Belastungstests (Belastungs-EKG, Laufbandtest)

Belastungstests werden seit über 60 Jahren routinemäßig zur Beurteilung der Herz-Lungenfunktion und zur Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen eingesetzt. Der Wert von Belastungstests liegt in der Tatsache begründet, dass die Belastungsfähigkeit (Herz-Lungen-Kapazität) einer der stärksten Prädiktoren für Herz-Kreislauf- und Gesamtmortalität ist. Daher ist der klinische Nutzen von Belastungstests immens und das Verfahren kann in zahlreichen Situationen angewendet werden, vom Gesundheits-Screening bis zur Beurteilung von Symptomen nach einer koronaren Bypass-Operation. Traditionell war die häufigste Indikation für Belastungstests die diagnostische Beurteilung der koronaren Herzkrankheit. Aktuelle Leitlinien (ESC, AHA, ACC) raten jedoch davon ab, Belastungstests für die Beurteilung der koronaren Herzkrankheit zu verwenden, was an der geringen Sensitivität der Methode liegt (Details unten). Sensitivität und Spezifität sind für die CT-Angiographie, SPECT, Echokardiographie und Koronarangiographie erheblich höher, die daher die empfohlenen Modalitäten für die Beurteilung der koronaren Herzkrankheit darstellen (siehe Beurteilung der koronaren Herzkrankheit und Angina pectoris). Belastungstests bieten jedoch einen grundlegenden Parameter, der nicht durch andere bildgebende Methoden erhalten werden kann, nämlich die Belastungskapazität (und V_O2max, siehe unten) . Neben der Belastungsfähigkeit liefern Belastungstests auch Informationen über die elektrokardiographische (EKG-) Reaktion, und über das Auftreten von Arrhythmien, Symptomen und physiologischen Reaktionen (Blutdruck, Herzfrequenz etc.) während und nach dem Training.

Belastungstests können auch als Belastungs-EKG oder Belastungstoleranztest bezeichnet werden. Der Test kann auf einem Laufband (daher auch der Begriff Laufbandtest) oder auf einem Fahrrad durchgeführt werden. Beide Methoden sind valide und ihre Unterschiede werden im Folgenden diskutiert.

Rolle des Elektrokardiogramms (EKG) bei Belastungstests

Es ist ein häufiges Missverständnis, dass das EKG der Hauptparameter des Belastungstests ist. Die EKG-Reaktion ist zwar wichtig, aber mehrere andere Parameter sind genauso wichtig. In der Tat gibt es eine große wissenschaftliche Evidenz dafür, dass der stärkste Prädiktor für Herz-Kreislauf- und Gesamtmortalität die maximale Sauerstoffaufnahme (V_O2max) ist. Diese stellt ein Maß für die kardiovaskuläre Fitness und die Belastungsfähigkeit dar. In der klinischen Praxis ist es jedoch schwierig, die maximale Sauerstoffaufnahme zu erreichen, da eine maximale Anstrengung erforderlich ist, die Patienten selten erreichen. Die Patienten sind in der Regel durch Beinermüdung, Unwohlsein, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, mangelnde Motivation usw. in der Leistung eingeschränkt. Darüber hinaus ist die Messung der maximalen Sauerstoffaufnahme technisch mühsam. Daher wird die maximale Arbeitsintensität als Proxy für die maximale Sauerstoffaufnahme verwendet. Dies wird im Folgenden ausführlich besprochen.

Der Zweck des Belastungstests besteht darin, einen Herz-Kreislauf-Stress zu induzieren, um Symptome, EKG-Veränderungen, Blutdruck- und Herzfrequenzreaktionen zu provozieren sowie die einschränkenden Determinanten der Belastungsfähigkeit zu beurteilen. Diese Parameter bieten diagnostische und prognostische Informationen, die nur während körperlicher Belastung erhalten werden können.

Unabhängig von anderen traditionellen Risikofaktoren ist die Belastungsfähigkeit einer der besten Prädiktoren für das Risiko zukünftiger unerwünschter Ereignisse in praktisch allen Patientenpopulationen, einschließlich scheinbar gesunder Personen.

