Dynamische Leistungsfähigkeit bei reduzierter Wärmeabgabe in

Dynamische Leistungsfähigkeit bei reduzierter Wärmeabgabe in
Originalia
Leistungsfähigkeit in Feuerwehrschutzanzügen
Lorenz R1, Franz K2, Krieger S1, Zeilberger K1, Jeschke D1
Dynamische Leistungsfähigkeit bei reduzierter Wärmeabgabe in
Feuerwehrschutzanzügen
Dynamic physical performance during decreased heat exchange in firefighter
protective clothings
1 Lehrstuhl
und Poliklinik für Präventive und Rehabilitative Sportmedizin der TU München
Garching
2 TUM-Werkfeuerwehr
Zusammenfassung
Summary
Es wurde der Einfluss des verminderten Wärmeaustausches während Belastung in Feuerwehrschutzausrüstungen auf die dynamische Leistungsfähigkeit untersucht. Sechs Berufsfeuerwehrmänner (37 ± 12 Jahre) wurden zuerst in Sportkleidung einer stufenweise ansteigenden Ergometrie im Gehen auf dem Laufband unterzogen, einschl. Spirometrie
und Messung des Blutlaktats (La). Anschließend absolvierten sie, randomisiert im Abstand von jeweils zwei Tagen, unter Atemschutz (Pressluftflasche) drei weitere stufenweise ansteigende Gehtests bis zur Ausbelastung in konventioneller Feuerwehrkleidung (SA), im Chemikalienschutzanzug ohne (CSA) und mit externer Pressluftzufuhr (CSAeL).
Gemessen wurden Herzfrequenz (HF), Körpertemperatur rektal (RT) und
Hauttemperatur (HT), zusätzlich im Anzuginneren, Temperatur (UT) und
Feuchtigkeit (UF).
Gegenüber Sportkleidung (4 Watt/kg Körpermasse) wurde in allen
Schutzkleidungen eine signifikant geringere Maximalleistung (3,1 W/kg
in SA, 2,9 in CSA und 2,8 in CSAeL) erreicht, bei gleicher HF (um 180
Schläge/Minute (S/min)), aber signifikant niedrigerem La. RT war 0,2 °C
höher, der Schweißverlust unter allen Bedingungen gleich. Submaximal
waren bei gleicher relativer Leistung in allen Schutzkleidungen HF, RT
und HT höher als in Sportkleidung. In CSA und CSAeL waren HT und
UT tiefer als in AS, dies wirkte sich aber nicht auf die physiologischen
Parameter aus.
Wir nehmen als Ursache der verminderten Maximalleistung in den Feuerwehrausrüstungen die verstärkte Hautdurchblutung und damit den
geringeren Blutfluss im Muskel, sowie das eingeschränkte Atemvolumen
bei Atmung mittels Pressluftflasche an.
The influence of reduced heat exchange during work in firefighter protective equipment upon the maximal dynamic power was examined.
Wearing sports clothing, six professional firefighters (37 ± 12 years) first
performed a graded walking test on a treadmill, including spirometry
and blood lactate determination (La). Thereafter, under breathing protection (self-containing breathing apparatus), they performed three further treadmill tests to exhaustion in conventional firefighter clothing
(SA), in chemical protective clothing without (CSA) and with external
air supply (CSAeL), in randomized order with an interval of two days
between runs. Heart rate (HR), rectal temperature (TR), temperature of
skin (HT) were measured, as well as temperature (UT) and humidity (UF)
in the suit.
Compared to sportswear (4 W/kg body weight), a significantly lower
maximum performance was reached in all protective clothings
(3,1 W/kg in SA, 2,9 in CSA and 2,8 in CSAeL) at the same HR, but with
significantly lower La. TR was 0,2 °C higher than in sportswear, the
sweat loss was same under all conditions. Submaximal at same workload, HR, TR and HT were higher in all protective clothings than in sportswear. In CSA and CSAeL HT and UT were lower compared to those in
SA, however without any effect on the physiological parameters.
We suppose that the cause of the reduced maximal power in firefighter
equipment is the increased skin circulation with reductions of the muscle blood flow, and also the decreased breathing volume when using the
breathing apparatus.
