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Untersuchung und Förderung der körperlichen Leistungsfähigkeit von Piloten der Luftstreitkräfte der DDR

Dietrich Oswald Wirth*

WMM, 59. Jahrgang (Ausgabe 09-10/2015; S. 324-330)

Zusammenfassung

Das System zur Untersuchung und Förderung der körperlichen Leistungsfähigkeit aller Angehörigen des fliegenden Personals der Luftstreitkräfte der DDR war umfangreich und nach fliegerischen Verwendungen differenziert. Die zentrale Kontrolle erfolgte im Institut für Luftfahrtmedizin (ILM) der Luftstreitkräfte und Luftverteidigung (LSK/LV) in Königsbrück.

Ein fester Bestandteil innerhalb dieses Systems war die spiroergometrische Leistungsprüfung bis zur Maximalbelastung. Sie diente sowohl der flugmedizinischen Begutachtung, als auch der selektiven Kontrolle des psychophysischen Konditionszustandes der Flugzeugführer auf Jagd- und Transportflugzeugen, der Hubschrauberführer und der Offizierschüler in Ausbildung zum Flugzeug- oder Hubschrauberführer. Sie wurde generell ärztlich unter Online-Kontrolle respiratorischer und kardiovaskulärer Parameter überwacht, ihre Ergebnisse elektronisch sowie als Ausdruck dokumentiert und archiviert.

Die ergometrische Leistungsprüfung war im Rahmen der flugmedizinischen Begutachtung auch der Untersuchungsstandard für Piloten anderer Länder, vereinzelt wurden derartige Untersuchungen auch bei Spitzensportlern verschiedener Disziplinen durchgeführt.

Die physische Allgemeinausbildung und zugleich verwendungsspezifische Ausprägung einzelner Fähigkeiten erfolgte in den Fliegertruppenteilen und wurde durch sportliche Intensivlehrgänge im Konditionsheim der LSK/LV ergänzt. Zum Erhalt der erworbenen Fähigkeiten und Fertigkeiten wurden die sportlichen Trainingsformen ständig vervollkommnet und durch physiotherapeutische Maßnahmen und bei Indikation durch psychoregulative Verfahren ergänzt. Die enge Zusammenarbeit der gutachterlich-klinischen Mediziner, Leistungsmediziner, Sportpädagogen und Psychologen förderte die Effektivität des Systems.

Schlagworte: Piloten, Leistungsfähigkeit, Ergometrie, Kondition, Fliegertrainingssport

Keywords: pilots, performance, ergometry, fitness, training, sports

Einführung

In der Liegenschaft des heutigen Flugphysiologischen Trainingszentrums des Zentrums für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe in Königsbrück bei Dresden wurde im Jahre 1961 das Institut für Luftfahrtmedizin (ILM) der Luftstreitkräfte und Luftverteidigung (LSK/LV) der DDR gegründet. Dem ILM oblag die zentrale flugmedizinische Betreuung des fliegenden Personals der Nationalen Volksarmee (NVA), was Auswahl, Wiederholungsuntersuchungen, physiologisches Training, aber auch Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Luft-und Raumfahrtmedizin umfasste.

Ein wesentlicher Schwerpunkt waren Untersuchung und Förderung der körperlichen Leistungsfähigkeit der Piloten der Luftstreitkräfte der DDR. Die hierbei angewandten Techniken, Methoden und Verfahren sollen im Folgenden umrissen und ausgewählte Ergebnisse vorgestellt werden.

Untersuchungsmethoden

Im Rahmen der flugmedizinischen Begutachtung [9, 14] und bei Leistungsauffälligkeiten während der Konditionslehrgänge oder im Fliegertruppenteil wurden kardiorespiratorische (spiroergometrische) Leistungsüberprüfungen bis zur Maximalbelastung auf dem Fahrradergometer durchgeführt. Die apparative Ausrüstung dafür stammte zunächst aus der DDR-Produktion und wurde schrittweise modernisiert. Die Anschaffung eines modernen kardiorespiratorischen Messplatzes war auch eine Konsequenz aus der ersten Etappe der Auswahl von deutschen Kandidaten für einen Raumflug in Königsbrück, bei der die sowjetischen Berater sich dahingehend geäußert hatten, dass die Untersuchungsmöglichkeiten in Königsbrück erweitert und modernisiert werden sollten. So kam es zum Aufbau einer Hochleistungszentrifuge, zum Aufbau einer Höhenklima-Simulationsanlage einschließlich einer Kammer für die schlagartige Dekompression, dem Ersatz des alten spiroergometrischen Messplatzes, der Anschaffung eines automatischen Drehstuhls für Untersuchungen des Gleichgewichtssinnes, einer Neuausstattung des psychologischen Testlabors und weiteren medizintechnischen Modernisierungen (Tabelle 1).

