2.2.1  Die Atmosphäre

Die Atmosphäre ist die Luftschicht, die die Erde umgibt. Die Temperatur der Atmosphäre variiert mit der Höhe.

Abb. 2.2.1.1 Atmosphäre
Abb. 2.2.1.1  Atmosphäre

 

Anhand des Temperaturverlaufs kann man die Atmosphäre in vier Schichten einteilen:

  • die Troposphäre,
  • die Stratosphäre,
  • die Mesosphäre und
  • die Thermosphäre.

Das Segelfliegen findet in der Troposphäre statt. In der Troposphäre nimmt die Temperatur mit der Höhe ab. In der Stratosphäre steigt die Temperatur wieder an. 

Im Gegensatz zur Temperatur nimmt der Luftdruck in der gesamten Atmosphäre mit der Höhe ab.

In den untersten paar tausend Metern fällt der Luftdruck am schnellsten mit der Höhe.

Auf 2400 Metern ist der Luftdruck um ein Viertel gesunken.

Bei 5500 Metern halbiert sich der Druck.

Segelflugpiloten fliegen im unteren Teil der Troposphäre. Dort fällt der Druck am schnellsten mit der Höhe.

In diesem Abschnitt über die Atmosphäre geht es hauptsächlich um die Auswirkungen eines niedrigeren Luftdrucks.

 Abb. 2.2.1.2 Luftdruckabnahme mit der Höhe

Abb. 2.2.1.2  Luftdruckabnahme mit der Höhe


 

 Abb. 2.2.1.3 Luftdruck abhängig von der Höhe

Abb. 2.2.1.3  Luftdruck abhängig von der Höhe

 

Am Boden beträgt der Luftdruck etwa 1000 hPa. In 16 km Höhe beträgt der Druck noch 100 hPa.

Luft ist ein Gemisch aus mehreren Gasen. Die Atmosphäre besteht aus:

78% Stickstoff (N2),

  • 21% Sauerstoff (O2) und
  • 1 % anderer Gase wie Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O).

Der prozentuale Anteil der einzelnen Gase in der Luft bleibt beim Aufsteigen nahezu gleich.

Der Druck der einzelnen Gase in einem Gasgemisch wird als Partialdruck bezeichnet. Wenn der Gesamtdruck fällt, fällt auch der Druck der einzelnen Gase.

Beim Aufsteigen nehmen die Partialdrücke der verschiedenen Gase ab.

Durch die Senkung des Sauerstoffpartialdrucks wird die Sauerstoffaufnahme des Blutes erschwert. Es gibt weniger Moleküle, die ins Blut aufgenommen werden.

Auf Meereshöhe wird die Luft durch die darüber liegende Luftsäule komprimiert. Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck aufgrund der Gewichtsabnahme der darüber liegenden Luftsäule ab. Die Luft wird "dünner" und enthält weniger Sauerstoffmoleküle. Ein Segelflugzeugpilot muss die Folgen von niedrigem Luftdruck und die damit verbundenen Einschränkungen kennen. Dazu gehören:

  • Sauerstoffmangel
  • Barotrauma
  • Dekompressionskrankheit

Gase verhalten sich nach physikalischen Gesetzen. Drei Gasgesetze sind für die Luftfahrt wichtig.

Abb. 2.2.1.4 Gasgesetze

Abb. 2.2.1.4  Gasgesetze

Was ist Hypoxie?

Hypoxie bedeutet Sauerstoffmangel im Körper. Sie tritt auf, wenn Segelflugpiloten oberhalb von 3500 Metern fliegen und kein Sauerstoffsystem verwenden. Beim Aufsteigen bleibt der prozentuale Anteil jedes Gases in der Luft gleich, aber es stehen weniger Moleküle zur Verfügung, die ins Blut aufgenommen werden können. Hypoxie kann auch durch Anämie (Blutarmut), Lungenerkrankungen usw. entstehen.  

Welche Anteile an Sauerstoff, Stickstoff und anderen Gasen sind in der Troposphäre vorhanden?

Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre. Diese ca. 11 km dicke Schicht besteht zu 78% aus Stickstoff, 21% aus Sauerstoff und 1% aus anderen Gasen wie Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Zusammensetzung der Luft in der Troposphäre bleibt mit zunehmender Höhe nahezu konstant. Der Luftdruck sinkt und das bedeutet, dass die Anzahl der Moleküle pro eingeatmetem Liter Luft kleiner ist.

 

Abb. 2.2.1.5 Atmungssystem 

Abb. 2.2.1.5  Atmungssystem

Welche Anteile an Sauerstoff, Stickstoff und anderen Gasen sind in der Tropo-sphäre vorhanden?

Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre. Diese ca. 11 km dicke Schicht besteht zu 78% aus Stickstoff, 21% aus Sauerstoff und 1% aus anderen Gasen wie Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Zusammensetzung der Luft in der Tropo-sphäre bleibt mit zunehmender Höhe nahezu konstant. Der Luftdruck sinkt und das bedeutet, dass die Anzahl der Moleküle pro eingeatmetem Liter Luft kleiner ist.

Welche Gase in der Atmosphäre sind für die menschliche Atmung wichtig?

Der Mensch atmet Sauerstoff ein und atmet CO2 (Kohlendioxid) aus. Normalerweise verbrauchen Sie etwa 300 ml Sauerstoff pro Minute. Die ausgeatmete Luft enthält etwa 5% CO2 und weitere 15% Sauerstoff. Beim Sport verbrennt Ihr Körper mehr und der Sauerstoffverbrauch ist viel höher.

 

Wie ist das Atmungssystem aufgebaut und was sind die spezifischen Funk-tionen der verschiedenen Elemente?

Luft gelangt durch den Mund oder die Nase und die Luftröhre in die Lunge. Die Nase filtert die Luft. In der Lunge wird der Sauer-stoff an die roten Blutkörperchen gebunden.

Dies geschieht aufgrund der Druckdifferenz für Sauerstoff (Sauerstoffpartialdruck) in den Alveolen (Lungenbläschen) und im Blut.

Abb. 2.2.1.6 Alveole 

Abb. 2.2.1.6: Alveole

Wie wird Sauerstoff an das Gewebe geliefert und wie wird Kohlendioxid aus dem Körper entfernt?

Der Sauerstoff im Blut gelangt durch eine sehr dünne Wand in den Alveolen (Lungenbläschen) ins Blut. Die Sauerstoffmoleküle binden sich an das Hämoglobin (= Blutfarbstoff) und dient dem Sauerstofftransport). Über den Blutkreislauf gelangt der Sauerstoff in den gesamten Körper und wird dort für den Stoffwechsel genutzt. Bei der Verbrennung wird CO2 (Kohlendioxid) freigesetzt. Dieses gelangt über den Blutkreislauf in die Lunge und verlässt den Körper.

Was ist die Funktion von Hämoglobin?

Hämoglobin ist das rote, sauerstoff- und kohlendioxidtransportierende Protein (Eiweiß) im Blut, das sich in den roten Blutkörperchen befindet. Hämoglobin transportiert Sauerstoff von der Lunge zum Rest des Körpers. Sauerstoffreiches Blut hat eine leuchtend rote Farbe. Sauerstoffarmes Blut ist dunkelrot. Bei Sauerstoffmangel ist dies an der Blaufärbung der Nägel und Lippen erkennbar. Siehe weiter: 2.4 Die Verwendung von Sauerstoff

Hyperventilation und die Rolle des Kohlendioxids bei der Steuerung und Regulierung der Atmung?

Ventilation ist ein anderes Wort für Atmung. Bei Hyperventilation ist die Atmung deutlich schneller und tiefer als normal. In der Lunge wird CO2 (Kohlendioxid) ausgeatmet. Wenn wir schwere Arbeit verrichten, verbrennen wir mehr Sauerstoff und es wird mehr CO2 produziert. Der Körper reagiert darauf, indem er die Atmung vertieft und beschleunigt. Infolgedessen wird mehr Sauerstoff aufgenommen und mehr CO2 ausgeatmet.

