Versnellingen
1. Inleiding
De moderne jachtvliegtuigen onderwerpen de inzittende aan verschillende
versnellingen.In de luchtvaartgeneeskunde worden versnellingen meestal
ingedeeld volgens hun duur enerzijds en anderzijds volgens de richting
waarin zij op het menselijk lichaam inwerken.
A. Duur
a. Korte duur ( < 1 seconde)
Hun effect hangt af van de plaats van het lichaam waarop zij inwerken(vb.
bij een crash)
b.Intermediare duur ( 0.5 à 2 seconden)
(vb. bij ejecties, vertrek en landing op vliegdekschepen)
Hun effect hangt af van de intensiteit van de versnelling en van de
tijd die nodig is om deze versnelling te verkrijgen
c. Lange duur (> 2 seconden)
De effecten van deze versnellingen worden teweeg gebracht door de
vervorming van weefsels en organen
van het lichaam en door wijzigingen in de verdeling en de stroom van
bloed en andere lichaamsvochten.
2. De noties "snelheid" en "versnelling"
a. Snelheid
De snelheid van een bewegend voorwerp is de verhouding van de afstand
door dit voorwerp op de tijd die nodig was om die afstand af te leggen.
Snelheid (v)=ds/dt
b. Versnelling
De verplaatsing van een voorwerp wordt gekenmerkt door een snelheid
en een richting.
Elke verandering van één van beide gegevens veroorzaakt
een versnelling.
a= dv/dt of ds/dt2
3. De soorten versnellingen
a. Lineaire versnellingen
Alleen de snelheid verandert de richting blijft constant
Lineaire versnellingen oefenen weinig invloed uit op het menselijk organisme
( zij zijn enkel belangrijk bij vertrek en landing op een vliegdekschip
of indien zij zeer lang duren zoals bij de start van een ruimtetuig).
b. Radiale versnellingen
Alleen de richting verandert terwijl de snelheid constant blijft (het
nemen van een bocht).
c. Angulaire versnellingen
Zowel de snelheid als de richting verandert (vb. bij een vrille).
4. Definities van "g" "en "G"
De drie wetten van Newton
a. Een voorwerp in rust blijft in rust en een voorwerp in beweging
beweegt zich met een constante snelheid als er een kracht op inwerkt
b. Wanneer een kracht F inwerkt op een voorwerp, dan ondergaat dit
laatste een versnelling. Deze versnelling is rechtevenredig aan de inwerkende
kracht en omgekeerd evenredig aan haar eigen massa.
a=F/m
c. Bij iedere actie ontstaat er een reactie die gelijk is in intensiteit
maar waarvan de richting tegenovergesteld is.( dus een acceleratiekracht
veroorzaakt een inertiekracht in omgekeerde zin).
Het begrip "G" is de eenheid die de inertiekracht, die zelf het gevolg
is van de acceleraties, aanduidt in veelvouden van de zwaartekracht op
aarde.
Bijvoorbeeld: wanneer men zegt dat er een piloot onderworpen wordt aan
een versnelling van 3 G, dan betekent dat hij een versnelling ondergaat
van: 3x 9.81 m/sec2 of 29.24 m:sec2.
5. Omstandigheden waarbij de piloot onderworpen wordt aan
versnellingen
a. Lineaire versnellingen
- start (0.5 G)
- landing(0.5 G)
-gekatapulteerde start (3 à 4 G)
- ongevallen (crash) (90 à 100 G)
- valschermspringen ( 3 à 4 G)
- ejectie (15 G)
b. Radiale versnellingen
De centripetale kracht bij het nemen van een bocht oefent op de piloot
een centrifugale inertiekracht uit.
6. Soorten versnellingen
a. + GZ : van het hoofd naar de voeten gericht ( dit gebeurt bij het
omhoog trekken van het toestel, bij een looping en bij het nemen van bochten).
b. - GZ: van de voeten naar het hoofd gericht ( dit gebeurt bij een
omgekeerde looping).
c. +GX: van de borst naar de rug gericht (vb: bij het accelereren op
de startbaan).
d. - GX van de rug naar de borst gericht ( bij het remmen).
e. + en -GY: dit zijn de transversale versnellingen die veroorzaakt
worden door het trillen van het toestel en hebben minder belang.