Allen Neuanschaffungen lag die Untersuchungskonzeption [12] zu Grunde, die Angehörigen des fliegenden Militärpersonals unter den Bedingungen auf der Erde maximal, das heißt bis an die individuelle Leistungsgrenze, zu belasten, da ihnen unter diesen Simulationsbedingungen bei Zwischenfällen jederzeit schnell medizinische Hilfe zuteil werden konnte. Für die ergometrische Leistungstestung bedeutete dies eine Fortsetzung der bereits geübten Praxis der Nutzung einer echten Maximalbelastung, also nicht lediglich einer submaximalen Belastung, wie sie damals für Untrainierte und wenig Trainierte üblich war. Bei Personen aus dem zivilen Bereich wurden derartige ergometrische Untersuchungen zur Leistungskontrolle nur vereinzelt bei Spitzensportler der DDR verschiedener Disziplinen durchgeführt, die zeitweise in einer Höhenkammer des ILM in Königsbrück mehrere Stunden täglich ein Höhentraining durchführten.

Spiroergometrische Vita Maxima-Untersuchungen
Grundsätzlich gingen diesem Test allgemeinmedizinische Untersuchungen voraus, die durch die Geschwaderärzte und die Fachvertreter der Flugmedizinischen Kommission des ILM, insbesondere durch Fachärzte für Innere Medizin, Neurologie/Psychiatrie und Orthopädie sowie einen Sportmediziner, der die Konditionslehrgänge betreute, durchgeführt wurden. Nach langjähriger Erfahrung aller beteiligten Fachärzte ergaben sich für eine spiroergometrische Untersuchung die aufgelisteten Indikationen (Tabelle 2), über Kontraindikationen wurde durch die Mediziner der Flugmedizinischen Kommission entschieden.

Apparative Ausstattung des kardiorespiratorischen -Messplatzes [11, 14]
Zur Registrierung der respiratorischen Parameter wurden die Geräte Spirolyt I und II (Gasanalysegerät nach Böhlau, Hersteller VEB JUNKALOR Dessau) eingesetzt; die Kreislauf-Parameter wurden mit einer halbautomatischen Blutdruckmessung am Oberarm und dem Errechnen der Herzschlagfrequenz über fünf Herzperioden ermittelt.

Ab dem Jahre 1980 erfolgte die Messung aller Parameter mit dem kardiorespiratorischen Messplatz SIREGNOST® FD 88 (Firma SIEMENS AG). Dieser bestand aus einem elektrisch gebremsten Fahrradergometer mit drehzahlunabhängiger Leistungsabstufung, einer Gerätekombination zur Erfassung der atemphysiologischen Messgrößen (O2- und CO2-Atemgaskonzentrationen, Atemzugfrequenz und Atemminutenvolumen), einem 3-Kanal-Elektrokardiograph mit Monitor für die Registrierung von drei bipolaren Ableitungen (modifiziert nach NEHB) und einem Messgerät für die automatische Blutdruckmessung (Abbildung 1).

Für die online-Überwachung und den Einsatz bei Reihenuntersuchungen war ein Laborrechner (Hewlett & Packard®) angeschlossen, der für die automatische Datenerfassung, die Datenzwischenspeicherung und die Messwertanzeige diente. Zu ihm gehörten auch ein Bildschirm für die fortlaufende Darstellung der digitalen Parameterwerte, ein Farbplotter für die kumulative Darstellung der Parameterzeitreihen (zum Beispiel der Sauerstoffaufnahme zur besseren Erkennbarkeit des „levelling off“) und ein Drucker für die abschließende Erstellung eines programmierten und archivierfähigen Untersuchungsbefundes. Bei klinischen Fragestellungen wurde ein Mehrkanal-EKG beigestellt, das minimal die periodische Registrierung von Extremitäten-Ableitungen (bei thorakaler Elektrodenapplikation) und der Brustwandableitungen (V2, 4, 5) gestattete. Als Notfallausrüstung standen ein Sauerstoffbeatmungsgerät, ein Defibrillator und Notfallmedikamente zur Verfügung.

