Gefährdung durch Blendlaser - Eine Risikobewertung aus epidemiologischer und augenärztlicher Sicht
Artikel: F. M. Jakobs

Gefährdung durch Blendlaser - Eine Risikobewertung aus epidemiologischer und augenärztlicher Sicht

Aus dem Dezernat Augenheilkunde und Optometrie des Zentrums für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe, Köln/Fürstenfeldbruck (Leiter: Generalarzt Prof. Dr. R. Schick)

Zusammenfassung
In den letzten 20 Jahren ist die Anzahl der Laserblendungen weltweit auf über 80.000 angestiegen. Obwohl für Europa verläss­liche Daten vor 2009 nicht verfügbar sind, kann gezeigt werden, dass die jährlichen Steigerungsraten nahezu identisch mit denen der USA sind. Dies deutet darauf hin, dass die Belastung des europäischen Luftverkehrs durch Blendattacken möglicherweise unterschätzt worden ist. Nach Massgabe des Impacts von mentaler und visueller Inkapazitierung bestehen beträchtliche Sicherheitsrisiken selbst bei Laser-Energien, die nicht in bleibenden Augenschäden resultieren. Es wird deshalb ein Laser-Simula­tionstraining der Piloten empfohlen, um Handlungssicherheit im Fall unvorhergesehener Expositionen zu erreichen.

Einleitung

Wenige Erfindungen haben die Welt, in der wir leben, so verändert wie die des Lasers. Seit seiner Entwicklung durch Maiman im Jahr 1960 [] sind mehr als 50.000 Patente auf der Grundlage dieser Technologie zugelassen worden []. Heute sind Laser in Form von Druckern und Barcode-Readern nahezu omnipräsent im beruflichen und privaten Alltag.

Zu den am weitesten verbreiteten Applikationen zählt zweifellos der Laserpointer. Je mehr seine Verbreitung zunimmt, desto mehr häufen sich allerdings auch die Berichte über In- und Outdoor-­Missbrauch [,,]. Das Zerschiessen von Luftballons, die Zweckentfremdung als Katzenspielzeug und die Illumination von Sportlern sind nur einige Beispiele in diesem Zusammenhang. Bedenkliche Ausmasse hat das Phänomen spätestens mit der Unsitte des Anstrahlens von Flugzeugen erreicht.

Mittlerweile sind Diodenlaser mit Spitzenleistungen von bis zu mehreren Tausend Milliwatt im Internethandel verfügbar. Die Besorgnis der Piloten erscheint berechtigt angesichts der gewaltigen Lichtemissionen, denen sie unter Umständen ausgesetzt werden []. Trotzdem hält die Debatte darüber an, ob und inwieweit ein banaler Laserpointer zu einem fliegerischen Problem werden könnte. Die vorliegende Übersicht versucht, die Ausmasse des Problems auf der Grundlage eigener Berechnungen epidemiologisch einzuordnen und das flugmedizinische Gefährdungspotential aus ophthalmologischer Sicht zu charakterisieren.

PhotoAbb. 1: Globale Prävalenz von Laserattacken im Luftverkehr. Dargestellt sind die Periodenprävalenzen im Zeitraum von 2000 - 2009 (a) und 2010 - 2018 (b). Quelle: http://aviation.globalincidentmap.com (open source) Photo

Epidemiologische Datenlage

Die nachfolgenden Statistiken wurden auf der Grundlage einer am Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin verfügbaren Datenbank mit nationalen und internationalen Informationen zu den Laser-Events der letzten 20 Jahre erstellt.

Bis in die Mitte der 90er Jahre waren Laser-Illuminationen im Luftverkehr eher sporadisch. Die beiden historischen Meilensteine, die die Diskussion der Laser-Zwischenfälle erstmals entfachten, waren der Shut-Down der berühmten Las Vegas Laser-Shows im Jahr 1995 [], als über 50 Piloten sich über visuelle Beeinträchtigungen während des Landeanflugs auf den ­McCarren Airport beschwerten, und der plötzliche Anstieg der Laser-Inzidenzen[1]* in der Jahresstatistik der FAA, als sich die Rate des Jahres 2005 im Vergleich zum Vorjahr verfünffachte []. Als Beginn der epidemiologischen Problematik kann somit die Jahrtausendwende festgelegt werden.

Aus geographischer Sicht fallen Cluster-Formationen der Periodenprävalenzen von 2010 bis 2018 entlang der grossen Flughäfen in Nordamerika mit Kanada, Westeuropa mit Nahem Osten sowie Australien mit Neuseeland auf (Abb. 1), während Südamerika, Afrika und Asien nur in Einzelfällen beteiligt sind. Das Problem betrifft somit die Luftverkehrsknotenpunkte der gesamten industrialisierten westlichen Welt.

