Der Preis der Geschwindigkeit – Flüssigkeits- und Energiebilanz beim Marsch mit Last

The Price of Speed – Fluid and Energy Balance when Marching with External Loads

Leonard Stratmann^a, Ulrich Rohde^a, Manuela Andrea Hoffmann^a,b

^a Institut für Präventivmedizin der Bundeswehr, Koblenz

^b Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsmedizin Mainz

Zusammenfassung

Diese experimentelle Laboruntersuchung analysierte den Einfluss zweier unterschiedlicher Fußmarschgeschwindigkeiten auf den Flüssigkeitsverlust und den Energieverbrauch unter kontrollierten Umgebungsbedingungen in einer Umweltsimulationskammer (25 °C, 60 % relative Feuchte). 19 männliche Soldaten marschierten 6 km bei zwei Geschwindigkeiten (4,5 km/h und 6,0 km/h), wobei eine konstante Last von 32 kg getragen wurde.

Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede in der Flüssigkeits- und Energiebilanz zwischen den beiden Geschwindigkeiten. Die höhere Marschgeschwindigkeit führte zu einem im Verhältnis zum Zeitvorteil überproportional starken Anstieg des Flüssigkeitsverlusts und des Energieverbrauchs. Diese Erkenntnisse bieten wertvolle Daten zur Optimierung der Einsatzplanung und der militärischen Logistik, insbesondere bei warmen klimatischen Bedingungen, und können als Grundlage für die Entwicklung optimierter Versorgungsstrategien dienen.

Schlüsselwörter: Militärischer Marsch, Einsatzplanung, Belastung und Beanspruchung, Energieverbrauch, Flüssigkeitsbilanz, Human Performance Optimization

Summary

This experimental laboratory study examined the effect of two different marching speeds on fluid loss and energy expenditure under controlled environmental conditions (25 °C, 60 % relative humidity). Nineteen male soldiers marched 6 km at two speeds (4.5 km/h and 6.0 km/h) while carrying a constant load of 32 kg. The results showed significant differences in both fluid balance and energy expenditure between the two speeds. The higher marching speed resulted in a disproportionately large increase in both fluid loss and energy consumption compared to the time advantage gained. These findings provide valuable data for optimizing operational planning and military logistics, particularly in warm climates, and can serve as a foundation for developing improved supply strategies.

Keywords: military march; operational planning; load and strain; energy expenditure; fluid balance; human performance optimization

Einleitung und Hintergrund

Marschieren mit militärtypischen Lasten von 30 bis 50 kg und mehr zählt bis heute zu den am höchsten belastenden Tätigkeiten von Soldatinnen und Soldaten im Gefechtsdienst [1][19]. Aufgrund der meist langen Belastungsdauer führen Märsche zu einer erheblichen physiologischen Beanspruchung. Da der Marsch im Einsatzfall nicht Selbstzweck ist, sondern dem Erreichen eines Auftragsziels dient, ist es aus wehrmedizinischer Sicht entscheidend, die Belastung so zu steuern, dass Soldatinnen und Soldaten auch nach dessen Abschluss über ein uneingeschränktes oder nach kurzer Ruhephase wiederhergestelltes Leistungsvermögen verfügen.

Einflussgrößen für die Belastung

Die Energie- und Flüssigkeitsbilanz spiegelt zentrale Aspekte des Stoffwechsels und der Homöostase wider [13][18]. Ihre Analyse kann daher Hinweise auf die physiologischen Anforderungen und Anpassungsprozesse des Organismus unter Belastung liefern. Die Gesamtbelastung bei Fußmärschen wird durch verschiedene Einflussgrößen bestimmt (Abbildung 1):

• die Isolationseigenschaften von Bekleidung und Ausrüstung,
• das vorherrschende Klima,
• die Marschgeschwindigkeit,
• die mitgeführte Last sowie
• die Beschaffenheit des Terrains.