Keywords: temperature regulation, body temperature, maximum performance, incremental walking test, protective clothing
Schlüsselwörter: Wärmeregulation, Körpertemperatur, Maximalleistung, Stufentest Gehen, Schutzkleidung
Einleitung
Jede körperliche Aktivität ist mit der Bildung von Wärme
verbunden, deren Menge von der Größe des muskulären
Energieumsatzes abhängt. Sie muss über die Haut und die
Schleimhäute der Atemwege an die Umgebung abgeführt
werden. Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, relative
Luftfeuchtigkeit und die Temperatur der Haut bestimmen
das Ausmaß des Wärmeabstroms, das aber durch Bekleidung erheblich modifizierbar ist. Wird unter kontinuierlicher Arbeit die Wärmeabfuhr behindert, resultiert eine
132
Hyperthermie, die ab einer zentralen Körpertemperatur
über 39 °C mit mentaler und physischer Leistungsminderung einhergehen kann und ab 40 °C die Gefahr eines Hitzeschadens beinhaltet (7).
Im Sport werden vor allem die Umfeldbedingungen Hitze
und hohe Luftfeuchtigkeit als ursächliche Faktoren einer
Hitzeerschöpfung gefürchtet. In der Berufswelt stellt ein
durch Schutzkleidung behinderter Wärmeabstrom mit der
Folge einer Hyperthermie ein Problem dar. Insbesondere betrifft dies Feuerwehrleute, die intensive Körperarbeit unter
spezieller, bis zu 30 kg schwerer Schutzausrüstung in u. U.
extremer Hitze zu verrichten haben. Subjektiv wird die durch
DEUTSCHE ZEITSCHRIFT FÜR SPORTMEDIZIN
Jahrgang 58, Nr. 5 (2007)
Leistungsfähigkeit in Feuerwehrschutzanzügen
die feuerfeste Schutzkleidung behinderte Wärmeelimination
als leistungsmindernd empfunden (5, 9, 18). Diese Problematik verstärkt sich, wenn luftundurchlässige Chemikalienschutzanzüge (CSA) angelegt werden müssen. Die Wärmeabgabe der Haut durch Konvektion und Strahlung ist aufgehoben, die durch Konduktion und Verdunstung sowie durch
ansteigende Temperatur und Feuchtigkeit im Anzuginneren
stark limitiert ist. Die Ausatmung erfolgt hierbei in den Anzug, und nur über die Luftmenge, die durch ein Überdruckventil entweicht, ist ein Wärmeabtransport gegeben. Wegen
der Gefahr einer Hyperthermie und der verfügbaren Pressluftmenge werden die Einsätze auf 30 Minuten begrenzt.
Eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen in CSA wird
von einer Neuentwicklung (CSAeL) erwartet, die über eine
externe Luftzufuhr verfügt, wobei diese bis auf 120 l/min reguliert werden kann (5). Spülluftleitungen im Anzuginneren
für Körperstamm, Extremitäten und die Sichtscheibe sollen
für zusätzliche Kühlung sorgen.
Aus Sicht der Sportmedizin interessierte, inwieweit sich
Einschränkungen der thermoregulatorischen Mechanismen
auf die dynamische Leistungsfähigkeit verglichen mit der in
leichter Sportkleidung auswirken. Bislang wurde dieser Frage
nur in wenigen Studien nachgegangen (1, 9, 11, 18). Arbeitsmedizinisch stellte sich die Frage, ob durch diese Neuentwicklung die thermische und kardiovaskuläre Beanspruchung
im Vergleich zu konventioneller Schutzausrüstung (SA) und
herkömmlichen CSA bei definierter Körperarbeit reduziert und
eine Gefährdung durch Überhitzung verhindert werden kann.
Antworten sollten durch Analyse von Herzfrequenz, Laktat, Körperkern- und Hauttemperatur, sowie Temperatur und
Luftfeuchtigkeit in den Schutzanzügen in einer randomisierten Studie, bei stufenweise ansteigender Ergometrie im Gehen
gefunden werden.