7. De + Gz versnelling
a. Algemeenheden
De inertiekracht werkend op het lichaam is gericht van het hoofd naar
de voeten. De effecten zijn voornamelijk het gevolg van de krachten die
inwerken op de organen die opgehangen zijn (lever, milt, maag, ingewanden,
hart, enz...) en de lichaamsvloeistoffen (bloed en cerebrospinaal vocht).
Deze vloeistoffen worden door de inertiekracht naar beneden gedrukt.
b. Subjectieve effecten op het organisme van langdurige + Gz
+ 1 Gz: de piloot heeft gewoon het gevoel van het gewicht van zijn
lichaam. Wij zijn op de aarde allen blootgesteld aan een versnelling met
een grootte van + 1 Gz.
+2 Gz: de piloot heeft een gevoel van een matig sterk op zijn zetel
gedrukt te worden en een matige zwaarte van zijn handen.
+ 3 Gz:: het gevoel van zwaarte neemt toe. De bewegingen van de ledematen
worden moeilijker en vereisen een werkelijke spierkracht.
+3 à 4 Gz: er ontstaan visuele symptomen. Het gezichtsveld verkleint
door een verlies aan de periferie ( tunnelzicht). De boordinstrumenten
worden gezien door een mist. Dit noemt men de grijze sluier ( of de Grey-out),
eerste stadium van de gezichtsstoornissen. Indien de piloot op dit ogenblik
het trekken van G's vermindert verdwijnt de sluier onmiddellijk. Indien
integendeel, de centrifugale versnellingskracht dezelfde blijft of nog
vergroot, krijgen wij de zwarte sluier of Black-out.
+ 4.5 à 5 Gz: in het stadium van de zwarte sluier of Black-out
blijft de piloot perfect bewust. Hij behoudt een juist oordeel over zijn
oriëntatie in ruimte en tijd. Het gehoor blijft intact evenals de
mentale functies. Het gezicht is echter volledig verdwenen. Het gezichtsvermogen
komt terug drie à vijf seconden na het stoppen of verminderen van
de centrifugale versnellingskracht.
+ 4.5 à 6 Gz: de zwarte sluier is een ultieme waarschuwing voor
het totale ineenstorten van de cerebrale activiteit. Inderdaad, indien
de piloot zijn versnellingskracht blijft behouden of zelfs nog opdrijft
krijgen wij een totaal en plotseling bewustzijnsverlies.
+ 7 à 10 Gz: de effecten verschijnen veel vlugger. De tijd nodig
om een Black-out te bekomen is gewoonlijk 4 seconden. Een versnelling van
+ 10 Gz kan verdragen worden zonder een Black-out of Loss of Consciousness
te veroorzaken indien de duur korter is dan 3 seconden.
c. De fysiologische basis
De fysiologische uitleg van deze verschijnselen moet gezocht worden
in een zuurstofgebrek ter hoogte van de ogen en hersenen door een pooling
van bloed in de onderste ledematen als gevolg van de inwerkende versnelling.
De afstand tussen het hart en de hersenen is ongeveer dertig centimeter.
Wij kunnen de bloedvaten tussen het hart en de hersenen beschouwen als
een vloeistofkolom. In omstandigheden van + 1 Gz oefent deze vloeistofkolom
een druk uit van 25 mm Hg. Als de arteriële bloeddruk ter hoogte van
het hart 100 mm Hg is dan is de bloeddruk in de hersenen 75 mm Hg, 25 mm
Hg minder dan de bloeddruk ter hoogte van het hart, omwille van de hydrostatische
druk die moet overwonnen worden. Voor iedere toegevoegde + Gz wordt de
bloeddruk in de hersenen verminderd met 25 mm Hg. Bij + 4 Gz bijvoorbeeld
is de bloeddruk ter hoogte van de hersenen 0 als de bloeddruk ter hoogte
van het hart identiek blijft. Dit betekent dat men normaal bij 4 Gz het
bewustzijn zou verliezen. Dit is niet het geval aangezien de fysiologische
beschermingsmechanismen een compensatie bewerkstelligen door een verhogen
van de bloeddruk en de bloedstroom naar de hersenen. Over het algemeen
kan men zeggen dat versnellingskrachten die gedurende minder dan drie seconden
inwerken weinig of geen effect hebben op het cardiovasculair systeem. Duren
deze versnellingen echter langer dan krijgen wij het fenomeen van de Grey-out,
de Black-out en de Loss of Consciousness.