Einige dieser Faktoren sind vom Auftrag vorgegeben und nur begrenzt beeinflussbar. So führt beispielsweise das Tragen ballistischer Schutzausstattung zu einer erhöhten Isolation und zusätzlicher Last, was sich unmittelbar auf die Belastungsintensität auswirkt [12][14]. Andere Faktoren – insbesondere die Marschgeschwindigkeit – können im Rahmen der Auftragstaktik in gewissem Umfang gesteuert werden und sind damit eine potenziell regulierbare Belastungsgröße.

Darüber hinaus wirkt dieselbe Belastung nicht auf alle Personen in gleichem Maße [20]. Individuelle Faktoren wie Schlafqualität, Ernährungs- und Hydratationszustand, Trainingszustand, Motivation und psychische Resilienz beeinflussen die Beanspruchungsreaktionen [4][7][11] (Abbildung 1) und damit auch den Energie- und Flüssigkeitshaushalt. Ein übermäßiger Energieverbrauch oder ein erheblicher Flüssigkeitsverlust kann aufgrund von Substratmangel im Energiestoffwechsel und Dehydratation zu einem beschleunigten Ermüdungseintritt und Leistungsabfall führen. Wie dargestellt, kann die Belastungsintensität durch die Veränderung der Marschgeschwindigkeit innerhalb der Grenzen der Auftragserfordernisse beeinflusst werden.

Abb. 1: Die Intensität einer Marschbelastung wird durch mehrere Faktoren bestimmt, die unterschiedlich gut beeinflussbar sind. Zudem bewirken gleiche Belastungsintensitäten aufgrund zahlreicher individueller Einflussfaktoren unterschiedliche Beanspruchungsreaktionen. Belastungen können dabei durch Tätigkeitsanalysen und systematische Untersuchungen erfasst werden.

Kaum Erkenntnisse für aktuelle Bekleidung und Ausrüstung

In früheren eigenen Marschuntersuchungen mit Lasten konnte ein möglicherweise einsatzrelevanter Effekt beobachtet werden: Ausgehend von einer Geschwindigkeit von 1,5 km/h und einer Steigerung um jeweils 1,5 km/h alle 4 min stieg die Herzfrequenz als Marker physiologischer Beanspruchung beim Wechsel von 4,5 auf 6,0 km/h überproportional stark an [21]. Das Augenmerk dieser Untersuchung lag jedoch nicht auf Flüssigkeitsverlust und Energieverbrauch. Hierzu liegen bislang nur wenige systematische Daten vor, die einen Zusammenhang unter realitätsnahen, militärischen Bedingungen auch über einen längeren Untersuchungszeitraum quantifizieren. Die bisherige Forschung konzentriert sich überwiegend auf sportwissenschaftliche Untersuchungen und kann daher nur eingeschränkt auf Gepäckmärsche mit militärtypischen Lasten übertragen werden. Die bisher veröffentlichten militärischen Untersuchungen extrapolieren den Energieverbrauch aus nur 2–3 Minuten langen Belastungsstufen [8][16] oder führen einzelne PeakVO₂-Messungen zu definierten Zeitpunkten durch [10].

Forschungsziel: Optimierung von Einsatztaktik und Logistik

Das Fehlen solcher spezifischen Daten, insbesondere für den bis Ende 2025 bundesweit eingeführten Kampfbekleidungssatz Streitkräfte (KBS-SK) und die modulare ballistische Schutz- und Trageausstattung (MOBAST), bedeutet eine relevante Forschungslücke. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es daher, den Einfluss unterschiedlicher Marschgeschwindigkeiten auf den Energieverbrauch und den Flüssigkeitsverlust unter kontrollierten Bedingungen zu analysieren. In dieser Teilauswertung eines laufenden Sonderforschungsprojekts wurden zwei Marschbedingungen miteinander verglichen: ein 6-km-Marsch mit 4,5 km/h versus ein 6,0-km-Marsch mit 4,5 km/h, bei konstanter Last und gleichbleibenden Umgebungsbedingungen.

Die gewonnenen Daten sollen eine erste quantitative Grundlage zur Optimierung einsatztaktischer und logistischer Konzepte liefern – etwa zur Planung zusätzlicher Verpflegung oder Wasserbevorratung für besonders beanspruchtes Personal – und zugleich anwendergerecht aufgearbeitet dienen als Entscheidungshilfe für Vorgesetzte, Ausbilder und Führer vor Ort.