Methodik
Sechs klinisch gesunde Berufsfeuerwehrmänner im
Durchschnittsalter von 37 Jahren (Tab.1) stellten sich freiwillig für die Untersuchungen zur Verfügung. In einem
vollklimatisierten Messraum (20 °C, 50 % relative Luftfeuchtigkeit) wurden sie zu gleichen Tageszeiten und im
Abstand von jeweils 2 Tagen, vier stufenweise ansteigenTabelle 1: Anthropometrische Grunddaten der 6 Feuerwehrmänner
Parameter
Alter (Jahre)
Größe (cm)
Gewicht (kg)
BMI (kg/m2)
x ± s
37,2 ±
177 ±
76,3 ±
24,3 ±
12,5
7
5,8
2,4
min
max
23
169
65,6
21,7
51
185
83,0
27,6
den Belastungen auf einem Laufband (Ergo EXLG 55 sp,
Woodway, Weil am Rhein) unterzogen:
1.) Zunächst einem Leistungstest in leichter Sportkleidung (kurze Hose, T-Shirt): Stufendauer 3 Minuten, Beginn
bei 3 km/h in der Ebene, dann 6 km/h, danach Erhöhung der
Bandsteigung um jeweils 2,5 %, bis zur subjektiven ErJahrgang 58, Nr. 5 (2007)
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schöpfung bzw. bis zu 20 % Steigung, entsprechend einer
Arbeitsdauer von 30 Minuten.
2.) Anschließend unter Atemschutzbedingungen 3 Belastungen in randomisierter Reihenfolge, wobei die 6 Variationsmöglichkeiten je einem der Probanden per Los zugeteilt
wurden.
a) in konventioneller Feuerwehrschutzkleidung (SA),
b) im Chemikalienschutzanzug ohne (CSA) und
c) mit externer Pressluftzufuhr von 30 l/min (CSAeL):
Stufendauer 6 Minuten, beginnend mit 3 km/h in der Ebene,
dann Erhöhung der Steigung um jeweils 5 % bis zur subjektiven Erschöpfung. Eine höhere Gehgeschwindigkeit als
3 km/h ließ die Steifigkeit der CSA nicht zu.
Vor und nach jedem Test wurde die Körpermasse ohne
Kleidung und vor jedem Test das Gesamtgewicht der jeweiligen Schutzausrüstung bestimmt (20,5 ± 1 kg bei SA,
22,7 ± 0,9 kg bei CSA), sofort nach Testende der subjektive
Anstrengungsgrad nach Borg (RPE) erfragt.
Der Leistungstest unter 1.) erfolgte unter EKG-Kontrolle
mit Spirometrie (Oxycon alpha, Jäger, Höchberg bei Würzburg). Vor Beginn, am Ende jeder Belastungsstufe sowie 1, 3
und 5 min nach Abbruch wurde Blut aus dem hyperämisierten Ohrläppchen entnommen und Laktat zur Berechnung einer Laktatleistungskurve bestimmt. Bei den Belastungen in
Schutzanzügen waren keine Spirometrien möglich, Blutabnahmen nur vor und nach Abbruch der Belastung.
Gemessen wurden bei allen Ergometrien in 15-s-Intervallen Herzfrequenz (Sporttester, Polar) bzw. in 30-s-Intervallen
die Körpertemperatur rektal, die Hauttemperatur in Schulterhöhe sowie am Oberschenkel (Sonden YSI 402, YSI 409,
YSI Incorporated, Yellow Springs, Ohio/USA).
Bei den Ergometrien unter 2.) wurden zusätzlich die Temperatur und Luftfeuchtigkeit in den Anzügen bestimmt
(Feuchtigkeit mittels Sensoren HIH-3610, Honeywell, Dayton, Ohio/USA). Jeweils ein Temperatur- und zwei parallele
Feuchtigkeitssensoren wurden am Gurt der Pressluftflasche
in Höhe des Schulterblattes, sowie an der Innenseite der Kleidung über dem Oberschenkel angebracht.
Alle Messdaten wurden auf einem am Gürtel unter der
Schutzkleidung befestigten Datenlogger (PicoLOG, GEFATEC, Tiefenbach bei Passau) gespeichert und später auf einen
PC übertragen. Bewertet wurden die Daten am Ende jeder Belastungsstufe und bei Belastungsabbruch.