De visussymptomen gaan meestal de Loss of Conciousness vooraf aangezien
er ter hoogte van de oogbol een supplementaire druk van 12 mmHg op de bloedvaten
drukt zodat de bloedvaten ter hoogte van de retina sneller zonder zuurstof
geraken dan deze van de hersenen.
d. De G-LOC (G induced Loss of Consciousness)
Wat gebeurt er nu precies wanneer de piloot het bewustzijn verliest
?
Wel , alhoewel ogen en hersenen zich op ongeveer gelijke afstand bevinden
boven het niveau van het hart, ondervinden bij geleidelijke opvoering van
+ Gz krachten de ogen het eerst de nadelige gevolgen om redenen die wij
vroeger reeds hebben aangehaald. En dus wordt men als piloot in geval van
een geleidelijke toename van het aantal G's gewaarschuwd door verschijnselen
van gereduceerd gezichtsvermogen (" tunnel vision"- in iets latere stadia
"Grey-out" en "Black-out".
Een gunstige factor onder dergelijke omstandigheden is dat de situatie
vrijwel onmiddellijk verbetert zodra het aantal G's wordt gereduceerd.
Er kan daarbij echter gedurende enkele seconden een toestand van verwarring
optreden, terwijl sommigen moeilijkheden ondervinden met het focussen van
de ogen. Tot zover de situatie in geval er sprake is van een geleidelijke
toename van het aantal G's.
F-16 toestellen echter die van het ene op het andere moment veel G's
trekken en handhaven stellen echter veel andere problemen aan de piloten.
De eerste 3 à 4 seconden is er nog weinig aan de hand: de ogen en
de hersenen hebben als het ware een zuurstofvoorraad voldoende voor 3 à
4 seconden en zolang de onderbreking van de bloeddoorstroming niet langer
duurt ontstaan er geen problemen. Is die zuurstofvoorraad echter eenmaal
verbruikt,- en onder die omstandigheden komt dat moment voor zowel de ogen
als de hersenen gelijktijdig- dan worden de hersenen uitgeschakeld. En
in tegenstelling tot wat we eerder zagen met betrekking tot het gezichtsvermogen,
blijven de hersenen gedurende een (variabele) periode uitgeschakeld, ongeacht
de bloedvoorziening. Die periode waarin men niet in staat is tot denken,
horen, zien en handelen bedraagt minimaal 9 seconden. Het gemiddelde is
15 seconden terwijl de maximale periode neerkomt op 21 seconden. Bovendien
gaat het bewustzijnsverlies gepaard met spierreacties die, afhankelijk
van het individu, kunnen variëren van enkele samentrekkingen tot heftige
clonische bewegingen van armen, benen en hoofd. Doorgaans is er tijdens
de herstelperiode welke ongeveer een tiental seconden in beslag neemt,
sprake van verwarring en desoriëntatie. Ook is het zo dat het gebeuren
meestal samengaat met geheugenverlies voor wat betreft de Loss of Consciousness
periode. Het slachtoffer herinnert zich meestal nog wel wat er aan voorafging
maar het volgende wat hij zich weer realiseert ( vooropgesteld uiteraard
dat hij intussen de grond niet heeft geraakt) is een andere hoogte, positie
en snelheid. Ergens is hij zo tot 20 seconden kwijt, maar hij weet absoluut
niet hoe en waarom en afgezien daarvan zal hij gedurende een aantal seconden
erna nog niet in staat zijn tot efficiënt opereren. Sommigen die het
hebben meegemaakt beschreven die "Post GLC-gevoelens" als een toestand
van apathie, anderen beschreven ze als een droomachtige toestand waarin
alles heel langzaam lijkt te verlopen.
