähler. Mainz.Google Scholar
  18. Engelhardt, H.: Wege und Grenzen neuer Verfahren der physikalischen Gasanalyse. VDI-Zeitschrift103, 1393–1404 (1961).Google Scholar
  19. Enschedé, F. A. J., Jongbloed, J.: The physical condition of top-skaters during training. Int. Z. angew. Physiol.20, 252–257 (1964).Google Scholar
  20. Fernsteuergeräte*: Geräte-Programm, Ausgabe XI/67. Berlin.Google Scholar
  21. Fischer, A.: Anwendung des Böhlauschen Metabolimeters bei klinischen und physiologischen Beobachtungen. Z. ges. inn. Med.13, 904–909 (1958).Google Scholar
  22. Fleisch, A.: Neue Methoden zum Studium des Gasaustausches und der Lungenfunktion. Leipzig: VEB Thieme 1956.Google Scholar
  23. Framing, H.-D.: Veränderungen der maximalen Sauerstoffaufnahme, des Leistungspulsindex und der Maximalkraft von Trainierten und Untrainierten nach langfristiger Immersion in Wasser. Pflügers Arch. ges. Physiol.307, R 91 (1969).Google Scholar
  24. Furnass, S. B.: A method for the continuous measurement of 24 hr oxygen consumption and CO2-production. J. Physiol. (Lond.)149, 63–64 (1959).Google Scholar
  25. Göpfert, H., Frey, R.: Ein schnellanzeigendes Meßgerät für die Kohlensäure in der Ausatmungsluft. Langenbecks Arch. klin. Chir.279, 803–809 (1954).Google Scholar
  26. Hansen, G.: Eine synoptische elektronische Anlage für die cardio-pulmonale Funktionsdiagnostik. SRW-Nachrichten29, 14–18 (1966).Google Scholar
  27. Harth, O., Gutzeit, H., Vogel, H. R., Thews, G.: Meßfühler für die Telemetrie des O2-Partialdrucks. Wehrmed. Mschr.13, 91–94 (1969).Google Scholar
  28. Hartmann & Braun*: Gebrauchsanweisung URAS-M, MT/G 12-2, 1000/8.67/Kr. Frankfurt/M.Google Scholar
  29. Havel, Y., Škranc, O.: Die Größen und Beziehungen des respiratorischen Quotienten bei Sportlern und Mchttrainierten während dosierter Belastung und Erholung. Med. u. Sport9, 201–207 (1969).Google Scholar
  30. Heinrich, K. W., Ulmer, H.-V., Stegemann, J.: Sauerstoffaufnahme, Pulsfrequenz und Ventilation bei Variation von Tretgeschwindigkeit und Tretkraft bei aerober Ergometerarbeit. Pflügers Arch. ges. Physiol.298, 191–199 (1968).Google Scholar
  31. Hellige*: Multi-pen-recorder. Freiburg 1969.Google Scholar
  32. Henry, F. M., DeMoor, J. C.: Lactic and alactic oxygen consumption in moderate exercise of graded intensity. J. appl. Physiol.8, 608–614 (1956).Google Scholar
  33. Holbein, G.: Elektrische Motorintegratoren zur analogen Nachbildung physikalischer Größen. Feinwerktechnik63, 1–6 (1959).Google Scholar
  34. Hollmann, W.: Höchst- und Dauerleistungsfähigkeit des Sportlers. München: Barth 1963.Google Scholar
  35. —, Chirdel, K., Forsberg, S., Speer, K.: Untersuchungen über den Einfluß der Blutspende auf das kardiopulmonale Leistungsverhalten. Med. Welt (Berl.)20, 1157–1161 (1989).Google Scholar
  36. Insull, W.: Indirect calorimetry by new techniques: A description and evaluation. Surgeon genera], dept. of the army, med. nutrition Laboratory report no. 146. Denver, Colorado 1954; cit. n. Strydonet al. (1965).Google Scholar
  37. Jaeger, E.*: Ergospirometrische Messungen mit der Anlage Pneumotest. Würzburg.Google Scholar
