Wirbelsäulenverletzungen bei Flugunfällen mit Schleudersitzauslösung in Kampfflugzeugen der deutschen Streitkräfte

Einleitung

Der Schleudersitz gehört zu den wichtigsten Rettungsmitteln für Militärpiloten heutzutage. In den Anfängen der Militärfliegerei war es dem Piloten aufgrund der vergleichsweise geringen Geschwindigkeiten noch möglich, im Notfall das Flugzeug selbständig zu verlassen und sich mittels Fallschirm in Sicherheit zu bringen. Die höheren Flugleistungen der Flugzeuge machten den Ausstieg für den Piloten ohne technische Hilfsmittel praktisch unmöglich. Um den Piloten dennoch den Ausstieg zu ermöglichen, wurde das Prinzip des Schleudersitzes entwickelt und immer weiter modifiziert. 

Fluggeschwindigkeiten im Überschallbereich erfordern heutzutage Auslösegeschwindigkeiten im Bereich von Millisekunden, um im Notfall das Flugzeug zu verlassen. Diese hohen Ausschussgeschwindigkeiten führen zu hohen Belastungen auf die Piloten, die zum großen Teil von der Wirbelsäule des Piloten kompensiert werden. Dazu kommen noch mögliche Belastungen nach dem Ausstieg durch Windblast, besonders auf die Halswirbelsäule. Die differenzierte Auswertung von Wirbelsäulenverletzungen ist dabei von besonderer Bedeutung, da dies einen entscheidenden Einfluss auf die weitere Einsatzfähigkeit der Flugzeugbesatzungen und auf das weitere persönliche Leben der Betroffenen hat. Neben den Rettungsteams, die im Notfall die Versorgung übernehmen, ist es vor allem für den weiterbehandelnden Militärarzt wichtig, die entstehenden Verletzungsmuster zu kennen, um die bestmögliche Behandlung zu gewährleisten. Wirbelsäulenverletzungen im Zusammenhang mit Schleudersitzauslösungen wurden bereits mehrfach beschrieben. Die Einflussfaktoren für die Entstehung einer Fraktur sowie der Einfluss einer Wirbelsäulenfraktur auf die militärische Flugtauglichkeit wurden in den meisten Untersuchungen bislang nicht ausreichend berücksichtigt. Aus diesem Grund haben wir die Schleudersitzauslösungen der deutschen Streitkräfte der letzten Jahrzehnte auf Wirbelsäulenverletzungen evaluiert und gleichzeitig versucht, mögliche Einflussfaktoren zu bestimmen. Darüber hinaus haben wir den Einfluss der Verletzungen auf die Flugtauglichkeit nach dem Unfall untersucht. Diese Studie ist eine der umfassendsten Auswertungen mit Fokus auf spinalen Verletzungen nach Schleudersitzauslösungen und deren Auswirkungen auf die weitere Flugtauglichkeit.

Methodik

Wir führten eine retrospektive Auswertung der Schleudersitzauslösungen der deutschen Luftwaffe und Marine zwischen 1975 und 2021 durch. Die Datenerhebung erfolgte anhand der Dokumentation zu Flugunfällen der Bundeswehr. Ausgeschlossen wurden Flugzeugtypen, die mit älteren Schleudersitzmodellen ausgestattet waren, die eine Mindestflughöhe oder eine Mindestgeschwindigkeit für die einwandfreie Funktion benötigten. Der Grund dafür ist, dass sich viele Flugunfälle gerade bei niedrigeren Geschwindigkeiten wie dem Starten oder Landen und bei niedriger Flughöhe ereignen. Schleudersitze, die unter diesen Umständen nicht einwandfrei funktionieren, sind nur noch von historischem Interesse und wurden ausgeschlossen um die Ergebnisse nicht zu verzerren. 

Eingeschlossen wurden somit alle Flugunfälle mit Flugzeugen, die zu jedem Zeitpunkt der Nutzung über sogenannte „Zero-Zero“ Schleudersitze verfügten (Geschwindigkeit null und Höhe null). In unserer Untersuchung wurden die Gesamtzahl der Flugunfälle mit Schleudersitzauslösungen im Studienzeitraum ausgewertet und die überlebten Schleudersitzausstiege. Als unfallspezifische Daten wurden zudem das Datum des Unfalls, der betroffene Flugzeugtyp sowie die Flughöhe in Fuß (Ft) und die Fluggeschwindigkeit in Knoten (Knts) erhoben. Im Rahmen der Auswertung pilotenspezifischer Daten wurden das Alter des Piloten in Jahren, die Flugerfahrung in Flugstunden sowie Größe in cm, Gewicht in kg und Body-mass-index (BMI) erhoben. Außerdem wurde evaluiert, ob das Personal nach dem Unfall aufgrund der erlittenen Verletzungen militärisch fluguntauglich wurde. 