PhotoAbb. 2: Globale Inzidenz von Laserattacken im Luftverkehr. Logarithmische Darstellung der aktuellen Datenlage für die USA vs. Europa (a) und Deutschland zivil vs. militärisch (b). Quellen: (a) eigene Daten, (b) LtCol Feth, mit Genehmigung GenFlSichhBw Photo

Die statistische Auswertung der Inzidenzraten seit Einführung der Meldepflicht (USA: 2005; EUR: 2009) ergibt einen durchschnittlichen Anstieg der jährlich gemeldeten Events um den Faktor 10 - 15 (USA: 13.3±8.9; EUR: 12.9±6.9) innerhalb der letzten 10 - 15 Jahre. Die kumulative Darstellung (Abb. 2a) dokumentiert eine Gesamtzahl von über 80 000 Laserangriffen (USA: 47 800; EUR: 34  017) innerhalb der letzten 20 Jahre, wobei die Inzidenzen für Deutschland (Abb. 2b) um 1 - 2 Zehnerpotenzen unterhalb der kontinentalen Referenzen liegen. Die Berechnungen lassen den Schluss zu, dass die Laserbelastung für Europa in der Vergangenheit deutlich unterschätzt worden ist. Weiterhin kann vorhergesagt werden, dass der statistische Grenzwert von 100.000 Events weltweit spätestens im Jahr 2020 überschritten sein wird.

PhotoAbb. 3b: Militärische Laser-Inzidenzen in Deutschland, substratifiziert nach Jahres- und Tageszeit (2013 - 2014). Fast alle Laser-Angriffe finden nach Einbruch der Dunkelheit statt. Quelle: LtCol Anderson, mit Genehmigung GenFlSichhBw. PhotoAbb. 3a: Zivile Laser-Inzidenzen in Mittel-, West- und Nordeuropa, substratifiziert nach Jahreszeit (2010 - 2014). In skandinavischen Ländern spielt offensichtlich die Mitternachtssonne eine Rolle. Die Analyse der Risikofaktoren gelangt zu folgenden Ergebnissen:

  1. Während in den USA die Laserbelastung des Luftverkehrs gleichmässig über das gesamte Jahr verteilt ist, ergeben sich für Europa jahreszeitliche Schwankungen mit einer Verdoppelung der Inzidenzen in der zweiten Jahreshälfte. Der Effekt ist insbesondere in den skandinavischen Ländern zu beobachten, wo Kälte und Mitternachtssonne die erste Jahreshälfte dominieren.
  2. Konsistent hiermit ist eine statistische Auswertung der Laser-­Arbeitsgruppe von General Flugsicherheit, die eine direkte Abhängigkeit der Laserangriffe vom jahreszeitlichen Wandel des Einbruchs der Dunkelheit nachweist. Dies bestätigt, dass die Outdoor-Verwendung von Lasern umso interessanter für den Nutzer wird, je dunkler es ist.
  3. Während im zivilen Luftverkehr in ca. 70 - 80 % der Fälle Flächenflugzeuge im Approach angelasert werden, sind in der Militärfliegerei niedrig fliegende Hubschrauber in ca. 66 % der Fälle das bevorzugte Target; die restlichen 33 % verteilen sich zu etwa gleichen Teilen auf Kampfjets und Transportflugzeuge.
  4. Über 90 % der zur Illumination von Luftfahrzeugen verwendeten Laser operieren im Bereich von 532 nm (grün). Diesbezüglich existiert kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen ziviler und militärischer Luftfahrt. In den meisten Fällen wird ein Tracking des angelaserten Luftfahrzeugs mittels Continuous Wave (CW)-Lasern angestrebt.
  5. Auffällig ist eine kontinuierlich zunehmende Verschiebung des Nutzer-Interesses in Richtung blauer Laser. Dies ist bedenklich, da blaue Laser ungleich stärker energetisch gepumpt werden müssen, um den gleichen visuellen Lichteffekt zu erreichen wie grüne oder rote Laser. Entsprechend gefährlicher sind sie für das menschliche Auge. Im Jahr 2014 erschien eine Case Series von 14, teils schwersten Fällen von Makulaverletzungen, die ausschliesslich durch blaue Laser verursacht worden waren []. Leider bestätigen die jüngsten Daten der FAA vom März 2019 den beobachteten Trend.