Belastungstests im Zeitalter der nicht-invasiven kardiovaskulären Bildgebung

Advances in computerized tomography (CT), cardiac magnetic resonance imaging (cMRI) and echocardiography have enabled detailed functional and anatomical imaging of cardiac anatomy, assessment of coronary artery stenosis and myocardial ischemia. These methods offer greater sensitivity and specificity as compared with exercise stress testing. Hence, the exercise stress test is no longer the preferred modality for the evaluation of suspected coronary artery disease. However, exercise stress testing is cheap, widely available, and not dependent on the examiner, it does not confer harmful radiation and provides numerous other parameters which can improve cardiovascular assessment and prognostication. Stress testing also allows for the assessment of the effect of interventions and medications. Furthermore, the exercise stress test provides information on the limiting determinants of exercise capacity (discussed below). The exercise stress test remains one of the most important diagnostic instruments in medicine.

Fortschritte in der Computertomographie (CT), der kardialen Magnetresonanztomographie (cMRI) und der Echokardiographie haben eine detaillierte funktionelle und anatomische Bildgebung der kardialen Anatomie sowie die Beurteilung von Koronararterienstenosen und Myokardischämie ermöglicht. Diese Methoden bieten eine höhere Sensitivität und Spezifität im Vergleich zu Belastungstests. Daher ist der Belastungstest nicht mehr die bevorzugte Modalität für die Beurteilung einer vermuteten koronaren Herzkrankheit. Der Belastungstest ist jedoch billig, weit verfügbar und nicht vom Untersucher abhängig. Er verursacht auch keine schädliche Strahlung und liefert zahlreiche andere Parameter, die die kardiovaskuläre Beurteilung und Prognose verbessern können. Der Belastungstest ermöglicht auch die Beurteilung des Effekts von Interventionen und Medikamenten. Darüber hinaus liefert der Belastungstest Informationen über die limitierenden Determinanten der Belastungsfähigkeit (siehe unten). Der Belastungstest bleibt somit eines der wichtigsten diagnostischen Instrumente in der Medizin.

Die folgende Tabelle zeigt die Sensitivitäts- und Spezifitätswerte von häufig genutzten Modalitäten bei der Diagnose der koronaren Herzkrankheit.

Tabelle 1: Test-Sensitivität und -Spezifität bei koronarer Herzkrankheit

Modalität	Sensitivität (%)	Spezifität (%)
Belastungs-EKG	40-50%	85-90%
Stress-Echokardiographie	80-85%	80-88%
Stress-SPECT	73-92%	63-87%
Stress-Echokardiographie mit Dobutamin	79-83%	82-86%
Stress-MRT mit Dobutamin	72-79%	81-91%
Stress-Echokardiographie mit Vasodilatator	90-91%	75-84%
Stress-SPECT mit Vasodilator	67-94%	61-85%
CTA-Koronararterie	95-99%	64-83%
Stress-PET mit Vasodilatator	91-97%	74-91%

Zweck der Belastungstests

Belastungstests können für folgende Zwecke verwendet werden:

• Beurteilung des kardiovaskulären Risikos.
• Nachweis einer koronaren Herzkrankheit (ischämische Herzkrankheit). Personen mit Brustschmerzen (oder anderen Symptomen, die auf eine Myokardischämie hindeuten) können mithilfe von Belastungstests eingeschätzt werden, obwohl die Sensitivität bei anderen Modalitäten erheblich höher ist (Tabelle 1).
• Beurteilung der koronaren Herzkrankheit. Personen mit bekannter ischämischer Herzkrankheit führen häufig Belastungstests im Rahmen der Risikostratifizierung sowie zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit, der limitierenden Determinanten und zur Einschätzung von Symptomen und EKG-Veränderungen durch. Wiederholte Belastungstests sind wertvoll zur Verfolgung des Krankheitsverlaufs und ermöglichen eine Anpassung des klinischen Managements.
• Beurteilung des therapeutischen Ansprechens. Belastungstests können verwendet werden, um die Wirkung von Medikamenten oder Interventionen wie PCI (perkutane Koronarintervention), CABG (koronare Bypass-Transplantation), CRT (Herzresynchronisationstherapie) usw. zu bewerten. Der Zweck des Belastungstests besteht darin, zu beurteilen, ob solche Interventionen die Intensität oder Frequenz von Symptomen oder anderen abnormale Anzeichen (z.B. Arrhythmien) verringert haben.
• Beurteilung des perioperativen Risikos für eine nicht-kardiale Chirurgie: Belastungstests werden routinemäßig verwendet, um das perioperative Risiko indirekt zu beurteilen, indem die kardiovaskuläre Antwort, Symptome und die EKG-Reaktion während der Belastung gemessen werden.
• Vor Rezeptverschreibung: Bei einigen Patienten kann es erforderlich sein, die Funktionsfähigkeit und die körperliche Reaktion auf Belastung vor Verschreiben von Training zu beurteilen. Der Zweck des Belastungstests besteht darin, signifikante Symptome und abnormale kardiovaskuläre Reaktionen auf verschiedenen Intensitätsstufen zu erkennen. Dies ermöglicht die Wahl eines geeigneten Niveaus für die Trainingsintensität.
• Bestimmung des Grades der Behinderung: Belastungstests können verwendet werden, um den Grad der Behinderung bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu bestimmen.