Methodik

Neunzehn freiwillige Probanden absolvierten zwei Marschdurchgänge über jeweils 6 km. Eingeschlossen wurden männliche, aktive Soldaten im Alter zwischen 18 und 40 Jahren ohne bekannte Vorerkrankungen, die die körperliche Leistungsfähigkeit beeinträchtigen könnten, sowie ohne regelmäßige Medikamenteneinnahme.

Versuchsanordnung

Die Versuche wurden unter kontrollierten Umgebungsbedingungen, bei einem in Deutschland häufig vorkommenden Vergleichsklima entsprechend einem Sommertag (25 °C, 60 % relative Luftfeuchte) in einer Umweltsimulationskammer auf einem motorisierten Laufband (Gerät: Pulsar 3p, Fa. h/p/cosmos sports & medical gmbh, Nussdorf-Traunstein, DE) durchgeführt.

Alle Probanden trugen einheitlich Kampfhose und Combat-Shirt aus dem Kampfbekleidungssatz der Streitkräfte sowie den individuell angepassten Hüftgurt und die Weste der MOBAST (Modulare ballistische Schutz- und Trageausstattung). Die Gesamtlast lag bei 32 kg. Dieses Bekleidungsensemble mit der resultierenden Gesamtlast wurde aus Tätigkeitsanalysen mit Fallschirmjägern und spezialisierten Einheiten des Heeres, bei Vorgabe einer Durchhaltefähigkeit von 24 h, als Mindestanforderung abgeleitet. Die Marschgeschwindigkeiten betrugen 4,5 km/h und 6,0 km/h. Die Reihenfolge der Geschwindigkeiten wurde randomisiert und balanciert variiert, um Reihenfolgeeffekte zu minimieren.

Messparameter

Die Bestimmung von Körpergewicht und Körperzusammensetzung erfolgte mithilfe einer bioelektrischen Impedanzanalyse an einer Körperanalysewaage (Gerät: MC-780, Fa. TANITA Europe, Amsterdam, NED). Bei diesem Verfahren wird ein schwacher, nicht wahrnehmbarer Wechselstrom durch den Körper geleitet. Auf Grundlage des elektrischen Widerstands (Impedanz) der verschiedenen Gewebe werden Körperwasser, fettfreie Masse und daraus der Körperfettanteil geschätzt.

Die Sauerstoffaufnahme (VO₂) und die Kohlendioxidabgabe (VCO₂) wurden während des gesamten Marsches kontinuierlich mittels portabler Spiroergometrie (Gerät: MetaMax 3B, Fa. Cortex Biophysik, Leipzig, DE) erfasst. Auf Grundlage dieser Messwerte wurde nach der Methode der indirekten Kalorimetrie der Energieverbrauch berechnet [15], ein Mittelwert für jede Minute ab Marschbeginn gebildet und diese Mittelwerte über die Marschdauer von 80 bzw. 60 min aufaddiert. Zusätzlich wurde der normierte Energieverbrauch pro Stunde berechnet.

Die Flüssigkeitsbilanz wurde über die Differenz der Körpermasse unmittelbar vor dem Marsch und nach dem Untersuchungsende sowie über die während der Belastung protokollierte Trink- und Ausscheidungsmenge bestimmt. Aufgrund einer nach dem 6 km Marsch in beiden Bedingungen durchgeführten körperlichen Ausbelastung, die jedoch nicht Gegenstand dieser Auswertung ist, konnte die Flüssigkeitsbilanz nicht wie der Energieumsatz explizit für die Marschdauer erhoben werden, sondern nur für die Gesamtuntersuchung, die einen bis zu 10 Min längeren Zeitraum umfasste als der Marsch. Hieraus wurden die Nettobilanz, die Flüssigkeitsverlustrate pro Stunde und der prozentuale Anteil des Flüssigkeitsdefizits an der Körpermasse berechnet.