Was versteht man unter physiologischer und nicht-physiologischer Hyperventilation und welche Bedeutung hat dies für den sicheren Flugbetrieb?

Physiologische Hyperventilation ist eine Folge von Sauerstoffmangel. Wenn zu wenig Sauerstoff im Blut vorhanden ist, hyperventilierst du, um den Sauerstoffgehalt zu erhöhen. Dadurch sinkt der Kohlendioxidgehalt. Wenn du oberhalb von 3500 m Sauerstoff verwendest und Symptome von Hyperventilation hast, überprüfe Dein Sauerstoffsystem; kommt genügend Sauerstoff aus ihm heraus? Steige auf eine niedrigere Höhe ab. Um die Hyperventilation zu beenden, muss der CO2-Spiegel wieder ansteigen.

Die nichtphysiologische Hyperventilation hat eine psychologische Ursache. Aufgrund von Anspannung oder Angst atmest du schneller, obwohl Dein Körper keinen zusätzlichen Sauerstoff benötigt. Hyperventilation bedeutet, dass du zu hektisch atmest für Deinen aktuellen Sauerstoffbedarf (z.B.xinxRuhe). Der Gasaustausch in der Lunge ist in dieser Situation höher als normal. Die Sauerstoffaufnahme beträgt bereits 98 % und kann nicht mehr erhöht werden, aber aufgrund der Hyperventilation wird vermehrt CO2 abgeatmet und ist der CO2-Gehalt des Blutes wird deshalb niedriger als normal und manchmal zu niedrig. Piloten, die nicht gut ausgeruht sind oder unter zu viel Stress stehen, haben ein erhöhtes Risiko zur nichtphysiologischen Hyperventilation.

Was sind die Anzeichen und Symptome von Hyperventilation?
Die Symptome ähneln denen des Sauerstoffmangels. Derjenige, der hyperventiliert:

  • sieht schlechter
  • ihm wird schwindelig
  • er wird benommen
  • hat kribbelnde Finger
  • hat Wärme- und Kältemissempfindungen
  • hat ein Druckgefühl in der Brust
  • hat unwillkürliche Muskelkontraktionen
  • wird schließlich bewusstlos

Wie können wir Hyperventilation verhindern?

Wenn du aus physiologischen Gründen (z. Bsp. bei körperlicher Anstrengung) hyperventilierst, ist es in diesem Moment notwendig, genügend Sauerstoff zu bekommen. du darfst dich nicht dagegen wehren.

Bei der „psychologischen" Hyperventilation besteht weder ein Sauerstoffmangel noch ein Kohlendioxid-überschuss. Die Hyperventilation ist nicht notwendig. Durch das Hyperventilieren erhöht sich die Sauerstoffsättigung nicht, sie ist bereits optimal und der CO2-Gehalt des Blutes ist niedriger als normal. Das Blut braucht jedoch einen bestimmten CO2-Gehalt und dieser darf nicht zu niedrig sein. Bei unphysiologischer Hyperventilation ist die Atmung schnell und oft recht flach und es wird nicht ausreichend ausgeatmet. Der Pilot bekommt das Gefühl, dass er nicht genug Luft bekommt und dadurch steigt die Panik noch mehr.

Der beste Weg, dies zu vermeiden, ist, zu versuchen, einfach ruhig zu atmen. Versuche, langsam und tiefer auszuatmen. Bei lautem Sprechen bist du gezwungen, ruhiger zu atmen. Bei starkem Grad der „mentalen" Hyperventilation kannst du eine Zeit lang in einen Beutel atmen und dann die ausgeatmete Luft einige Male wieder einatmen. Die ausgeatmete Luft enthält immer noch ausreichend Sauerstoff, aber der CO2-Gehalt der eingeatmeten Luft ist höher und daher wird die Lunge weniger CO2 freisetzen, wodurch die normale Situation wiederhergestellt wird. Eventuelle Missempfindungen wie Kribbeln und Pelzigkeit um den Mund und in den Fingern lassen dann rasch nach.