Die absoluten Gehleistungen bei jeder Belastungsstufe und
die maximal erreichten Leistungen bei Abbruch bzw. Ausbelastung wurden mittels folgender Formel berechnet (8):
W [ Watt ] = ( v * BW * (2,05 + G * 0,29) – 0,6 BW – 151 ) / 10,5
v
G
BW
= Geschwindigkeit in km/h
= Steigung in Prozent
= Körpergewicht
Bei den Stufentests in Feuerwehrausrüstung wurde im ersten
Formelteil die Gesamtmasse, d.h. Körpergewicht einschließlich
des Gewichts der Schutzausrüstung berücksichtigt. Für die relativen Leistungen, bezogen auf die Körpermasse, wurden die absoluten Leistungswerte durch das Körpergewicht dividiert.
DEUTSCHE ZEITSCHRIFT FÜR SPORTMEDIZIN
133
Originalia
Leistungsfähigkeit in Feuerwehrschutzanzügen
Messfühler, Datenlogger und die Software für die Übertragung wurden von der Fa. Gore & Associates GmbH, Putzbrunn leihweise zur Verfügung gestellt.
Statistik
Die statistische Bearbeitung erfolgte mittels SPSS für
Windows, Version 12.0.
Berechnet wurden arithmetisches Mittel (x) und Standardabweichung (s). Die Prüfung auf signifikante Unterschiede erfolgte mittels des Mann-Whitney-Rangfolgetests
und zusätzlich des Wilcoxon-Differenztests.
Das Signifikanzniveau wurde mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % festgelegt: p < 0,05 signifikant.
Abbildung 1: Herzfrequenzen im Vergleich zur relativen Leistung bei den Stufentests in Sportkleidung und unter Atemschutz in den drei Schutzanzügen
(Mittelwert und Standardabweichung. Die Streuung der Leistungswerte ist
nur beim Abbruchpunkt angegeben, bei durchgelaufenen Stufen liegt diese
unter 0,1 Watt/kg)
le Arbeitszeit und die berechneten Leistungen niedriger.
Im Durchschnitt wurden nur 75 % bzw. 70 % der Maximalleistung des Tests in Sportkleidung erbracht. In beiden
Belastungstest 1 – Sportkleidung
CSA erreichte keiner der Probanden Leistungen, die ihren
4 der 6 Feuerwehrmänner konnten bei 6 km/h die vorgeanaeroben Schwellen in Sportkleidung entsprachen. Subgebenen Stufen bis maximal 20 % Steigung voll durchgejektive Abbruchgründe waren bei 2/3 der Belastungen
hen, 2 mussten vorzeitig wegen peripherer Ermüdung abDyspnoe, bei 1/3 periphere Ermüdung wie üblicherweise
brechen. Die bei Abbruch bzw. bei Ende errechneten abbei einem Leistungstest. Unterschiede in Abhängigkeit
von der Art der Schutzkleidung beTabelle 2: Maximalwerte bei den Stufentests in Sportkleidung, Feuerwehrkleidung (SA) und Chemikalienschutzanzügen ohne (CSA) und mit externer Belüftung (CSAeL)
standen hierbei nicht. Das subjektive Anstrengungsempfinden war mit
Sportbekleidung
Schutzanz. (SA)
CSA
CSAeL
Borg 17 ± 1 in allen drei SchutzanParameter
x ± s
x ± s
x ± s
x ± s
zügen gleich und unterschied sich
(a)
Arbeitsdauer
28,3 ± 2,7
35,1 ± 1,3
32,0 ± 2,0*
31,2 ± 2,3*
nicht vom Test in Sportkleidung.
RPE (Borg-Skala)
16,7 ± 0,6
17,0 ± 0,9
17,2 ± 1,0
16,8 ± 1,0
O2-Aufn. (ml/kg*min)
45,6 ± 3,4
------------Sowohl bei der Ergometrie in SportLeistung (Watt)
306 ± 34 a
232 ± 14
216 ± 13(*)
209 ± 11*
kleidung wie bei denen in SchutzanLeistung (Watt/kg)
4,01 ± 0,36 a
3,09 ± 0,14
2,88 ± 0,21(*)
2,79 ± 0,23*
zügen wurde im Durchschnitt ein
1
Herzfrequenz ( /min)
182 ± 13
179 ± 10
172 ± 7
175 ± 14
gleicher Gewichtsverlust von 0,5 kg
a
Blutlaktat (mmol/l)
7,71 ± 2,22
3,58 ± 0,93
4,07 ± 1,37
4,30 ± 1,36
beobachtet.