Nichtsdestotrotz sind der überwiegende Anteil der Patienten, die zum Belastungstest überwiesen werden, solche mit vermuteter koronarer Herzerkrankung.

Kardiopulmonaler Belastungstest (Ergospirometrie)

Engl. cardiopulmonary exercise testing (CPET, ergospirometry)

Die kardiopulmonalen Belastungstests (CPET, Ergospirometrie) ermöglichen eine Beurteilung der integrativen Trainingsreaktionen, die das Lungen-, Herz-Kreislauf-, und muskuloskelettale System betreffen. Dies ermöglicht eine umfassendere Beurteilung dieser drei Organsysteme. CPET ist nicht invasiv, aber technisch mühsamer als herkömmliche Belastungstests. Der Einsatz von CPET hat dennoch in den letzten Jahrzehnten stetig zugenommen. Die pulmonale Messgröße von hauptsächlichem Interesse ist der Gasaustausch, der während des Trainings kontinuierlich analysiert wird. Durch die Analyse des Sauerstoffgehalts, des Kohlendioxidgehalts, des Atemvolumens, der Atemfrequenz und der Sauerstoffaufnahme ist es möglich, das Herzzeitvolumen und die maximale Sauerstoffaufnahme abzuschätzen, was das beste Maß für die Belastungsfähigkeit ist. Die Ergospirometrie wird häufig zur Prognose von Herzinsuffizienz und Lungenerkrankungen eingesetzt.

Sicherheit von Belastungstests

Belastungstests sind ein sicheres Verfahren. Über sechs Jahrzehnte Erfahrung und Forschung belegen, dass das Risiko von Komplikationen sehr gering ist. Es wird geschätzt, dass pro 10.000 durchgeführten Tests etwa 1 Tod und 2 akute Myokardinfarkte verursacht werden. Diese Schätzungen variieren in verschiedenen Studien geringfügig, abhängig von den Charakteristika der Patientenpopulation.

Obwohl Belastungstests aufgrund der unterschiedlichen Art der Arbeitsbelastung und des unterschiedlichen Gesundheitszustands der Teilnehmer nicht direkt mit einem Langstreckenlauf verglichen werden sollten, könnte ein Vergleich der Mortalitäten in dieser beiden Situationen interessant sein. Etwa einer von 184.000 Teilnehmern an Langstreckenrennen erlebt einen plötzlichen Herzstillstand (JH Kim et al., NEJM). Daraus folgt, dass das Risiko bei Belastungstests rund 18 Mal höher ist. Diese Zahl sollte unter Berücksichtigung der Altersunterschiede, Risikofaktoren, koexistierenden Erkrankungen usw. zwischen den Teilnehmern eines Belastungstests und denen eines Marathons betrachtet werden.