Was ist die Dekompressionskrankheit und welche Bedeutung kann sie für den sicheren Flugbetrieb haben?
Bei einem sehr schnellen Aufstieg, d.h. einem großen Luftdruckabfall in kurzer Zeit, sinkt auch der Druck auf und in unserem Körper. Durch den Druckabfall kann Stickstoff in Form von Gasblasen in unserem Blut erscheinen, so als würde man den Deckel einer Softdrinkflasche abschrauben. Der Druck in der Flasche fällt dann schnell ab und du siehst die Blasen aus der Flüssigkeit austreten. Diese Stickstoffblasen sind die Ursache für die vor allem bei Tauschen bekannte Dekompressionskrankheit. Im Segelflug kann dies auftreten, wenn du extrem schnell auf eine Höhe über 6.000 Meter aufsteigen würdest, was allerdings sehr unwahrscheinlich ist.

Welche Symptome treten bei der Dekompressionskrankheit auf?

  • Stickstoffblasen in der Haut („Creeps") Symptome: Juckreiz, Brennen, Rötung.
  • Stickstoffblasen in Sehnen, Bändern und Gelenkkapseln ("Beugen") Symptome: zunehmende Schmerzen in den Gelenken, extreme Müdigkeit.
  • Stickstoffblasen im Gehirn und Rückenmark ("Taumeln")
    Symptome: Bewusstlosigkeit, Lähmungen, Taubheitsgefühl (der Haut), Sehstörungen (verschwommen, doppelt sehen), Sprachstörungen, Stimmungsschwankungen, Schwindel, Taubheit.
  • Stickstoffblasen in Herz und Lunge ("Chokes") Symptome: Atembeschwerden, Hustenanfälle, Erbrechen, Schmerzen in der Brust (besonders beim Atmen), Schock, Bewusstlosigkeit, Atemstillstand, Herzstillstand.

Die ersten Symptome der Dekompressionskrankheit sind Schmerzen in den Gelenken. Das Beugen der Arme, Handgelenke und Knie schmerzt. Sobald du eines dieser Symptome der Dekompressionskrankheit bemerkst, solltest du schnell absteigen. Der schnelle Abstieg verhindert, dass die Blasen z. B. ins Gehirn wandern. Es dauert eine lange Zeit, bis die Gasblasen vollständig aus dem Körper verschwunden sind. Nach einem Tauchgang darfst du für mindestens 24 Stunden nicht fliegen.

Was sind die Ursachen der Dekompressionskrankheit im Segelflug?

In kurzer Zeit ein sehr schneller Aufstieg in große Höhe. Dies bedeutet einen großen Druckabfall in kurzer Zeit. Taucher, die einen Tag nach dem Tauchen mit dem Fliegen beginnen, können auch in Höhen unter 6000 Metern an Dekompressionskrankheit leiden. Nach Tauchgängen solltest du dich mindestens 24 Stunden lang erholen, bevor du wieder fliegst.

Wie kann die Dekompressionskrankheit verhindert werden?

Steige langsamer auf und beginne einen raschen Abstieg (Notabstieg) sobald du an dir oder deinem Mitflieger ein Symptom erkennst.

Was sind die Symptome der Dekompressionskrankheit?

Es beginnt mit Schmerzen in den Gelenken, dann nimmt der Schmerz zu und wenn dieser länger anhält, können Arme und Beine wegen der Schmerzen nicht mehr bewegt werden. Wenn sich zusätzlich Blasen in der Lunge befinden, entsteht ein Engegefühl in der Brust.

Wie können die Symptome der Dekompressionskrankheit behandelt werden?

Steige so schnell wie möglich ab (damit der Umgebungsluftdruck wieder steigt) und warte  mindestens 24 Stunden, bevor du wieder fliegst.

