Anti-G-Schutz mit Druckbeatmung –
ist dies der Weisheit letzter Schluss? (Vortrags-Abstract)

Carla Ledderhos^a, Michael Nehring^b, Frank Weber^a, André Gens^a

^a Bis 2021 Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Bundeswehr, Fürstenfeldbruck

^b Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe, Königsbrück

Einleitung

Mit dem zunehmenden Leistungsvermögen hochagiler Luftfahrzeugmuster der neuesten Generationen wurde der Schutz der Piloten vor zu hohen Beschleunigungen zum A und O für deren Betrieb. Die herkömmliche Anti-G-Hose reichte hierfür nicht mehr aus. Sie wurde nach und nach von komplexen Anti-G-Schutzsystemen abgelöst, die zumeist auf eine positive Druckbeatmung (positive pressure breathing for g-protection (PPG)) zurückgreifen. Dies brachte einen Zugewinn an G-Toleranz und eine Verringerung der mit den ansonsten notwendigen Anti-G-Straining Manövern einhergehenden Ermüdung der Piloten mit sich.

Allerdings hat diese Form der kontinuierlichen Druckatmung, die im Eurofighter in Abhängigkeit von der G_z-Belastung bis zu 60mmHg erreichen kann, auch einige unerwünschte Nebenwirkungen, die in vergangenen Vergleichsuntersuchungen verschiedener Anti-G-Anzüge als flugsicherheitsrelevant eingestuft wurden. Hier sind vor allem ein mit ihr einhergehender, zum Teil heftiger Armpain, die Beeinträchtigung der Sprachverständigung, Ohr- und Sinusblöcke, sowie Nebenwirkungen auf das Atmungssystem zu nennen. Der relativ hohe Druck und die trockene Luft führen zu mechanischen Irritationen in den zuführenden Atemwegen. Die Ausatmung ist erschwert und der normale Aktivitätszyklus der Atmung mit aktiver Inspiration, d. h. Einatmung durch Unterdruck und passiver Exspiration, wird umgekehrt. Durch die Dislokation von Lungengewebe infolge der G_z-Beschleunigung und den hohen Druck kommt es zur Dehnung und Weitung der apikalen Alveolen mit der Gefahr für einen Spontanpneumothorax und die Ausbildung eines subpleuralen Emphysems¹.

Obwohl valide Studien zu gesundheitlichen Auswirkungen der PPG insbesondere auf das Atmungssystem im fliegerischen Kontext bisher fehlen, weiß man aus klinischen Settings, das eine positive Druckbeatmung mit weitaus geringeren Drücken als sie in der Luftfahrt gebräuchlich sind, bereits zu einer Lungenschädigung führt. Daher wäre ein Anti-G-Anzug, der auf eine solche Atmungsform verzichtet und dennoch einen verlässlichen Anti-G-Schutz bietet, zweifellos erstrebenswert.

„G-RAFFE“ – Alternatives Anti-G-Schutzsystem ohne PPG

Genau diese Bedingung erfüllt der Anti-G-Anzug „G-RAFFE“ der Fa. G-NIUS. Der von Andreas Reinhard (iii-solutions) im Auftrag von G-NIUS Ltd. entwickelte pneumatische Ganzkörperanzug (Abbildung 1) erbringt seinen G-Schutz ohne jegliche Atemunterstützung. Bei einer ersten Potenzialabschätzung des Prototyps am Ende seiner Entwicklung im Jahr 2013 punktete dieser mit seinem geringen Gewicht, einem sehr guten Tragekomfort mit ausgesprochen guter Bewegungsfreiheit und einem sehr schnellen Ansprechverhalten. Überdies zeigte er eine gute Performance im Vergleich zum gegenwärtig im Eurofighter geflogenen System „Aircrew Equipment Assembly (AEA)“ der Fa. BAeS.

Abb. 1: Testkonfiguration der Anzüge: A: „G-RAFFE“ (G-NIUS) mit Full Coverage Anti-G Suit, ASP Man Portion, Fliegerhelm, Maske und Stiefeln. B: „AEA“ (BAeS) mit Flightsuit – Light Weight Coverall (LWC), Full Coverage Anti-G-Trousers (FCAGT) und Flightjacket mit Chest Counter Pressure Bladder (CCPB) und ASP Man Portion sowie Fliegerhelm mit der Maske für die Druckbeatmung.

Mit der Kommerzialisierung dieses Prototyps durch die G-NIUS Ltd. gibt es derweil ein marktverfügbares Produkt, dessen Leistungsvermögen das Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Lw (ZentrLuRMedLw) im Auftrag von Kommando Luftwaffe (KdoLw) in der nachfolgend beschriebenen umfangreichen Untersuchung im Vergleich mit dem gegenwärtig in der Luftwaffe genutzten „AEA“ der Fa. BAeS erprobte (Abbildung 1).