Differenz Körpermasse
- 0,42 ± 0,43
- 0,54 ± 0,25
- 0,45 ± 1,1
- 0,52 ± 0,17
Die bei Abbruch gemessenen Herz* signifikant zu “SA“ beim Mann-Whitney-U-Test
(*) signifikant zu “SA“ nur im Wilcoxon-Differenztest
frequenzen und Laktatwerte ließen
a signifikant zu “SA“, “CSA“ und “CSAeL“ beim Mann Whitney-U-Test
keine sicheren Unterschiede zwischen
(a) signifikant nur zu “SA“ beim Mann Whitney-U-Test
den drei Schutzanzügen erkennen. Im
soluten und relativen Leistungen, die gemessenen Werte
Vergleich zum Test 1 lagen die maximalen Herzfrequenzen
von Sauerstoffaufnahme, Herzfrequenz, Laktat und Rekgeringfügig niedriger, die Laktatwerte waren deutlich tiefer
taltemperatur zeigt Tabelle 2. Auch die 4 Probanden mit
vorzeitigem Abbruch waren anhand des Borgwertes 16
bzw. 17 und der Herzfrequenz, unter Berücksichtigung
des Alters, annähernd kardial ausbelastet.
Die Körperkerntemperatur stieg im Mittel von 36,9 °C in
Ruhe auf knapp 38 °C an. Der Temperaturanstieg begann erst
nach 10-minütiger Gehzeit auf der Belastungsstufe 6 km/h
mit 5 % Steigung.
Ergebnisse
Belastungstest 2 – Schutzbekleidungen
In allen drei Schutzanzügen erreichten die Probanden
mindestens die Stufe bei 20 % Steigung, d.h. eine Arbeitsdauer über 25 Minuten. Die längste Dauer erlaubte
die normale Einsatzkleidung (SA), mit Zeiten zwischen 33
und 36 min bzw. einer absoluten Leistung von
232 ± 14 Watt (Tab. 2). In beiden CSA waren die maxima-
134
Abbildung 2: Körperkerntemperatur rektal in Bezug zur relativen Leistung bei
den Stufentests in Sportkleidung und unter Atemschutz in den drei Schutzanzügen
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Jahrgang 58, Nr. 5 (2007)
Leistungsfähigkeit in Feuerwehrschutzanzügen
und mit Ausnahme von zwei Belastungen, nur im Bereich
um 4 mmol/l. Die Herzfrequenzen im submaximalen Belastungsbereich lagen in Schutzausrüstung, bei vergleichbaren
relativen Leistungen, um 15 bis 25 Schläge/min (S/min) höher als in Sportkleidung (Abb. 1).
Körpertemperaturen und Bedingungen in den
Schutzanzügen
Bereits vor Ergometriebeginn, etwa 5 Minuten nach Anlegen der Schutzanzüge und im gesamten Arbeitsbereich
war die Körperkerntemperatur, bezogen auf gleiche Leistung, um durchschnittlich 0,5 °C signifikant höher als bei
der Belastung in Sportkleidung (Abb. 2). In beiden luft40
Hauttemperatur (°C) am Oberschenkel
Hauttemperatur (°C) an der Schulter
Sportkleidung
SA
39
CSA
38
Originalia
Messstellen der Körperkerntemperatur. Im CSA lagen im
Beinbereich, im CSAeL an beiden Messstellen tiefere Werte
vor (Tab. 3).
Die Innentemperaturen im SA lagen bereits am Beginn
der Belastung über 30 °C und stiegen bis Testmitte auf 37 °C
im Schulterbereich bzw. auf 34 °C in Höhe des Oberschenkels
(Abb. 4) an. In den CSA blieben die Temperaturen an der
Schulter um 4 bis 6 °C niedriger, im Beinbereich stiegen sie
kaum und blieben unter 30 °C.
Die relative Luftfeuchtigkeit (Tab. 3, Abb. 4) stieg im Anzuginneren bei Arbeitsbeginn sofort an und betrug bei Abbruch im SA durchschnittlich mehr als 60 % und war im CSA
mit über 80 % am höchsten. Im CSAeL blieben diese im Bereich derer im luftdurchlässigeren SA. Subjektiv wurde die
zusätzliche Luftzufuhr beim CSAeL von allen Probanden
auch als angenehmer gegenüber dem CSA empfunden.