Statistische Verfahren

Die Mittelwerte (M) und Standardabweichungen (SD) beider Marschgeschwindigkeiten wurden mittels gepaarter t-Tests (α = 0,05) verglichen. Für signifikante Unterschiede wurde die Effektstärke nach Cohen’s d berechnet. Zusätzlich wurden Korrelationsanalysen zwischen Anteil der Gesamtlast am Körpergewicht und Flüssigkeitsverlust sowie zwischen Trinkmenge und Flüssigkeitsverlust sowie zwischen Flüssigkeitsverlust und Energieverbrauch durchgeführt.

Ergebnisse

Die Stichprobe umfasste 19 männliche Probanden. Das durchschnittliche Alter betrug M = 29,4 Jahre (SD = 6,70), die Körperhöhe M = 182,5 cm (SD = 5,64) und die Körpermasse M = 84,0 kg (SD = 11,26). Der durchschnittliche Körperfettanteil lag bei M = 16,4 % (SD = 3,69).

Die durchschnittliche Gewichtslast aller Marschversuche betrug M 32,0 kg (SD 0,15 kg). Dies entsprach M 38,6 % des Körpergewichts der Probanden bei einer SD von 4,7 %.

Die Auswertung zeigte signifikante Unterschiede in der Flüssigkeits- und Energiebilanz zwischen den beiden Marschgeschwindigkeiten (vgl. Abbildung 2). Bei der Nettobilanz ergab sich eine negative Bilanz sowohl nach absolviertem Marsch in einer Geschwindigkeit von 4,5 km/h mit M -1100 ml (SD 381,2), als auch von 6,0 km/h mit M -1253 ml (SD 342,2) mit einer Tendenz zu einem höheren Verlust bei der schnelleren Geschwindigkeit, jedoch ohne statistische Signifikanz (einseitiges p = 0,101).

Es zeigte sich bei Betrachtung aller Marschversuche unabhängig von der Geschwindigkeit eine moderate positive Korrelation zwischen dem Anteil der getragenen Last an der Körpermasse und der Nettobilanz, r = 0,537, n = 38, p < 0,001. Die aufgenommene Trinkmenge unterschied sich nicht signifikant zwischen den Marschgeschwindigkeiten bei M_4,5 175 ml (SD 191,3) vs. M_6,0 172 ml (SD 186,2). Es bestand keine Korrelation zwischen dem Anteil der Last an der Körpermasse und der Trinkmenge (r = −0,054). Bei Normierung als Flüssigkeitsverlustrate (ml/h) zeigte sich ein signifikanter Unterschied (einseitiges p < 0,001) zwischen den Bedingungen mit 825 ml/h (SD 285,9) bei 4,5 km/h zu 1253 ml/h (SD 342,2) bei 6,0 km/h. Zudem bestand eine moderate positive Korrelation in den Marschversuchen zwischen der Flüssigkeitsverlustrate und dem Energieverbrauch (r = 0,80, n = 38, p < 0,001).

Der Flüssigkeitsverlust machte bei 4,5 km/h im M 1,30 % (SD 0,378) und bei 6,0 km/h im M 1,48 % (SD 0,309) des Körpergewichts der Probanden aus. Der Unterschied war grenzwertig nicht signifikant (einseitiges p = 0,055). Der Gesamtenergieverbrauch (kj) fiel trotz 20 min längerer Belastungsdauer nach mit 4,5 km/h absolvierter Marschtrecke mit im M 2472 kj (SD 301,5) niedriger aus als nach dem Marsch mit 6,0 km/h mit M 2745 kj (SD 302,6). Der Unterschied war statistisch signifikant (zweiseitiges p < 0,001) und wies eine hohe Effektstärke auf (Cohen’s d = 1,45).

Bei Normierung als Energieverbrauchsrate (kj/h) stehen im M_4,5 1854 kj/h (SD 226,1) gegen M_6,0 2745 kj/h (SD 302,6). Im t-Test zeigt sich ein signifikanter Unterschied (zweiseitiges p < 0,001) mit sehr hoher Effektstärke ­(Cohen’s d = 4,95).