Wat gebeurt er nu als men tijdelijk de vlucht als F-16 piloot gedurende
20 tot 30 seconden niet in staat is tot efficiënt denken en handelen
?
Wel indien het vluchtpad op het kritische moment boven de horizon is
gericht, dan gaat het toestel op zoek naar 1 G, hetgeen vermoedelijk resulteert
in een langzame rol, geleidelijk overgaand in een duik. Als men weer tot
bewustzijn komt weet men naar alle waarschijnlijkheid niet eens dat men
" weg" is geweest. Men voelt zich gedesoriënteerd en verward en men
verbaast zich over de afwijkende hoogte en het vreemde vluchtpad. Wellicht
pas bij het bekijken van de videotape realiseert men zich dat men het slachtoffer
is geweest van een Loss of Consciousness. Indien Loss of Consciousness
daarentegen optreedt tijdens een steile horizontale bocht dan gaat men
vrijwel onmiddellijk over in een steile duikvlucht. En meestal krijgen
we dan een impact met de grond binnen de twintig seconden, dus voor dat
de piloot tot het bewustzijn teruggekomen is. In tegenstelling tot wel
eens wordt gedacht komt G-induced Loss of Consciousness niet uitsluitend
voor tijdens " air to air training", maar ook bij grondschietoefeningen
waarbij men onmiddellijk na het lossen van de munitie een steile horizontale
bocht pleegt te maken. Indien men op dit ogenblik een Loss of Consciousness
doet is dit altijd fataal.
8. Maatregelen die kunnen genomen worden ter bescherming
tegen de uitwerking van hoge + Gz versnellingen op het organisme.
a. Het straining manoeuvre
Dit manoeuvre bestaat uit een vlugge inademing gevolgd door een persen
van de ingeademde lucht tegen een halfopen of gesloten glottis gedurende
minimum 2 seconden en maximum 3 seconden. Samen met het strainen is het
belangrijk de spieren van de benen, de schoudergordel en de armen samen
te trekken om de veneuze return naar het hart te verhogen. Dit manoeuvre
noemt men het M1 of L1 manoeuvre (afhangende van de positie van de glottis).
Zelfs bij een perfect uitvoeren van het M1/L1 manoeuvre blijft er een kleine
decalage in tijd wat de reactie van de bloeddruk betreft. Daarom moet men
het manoeuvre starten enkele seconden voor men de G's gaat trekken.
b. De positie van de piloot
Men kan zoals in de F-16 zetel van de piloot naar achter kantelen
in een hoek van 30 ° met de verticale lijn. Daardoor werken de + Gz
versnellingen niet meer volledig parallel met de lichaamsas( hoofd-voeten)
in. De verticale afstand hart-hersenen wordt dan ook kleiner. Dit achteroverkantelen
kan echter maar in beperkte zin gebeuren aangezien hierdoor het zicht van
het instrumentenbord en de omgeving belemmerd wordt. Toch is men in de
Verenigde Staten proeven aan het doen waarbij de piloten volledig horizontaal
( in buikligging) liggen. Het instrumentarium van het vliegtuig moet hiervoor
echter volledig herdacht worden.
c. De Anti G-suit
Dit is een soort broek bestaande uit vijf pneumatische zakken: één
op het abdomen, één rond elke dij en één rond
elke kuit. Een anti-G suit kan door middel van veters nauw aangesloten
worden rond het abdomen en de onderste ledematen. Als de pneumatische zakken
opgeblazen zijn, verzetten zij zich tegen het ophopen van de bloedmassa
op hun niveau. De anti-G suit blaast zich op in een tijdspanne van 2 seconden
door middel van een ventiel dat zich automatisch opent wanneer de centrifugale
kracht 2 G's overschrijdt. De druk in de pneumatische zakken is evenredig
aan het aantal G's. Wanneer men het G trekken stopt ledigen de zakken zich
progressief. Deze anti-G suit geeft een bescherming aan de piloot van 2
G. Samen met een goed uitgevoerd M1/L1 manoeuvre geeft het de piloot een
bescherming van 3 G.
d. De "positieve pressure breathing"
Een andere methode om de bloedstroom naar de hersenen te verbeteren
is het geven van lucht onder positieve druk. Een positieve druk van 44
mmHg zou een tolerantievergroting van 2 G betekenen. Een hogere positieve
druk is niet aangewezen aangezien het teveel praktische ongemakken met
zich zou brengen. Positieve drukbeademing moet altijd gecombineerd worden
met een anti-G suit aangezien anders de pooling van bloed in de onderste
ledematen zou kunnen toenemen.