Ergometrische Belastungsstruktur [11]
Zur Belastung wurde zunächst ein Fahrradeergometer der Firma Zimmermann, später das Ergometer „Lanoy“ der Firma LODE® (Niederlande) und ab 1980 das Fahrradergometer EMT 369 der Firma SIEMENS AG eingesetzt. Gemäß internationaler Standardisierungsempfehlungen erfolgte die Belastung im Sitzen, beginnend mit 100 Watt über sechs Minuten und danach stufenweise mit Steigerung jeweils 50 Watt über alle ZWEI  Minuten ansteigend bis zur subjektiven Erschöpfung (Abbildung 2).

Der Grad der Ausbelastung wurde anhand von Parametern der Atmung, des Herz-Kreislauf-Systems und des Säure-Basen-Haushaltes durch den betreuenden Arzt beurteilt (Tabelle 3).

Der Abbruch der Belastung erfolgte bei Verneinung einer weiteren Belastungsbereitschaft des Untersuchten, bei Angabe von Beschwerden, aufgrund einer ärztlich beobachteten Erschöpfung des Untersuchten oder durch Anweisung des betreuenden Arztes anhand der registrierten kardiorespiratorischen Werte (Tabelle 4).

Ergänzende biochemische Parametererfassung [10, 11, 17]
Auf der Suche nach der Erkennbarkeit der echten individuellen Maximalbelastung wurden bei speziellen Indikationen auch vor, während und nach der ergometrischen Belastung im unter Verwendung von Finalgon® arterialisierten Kapillarblut aus dem Ohrläppchen oder der Fingerbeere die Parameter des Säure-Basen-Haushaltes mit der Astrup-Mikroeinheit und dem Blutgasautomaten ABL-2 (Firma RADIOMETER®, Kopenhagen) untersucht und das Laktat bestimmt.

Sportliche Leistungsüberprüfungen
Im Interesse einer vielseitigen körperlichen Entwicklung und ihres Erhalts waren die Formen der psychophysischen Konditionierung und ihrer Überprüfung vielfältig [8]. Dazu gehörten verschiedene Formen des sportlichen Trainings sowie der allgemeinen physischen Ausbildung und der körperlichen Aktivität insgesamt, die durch physiotherapeutische Maßnahmen ergänzt wurden. Ebenso waren einige psychoregulative Verfahren integriert. In Abhängigkeit von der fliegerischen Verwendung als Flugzeugführer auf Jagdflugzeugen oder Transportflugzeugen oder als Hubschrauberführer wurden die Schwerpunkte der physischen Ausbildung variiert. So standen bei Flugzeugführern auf Jagdflugzeugen (Jet-Piloten) die Entwicklung der Kraftausdauer und der koordinativen Fähigkeiten (Orientierungs-, Reaktions-, Differenzierungs-, Umstellungs- und Gleichgewichtsfähigkeit) im Vordergrund, bei Flugzeugführen auf Transportflugzeugen (Transportfliegern) etwas mehr die Ausdauer und bei Hubschrauberführern einige koordinative Fähigkeiten. Für alle Verwendungen war die Einbeziehung des sogenannten Fliegertrainingssports militärische Pflicht, für die meisten Flugzeug- und Hubschrauberführer sowie Kandidaten für eine fliegerische Laufbahn (Flugschüler) aber auch ein Vergnügen.