Diskussion

Mit dieser Teilauswertung einer laufenden Studie liegen erstmals systematisch erhobene Daten zur Flüssigkeits- und Energiebilanz beim Marschieren mit dem neuen Bekleidungsensemble (KBS-SK) und der Schutzausstattung (MOBAST) vor. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Marschgeschwindigkeit sowohl der normierte Flüssigkeitsverlust als auch der Energieverbrauch signifikant ansteigen.

Ein Erhöhen der Marschgeschwindigkeit von 4,5 auf 6,0 km/h (+33 %) führte zu einem Anstieg der Flüssigkeitsverlustrate von +428 ml/h (+52 %) und des Energieumsatzes von +891 kj/h (+48 %). Der Anstieg fällt also überproportional stark zum resultierenden Zeitvorteil aus. Die physiologische Relevanz wird auch dadurch verdeutlicht, dass der Nettoflüssigkeitsverlust und der Gesamtenergieverbrauch beim 6 km Marsch mit 6,0 km/h höher ausfielen als beim Marsch mit 4,5 km/h, trotz der 20 min kürzeren Belastungszeit.

Die höhere Flüssigkeitsverlustrate kann zu einer schnelleren Dehydratation beitragen, insbesondere in heißen und trockenen Umgebungen. Eine relevante Dehydratation ab 2 % der Körpermasse kann wiederum die körperliche Leistungsfähigkeit, Konzentration und Reaktionsfähigkeit negativ beeinflussen [3][7] – Faktoren, die im militärischen Einsatz von größter Bedeutung sind.

Der gesteigerte Energieverbrauch kann zu einer schnelleren Ermüdung bis hin zur Erschöpfung beitragen [2], was die Leistungs- und Durchhaltefähigkeit von Soldaten beeinträchtigen kann, wenn keine ausreichende Anschlussversorgung und Erholungsphase erfolgen.

Praktische Konsequenzen für die militärische Einsatzplanung

Besonders bei Einsätzen in heißen oder extremen Klimabedingungen ist der Flüssigkeitsverlust ein kritischer Faktor. Die Bereitstellung ausreichend viel Trinkwasser und die Planung von Pausen, in denen die Soldaten ihre Flüssigkeits- und Nahrungsreserven auffüllen können, sind essenziell. Zudem sollte, wo möglich, die Belastungsintensität angepasst werden.

Die Soldaten tranken in beiden Marschversuchen nicht genug, um den entstehenden Flüssigkeitsverlust vollständig auszugleichen, was die Bedeutung einer kontinuierlichen Nachversorgung und des Trinkens auch ohne Durstgefühl unterstreicht.

Limitationen und weiterführende Forschung

Die vorliegende Studie weist einige Einschränkungen auf, die in zukünftigen Forschungen berücksichtigt werden sollten. Mit den vorgestellten Studienbedingungen konnten bislang nur zwei der zahlreichen möglichen Belastungsbedingungen unterschiedlicher Intensität, die aus den vorgestellten belastungsdefinierenden Kenngrößen (Abbildung 1) resultieren, untersucht werden. Hier wird man sich immer auf die aus Tätigkeitsanalysen abgeleiteten, häufig beobachteten Belastungsbedingungen beschränken müssen. Mittelfristig werden wir hierzu beitragen und weitere Last- und Klimabedingungen untersuchen.

Wir untersuchten eine relativ homogene Probandengruppe, die ausschließlich aus männlichen Soldaten bestand, was die Generalisierbarkeit der Ergebnisse einschränkt. Die Einbeziehung von Frauen in zukünftige Studien ist erforderlich. Allerdings ist die relativ geringe Repräsentation von Frauen in den Streitkräften (nur etwa 14 % [9]) eine Herausforderung für die Rekrutierung von Probanden. Darüber hinaus müssen möglicherweise in einem angepassten Studienprotokoll spezifische physiologische Besonderheiten berücksichtigt werden, wie z. B. zyklusbasierte Schwankungen der Thermoregulation und hormonelle Veränderungen, die die Reaktionen auf körperliche Belastung beeinflussen könnten [5][6].