CSAeL
37
Diskussion
36
35
34
33
40
32
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
Leistung in Watt/kg
Abbildung 3: Hauttemperaturen in Bezug zur relativen Leistung bei den Stufentests in Sportkleidung und unter Atemschutz in den drei Schutzanzügen
Unbestritten benötigen Feuerwehrmänner eine überdurchschnittliche physische Fitness. Die hier untersuchten
Probanden hatten mit der beim Stufentest, Gehen in
Sportkleidung, gemessenen VO2 über 45 ml/kg*min bzw.
der berechneten Abbruchleistung von 4 Watt/kg, eine gute körperliche Leistungsfähigkeit. Sie lagen damit über
den altersbezogenen Normwerten für untrainierte Personen (17) und in einem für Feuerwehrmänner geforderten
Leistungsbereich (1, 11, 21).
In allen 3 Schutzkleidungen wurden in den vorliegenden
Untersuchungen nur etwa 75 % der Maximalleistung in
Sportkleidung erreicht. Unter ähnlichen Bedingungen, einem Stufentest Gehen bei 4,5 km/h und zunehmender Steigung in Feuerwehreinsatzkleidung und Atemschutzgerät,
wurde eine um 27 % kürzere Gehzeit als ohne Schutzausrüstung gefunden (11). Die Herzfrequenzen bei Abbruch
waren mit 186 bzw. 184 S/min gleich, ebenso die absolute
O2-Aufnahme. Körpertemperatur und Blutlaktat wurden
nicht bestimmt. Ebenfalls nur 75 % der Endleistung wie in
Sportkleidung wurden bei einem erschöpfenden Rampentest am Radergometer in Standardfeuerwehrkleidung er-
dichten CSA-Anzügen lagen nochmals um 0,1 °C höhere
Werte als im SA vor. Ähnlich wie bei Test 1 begann ein
Temperaturanstieg etwa nach 12 Minuten Gehzeit. Bei
Abbruch betrug die Körperkerntemperatur in Schutzanzügen durch- Tabelle 3: Maximale Körperkern- und Hauttemperaturen bei den Stufentests in Sportkleidung und Schutzanschnittlich 38,2 °C und lag damit im zügen sowie Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Anzuginneren
Mittel nur 0,2 °C, mittels WilcoxonSportbekleidung
Schutzanz. (SA)
CSA
CSAeL
x ± s
x ± s
x ± s
x ± s
Test jedoch statistisch signifikant, Parameter
bei 17 der 18 Belastungen in Körperkerntemp. (° C)
37,94 ± 0,23
38,13 ± 0,27a
38,22 ± 0,18a
38,20 ± 0,25a
36,3 ± 1,7
38,2 ± 1,2
38,3 ± 0,9a
37,2 ± 1,1(#)
Schützanzügen, über der in Sport- Hauttemp. (Schulter)
Hauttemp.
(Oberschenkel)
33,7
±
1,3
38,3
±
0,8a
37,0
±
1,1*a
36,4
± 1,4*a
kleidung (Tab. 3).
Umgebungstemp. oben
----37,2 ± 1,0
33,6 ± 2,0*
31,4 ± 1,1*(#)
Auch die Hauttemperaturen stieUmgebungstemp. unten
----34,4 ± 1,5
28,8 ± 5,7*
29,0 ± 1,3*
gen ab Belastungsbeginn kontinuier- Feuchtigkeit oben
----67,9 ± 5,3
79,6 ± 5,0*
70,8 ± 7,5(#)
lich und viel stärker als in Sportklei- Feuchtigkeit unten
--62,7 ± 8,4
87,0 ± 5,0*
75,2 ± 4,3*#
dung an (Abb. 3), bei der diese mit
*
signifikant zu “AS“ beim Mann-Whitney-U-Test
36 °C an der Schulter und 34 °C am (*) signifikant zu “AS“ nur im Wilcoxon-Differenztest
Oberschenkel fast im Ausgangsbe- # signifikant zwischen den beiden CSA
(#) signifikant zwischen den beiden CSA nur beim Wilcoxon-Differenztest
reich blieben. Bei Abbruch entsprach a signifikant zu “Sportkleidung“ im Mann Whitney-U-Test
die Hauttemperatur im SA an beiden (a) signifikant zu “Sportkleidung“ nur beim Wilcoxon-Differenztest
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Leistungsfähigkeit in Feuerwehrschutzanzügen