Flugmedizinische Bewertung

Es besteht kein Zweifel, dass die Laser-Illumination von Luftfahrzeugen mit der Flugsicherheit kollidiert. Dies betrifft insbesondere die kritischen Flugphasen, in denen die operationellen Fähigkeiten des Piloten gefordert sind. In diesen Phasen gilt das Prinzip des sterilen Cockpits, das heisst, die Aufmerksamkeit des Piloten in Bezug auf Aktion, Interaktion und Kommunikation ist ausschliesslich auf operationell relevante Tätigkeiten fokussiert, um die Möglichkeit menschlichen Fehlverhaltens auf ein Minimum zu reduzieren.

PhotoAbb. 4b: Zivile Laser-Inzidenzen in den USA (2018). Über 90 % der dokumentierten Angriffe auf Luftfahrzeuge erfolgen mithilfe grüner Laser (532 nm). Der 2014 beobachtete Trend zu blauen Lasern setzt sich fort. PhotoAbb. 4a: Zivile Laser-Inzidenzen in den USA (2010 - 2014), substratifiziert nach der Wellenlänge (Farbe) nicht-grüner Laser. Das öffentliche Interesse scheint sich in Richtung blauer Laser (460 nm) zu orientieren.

Wird diese Fokussierung des Piloten gestört, besteht das Risiko eines Flugfehlers mit unter Umständen fatalen Folgen für Besatzung, Passagiere und unbeteiligte Dritte. Die Extremvariante in diesem Zusammenhang wäre ein in- oder extern verursachtes medizinisches Ereigniss, das zu einem plötzlichen Verlust der koordinierten Handlungsfähigkeit in flight führt: die Sudden Incapacitation. 

Während sich dieses Modell in Bezug auf klassische medizinische Ereignisse wie den Herzinfarkt bewährt hat, muss es im Fall eines Sinnesorgans um mindestens eine Dimension erweitert werden. Die Konfrontation mit einem Laser kann durchaus zu einer medizinischen Notfallsituation führen, in der weit überwiegenden Mehrzahl der Fälle wird es jedoch die psychophysische Inter­ferenz mit dem eindringenden Licht sein, die die Handlungs­sicherheit beeinträchtigt. Um alle Aspekte dieser Interferenz im Fall einer Laserexposition erfassen zu können, müssen mental-­stressorische, visuelle und medizinische Dekompensationsmöglichkeiten in Betracht gezogen werden.

Photo Mentale Inkapazitierung: Die Konfrontation mit grellem Licht ist extrem unkomfortabel. Natürliche Reflexe wie der Blinkreflex, die Pupillenkonstriktion und Abwehrbewegungen schützen das Auge vor phototoxischen Schäden. Allerdings benötigen selbst diese unwillkürlichen Reflexe eine gewisse Expositionsdauer. Ein klassischer Laserangriff ist kein statischer Event, sondern wird in multiplen Flickerlicht-Sensationen ablaufen, die in Abhängigkeit von den Streureflexionen an der Cockpit-Verglasung beträchtlich in Frequenz, Dauer und Helligkeit variieren können. Der häufigste Effekt ist eine plötzliches, diffuses ’Flooding’ des gesamten Cockpits in der Farbe des einfallenden Lasers (Abb. 6). Die meisten Piloten reagieren hierauf mit Schreck- und Stressreaktionen und ärgern sich zunächst einmal. In Abhängigkeit von aktueller Befindlichkeit und Stressresistenz kann es nachfolgend in Einzelfällen zu Verbalentgleisungen, Wutausbrüchen und Kontrollverlust kommen. Eine Studie der FAA aus dem Jahr 2010 gelangt zu dem Ergebnis, dass bis zu 75 % der Piloten operationelle Schwierigkeiten in dieser Situation hatten, die gestellte Aufgabe zufriedenstellend zum Abschluss zu bringen.

Visuelle Inkapazitierung: Sie entspricht einer sensorischen Beeinträchtigung des Sehvermögens und kann in drei verschiedenen Schweregraden auftreten.

  • Grad I (engl. glare) entspricht der klassischen Blendung und ist definiert als eine transiente Visusbeeinträchtigung durch Licht, dessen Intensität ein sensorisches Missempfinden auslöst.
  • Grad II (engl. flashblindness) entspricht einer Verblitzung ohne Nachbilder, d. h. der totalen oder partiellen Unfähigkeit, Dinge oder Strukturen nach Überexposition mit Licht zu erkennen.
  • Grad III (engl. after-Images) entspricht einer Verblitzung mit retinalen Nachbildern im zentralen Gesichtsfeld


Die FAA hat 2003 zur Visualisierung und Untersuchung dieser Effekte eine Studie durchgeführt, um die fliegerische Performance und zentrale Sehschärfe in Abhängigkeit vom Ausmaß der Laserexposition zu überprüfen []. Die respektiven Simulatorbilder sind in Abb. 7 dargestellt. Die beiden wichtigsten Erkenntnisse dieser Studie waren, dass (1) bereits das niedrigste Expositionslevel (0.5 µm/cm2) zu Blenderscheinungen aller drei Schweregrade führte, und dass (2) die Reaktion der Piloten auf die Lichtexposition trainierbar war.