9. Belangrijke factoren die de individuele G-tolerantie
kunnen beïnvloeden.
a. Chronische lage bloeddruk
Omgekeerd is een licht verhoogde bloeddruk gunstig wat betreft de
G-tolerantie.
b. Afstand hart-hersenen
Hoe kleiner deze is, hoe beter de G-tolerantie. De Israëlische
Luchtmacht bijvoorbeeld geeft voor de selectie van zijn jachtpiloten de
voorkeur aan kleine, gedrongen maar krachtig gebouwde personen.
c. Deshydratie
Dit heeft vooral belang wanneer er gevlogen wordt in streken waar
de temperatuur zeer hoog is (bijvoorbeeld het Midden-Oosten). De jachtpiloten
hebben daar steeds een supplementaire vloeistofreserve in de vorm van een
speciaal in de kledij ingewerkt waterkruikje bij zich.
d. Hypoxie
Dit doet zich vooral voor bij het vliegen op grote hoogte en bij onvoldoende
werking van het zuurstofapparaat.
e. Hyperventilatie.
Dit verschijnsel beïnvloed de G-tolerantie in negatieve zin.
f. anti-G Straining
De belangrijkste factor is evenwel het correct uitvoeren van een tijdige,
goed gecoördineerde anti-G straining. Zoals we reeds zagen bestaat
het eerste deel van dit manoeuvre uit een snelle inademing gevolgd van
een persen van de ingeademde lucht tegen een halfopen of gesloten glottis.
Dit persen moet langer dan 2 seconden maar niet langer dan 3 seconden duren.
Door de vlugge inademing wordt er veneus bloed naar de borstkas gezogen.
Het krachtig persen gedurende 2 à 3 seconden verhoogt de bloeddruk
tussen hart en hersenen. Dit persen moet correct worden uitgevoerd. Indien
de inademing langer dan nodig, daalt de druk in de thorax, de bloeddruk
daalt en de L.O.C. kan voorkomen. Indien het persend uitademen te lang
duurt wordt de veneuze return naar het hart verhinderd. Dit vermindert
het bloedvolume dat door het hart kan worden rondgepompt en het resultaat
is hetzelfde: L.O.C.( Loss of Consciousness).
Zelfs wanneer de piloot het manoeuvre correct uitvoert reageert de bloeddruk
met een kleine tijdsdecalage. Daarom is het van vitaal belang te anticiperen
op het trekken van G's en het manoeuvre dus in te zetten enkele fracties
van een seconde voor men G's begint te trekken. Eens men begonnen is met
het trekken van G's is het meestal te laat om het manoeuvre te starten.
Daarom gebeurt het ook zo dikwijls dat men L.O.C. doet wanneer men de beak-seat
zit( dus wanneer men het toestel niet zelf bestuurt). Indien men voelt
dat het M1 /l1 manoeuvre te laat is ingezet is de enige oplossing het aantal
G's te verminderen en dit zo vlug mogelijk. Dit vergt wel een grote zelfdiscipline
vanwege de piloot, zeker wanneer de "vijand" hem op de hielen zit.
g. De lichaamshouding bij het trekken van G's
Een recente studie bij de U.S.A.F. heeft uitgewezen dat de meeste
ongevallen met L.O.C. als mogelijke oorzaak voorkomen wanneer men bij het
trekken van hoge + Gz het hoofd en/of de romp naar achter draait om een
achtervolgende "vijand" in het oog te houden. Het ant-G strainingmanoeuvre
is al moeilijk genoeg in ideale omstandigheden zijnde met het hoofd en
de thorax recht vooruit. Als daar nog gecompliceerde bewegingen bijkomen
( het hoofd draaien, kijken, spreken,...) wordt het helemaal ondoenbaar.