Tatsächlich ist das Risiko eines Belastungstests sehr gering. Das Risiko, das besteht, erklärt sich vermutlich durch die Gefahr, eine Myokardischämie zu provozieren. Kurz gesagt kann eine Myokardischämie eine ventrikuläre Tachykardie auslösen, die in Kammerflimmern und einen Herzstillstand übergehen kann. Das Risiko einer ventrikulären Tachykardie hängt vom Ausmaß der Ischämie ab (die transmurale Ischämie birgt im Vergleich zur weniger gefährlichen subendokardialen Ischämie ein großes Risiko für ventrikuläre Tachykardien).

Trotz der Sicherheit von Belastungstests müssen die Patienten mit Vorsicht ausgewählt werden, um das Risiko zu minimieren und den Nutzen des Verfahrens zu maximieren.

Patientenauswahl

Der Belastungstest ist immer noch die erste Wahl bei Patienten mit Verdacht auf koronarer Herzerkrankung, wenn die Wahrscheinlichkeit der Erkrankung mittelgroß (intermediär) ist. Mit anderen Worten hängt die Nützlichkeit des Tests von der Wahrscheinlichkeit des Patienten ab, tatsächlich eine ischämische Herzerkrankung zu haben. Man sollte daher damit beginnen, die Wahrscheinlichkeit des Patienten zu beurteilen, eine ischämische Herzerkrankung zu haben. Dieser Ansatz wird als bayesischer Ansatz bezeichnet, benannt nach dem Statistiker Thomas Bayes. Der bayesische Ansatz besagt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Test eine Krankheit aufdeckt, vom Risiko des Patienten abhängt, die Krankheit tatsächlich zu haben. Dies wird auch als Vortestwahrscheinlichkeit (auch Prätestwahrscheinlichkeit) bezeichnet. Die Vortestwahrscheinlichkeit hängt von Risikofaktoren wie Alter, Geschlecht, Symptomen, Cholesterinspiegel, Rauchstatus, Diabetesstatus, Ernährungsgewohnheiten usw. ab. Die Beurteilung all dieser Variablen kann ziemlich umständlich sein, weshalb die European Society for Cardiology (ESC) eine pragmatischere Beurteilung vorschlägt, die nur Alter, Geschlecht und Symptome umfasst. Diese drei Variablen reichen aus, um die Vortestwahrscheinlichkeit abzuschätzen. Dies wird im Folgenden ausführlich erörtert.

Es ist auch wichtig, dass der Patient den Test durchführen kann. Nicht alle Patienten sind in der Lage, auf einem Laufband zu laufen oder Fahrrad zu fahren. Andere Patienten sind nicht in der Lage sind, Anweisungen zu befolgen oder verbal zu kommunizieren. Patienten mit rheumatischen Erkrankungen, Amputationen, schwerer Claudicatio usw. können ebenfalls Schwierigkeiten haben, den Test durchzuführen. Diese Faktoren müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Es ist auch wichtig zu beurteilen, ob es Veränderungen im Ruhe-EKG gibt, die die Beurteilung der EKG-Reaktion während des Tests beeinträchtigen können.

Veränderungen im Ruhe-EKG, die die Beurteilung der EKG-Reaktion während der Belastung beeinträchtigen

Das Vorhandensein signifikanter ST-T-Veränderungen im Ruhe-EKG kann die Bewertung der EKG-Reaktion während der Belastung beeinträchtigen. In Bezug auf das EKG besteht der Zweck des Belastungstests darin, ischämische EKG-Veränderungen (ST-Streckensenkungen) hervorzurufen. Es gibt jedoch mehrere Zustände, die ST-T-Veränderungen (einschließlich ST-Senkungen) im Ruhe-EKG verursachen können. Das Vorhandensein solcher wird in der Regel die EKG-Interpretation während der Belastung erschweren. Einige Erkrankungen können beispielsweise ST-T-Veränderungen verursachen, die ischämische EKG-Veränderungen sowohl simulieren als auch maskieren. Das offensichtlichste Beispiel ist der Linksschenkelblock (LSB), der deutliche sekundäre ST-T-Veränderungen (einschließlich ST-Hebung, ST-Senkung und T-Wellen-Inversion) verursacht und auch ischämische ST-T-Veränderungen maskiert. Daher sollten Patienten mit einem Linksschenkelblock im Ruhe-EKG in der Regel nicht zum Belastungs-EKG überwiesen werden.