Ergebnisse

Ausgewählte Ergebnisse spiroergometrischer Untersuchungen

Kardiorespiratorische Normwerte

Für die Berechnung von Referenzwerten wurden nur die Untersuchungsergebnisse von klinisch gesunden Personen verwendet, die keine (auch nur geringfügigen) klinischen und/oder konditionellen Auffälligkeiten aufwiesen. Für die Messwerte dieses Personenkreises erfolgten statistische Glättungen der Originalwerte über die verschiedenen Altersgruppen. Die sich ergebenden Werte wurden als „Vitalnorm“ bezeichnet, also als Normwerte einer nach allen medizinisch denkbaren Gesichtspunkten gesunden Population [15]. Als Beispiele sollen die maximale Herzschlagfrequenz je Minute (Abbildung 3) und die Leistungsklassen anhand der maximalen Sauerstoffaufnahme je Minute und Kilogramm Körpergewicht (Tabelle 5) dienen.

Statistische Beziehungen zwischen den Ergebnissen der spiroergometrischen Untersuchung sowie mit einem Stufentest und einem Komplex von Sporttesten

Bei Untersuchungen von 116 gesunden Personen (29,4 ± 4,9 Jahre) wurden die Ergebnisse spiroergometrischer Untersuchungen, des Leistungsindex aus dem Stufentest nach Ruffier (Modifikation von Pfeifer und Bucklisch) und von komplexen Sportprüfungen korrelationsstatistisch miteinander verglichen [19]. Dabei erwiesen sich die Korrelationen zwischen spiro-ergome-trischen Leistungsparametern (maximale ergometrische Leistung, maximale Sauerstoffaufnahme und maximaler Sauerstoffpuls) und dem Leistungsindex des Stufentestes (auf der Grundlage der Messungen der Herzschlagfrequenz) bei seiner zweiten Durchführung als hoch signifikant. Die korrelativen Beziehungen der maximalen spiroergometrischen Leistungskennwerte zu der sportpädagogischen Benotung der Übungen auf der Batude waren gut ausgeprägt, zu den übrigen Sporttestergebnissen nur sehr gering oder nicht vorhanden.

Für die weitgehend fehlenden Korrelationen zwischen den spiroergometrischen Leistungsparametern und verschiedenen Sporttesten sind mehrere Ursachen zu nennen: Erstens ist aus statistischer Sicht der Vergleich von objektiven Messwerten und subjektiven Einschätzungen (Noten) prinzipiell problematisch. Zweitens sind bei den einzelnen Sporttesten verschiedene physische Fähigkeiten bedeutsam, für die Leistungskennwerte bei der ergometrischen Vita Maxima-Untersuchung hingegen vorzugsweise die Ausdauer und Kraftausdauer. Und drittens weisen die verschiedenen sportlichen Leistungen sehr unterschiedliche Änderungen in Abhängigkeit vom Lebensalter auf [15]. So erwies sich beispielsweise die Abnahme der Leistungsfähigkeit besonders dramatisch bei der Anzahl der in 30 Sekunden möglichen Klimmzüge, während die maximale Beschleunigungstoleranz +Gz auf der Humanzentrifuge im Alter von etwa 40 Jahren am besten war (Abbildung 4).

Leistungsbewertende Längsschnittuntersuchungen [16]
Von insgesamt 35 Militärfliegern der Längsschnittuntersuchung gehörten 21 zu einer jüngeren Gruppe, die im Alter von etwa 19 Jahren erstmalig und in der Folge in dreijährigen Abständen untersucht wurden, und 14 zu einer älteren Gruppe, die im Mittel erstmalig im Alter von 32 Jahren und dann alle zwei Jahre untersucht wurde. In der ersten Gruppe nahm die maximale Sauerstoffaufnahme je Kilogramm Körpergewicht im Verlaufe von 18 Jahren von im Mittel 42,0 ± 3,2 ml * (min * kg)-1 auf 37,1 ± 3,6 ml * (min * kg)-1 ab, bei der älteren Gruppe blieb sie im Verlaufe von 16 Jahren mit 36,3 ± 5,6 ml * (min * kg)-1 und 36,2 ± 4,9 ml * (min * kg)-1 praktisch konstant.

Konditionierung[1] des fliegenden Personals [7]

Physische Konditionierung

Die Trainingsmaßnahmen in den Fliegertruppenteilen und im Konditionsheim der LSK/LV wurden systematisch durchgeführt, sportmedizinisch betreut, statistisch ausgewertet und im ILM zusammenfassend bewertet.

Die regelmäßige sportliche Ausbildung erfolgte in den Fliegertruppenteilen, sportliche Intensiv-Lehrgänge fanden im Konditionsheim statt, das dem ILM zugeordnet war (Tabelle 6).