Retrospektiv ausgewertet wurden die Art der Wirbelsäulenverletzung und der Ort der Verletzung. Dabei wurden Frakturen und Bandzerreißungen, oberflächliche Verletzungen der Weichteile, traumatische Bandscheibenvorfälle und Prellungen erfasst. Nach Erhebung der Daten wurde mittels einer Regressionsanalyse ein möglicher statistischer Zusammenhang zwischen Verletzungsmuster der Wirbelsäule und unfallspezifischen Daten sowie pilotenspezifischen Daten überprüft. Zudem wurde der Einfluss von Flugzeugtyp, Fluggeschwindigkeit, Flughöhe sowie der Einfluss von Pilotenalter, Flugerfahrung, Größe, Gewicht und BMI untersucht. 

Bei unserer Auswertung wurde deskriptive Statistik verwendet, um die demographischen Daten und die Zusammenhänge zu analysieren. Durchschnittswerte werden mit den dazugehörigen Standardabweichungen angezeigt (±SD). Die Odds-Ratios sind mit den jeweiligen 95 % Konfidenzintervallen dargestellt. Ein p-Wert < 0.05 wurde als statistisch signifikant angenommen. Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS (Version 27.0, IBM Corp.). 

Ergebnisse

Insgesamt wurden 65 Flugzeuge mit 116 beteiligten Besatzungsmitgliedern im Zusammenhang mit Schleudersitzauslösung auf Einschlusskriterien untersucht. Davon überlebten 103 Personen den Flugunfall und wurden in unsere Auswertung eingeschlossen. 13 Besatzungsmitglieder (11,2 %) kamen im Rahmen des Unfalls ums Leben, dabei sieben (6,0 %) ohne Auslösung des Schleudersitzes und sechs (5,2 %) nach erfolgreichem Ausstieg aus dem Flugzeug. Bei den betroffenen Flugzeugtypen handelte es sich in 29 der Fälle um einen Panavia 200 Tornado, in 13 Fällen um eine F-4F Phantom II, in elf Fällen um eine R-F4E Phantom II, in fünf Fällen um Alpha Jets, in zwei Fällen um eine T-38C (MB US16T-1), in zwei Fällen um einen Eurofighter Typhoon und in jeweils einem Fall um eine F-16 (ACES), eine Hawk (MB 10L) und eine MiG-29. Eine detaillierte Aufführung der Flugzeugtypen befindet sich in Tabelle 1. Bei jedem erfolgreichen Ausstieg lief der Ausschussvorgang regulär ab und es gab keinen Durchschuss durch eine intakte Cockpithaube.  

Tab. 1: Demographie und unfallspezifische Informationen

Bei den 103 in die Auswertung eingeschlossen Fällen handelte es sich in 55,3 % der Fälle um Piloten und in 44,7 % der Fälle um Waffensystemoffiziere. Die eingeschlossenen Fälle hatten ein durchschnittliches Alter von 33,4 ± 5,7 Jahren, eine durchschnittliche Flugerfahrung von 1451 ± 953 Stunden, eine Körpergröße von 180 ± 5,8 cm, Gewicht von 77,9 ± 7,7 kg und einen BMI von 24,2 ± 1,9. Die Demografie ist in Tabelle 1 genauer aufgeführt. 

Der Ausstieg ereignete sich in einer durchschnittlichen Höhe von 2000 fts (275–8000 fts) bei einer durchschnittlichen Fluggeschwindigkeit von 250 Knts (151–380 Knts). 

Insgesamt kam es bei 58 Personen zu einer Verletzung der Wirbelsäule. Die Prävalenz für Wirbelsäulenverletzungen bei Schleudersitzausstiegen liegt damit bei 56,3 %. Davon erlitten 34 Personen eine Fraktur von kumulativ 66 Wirbelkörpern. Die Prävalenz für eine Fraktur der Wirbelsäule beträgt damit 33,0 %. In sieben Fällen (10,6 %) war die Halswirbelsäule (HWS) betroffen, in 44 Fällen (66,7 %) die Brustwirbelsäule (BWS) und in 15 Fällen (22,7 %) die Lendenwirbelsäule (LWS) betroffen. Eine Weichteilverletzung oder ein traumatischer Bandscheibenvorfall wurde bei 31 Personen festgestellt.  

In zwei Fällen musste die Wirbelsäulenfraktur operativ versorgt werden, in allen anderen Fällen wurden die Verletzungen konservativ therapiert. In keinem Fall kam es aufgrund einer Fraktur zu einer Querschnittslähmung. Aufgrund der Wirbelsäulenverletzung waren sechs Besatzungsmitglieder nach dem Unfall dauerhaft fluguntauglich. Die Prävalenz für Fluguntauglichkeit nach einer Wirbelsäulenfraktur beträgt damit in unserer Auswertung 17,6 %. Die Gesamtprävalenz für Fluguntauglichkeit beträgt in unserer Auswertung 5,8 % nach Schleudersitzausstieg. 