  38. Jongbloed, J., van Nieuwehuizen, C. L., van Goor, H.: A heart function test with continuous registration of oxygen consumption and carbon dioxide production. Circulation15, 54–63 (1957).Google Scholar
  39. Kinney, J. M., Morgan, A. P., Domingues, F. J., Gildner, K. J.: A method for continuous measurement of gas exchange and exspired radioactivity in acutely ill patients. Metabolism13, 205–211 (1964).Google Scholar
  40. Knipping, H. W.: Ein einfacher Apparat zur exakten Gasstoffwechselbestimmung. Z. ges. exp. Med.41, 363–373 (1924).Google Scholar
  41. —: Beitrag zur gasanalytischen Technik in der Medizin. Z. ges. exp. Med.53, 1–16 (1926).Google Scholar
  42. —: Die Untersuchung der Ökonomie von Muskelarbeit bei Gesunden und Kranken. Z. ges. exp. Med.66, 517–534 (1929).Google Scholar
  43. —, Valentin, H.: Vita-maxima-Probleme in der praktischen Herz-Klinik. Therapiewoche16, 681–692 (1963).Google Scholar
  44. Lehrer, E., Ebbinghaus, E.: Ein Apparat zur Sauerstoffmessung in Gasgemischen auf magnetischer Grundlage. Z. angew. Phys.2, 20–24 (1950).Google Scholar
  45. Lembke, G.: Persönliche Mitteilung über „Werksmitteilungen der Firma Hartmann & Braun”.Google Scholar
  46. Margaria, R., Edwards, H. T., Dill, D. B.: The possible mechanism of contracting and paying of oxygen debt and the rôle of lactic acid in muscular contraction. Amer. J. Physiol.106, 689–715 (1933).Google Scholar
  47. Marx, H. H., Zühlke, H. E., Schütze, B.: Möglichkeiten und Grenzen der Ergometrie für klinische Fragestellungen. Z. Kreisl.-Forsch.54, 1054–1067 (1965).Google Scholar
  48. Matzdorff, F.: Die Leistungsprüfung von Herz- und Kreislaufkranken mit einem neuen Stoffwechsel-Meßgerät. Z. Kreisl.-Forsch.53, 32–46 (1964).Google Scholar
  49. Müller, E. A., Franz, H.: Energieverbrauchsmessung bei beruflicher Arbeit mit einer verbesserten Respirations-Gasuhr. Arbeitsphysiologie14, 499–504 (1952).Google Scholar
  50. —, Himmelmann, W.: Geräte zur kontinuierlichen fotoelektrischen Pulszählung. Int. Z. angew. Physiol.16, 400–408 (1957).Google Scholar
  51. Muysers, K., Siehoff, F., Worth, G.: Anwendungsmöglichkeiten der Massenspektrometrie in der Lungenfunktionsdiagnostik. Klin. Wschr.38, 490–494 (1960).Google Scholar
  52. Pauling, L., Wood, R. E., Sturdivant, J. H.: An instrument for determining the partial pressure of oxygen in gas. J. Amer. chem. Soc.68, 795–798 (1946).Google Scholar
  53. Pettenkofer, M.: Über einen neuen Respirations-Apparat. Abhandig. d. mathemat.- physikal. Classe d. königl. Bayerisch. Akademie d. Wissenschaften9, 230–276 (1862).Google Scholar
  54. Quaas, M., Lohs, M., Geiler, W., Platzbecker, U.: Zum Einfluß von Lärm auf die Pulsfrequenz und den O2-Verbrauch bei mittelschwerer physischer Belastung. Int. Z. angew. Physiol.27, 230–238 (1969).Google Scholar
  55. Rein, H.: Ein Gaswechselschreiber. Namryn-Schmiedebergs Arch. exp. Path. Pharmak.171, 363–402 (1933).Google Scholar
  56. Royce, J.: Active and passive recovery from maximal aerobic capacity work. Int. Z. angew. Physiol.28, 1–8 (1969).Google Scholar