Medizinische Inkapazitierung: Sie entspricht einer direkten organischen Schädigung durch retinale Absorption des einfallenden Laserlichts. Histopathologisch resultiert eine umschriebene Koagulationsnekrose auf der Grundlage einer photothermischen Gewebereaktion. Da an der koagulierten Stelle keine Photo­rezeptoren mehr existieren, resultiert ein Absolutskotom im Gesichtsfeld des Betroffenen, das umso störender ist, je zentraler es lokalisiert ist. Im Extremfall eines fovealen Treffers wird ein Zentralskotom mit Reduktion der zentralen Sehschärfe bis auf Werte im Bereich von einem Zehntel (0,1) der normalen Sehschärfe resultieren.

PhotoAbb. 6: Blendlaser-Exposition in-flight. Sog. Flooding durch Streureflexionen an der Cockpit-Verglasung. Der Effekt ist in hohem Masse volatil, d. h. eine statische Illumination findet nicht statt. Quelle: FAA Dass die Strahlungsemission eines Laserpointers ausreichend ist, einen solchen Schaden zu versursachen, ist aus einer Reihe von Case Reports insbesondere aus der pädiatrischen Ophthalmologie bekannt [,,,,]. Voraussetzung für die Auslösung des Schädigungsmechanismus ist allerdings, dass die Laserquelle ausreichend nahe vor das Auge gehalten wird.

Die Frage, ob und inwieweit ein Laser aus der Distanz eine solche Verletzung verursachen könnte, wird kontrovers diskutiert. Die meisten Spezialisten, die sich bislang hierzu zu Wort gemeldet haben, sind der Auffassung, dass dies an der zu erwartenden Streuung des Lasers durch atmosphärische Turbulenzen und Verunreinigungen an der Cockpit-Verglasung scheitern würde [,]. Aus diesem Grund wurde die ­vermeintliche Erstveröffentlichung einer Augenschädigung bei einem Piloten durch einen 0,4 km entfernten, blauen Laser im Jahr 2016 auf das Heftigste kritisiert [,]. Auch die FAA hält nach wie vor an ihrem Statement fest, dass bislang kein Fall einer organischen Laserschädigung bei einem Piloten vorliegt. Diese unausgesprochene Konsensus-Strategie mag ihre Berechtigung haben, um Panik­reaktionen seitens der Piloten zu vermeiden, sie darf aber auf keinen Fall zu einer Trivialisierung des Lasers in der Öffentlichkeit oder gar – wie unlängst geschehen – zu der Aufforderung führen, die Frage der distanten Wirkung nicht weiter zu thematisieren, um keine Copycat Reaktionen in Gang zu setzen. In einer Zeit, in der Tutorials zur Manipulation von Laserpointern aus dem Internet geladen werden können [], und in der uTube-Videos über selbstgebaute Laserwaffen in Millionen von Clicks resultieren [], erscheinen solche Äusserungen naiv und realitätsfremd.

User/Misuser-Charakterisierung

Photo Dies mag zu der abschliessenden Frage nach den Beweggründen solcher Hobby-Bastler und Laser-Experimentatoren führen. Was geht in ihren Köpfen vor, und vor allem, was treibt sie dazu, ein Flugzeug anzustrahlen?

Ausgehend von der Annahme, dass es erfahrungsgemäss Menschen mit und ohne Unrechtsbewusstsein gibt, könnte spekuliert werden, dass mindestens zwei Täterprofile zu differenzieren sind: (1) der sozial angepasste Persönlichkeitstyp, der nur ein wenig herumspielen will, und (2) der antisoziale Typ, der wider besseres Wissen handelt. Kategorie 1 in diesem Modell würde dem Prototyp des Sternenguckers entsprechen, der zu keinem Zeitpunkt irgendeine böse Absicht hat und möglicherweise von der irrigen Anahme ausgeht, der Laserstrahl breche in finiten Entfernungen ab, weil er turbulenzbedingt nicht mehr wahrnehmbar ist; in diese Kategorie fallen zum Beispiel Kinder und Hobby-Astronomen. Kategorie 2 in diesem Modell würde den Prototyp des Psycho- oder Soziopathen repräsentieren. Seine Motivation rekrutiert sich (a) entweder aus Protest, zum Beispiel gegen Fluglärm, oder (b) der prinzipiellen Ablehnung gesellschaftlicher Normen. In Kategorie 2b fallen zweifellos auch terroristische Aktivitäten [,].