Die Regressionsanalyse zeigte keinen Zusammenhang von Flugerfahrung, Alter, Größe, Gewicht und BMI des Piloten als Prädiktor für das Erleiden einer Wirbelsäulenverletzung. Ebenso hatten Flugzeugtyp, Flughöhe und Fluggeschwindigkeit keinen prädiktiven Wert für das Auftreten einer Wirbelsäulenverletzung bei Flugzeugbesatzungen. 

Die Regressionsanalyse für Prädiktoren für eine Flugunfähigkeit nach der Schleudersitzauslösung zeigte nach Korrektur auf Verletzungen der oberen und unteren Extremität lediglich einen Trend zur Fluguntauglichkeit nach Wirbelsäulenfrakturen generell, jedoch keinen statistisch signifikanten Zusammenhang. Das Auftreten einer lumbalen Wirbelsäulenfraktur hingegen zeigte eine klare Signifikanz als Prädiktor für Fluguntauglichkeit. Frakturen der Hals und Brustwirbelsäule hingegen zeigten keinen positiv prädiktiven Wert für eine spätere militärische Fluguntauglichkeit. 

Diskussion

Bereits am Anfang der Entwicklung von Schleudersitzen zeigte sich, dass die Wirbelsäule bei der Auslösung besonders beansprucht wird. Dabei konnte neben der maximalen Beschleunigungsbelastung (G) ein weiterer Parameter festgestellt werden, der einen Einfluss auf das Auftreten von Wirbelsäulenverletzungen hat, und zwar die Geschwindigkeit des Anstiegs der G-Belastung. Während ältere Schleudersitze mit ballistischen Treibladungen zwar eine schnelle Evakuierung ermöglichten, führten diese aufgrund der zu hohen Belastungsspitzen und einem zu schnellen Beschleunigungsanstieg zu höheren Raten an Wirbelsäulenverletzungen. Durch die Einführung raketengetriebener Auslösesysteme war es möglich, eine schnelle Evakuierung zu erreichen und gleichzeitig die Spitzenbelastungen in Grenzen zu halten. 

In unserer Untersuchung zeigte sich, dass ein Schleudersitzausstieg zu einem relativ hohen Anteil mit einer Wirbelsäulenverletzung verbunden ist. Dabei zeigte sich in unserer Regressionsanalyse, dass weder pilotenspezifische Faktoren wie Flugerfahrung, Alter, Größe und Gewicht, noch unfallspezifische Daten wie Flugzeugtyp, Geschwindigkeit und Flughöhe einen Einfluss auf das Auftreten von Wirbelsäulenfraktur haben. Dies lässt den Rückschluss zu, dass der Windblast für das Auftreten von Wirbelsäulenverletzungen eher eine untergeordnete Rolle spielt. Ebenso ist es vermutlich nicht möglich, durch verbesserte Vorbereitungen und Training oder veränderte Auswahlverfahren, die Rate and Wirbelsäulenverletzungen zu senken. Die schnelle axiale Beschleunigung wirkt senkrecht auf die Wirbelsäule und erzeugt in kurzer Zeit hohe Belastungsspitzen, die nach Erschöpfung der Kompensationsmechanismen der Wirbelsäule zu Frakturen und Weichteilverletzungen führen. 

 Die Anzahl der Wirbelsäulenfrakturen nach Schleudersitzausstiegen wird in der Literatur zwischen 5 % und 61,5 % angegeben. Bei genauer Auswertung der Studien fällt auf, dass die Studie mit der geringsten Häufigkeit and Wirbelfrakturen, einen Studienzeitraum von 1956 bis 2004 umfasst, also auch einen Zeitraum einschließt, in dem noch keine CT oder MRT Diagnostik verfügbar war. Die niedrige Frakturrate könnte daher auch darauf zurückzuführen sein, dass einige Frakturen in der Auswertung übersehen worden sein könnten. In einer Metaanalyse beschrieben Epstein et al. eine gepoolte Frakturrate von 66,1 % nach Schleudersitzausstiegen. Die Ergebnisse unserer Studie liegen deutlich unter diesen Werten. Eine mögliche Erklärung dafür könnte sein, dass in unsere Auswertung ausschließlich moderne Schleudersitze eingeschlossen wurden und keine älteren ballistischen Modelle. Die britische Royal Air Force und die israelischen Air Force beschrieben eine ähnliche Beobachtung mit der Abnahme der Wirbelsäulenfrakturen in Kampfjets mit modernen Schleudersitzen. 