Bei einer erforderlichen Rehabilitation erfolgte die Unterbringung im ILM, wo auch die Rehabilitation mit sportlichen Spezialprogrammen unterstützt wurde.

Bei allen sportlichen Trainingsprogrammen wurde dem sogenannten „Fliegertrainingssport“ mit speziellen Fliegertrainingsgeräten (Batude[2], stehendes Rhönrad[3] und laufendes Rhönrad[4], Triplex[5], Überschlagschaukel, Rotor[6]) besondere Aufmerksamkeit gewidmet.

Psychische Konditionierung

Die physische Konditionierung wurde schrittweise durch Methoden der psychischen Konditionierung ergänzt (Tabelle 7).

In der praktischen psychotherapeutischen Tätigkeit erwies sich – nach einer 15-jährigen Erfahrung – das autogene Training[7] als eine Basismethode bei der Behandlung von Angehörigen des fliegenden Personals mit neurotischen Reaktionen [3]. Empfohlen wurde, die psychotherapeutischen Möglichkeiten des autogenen Trainings, der formelhaften Vorsatzbildung, des mentalen Übens und der Angstdesensibilisierung[8] auf der Vorstellungsebene in der psychotherapeutischen Praxis der Luft- und Raumfahrt verstärkt zu nutzen. Diese  therapeutischen Möglichkeiten waren auch Modell für die arbeitsmedizinische Betreuung von Operateuren an hoch spezialisierten Arbeitsplätzen mit Tätigkeiten unter Zeitnot.

Beschleunigungstoleranz und ihre Einflussfaktoren
Analysen der statistischen Beziehungen zwischen den physischen Leistungsvoraussetzungen und der Beschleunigungstoleranz auf der Humanzentrifuge hatten gezeigt [11, 12, 18], dass eine relativ hohe Beschleunigungstoleranz statistisch (innerhalb der Stichprobe der untersuchten Piloten) korreliert mit

  • einem relativ hohen Lebensalter,
  • einer großen fliegerischen Erfahrung,
  • der Neigung zu einer hypertonen Blutdruckregulation bei Belastung,
  • einem großen Körpergewicht (insbesondere der aktiven Körpermasse),
  • einer geringen Körperhöhe (und einem geringen vertikalen Herz-Augen-Abstand beim aufrechten Sitzen) sowie
  • einer relativ gering entwickelten Langzeitausdauerfähigkeit.

Diskussion

Die Hauptaspekte der leistungsphysiologischen Beurteilung auf der Grundlage der spiroergometrischen Vita Maxima-Untersuchung waren [6, 14]:

  • der Grad der Ausbelastung als Ausdruck des Leistungswillens (Tabelle 3),
  • die ergometrische Leistungsfähigkeit (Parameter: maximale Sauerstoffaufnahme je Minute und kg Körpergewicht),
  • die aerobe Kapazität (Parameter: maximale Sauerstoffaufnahme je Minute und kg Körpergewicht),
  • die kardiovaskuläre Regulationsgüte vor, während und nach maximaler Belastung,
  • die Erholungsfähigkeit (Leitparameter: Herzschlagfrequenz, Sauerstoffaufnahme und respiratorischer Quotient) und
  • das Auftreten beziehungsweise Fehlen pathologischer Zeichen im EKG und im Blutdruckverhalten vor, während und nach Belastung [4, 5].

Eine besondere Bedeutung wurde der Referenzwertproblematik [11, 15] beigemessen, da sich die von allen untersuchten Angehörigen des fliegenden Personals abgeleiteten Normwerte als nicht verwertbar erwiesen. Diese Mittelwerte und ihre Streuungen waren zwar bei klinisch gesunden Personen erhoben worden, das heißt bei Personen, die zum Zeitpunkt der Untersuchung beschwerdefrei und dienstfähig waren. Aber zu diesen gehörten letztlich auch Personen mit geringfügigen klinischen Auffälligkeiten und konditionellen Mängeln. Die von ihnen berechneten Mittelwerte wurden als „Majoritätsnorm“ bezeichnet [11]. Wünschenswert für die leistungsphysiologische Beurteilung waren jedoch Referenzwerte, die von in jeder Hinsicht gesunden und normal leistungsfähigen Personen stammten, weshalb nach dem Vorliegen einer statistisch ausreichenden Anzahl von Untersuchungen die Referenzwerte ohne die Werte von Personen mit geringfügigen klinischen und konditionellen Auffälligkeiten berechnet wurden, als Gesundheitsnorm beziehungsweise als „Vitalnorm“ bezeichnet [15].