Beiden gemeinsam ist die billigende Inkaufnahme eines materiellen und/oder personellen Schadens im Zuge einer fahrlässigen (Kategorie 1) oder vorsätzlichen (Kategorie 2) Handlungsfolge, die nach deutschem Recht in jedem Fall gem. § 315 StGB (gefährliche Eingriffe in den Bahn-, Schiffs- und Luftverkehr) unter Strafe gestellt ist. Handelt es sich bei dem Täter um ein Kind, haften die Eltern auf der Grundlage einer Aufsichtspflichtsverletzung gem. §§ 828 ff. BGB. Eine solche Aufsichtspflichtsverletzung wird beispielsweise durch das häusliche Herumliegenlassen von Silvesterböllern begründet [LG München I, 12.07.2001, 31 S 23681/00] und sollte somit analog auch für Laserpointer gelten, jedoch nur bis zur Vollendung des 7. Lebensjahrs. Kinder und Jugendliche ab dem 8. Lebensjahr sind voll haftungspflichtig, sofern sie die notwendige Einsichtsfähigkeit besitzen. Die Exkulpation im Wege einer Diminution zum Kavaliersdelikt wird folglich vom Gesetzgeber auch im Falle Minderjähriger nicht gebilligt.

Kinder und Jugendliche scheinen jedoch in diesem Zusammenhang weniger häufig in Erscheinung zu treten als vermutet: von den im Jahr 2014 in den Vereinigten Staaten aufgrund von Laserilluminationen festgenommenen Personen waren nur knapp 14 % unter 19 Jahre alt. Auffällig war, dass der Anteil männlicher Straftäter in diesem Datensatz mit über 95 % beziffert wurde []. Die Gründe für diese Koinzidenz, die ihre Parallelen auch auf dem europäischen Kontinent haben dürfte, sind unklar. Entwicklungspsychologen nehmen an, dass die vermutete destruktive Power eines Lasers maskuline Denk- und Handlungsstrukturen anspricht []. Ein solches Selbstverständnis könnte zum Beispiel auf soziale Normen zurückzuführen sein, die in der Kindheit antrainiert wurden und ihre Wertmassstäbe aus der Subkultur fiktionaler Epen wie der Star Wars Trilogie beziehen. In der dunklen Welt von Darth Vader ist es das Licht, das den epischen Kampf des Guten gegen das Böse entscheidet. Der Gedanke liegt nahe, dass das virtuelle Lichtschwert der intergalaktischen Helden am Ende sein reales Substitut in Gestalt eines banalen Laserpointers gefunden haben könnte [].

Fazit

Blendlaser im Luftverkehr sind eine globale Zeiterscheinung mit erheblichem Störpotential für den sicheren und unkomplizierten Flugbetrieb. Betroffen sind primär zivile Flächenflugzeuge im Landeanflug und langsam fliegende militärische Luftfahrzeuge in geringer Höhe (Helikopter). Da bislang kein Fall einer organischen Augenschädigung durch einen Laser bekannt geworden ist und andererseits kritische Situationen in-flight durch primär nicht schädigende Mechanismen hervorgerufen werden können, erscheint eine stärkere Gewichtung geeigneter Trainingsmaßnahmen zur Vermeidung von Flugfehlern sinnvoll. Dies berechtigt aber ausdrücklich nicht zu der Schlussfolgerung, dass ein organischer Gewebeschaden durch einen distanten Laser grundsätzlich nicht möglich wäre. 

Danksagung:

Ich danke dem General Flugsicherheit und seinen Mitarbeitern für die Zurverfügungstellung der Daten aus dem militärischen Luftverkehr.


Verfasser:

Oberstarzt Dr. med. Frank M. Jakobs
Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe
Dezernat II 3c Augenheilkunde und Optometrie
Straße der Luftwaffe 322, 82242 Fürstenfeldbruck
E-Mail: Frank2Jakobs@bundeswehr.org  

Literatur und Bildquellen: bei Verfasser.


[1] * Als Inzidenz wird im Folgenden jeder pilotenseits gemeldete und behördenseits dokumentierte Laser Event definiert, unabhängig davon, ob er zu einer Aircraft- oder Cockpit-Illumination geführt hat.



Datum: 18.07.2019

Quelle: Wehrmedizin und Wehrpharmazie 2/2019