Das Kreislaufsystem

Sauerstoffarmes Blut wird vom Herzen (rechte Herzkammer) in die Lunge gepumpt. Dort nimmt das Blut Sauerstoff auf und dieses sauerstoffreiche Blut wird vom Herzen (linke Herzkammer) in alle Teile des Körpers gepumpt, wo der Stoffwechsel stattfindet.

 

Abb. 2.2.1.7 KreislaufAbb. 2.2.1.7  Kreislauf

Was ist die Aufgabe von: Venen, Arterien und Kapillaren?

Das Herz pumpt das sauerstoffreiche Blut aus der linken Herzkammer durch die Arterien in alle Teile des Körpers. Über die Venen wird das sauerstoffarme Blut zum Herzen (rechte Herzkammer) und von dort wieder in die Lunge transportiert.

Was sind die Funktionen der Arterien und Venen?

Die Funktion einer Arterie ist es, das sauerstoffreiche Blut vom Herzen zu allen Teilen und Organen des Körpers zu transportieren. Die Funktion der Venen ist es, das sauerstoffarme Blut zurück zum Herzen zu transportieren. Ein Mensch hat etwa 6 Liter Blut, pro Minute werden 5½ Liter Blut durch den Körper gepumpt. Pro Tag fließen etwa 8000 Liter Blut durch das Herz.

Wie hoch sind der systolische (obere) und diastolische (untere) Blutdruck und der Durchschnittswert für einen Erwachsenen in Ruhe?

Der normale Blutdruck eines jungen und gesunden Menschen liegt bei 120/80 mm Hg. Der obere Wert ist der maximale Druck, der in der Arterie während der Kontraktion des linken Ventrikels aufgebaut wird. Der untere Wert ist der Mindestdruck, der zwischen zwei Kontraktionen des Herzens entsteht, wenn sich die linke Herzkammer wieder mit Blut füllt. Angenommen, der Blutdruck beträgt 130/80 mm Hg, dann bedeutet das, dass der obere Druck 130 und der untere Druck 80 Millimeter Quecksilber beträgt. Der systolische Druck ist dann gleich dem Druck einer Säule von 130 mm Quecksilber. Ein oberer Druck zwischen 100 und 139 und ein unterer Druck zwischen 60 und 89 gilt als normal.
Ist der Ruheblutdruck höher als 140 mmHg, spricht man von Bluthochdruck. du hast dann ein erhöhtes Risiko, Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu entwickeln. du hast dann ein größeres Risiko für einen Herzinfarkt oder eine Hirnblutung.

Was ist die Funktion der Druckrezeptoren in den Blutgefäßen des Halses?

Die Druckrezeptoren im Hals überwachen den Blutdruck auf Höhe des Gehirns. Wenn der Blutdruck zu niedrig ist, wird nicht genügend Sauerstoff z. B. zum Gehirn transportiert. Ein zu hoher Blutdruck ist u. a. schädlich für die Blutgefäße. Die Druckrezeptoren (Barozeptoren) messen kontinuierlich den Blutdruck und geben ein Signal an das Gehirn und bestimmte Zellen des Nervensystems, wenn der Blutdruck zu niedrig oder zu hoch ist, damit im Körper die Blutdruckregulation angepasst wird.

Wie ist die Zusammensetzung des Blutes und welche Funktion haben die Blutplättchen?

Das Blut besteht aus: roten Blutkörperchen, weißen Blutkörperchen, Blutplättchen (Thrombozyten) und Blutplasma. Die roten Blutkörperchen enthalten Hämoglobin und sind für den Transport von Sauerstoff zuständig, die weißen Blutkörperchen bekämpfen Bakterien und Viren. Die Thrombozyten werden für die Gerinnung des Blutes im Falle einer Wunde benötigt.
Blutspender geben jeweils einen halben Liter Blut. Blut spendet man nur, wenn man gesund ist und ein gesunder Mensch merkt kaum, dass er Blut gespendet hat. Es ist jedoch möglich, dass ein Sauerstoffmangel beim Fliegen in großer Höhe eher auftritt. Es wird daher empfohlen, innerhalb von 24 Stunden nach der Blutspende nicht zu fliegen.