Patienten, die Digoxin (Digitalis) verwenden, können auch signifikante ST-T-Veränderungen, insbesondere ST-Senkungen, im Ruhe-EKG aufweisen. Solche ST-Senkungen sind normalerweise generalisiert, was bedeutet, dass sie in den meisten EKG-Ableitungen auftreten. Digoxin sollte 24 Stunden vor dem Belastungstest pausiert werden.

Patienten mit Präexzitation (Wolff-Parkinson-White-Syndrom) mit Deltawellen im Ruhe-EKG sind möglicherweise nicht für ein Belastungs-EKG geeignet. Deltawellen sind normalerweise mit sekundären ST-T-Veränderungen assoziiert, die auch die EKG-Interpretation der Ischämie beeinträchtigen können.

Patienten mit Herzschrittmachern weisen immer sekundäre ST-T-Veränderungen auf, was auch die Ischämieerkennung sehr erschwert. Patienten mit Herzschrittmachern sind nicht für ein Belastungs-EKG geeignet.

Patienten mit linksventrikulärer Hypertrophie (LVH) können sekundäre ST-T-Veränderungen mit ST-Hebungen (V1, V2) und ST-Senkungen (V5, V6, aVl, I) aufweisen. Die ST-Senkungen können im Ruhe-EKG 1 mm überschreiten, was einen Belastungstest für den Nachweis von Ischämie weniger nützlich macht. Wenn die ST-Senkungen jedoch weniger als 1 mm betragen, kann der Belastungstest nützlich sein.

Es gibt auch Patienten mit ST-Streckensenkungen im Ruhe-EKG ohne offensichtliche Erklärung. Wenn die ST-Senkungen <1 mm betragen, kann der Belastungstest in der Regel nützlich sein.

Wenn einer der oben genannten Punkte zutrifft und davon auszugehen ist, dass ein Belastungstest nicht weiterführend ist, wird empfohlen, stattdessen andere Modalitäten auszuwählen.

Es ist zu beachten, dass ein Rechtsschenkelblock (RSB) den Nachweis einer Ischämie nicht beeinträchtigt; d.h. es ist durchaus möglich, Ischämie bei Vorhandensein eines Rechtsschenkelblocks nachzuweisen. Der RSB ist mit ST-Senkungen (im J-60-Punkt) in den Abeitungen V1-V3 assoziiert, aber dies ist selten ein Problem, da bei Myokardischämie ST-Senkungen selten auf V1-V3 beschränkt sind und auch in V4-V6 praktisch immer ST-Senkungen zu sehen sind.

Die Vortestwahrscheinlichkeit: Auswahl geeigneter Patienten

Obwohl Belastungstests für die Beurteilung einer koronaren Herzkrankheit nicht mehr empfohlen werden, ist die Argumentation für die Vortestwahrscheinlichkeit immer noch relevant und sollte diskutiert werden.

Wie oben erwähnt, ist die Vortestwahrscheinlichkeit die Wahrscheinlich, dass der Patient aufgrund von Symptomen, Alter und Geschlecht eine koronare Herzkrankheit hat. Diese drei Variablen sind starke Prädiktoren der koronaren Herzkrankheit und sind leicht erhältlich. Die Vortestwahrscheinlichkeit hängt mit dem Satz von Bayes zusammen (Thomas Bayes, 1701—1761). Dieser Satz besagt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses mit den Umständen zusammenhängt, die mit dem Ereignis assoziiert sind. In unserem Fall hängt die Wahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit mit dem Alter, Geschlecht und den Symptomen zusammen. Die Vortestwahrscheinlichkeit ist einfach zu beurteilen und muss immer abgeschätzt werden. Der Zweck der Vortestwahrscheinlichkeit ist wie folgt:

• Identifizierung der Patienten mit sehr geringer Krankheitswahrscheinlichkeit: Diese Patienten haben die Krankheit höchstwahrscheinlich nicht und daher ist der Test nicht besonders nützlich. Wenn sie die Krankheit doch hätten, wäre die Krankheit wahrscheinlich sehr leichtgradig und der Test würde sie daher nicht detektieren können.
• Identifizierung der Patienten mit sehr hoher Krankheitswahrscheinlichkeit: Diese Patienten haben höchstwahrscheinlich die Krankheit und der Test ist daher unnötig.