In unserer Studie ist der am häufigsten betroffene Wirbelsäulenabschnitt die BWS, was mit anderen Studien übereinstimmt. Unsere Regressionsanalyse zeigte jedoch eine höhere Assoziation zwischen einer Fraktur im Bereich der LWS und einer späteren Fluguntauglichkeit. Die Auswirkungen von Wirbelsäulenverletzungen auf die weitere Flugtauglichkeit sind in der Literatur eingeschränkt verfügbar, weshalb wir unsere Ergebnisse nicht vergleichen können. Unsere Analyse hat jedoch auch einige Einschränkungen. Da unsere Auswertung über einen großen Zeitraum stattfand, haben sich die diagnostischen Standards aufgrund der Weiterentwicklung der Bildgebung während des Einschlusszeitraumes geändert. Eine MRT-Untersuchung der Wirbelsäule nach einem Schleudersitzausstieg ist beispielsweise erst seit den frühen 2000er Jahren für Flugzeugbesatzungen vorgeschrieben. Damit wurde die Diagnostik für Wirbelsäulen- und Weichteilverletzungen deutlich verbessert und womöglich die Rate an übersehenen Verletzungen reduziert. Insgesamt könnte also die tatsächliche Rate an Wirbelsäulenverletzungen höher liegen als die Zahlen vermuten lassen, da einige Frakturen vor Einführung der verpflichtenden MRT-Bildgebung auf Röntgenaufnahmen schwer zu diagnostizieren sind. Unsere Untersuchung zeigt, dass Flugzeugbesatzungen ein hohes Risiko für eine Wirbelsäulenverletzung haben, bei einem Notausstieg mittels Schleudersitzes eine Wirbelsäulenverletzung zu erleiden. Dies sollten die Rettungskräfte bei einer Rettung von Flugzeugbesatzungen nach Möglichkeit berücksichtigen und auf wirbelsäulenschonenden Transport besonderen Wert legen. Sobald der Besatzung medizinische Versorgung zugänglich ist, sollte eine genaue Abklärung der gesamten Wirbelsäule stattfinden. Dies sollte auch bei asymptomatischen Patienten ein MRT der gesamten Wirbelsäule beinhalten. Darüber hinaus sollte jedes Besatzungsmitglied nach einem Schleudersitzausstieg von einem Arzt mit Erfahrung in der Behandlung von Wirbelsäulenverletzungen untersucht werden. Bei Wirbelsäulenverletzungen nach Schleudersitzausstieg ist in den meisten Fällen eine konservative Therapie ausreichend. Operative Therapien sollten bei instabilen Frakturen und Frakturen mit Tendenz zur Deformität erwogen werden. Das höchste Risiko für den Betroffenen nach dem Unfall die militärische Flugverwendungsfähigkeit zu verlieren, haben Frakturen im Bereich der LWS. Bei diesen Frakturen sollte daher besonderes Augenmerk auf die Rehabilitation gelegt werden und der Heilungsverlauf engmaschig verfolgt werden, um bei Auffälligkeiten frühzeitig reagieren zu können. 

Zusammenfassung

Flugzeugbesatzungen haben im Falle eines Schleudersitzausstieges, aufgrund der hohen axialen Beschleunigungskräfte, die auf die Wirbelsäule einwirken, auch mit modernen Schleudersitzen ein hohes Risiko, eine Wirbelsäulenverletzung zu erleiden. Daher sollte die Rettung der Besatzungen nach einem Ausstieg so wirbelsäulenschonend wie möglich durchgeführt werden. Bei der anschließenden Abklärung der Verletzungen sollte auch bei asymptomatischen Patienten auf die Wirbelsäule besonderes Augenmerk gelegt werden und idealerweise eine Vorstellung bei einem Arzt mit Expertise für Wirbelsäulenverletzungen erfolgen. Den höchsten prädiktiven Wert für eine spätere Fluguntauglichkeit besitzen LWS-Frakturen. Aus diesem Grund sollte bei Feststellung dieses Verletzungsmusters besonders auf die erfolgreiche Rehabilitation geachtet werden.

Acknowledgements

Die Verfasser bedanken sich bei Gerhard Röper, Yves Risacher, Diana Danter, Alexander Hanekamp und Stephan Wagner sowie dem Hubschraubergeschwader 64 und dem Sanitätsunterstützungszentrum Stetten a. k. M. für die kollegiale Unterstützung. 

Die dem vorliegende Beitrag zugrunde liegende Originalpublikation erschien im Journal of neurosurgery: Spine, 1(aop), S. 1–8. Entsprechende Nachweise und eine zusätzliche Tabelle finden Sie unter wehrmed.de.