reicht (4). Die Herzfrequenzen lagen übereinstimmend bei
Aber weder eine Hyperthermie noch eine Dehydratation
190 S/min.
allein bieten eine ursächliche Erklärung für die in SchutzanAuch bei unseren Tests lagen die Herzfrequenzen bei Abzügen erheblich verminderte Maximalleistung. Der Gebruch mit > 170 S/min nahe am Grenzbereich, aber etwas
wichtsverlust war bei unserer Studie gleich, die Kerntempeniedriger als beim Test in Sportkleidung, bei dem vier der
raturen lagen nur minimal über der in Sportkleidung und
Probanden nur annähernd ausbelastet waren. Eine kardiale
überstiegen nur knapp 38 °C. Im Vergleich zur Literatur sind
Ausbelastung als Abbruchursache erscheint zunächst wenig
diese eher als niedrig einzuschätzen. Bei Feuerwehrübungen
wahrscheinlich. Die gegenüber Sportkleidung signifikant
wurden Rektaltemperaturen bis 39 °C beobachtet (16, 20).
tieferen Blutlaktatwerte lassen auch Zweifel aufkommen, ob
Bei Dauerbelastungen im Gehen unter Hitzebedingungen
eine physische Ermüdung vorlag, obwohl subjektiv nach
und/oder bei hoher Luftfeuchtigkeit mit Atemschutzgerät in
Borg eine gleiche Anstrengung wie in Sportkleidung empFeuerwehrschutzkleidungen (18), in CSA- bzw. ABC-Kleifunden wurde.
dung (2, 9, 10, 13) wurden bei Abbruch Kerntemperaturen bis
Die bei vergleichbarer submaximaler Leistung, das Ge39 °C gemessen. Erst das Erreichen einer Rektaltemperatur
wicht von Schutzkleidung und Atemgerät ist berücksichtigt,
von 39,5 °C wird von einigen Autoren als Abbruchgrund gein SA und den CSA beobachteten 15-25 S/min höheren Herzwertet, wenn nicht vorher subjektiv abgebrochen wurde (2,
frequenzen als in Sportkleidung weisen auf eine stärkere
13, 19). Bei Sportlern in Sportkleidung sind bei Erschöpfung
kardiale Belastung hin.
nach Dauerbelastungen auf dem Laufband bzw. FahrraderAuch von anderen Autoren wurde beim Gehen auf dem
gometer unter ähnlich extremen Bedingungen KerntemperaLaufband bei 7 km/h in normaler Feuerschutzkleidung, jeturen bis zu 40 °C beschrieben (6, 12, 15). Die Hitzetoleranz
doch ohne Atemgerät, um 20-25 S/min höhere Herzfrequenist individuell verschieden und steigt mit der Ausdauerleiszen als in Sportkleidung gemessen, bei einer 10 % signifikant
tungsfähigkeit an (2, 19, 22).
höheren Sauerstoffaufnahme (1). In Chemikalienschutzanzügen und
mit Atemschutzgerät
wurden beim Gehen
mit 5 km/h und 3 %
Steigung sogar 3040 S/min höhere Herzfrequenzen
als
in
Sportkleidung
beobachtet (9).
Diese
Mehrbelastung ist zum einen
durch ungünstigeren
Wirkungsgrad
beim
Gehen in den Schutzanzügen, besonders in
den steifen CSA, erklärbar. Dieser kann bei der
Leistungsberechnung
nach der Jägerformel
(8) nicht berücksichtigt
werden. Überwiegend
ist der kardiale Mehr- Abbildung 4: Temperatur (links) und Luftfeuchtigkeit (rechts) in den Schutzanzügen unter Atemschutz in Höhe der Schulter (oben)
und des Oberschenkels (unten)
aufwand der in Schutzkleidung
verstärkten
thermischen Beanspruchung zuzuordnen. Dafür sprechen die
Auffallend ist, dass unter Schutzkleidungen bei Abbruch
bereits vor Belastung in SA, wie bereits beschrieben (9, 18)
vielfach nur Körperkerntemperaturen zwischen 38 und 39 °C
und in CSA um 15 S/min höheren Herzfrequenzen bei 0,5gemessen wurden. Auch bei voller Bekleidung waren die
0,7 °C höheren Kerntemperaturen. Beide stiegen bei BelasKörperkerntemperaturen bei Abbruch mit 38,5 °C signifikant
tung stärker an als in Sportkleidung. Die für Wärmeabgabe
niedriger als leicht bekleidet (14), ebenso um 0,3 °C tiefer,
entscheidenden Temperaturdifferenzen zwischen Kern und
wenn bei Belastung in semipermeabler ABC-Kleidung bei
Haut sowie Haut und Umfeld sind erheblich verringert, z.T.