  57. Schaldach, M.: Anwendung von Halbleiterelektroden zur direkten Messung des Sauerstoffpartialdruckes im Blut und Gewebe. Elektromedizin, Sonderausgabe 84–87 (1969).Google Scholar
  58. Schleusing, G., Meinel, K.: Spiroergometrische Untersuchungen bei Sprintbelastung auf dem Laufband. 2. Mittig. Med. u. Sport8, 98–101 (1968).Google Scholar
  59. Scholander, P. F., Hammel, H. T., Lange Andersen, K., Løyning, Y.: Metabolic acclimation to cold in man. J. appl. Physiol.12, 1–8 (1958).Google Scholar
  60. —, Jensen, H.: Bag spirometer. Scand. J. clin. lab. Invest.10, 225–226 (1958).Google Scholar
  61. Schuchardt, P., Rattay, M., Roth, W.: Über eine Modifikation des Leistungsprüfsystems nach Böhlau. Med. u. Sport9, 207–208 (1969).Google Scholar
  62. Shephard, R. J.: A comparison of paramagnetic and chemical methods for the determination of oxygen. Int. Z. angew. Physiol.22, 279–284 (1966).Google Scholar
  63. Sieber, W., Franz, H.: Ein Aternventil mit niedrigem Atemwiderstand. Int. Z. angew. Physiol.26, 279–282 (1968).Google Scholar
  64. Spirolyt II*: Bedienungsanweisung zum transportablen Leistungsprüfgerät Spirolyt II, Nr. 2 14102 1.0100 Ba.Google Scholar
  65. Stegemann, J., Ulmer, H.-V., Heinrich, K. W.: Die Beziehung zwischen Kraft und Kraftempfindung als Ursache für die Wahl energetisch ungünstiger Tretfrequenzen beim Radsport. Int. Z. angew. Physiol.25, 224–234 (1968).Google Scholar
  66. —, Framing, H. -D., Schiefeling, M.: Der Einfluß einer 6stündigen Immersion in thermoindifferentem Wasser auf die Regulation des Kreislaufs und die Leistungsfähigkeit bei Trainierten und Untrainierten. Pflügers Arch. ges. Physiol.312, 129–138 (1969).Google Scholar
  67. Strauzenberg, S. E., Weise, G.: Untersuchungen über die Anwendungsmöglichkeit der Gaschromatographie für Atemgasanalysen, speziell im Bereich der Sportmedizin. Med. u. Sport4, 237–238 (1964).Google Scholar
  68. Strydom, N. B., Cooke, H. M., Müller, H. D., Winer, P.: Errors in respiratory gas analysis, a comparison of the Haldane and Pauling gas analysers. Int. Z. angew. Physiol.21, 13–26 (1965).Google Scholar
  69. Temming, J., Haas, E.: Konstruktion eines widerstandsarmen Atemventils. Int. Z. angew. Physiol.28, 49–54 (1969).Google Scholar
  70. Ulmer, H.-V.: Eine einfache Methode zur digitalen Aufzeichnung der Ventilation. Arbeitswissenschaft6, 15–16 (1967).Google Scholar
  71. —: Die Dauerleistungsgrenze in Abhängigkeit von der Drehzahl bei Fahrradergometer-Arbeit. Pflügers Arch. ges. Physiol.300, R 9 (1968).Google Scholar
  72. —: Ein rechnerisches Kriterium zur Bestimmung der Dauerleistungsgrenze. Int. Z. angew. Physiol.27, 299–310 (1969a).Google Scholar
  73. —: Die Abhängigkeit des Leistungsempfindens von der Tretfrequenz bei Radsportlern. Sportarzt u. Sportmedizin20, 385–393 (1969b).Google Scholar
  74. Zobel, H., Drasche, H.: Arbeitshygiene-Normen. In: H. Symanski, ed.: Handbuch der gesamten Arbeitsmedizin, Bd. IV, 2. Teilband Arbeitshygiene. Berlin-München-Wien: Urban & Schwarzenberg 1963.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1970

Authors and Affiliations

  • Hans -V. Ulmer
    • 1
  1. 1.Physiologisches Institut der Deutschen Sporthochschule KölnDeutschland

Personalised recommendations