Die Berechnung der Referenzwerte für sportliche Leistungstests erfolgte nach dem Prinzip der Majoritätsnorm, da in diesem Fall alle Personen mit gerinereits primär für die Normwertberechnung ausschieden.

Kernaussagen / Fazit

  • Die kardiorespiratorische Vita Maxima-Untersuchung hatte sich im System der jährlichen flugmedizinischen Begutachtung und der periodischen Kontrolle und Steuerung des psychophysischen Konditionszustandes des fliegenden Militärpersonals der NVA etabliert.
  • Die willentliche maximale ergometrische Selbstbelastung, ärztlich überwacht, gestützt durch eine online-Erfassung kardiorespiratorischer Messwerte, wurde als eine wichtige Voruntersuchung für maximale Belastungstests unter luftfahrtspezifischen Bedingungen (Beschleunigung, Hypoxie) betrachtet.
  • Die enge kollegiale Zusammenarbeit der gutachterlich-klinischen tätigen Mediziner, Leistungsmediziner, Sportpädagogen und Psychologen förderte die Effektivität des Systems der psychophysischen Leistungskontrolle und -förderung des fliegenden Militärpersonals.
* Der Autor ist Facharzt für Physiologie und war von 1961 bis 1988 als Wissenschaftler am Institut für Luftfahrtmedizin (ILM) der Luftstreitkräfte und Luftverteidigung der DDR in Königsbrück tätig.Er leitete von 1969 bis 1978 das klinisch-physiologische Labor und war von 1979 bis 1988 Leiter der funktionsdiagnostischen Abteilung des ILM. Seit 1980 lehrte er Arbeitsphysiologie und von 1988 - 2002 Physiologie an der Technischen Universität Dresden.

[1] Unter Konditionierung wurden die systematischen sportlichen Vorbereitungsmaßnahmen des fliegenden Personals verstanden, die alle physischen und psychischen Trainingsmaßnahmen zusammenfassten.

[2] Als Batude wird ein fest in einem Metallrahmen an Metallfedern gespanntes kreisrundes Sprungtuch bezeichnet, auch Trampolin genannt, auf dem man aktiv Sprungübungen verschiedenster Art ausführen kann.

[3] Das stehende Rhönrad besteht aus einem Metallrad mit einer horizontalen Achse in einem Metallgestell, in dem der Trainierende in der Frontalebene breitbeinig steht und durch seitliche Schwergewichtsverschiebungen sich in seiner Frontalebene drehen kann.

[4] Das laufende Rhönrad besteht aus einem frei beweglichen Metallrad, in dem der Trainierende in der Frontalebene breitbeinig steht und durch seitliche Schwergewichtsverschiebungen sich mit dem Rhönrad in seiner Frontalebene drehen kann.

[5] Das Trainingsgerät Triplex besteht aus drei großen Metallringen mit etwas unterschiedlichem Durchmesser, deren Drehachsen ineinander gegenseitig kardanisch montiert sind, so dass der im innersten Ring breitbeinig stehende Trainierende durch Schwergewichtsverschiebungen seines Körpers Drehungen seiner selbst in allen drei Ebenen bewirken kann.

[6]  Als Rotor wurde eine kleine Plattform (Drehscheibe) bezeichnet, die sich in der Horizontale motorgetrieben dreht. Auf ihr ist eine halbhohe Außenwand montiert, die das Hinausschleudern verhindert.

[7] Psychotherapeutische Methode, bei der sich der Patient durch willentliche Selbstbeeinflussung in einen Entspannungszustand bringt.

[8] Schwächung bis Aufhebung des Erlebens (oder der Vorstellung) einer unüberwindlich erscheinenden Bedrohung

Datum: 13.11.2015

Quelle: Wehrmedizinische Monatsschrift 2015/9-10