40 °C zusätzlich die Luftfeuchtigkeit hoch war (13).
sogar aufgehoben. Zudem stieg die relative Feuchtigkeit in
Ursache der Leistungseinschränkung unter vermindertem
den Anzügen auf bis zu 80 % an, wie auch von anderen AuWärmeabstrom scheint damit nicht die maximal tolerable
toren gemessen wurde (18).
Kerntemperatur, sondern die Leistungsgrenze des kardiovas-
136
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Leistungsfähigkeit in Feuerwehrschutzanzügen
kulären Systems zu sein. Eine Erklärung bieten die von
MacDougal et al. (12) bereits 1974 publizierten Untersuchungen. Mit Hilfe von wasserdurchströmten Westen schufen sie bei Dauerbelastungen, Gehen entspr. 70 % der
VO2max, hyper- und hypothermale Hautbedingungen von
37 °C bzw. 18 °C. Abgebrochen wurde bei gleichen mittleren
Rektaltemperaturen von 39,5 °C, hyperthermal aber mit höheren Herzfrequenzen (181 gegenüber 170 S/min), trotz viel
kürzerer Belastungsdauer. Die kardiale Mehrbelastung wird
der bei Körperarbeit primär zentral geregelten Verteilung des
Herzminutenvolumens in Muskel- und Hautdurchblutung
zugeschrieben. Je größer der für die Thermoregulation benötigte Anteil der Hautdurchblutung wird, um so mehr muss
bei gleicher Leistung das Herzminutenvolumen gesteigert
werden, umso weniger Blut steht dem Muskel für den aeroben Energiestoffwechsel zur Verfügung. Diese Ansícht wird
auch von anderen Autoren diskutiert (4, 10). Schlagvolumen
und Herzminutenvolumen können nicht mehr der Belastung
entsprechend adäquat gesteigert werden (4) bzw. fallen trotz
Anstieg der Herzfrequenz ab (6, 10). Bei einem Stufentest ist
ein Abbruch bei geringerer Endleistung damit erklärbar. Ob
bei unseren Versuchen in Schutzkleidung am Ende anaerob
gearbeitet wurde und ein Abbruch durch muskuläre Ermüdung bei lokaler Laktatazidose erfolgte bleibt offen. Die
niedrigen Laktatwerte im Kapillarblut wären auch durch Mischung mit dem Blut aus den Hautregionen zu erklären.
Ein leistungsmindernder Einfluss ist bei Pressluftfatmung
auch durch den höheren Atemwiderstand gegeben, insbesondere bei hohen Belastungsanforderungen (9). Bei einem
Laufbandstufentest wurden unter Atemschutz nur 82 % der
maximalen O2-Aufnahme eines Kontrolltests in Sportkleidung erreicht, bei gleicher Abbruchherzfrequenz (3). Das
maximale Atemvolumen war gegenüber Normalatmung vermindert, die Atemfrequenz deutlich erhöht. Der Befund, dass
unsere Probanden bei Schutzkleidung mehrheitlich Dyspnoe
als Abbruchgrund nannten, ist damit vereinbar.
Bezüglich der arbeitsmedizinischen Fragestellung zeigen
die Messergebnisse von Hauttemperatur und Temperatur im
CSAeL, durch die zusätzliche Belüftung, günstigere thermoregulatorische Bedingungen als in SA und CSA, dies wirkte
sich aber nicht auf die Leistung und physiologische Leistungsparameter aus. Die Gefahr einer kritischen Hyperthermie bestand in keinem der Anzüge.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Originalia
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Korrespondenzadresse:
Dr. rer. nat. habil. Rudolf Lorenz
Eggerfeld 3 F
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e-Mail: RudolfLorenz@gmx.de
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Jahrgang 58, Nr. 5 (2007)
DEUTSCHE ZEITSCHRIFT FÜR SPORTMEDIZIN
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