Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2012

Forschungsaktivitäten 2012 86 87
Oberfeldarzt Dr. Andreas Werner
Flugmedizinisches Institut der Luftwaffe,
Abteilung Flugphysiologie,
Königsbrück,
andreas4werner@bundeswehr.org
Dr. Bernd Johannes
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt,
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin,
Köln
bernd.johannes@dlr.de
Dipl.-Phys. Frank Fischer
Spacebit GmbH – Ges. für medizinische
und technische Signalverarbeitung,
Eberswalde
fischer@spacebit.de
Prof. Dr. Dipl.-Geol.
Hanns-Christian Gunga
Charité Universitätsmedizin Berlin
– Campus Charité Mitte – Crossover,
Institut für Physiologie und Zentrum
für Weltraummedizin Berlin
hanns-christian.gunga@charite.de
Monitoring von Vitalparametern in der realen Umwelt mit einem
flexiblen modularen tele-physiologischen System
HealthLab, ein modulares, flexibles und intelligentes
System, das zugleich eine Vielzahl physiologischer und
umweltbezogener Daten verarbeiten kann, ermöglicht das
Monitoring von Soldaten während realer Einsätze. Besser
als mit bisheriger Methodik kann mit diesem System die
Weiterentwicklung von Ausrüstung und Ausbildung auf
eine solide wissenschaftliche Basis gestellt werden.
Kennzeichen militärischer Einsätze sind hohe Anforderungen
und extreme Umweltbedingungen. Soldaten sind dabei
großen physischen und psychischen Belastungen ausgesetzt.
Die Kombination von körperlicher Anstrengung, umfangreicher
Ausrüstung, Gefahren und Bedrohung, unbekannter
Umgebung, harschen Klimabedingungen, Zeitdruck und
Verantwortung für Menschen hat erheblichen Einfluss auf
das Befinden, die Einsatz- und Leistungsfähigkeit und kann
das Risiko für Fehlhandlungen und Unfälle erhöhen.
Studien zum Einfluss arbeitsplatzbedingter Belastungen
wurden zumeist im Labor durchgeführt und in die Realität
übertragen. Dort ergeben sich aber nicht selten völlig andere
Ergebnisse. Im Labor werden Umweltparameter aktiv als
„Störgrößen“ unterdrückt, um grundlegende Erkenntnisse
zu erlangen. Empirische Untersuchungen zeigen jedoch, dass
gerade Klimafaktoren erheblichen Einfluss haben. Für Untersuchungen
„im Feld“ stellt auch die Beeinflussung durch
unkontrollierbare physische Aktivitäten eine besondere
Herausforderung dar. In Symptom-Kontext-Analysen haben
neben den Setting-Merkmalen insbesondere auch subjektive
Situationsbewertungen erheblichen Einfluss auf die Messgrößen.
Insgesamt ergeben sich ganz eigene, komplexe
physiologische Belastungsprofile.
Die bisherige Feldforschung litt unter noch unzureichender
Methodik. Systeme zur Messung physiologischer Parameter
waren umfangreich, groß und schwer und somit nicht
mobil, oder aber klein, dann jedoch auf wenige Parameter
beschränkt. Notwendig ist aber ein komplexes, hochflexibles
und mobiles System.
Mit dem HealthLab, welches durch das Institut für Physiologie
der Charité Berlin entwickelt, durch Spacebit programmiert
und durch das DLR gefördert wurde, steht mittlerweile ein
System zur Verfügung, das aus flexiblen Einzelkomponenten
besteht, die kontinuierlich psycho-physiologische und synchron
Umweltparameter aufzeichnen. Es basiert auf einem
Multiprozessorsystem, welches mittels „plug and play“ ein
Netzwerk von „intelligenten Satelliten“ mit einem „Master“
bildet. Flexibel können das Setting auf die jeweilige Situation
angepasst und jegliche Sensoren integriert werden. Neben
Einsätzen in Bergwerken, im Wasser oder in Langzeituntersuchungen
zum zirkadianen Rhythmus wird es aktuell in
eigenen Experimenten auf der Internationalen Raumstation
angewandt.
Das Flugmedizinische Institut der Luftwaffe nutzt dieses
System bereits seit geraumer Zeit und konnte damit die
Beanspruchung von Cockpit Crews im Simulator wie im
realen Flug objektivieren.
Ein aktuelles eigenes Projekt beschäftigt sich mit Höhenfallschirmspringern.
Diese werden in Höhen bis 35.000 ft mit
ihrer Schutzausrüstung in einer extremen Umwelt abgesetzt.
Je nach Absetzverfahren sind unterschiedlich lange Flugzeiten
zu absolvieren. Niedrige Sauerstoffpartialdrücke in Kombination
mit sehr kalter Umgebung (– 52 °C) verringern die Verfügbarkeit
und Abgabe von Sauerstoff ans Gewebe. Dies kann
zu messbarer physischer und kognitiver Leistungsminderung
führen. Sicherheit und Gesundheit der Soldaten, wie auch
die Auftragserfüllung, könnten beeinträchtigt werden. Schützende
Ausrüstung und Ausbildung haben sich bewährt.
Zudem werden dem Soldaten Voratemzeiten von Sauerstoff
gemäß dienstlicher Vorschriften vorgegeben und während der
Sprünge muss ebenfalls Sauerstoff geatmet werden. Ergebnisse
zu diesem Thema wurden bislang fast nur empirisch erhoben
und wissenschaftlich an sich nur im Labor untersucht. Mit der
neuen Methodik gelingt es nunmehr, wertvolle feldphysiologische
Daten unter komplexen Einsatzbedingungen zu gewinnen.
Dies ermöglicht Impulse zur Optimierung von Ausrüstung
und Ausbildung zu erhalten.
Abb. 1: HealthLab bestehend aus einem Master und mehreren
Satelliten, die kombiniert werden. Multiple Messmöglichkeiten
von physiologischen Parametern, einfache Bedienbarkeit mittels
Laptop, Tablet oder Smartphone
Abb. 2: Demonstration des HealthLab im Rahmen des mobilen physiologischen
Labors. Funkübertragung der Parameter in einen Container zum Monitoring
von Soldaten im Feldeinsatz. Aufnahmegeräte inkl. Umweltsensorik in eine
Weste integriert, physiologische Sensorik am Körper unter der Kleidung, am
Kopf und an der rechten Hand
Abb. 3: HealthLab in einer zur persönlichen
Ausrüstung des Soldaten gehörenden Weste.
Aufnahmegeräte und Umweltsensorik in der
Weste, physiologische Sensorik am Körper
unter der Kleidung und an der linken Hand