Berechnung der Vortestwahrscheinlichkeit

Die Wahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit ist eine Funktion aus Krankheitsprävalenz und der Patientenmerkmale. Wenn der Patient aus einer Population mit einer hohen Prävalenz der koronaren Herzkrankheit kommt und alle Symptome der Krankheit aufweist, ist die Vortestwahrscheinlichkeit sehr hoch. In diesem Fall nimmt die Nützlichkeit von Diagnosetests ab, da sie mit ziemlicher Sicherheit nur eine bereits wahrscheinliche Diagnose bestätigen würden. Das Gegenteil ist auch der Fall: Wenn die Krankheit selten ist und der Patient keine mit der Krankheit übereinstimmenden Symptome aufweist, wird eine Untersuchung wahrscheinlich nichts Nützliches zeigen. In der Regel sind diagnostische Tests am nützlichsten, wenn sie bei Patienten mit einer intermediären Krankheitswahrscheinlichkeit angewendet werden.

• Wenn die Wahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit gering ist und die Untersuchung negativ ist, kann eine koronare Herzkrankheit ausgeschlossen werden.
• Wenn die Wahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit hoch ist und die Untersuchung positiv ist, kann eine koronare Herzkrankheit bestätigt werden.

Die Vortestwahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit basierend auf Geschlecht, Alter und Symptomen abgeschätzt (Abbildung 1).

Wenn die Vortestwahrscheinlichkeit < 5% beträgt, ist eine koronare Herzkrankheit unwahrscheinlich. Dies sollte bedeuten, dass andere Diagnosen wahrscheinlicher sind und zusätzliche Untersuchungen zur koronaren Herzkrankheit nur unter besonderen Umständen durchgeführt werden sollten. Die Nützlichkeit nichtinvasiver Tests ist am größten, wenn die Vortestwahrscheinlichkeit > 15% beträgt. Wenn die Vortestwahrscheinlichkeit 5 bis 15% beträgt, sollten folgende weitere Parameter mitberücksichtigt werden, um die klinische Wahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit zu beurteilen:

1. Risikofaktoren
2. Anamnese und Status
3. EKG-Erkenntnisse
4. Echokardiographische Befunde.

Die klinische Wahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit steigt mit der Anzahl der Faktoren, die mit der koronaren Herzkrankheit übereinstimmen. Die klinische Wahrscheinlichkeit einer koronaren Herzkrankheit ist daher die Summe aus der Vortestwahrscheinlichkeit und den oben genannten Parametern (Risikofaktoren, Anamnese, Status, Ruhe-EKG, Echokardiographie).

Der koronare Kalzium-Score kann bei der Beurteilung der klinischen Wahrscheinlichkeit auch berücksichtigt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass einige Patienten trotz hochgradiger atherosklerotischer Plaques eine geringe Kalziumkonzentration aufweisen, weshalb der Kalzium-Score nicht zum Ausschluss einer koronaren Herzkrankheit verwendet werden kann.

Sensitivität und Spezifität des Belastungstests

Sensitivität und Spezifität werden häufig verwendet, um die Genauigkeit einer bestimmten Diagnosemethode zu beschreiben. Diese Maße können wie folgt definiert werden:

Sensitivität	Der Anteil derjenigen mit der Krankheit, die von der Methode detektiert werden.
Spezifität	Der Anteil derjenigen, die gesund sind und richtig als solche klassifiziert werden.

Die Sensitivität und Spezifität von Belastungstests hängt von mehreren Variablen ab, wie der Prävalenz der Erkrankung in der Bevölkerung, den verwendeten Kriterien und so weiter. In der Summe zeigt die wissenschaftliche Evidenz, dass bei Belastungstests die Sensitivität 60—75% und die Spezifität 60—85% beträgt. Allerdings ist die Sensitivität geringer bei Patienten mit Eingefäßerkrankung (<50% Sensitivität) und höher in Patienten mit Dreigefäßerkrankung oder koronarer Erkrankung des linken Hauptstammes (>85% Sensitivität).