Fragestellungen

Neben der Klärung der Frage, ob mit „G-RAFFE“ ein verlässlicher G-Schutz zu erreichen ist, war es Ziel der Studie, subjektive Aussagen von Luftfahrzeugführern (LFF) und Novizen zur funktionalen und ergonomischen Bewertung des Anti-G-Anzuges „G-RAFFE“ im Vergleich zum „AEA“ zu gewinnen und diese begleitend durch ein Monitoring der Parameter der Herz-Kreislauf-Funktion während der Zentrifugenfahrten zu objektivieren.

Methodik

Nach positivem Votum der zuständigen Ethikkommission nahmen insgesamt 41 Probanden - 19 Luftfahrzeugführer (LFF) sowie 22 Novizen² – mit gültiger Wehrfliegerverwendungsfähigkeit an der Studie in der Humanzentrifuge (HZF) des ZentrLuRMedLw in Königsbrück teil. Zunächst wurden die sog. „natürliche“ G-Toleranz bestimmt und ein bzw. zwei frei gestaltbare, nicht bewertete Familiarisierungsläufe mit den für die jeweiligen Teilnehmer unbekannten Anzügen („G-RAFFE“ bei LFF, „AEA“ und „G-RAFFE“ bei Novizen) durchgeführt. Im Anschluss daran wurden mit jedem Anzug in randomisierter Anzugfolge je ein Linear- und Stufenprofil, sowie ein anspruchsvolles Exhausting Simulated Aerial Combat Maneuvers (ESACM) absolviert. Die jeweiligen Beschleunigungsprofile zeigt Abbildung 2.

Alle Runs wurden mit dem in der HZF implementierten Aufzeichnungssystem dokumentiert. Überdies wurden die G_z-Belastung, das EKG sowie die Pulswelle mit einem separaten Rechnersystem aufgezeichnet und Befragungen zur funktionalen und ergonomischen Bewertung beider Anzugsysteme durchgeführt und systematisch ausgewertet

Abb. 2: Übersicht über die Wertungsläufe (links: Passives Linearprofil (0,1 G_z/s), Mitte: Aktives Stufenprofil (5, 7, 9 G_z, 6 G_z/s) für 15 s, dazwischen 2 min Pause, dabei Befragung; rechts: nach G-Awareness-Exercise aktives Flugprofil (ESACM) über 150 s mit Lastwechseln zwischen 4– 9 G_z, im Anschluss Befragung

Ergebnisse

Trotz nur kurzer Familiarisierung konnten die Probanden alle Leistungsanforderungen mit „G-RAFFE“ erfüllen.

Dabei waren die erbrachten Leistungen von LFF und Novizen im Vergleich zum „AEA“ gleichwertig oder besser und die Herz-Kreislaufbelastung insbesondere bei den anspruchsvollen Profilen (Stufenprofil und ESACM) mit hoher G-onset-Rate deutlich und statistisch gesichert geringer.

Subjektiv wurde „G-RAFFE“ hinsichtlich G-Schutz, Gefühl der Sicherheit, Effort, Aufmerksamkeitsbedarf für das Anti-G-Manöver, Verzögerungen im Druckaufbau und Armpain sowie der körperlichen Verfassung bzw. Erschöpfung nach dem Run von den Teilnehmern klar besser bewertet als der „AEA“-Vergleichsanzug. Auch dieser Unterschied ließ sich statistisch sichern.

Hinsichtlich der Frage, welches System die Studienteilnehmer subjektiv bevorzugen würden, wählten 75 % von ihnen das aktuell in der Luftwaffe geflogene System ab, 15 % trafen keine klare Entscheidung und 10 % sprachen sich für „AEA“ aus.

Fazit

Ohne Frage belegen die Daten der vorliegenden Studie, dass der Anti-G-Anzug „G-RAFFE“ das Potenzial hat, Piloten von Hochleistungsflugzeugen der neuesten Generation auch ohne die Implementierung einer positiven Druckbeatmung einen verlässlichen G-Schutz zu bieten und sie effektiv bei ihrer Auftragserfüllung zu unterstützen. Insbesondere reduziert er die in vergangenen Vergleichsuntersuchungen mit „AEA“ identifizierten und als flugsicherheitsrelevant bewerteten Defizite wie Armpain und eingeschränkte Sprachverständlichkeit.

Damit weisen die vorliegenden Befunde diesen Anzug als relevantes alternatives System aus, das sowohl präventivmedizinisch als auch hinsichtlich der Flugsicherheit Vorteile gegenüber dem im Moment im Hochleistungsflugbetrieb der Luftwaffe im Einsatz befindlichen Anti-G-Schutzsystem hat.

Für die Verfasser

Oberfeldarzt a. D. Priv.-Doz. Dr. med. habil.
Carla Ledderhos

Neuenkirchen

E-Mail: c_ledderhos@gmx.de

Vortrag bei der 66. Fliegerarzttagung der Bundeswehr in Bonn (8. bis 11. November 2021)