Abb. 2: Boxplots zu: A – Nettobilanz in ml nach einem 6-km-Marsch in beiden Bedingungen. B – Flüssigkeitsverlustrate in ml/h beim Marsch mit 4,5 oder 6,0 km/h. C – Gesamtenergieverbrauch in kJ nach 6 km Marschstrecke mit 4,5 oder 6,0 km/h. D – Energieverbrauchsrate in kJ/h beim Marsch mit 4,5 oder 6,0 km/h.
Die Box repräsentiert den Interquartilsbereich (IQR) zwischen dem ersten und dem dritten Quartil, mit einer Linie im Inneren für den Median. Die Whiskers erstrecken sich bis zu 1,5-mal dem IQR der Quartile, und Punkte außerhalb dieser Bereiche sind Ausreißer. ** = p < 0,001.

Um auch den Einfluss unterschiedlicher Terrainbedingungen beurteilen und die Laborergebnisse validieren zu können, sollten unsere Erkenntnisse zudem in Felduntersuchungen überprüft werden, um die Belastungen unter möglichst realistischen Einsatzbedingungen zu erfassen.

Fazit

Zusammenfassend zeigt diese Untersuchung, dass höhere Marschgeschwindigkeiten zu einer signifikant erhöhten physiologischen Beanspruchung führen. Sowohl der Flüssigkeitsverlust als auch der Energieverbrauch steigen bei einem von 4,5 auf 6,0 km/h forcierten Marschtempo überproportional stark zum resultierenden Zeitvorteil an, was direkte Konsequenzen für die militärische Einsatzplanung hat.

Dies soll keinesfalls zu niedrigeren Anforderungen im Ausbildungs- und Übungsbetrieb führen, sondern vielmehr zu einer informierten Entscheidungsfindung von Vorgesetzten, Ausbildern und Führern vor Ort beitragen.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung bilden eine erste quantitative Grundlage für die Optimierung der einsatztaktischen und logistischen Planung. Um die Leistungsfähigkeit von Soldaten bei absehbar hohen Belastungsintensitäten aufrechtzuerhalten, ist es entscheidend, ausreichend Pausen für die Versorgung einzuplanen und eine effiziente Logistik für die Versorgung mit Nahrungsmitteln und Wasser sicherzustellen.

Kernaussagen

• Eine von 4,5 auf 6 km/h gesteigerte Marschgeschwindigkeit erhöht den Energieverbrauch und den Flüssigkeitsverlust überproportional stark gegenüber dem resultierenden Zeitvorteil.
• Der Flüssigkeitsverlust nimmt mit zunehmendem Anteil der Last am Körpergewicht zu.
• Trinken auch ohne Durstgefühl und regelmäßige Nahrungsaufnahme tragen zum Ausgleich der Verluste und damit zum Leistungserhalt bei.
• Informierte Vorgesetzte können durch vorausschauende Auftragsplanung aktiv zum Leistungserhalt der Soldaten beitragen.
• Eine Fortsetzung der Untersuchung soll die Datengrundlage erweitern und zu einer anwendergerechten Planungshilfe führen.

Literatur

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Stellungnahme der Ethikkommission

Das Studienvorhaben wurde durch die Ethikkommission der Landesärztekammer Rheinland-Pfalz unter der Antragsnummer 2024–17745 positiv beurteilt.

Manuskriptdaten

Zitierweise

Stratmann L, Rohde U, Hoffmann MA. Der Preis der Geschwindigkeit – Flüssigkeits- und Energiebilanz beim Marsch mit Last. WMM 2026;70(1–2):41-45.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-816

Für die Verfasser

Oberstabsarzt Leonard Stratmann

Institut für Präventivmedizin der Bundeswehr

Fachbereich A2 – Körperliche Leistungsfähigkeit

Aktienstr. 87, 56626 Andernach

E-Mail: leonardstratmann@bundeswehr.org

Manuscript Data

Citation

Stratmann L, Rohde U, Hoffmann MA. [The price of speed – fluid and energy balance when marching with external loads]. WMM 2026;70(1–2):41-45.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-816

For the Authors

Major (MC) Leonard Stratmann

Institute for Preventive Medicine of the Bundeswehr

Section A2 – Physical Fitness

Aktienstr. 87, D-56626 Andernach

E-Mail: leonardstratmann@bundeswehr.org