Welche Faktoren bestimmen die Herzfrequenz (Puls)?

Ein normaler Herzschlag (in Ruhe) liegt zwischen 60 und 80 Schlägen pro Minute. Die Herzfrequenz wird durch den Sinusknoten im rechten (Herz-)Vorhof bestimmt. Beim Sport steigt der Bedarf an Sauerstoff etc. und das Herz reagiert darauf mit einer Erhöhung der Herzfrequenz. Das Gleiche passiert bei Sauerstoffmangel. Angst und Stress erhöhen die Herzfrequenz. Auch Alkohol und einige Medikamente beeinflussen die Herzfrequenz.

Mit welchen Belastungen hat ein Segelflieger hauptsächlich zu tun und was bedeutet das für einen sicheren Flug?

  • Mit linearer Beschleunigung (eine erhöhte Geschwindigkeit ohne Richtungsänderung)
  • Mit Winkelbeschleunigung (eine Beschleunigung durch Richtungsänderung bei gleichbleibender Geschwindigkeit).
  • Bei der Zentripetalbeschleunigung (Kurvenflug) findet bei einer Kurve von z.B. 60° Neigung eine Beschleunigung in Richtung des Kreismittelpunktes statt und bei einer Kurve von 60° erfährt Ihr Körper eine Kraft von 2G. ( zweifache Erdbeschleunigung). Ihr fühlt Euch doppelt so schwer.

Ein Segelflugpilot hat mit negativen G-Kräften (z.B. bei starkem Nachdrücken nach einem Seilriss oder beim Ausleiten eines Loopings nach unten) und mit positiven G-Kräften zu tun.

Welche Auswirkungen haben Beschleunigungen auf den Blutkreislauf und den Blutdruck?

  • Bei negativen G-Kräften wird das Blut von den Füßen zum Kopf hin gedrückt. Im Gehirn und in den Augen steigt der Blutdruck an (Red Eye). Der Pilot sieht einen roten Schleier vor den Augen.
  • Bei positiven G-Kräften erfährst du eine Kraft vom Kopf in Richtung der Füße. Das Herz ist an die normale Schwerkraft gewöhnt und hat nun viel mehr Mühe, das Blut gegen die erhöhte Kraft in den Kopf zu pumpen. Die Blutzufuhr zu Gehirn und Augen ist reduziert oder stagniert. Das Gehirn hat nur für etwa 5 Sekunden eine Sauerstoffversorgung. Wer 5 G länger als 5 Sekunden ausgesetzt ist, verliert das Bewusstsein.

Was verstehen wir unter "Grey Out, Tunnelblick und Blackout" und wo tritt er auf?

Unser Körper ist an 1 G der normalen Schwerkraft gewöhnt. Bei Steilkurven und Loopings treten Beschleunigungen auf, durch die Sie mehr als 1 G Schwerkraft auf Ihren Körper erfahren. Je nach Stärke der G-Kraft und wie lange Sie ihr ausgesetzt sind, treten die folgenden Symptome auf:

Abb. 2.2.1.8 Auswirkung von positiven G Kräften

Abb. 2.2.1.8: Auswirkung von positiven G-Kräften

Bei positiven G-Kräften treten mit steigenden Belastungen nacheinander Tunnelblick, Greyout (keine Farben), Blackout und schließlich Bewusstlosigkeit auf.

Wie können wir die Toleranz für positive Beschleunigung erhöhen?

Achte darauf, dass du in guter körperlicher Verfassung bist. Müdigkeit, Alkoholkonsum und einige Medikamente verringern die G-Toleranz. Druckhosen ( Anti-G-Hosen) können verhindern, dass das Blut bei positiver G-Belastung in Richtung der Füße gedrückt wird. du kannst Deine Toleranz für positive Beschleunigung durch Training erhöhen. In einer Zentrifuge werden Kampfpiloten und Astronauten auf hohe g-Kräfte vorbereitet.