De "defensieve positie" ( dus het hoofd zijwaarts of achterwaarts gedraaid)
verhoogt ook de lengte van de hydrostatische vloeistofkolom tussen hart
en hersenen , dus vermindert de G-tolerantie. Er zou een verminderde bloedstrooming
naar de hersenen zijn in die positie ofwel als gevolg van een direct mechanisch
effect op de carotis en de vertebrale arteries ofwel als gevolg van een
reflexmatige reactie van de baroreceptoren van de sinus caroticus.
h. De frequente blootstelling aan G-stress
De G-tolerantie wordt ook negatief beïnvloed door een frequente
blootstelling aan G-stress. Anderzijds en misschien op het eerste zicht
contradictoir kan men zeggen dat wanneer men langere tijd geen G-versnellingen
heeft ondergaan de tolerantie eraan eveneens vermindert. Men kan moeilijk
de mathematische relatie berekenen tussen de frequentie van blootstelling
aan + Gz en de tolerantie eraan. Wel heeft men vastgesteld dat een driewekelijkse
blootstelling aan hoge + Gz versnellingen een betere tolerantie eraan geeft
dan een wekelijkse blootstelling eraan. Er worden op dit ogenblik testen
gedaan op centrifuge om te achterhalen wat de ideale frequentie van blootstelling
aan hoge + Gz te hebben ondergaan de tolerantie eraan onrustwekkend doet
dalen en dat terug uitvoeren van hoge + Gz vluchten na enkele weken rust(vb.
vakantie of ziekte) in zeer progressieve stadia zou moeten gebeuren.
i. De anit-G suits
De anti-G suit moet op de juiste wijze functioneren, hetgeen inhoudt
dat hij nauwsluitend en passend is en niet op één of andere
wijze beschadigd. Er wordt actueel hard gewerkt aan een nieuwe "high flow
anti-G valve" voor F-16 en A-10. De nieuwe valve opent sneller en heeft
een grotere doorstromingscapaciteit dan de thans in gebruik zijnde valve.
Anderzijds is het experimenteel aangetoond dat het abdominaal gedeelte
van de anti- G suit veruit de belangrijkste component ervan is en dat de
dij- en kuitcomponenten relatief gezien minder belangrijk zijn.
j. Training op centrifuge
De training op centrifuge kan veel ongelukken voorkomen aangezien
men daardoor het correcte strainingsmanoeuver kan aanleren en onderhouden.
k. De fysieke toestand
G's trekken is zeer vermoeiend. Powertraining en body-building worden
dan ook ten zeerste aangeraden bij jachtpiloten. Cardiovasculaire conditietraining
is ook belangrijk maar er worden grote vraagtekens gesteld over het nut
van lange afstandtraining en marathonlopen, sporten die de laatste tijd
erg "in" zijn ook bij jachtpiloten. Inderdaad, lange afstandlopers hebben
een verhoogde vagale tonus. Hun rustbloeddruk is lager en hij reageert
trager bij het trekken van G's aangezien door de vagale predominatie en
de hartfrequentie minder snel wordt opgedreven. Ook kan het strainingsmanoeuver
dat de nervus vagus nog supplementair stimuleert, de hartfrequentie vertragen.
Ook zouden er bij deze peronen vlugger hartritmestoornissen optreden voor
en na het trekken van G's en zou er ook een grotere gevoeligheid voor motionsickness
bestaan. Tegenwoordig raadt men aan om 20 à 30 minuten per dag aan
aerobictraining te doen (niet-meer). Powertraining ter versteviging van
de spiergordel van de thorax, hals en bovenste ledematen is ook ten zeerste
aan te raden.
l. Gezonheidstoestand
Een goede algemene gezondheidstoestand die alleen maar het gevolg
kan zijn van een regelmatige levenstijl zonder excessen op om het even
welk gebied is ook zeer belanrijk. Het vroegere beeld van de jachtpiloot
die heldhaftig, mannelijk was, die weinig slaap nodig had en een stevig
pintje kan verzetten heeft afgedaan ( of zou het tenminste moeten). Als
men zich niet volledig fit voelt ( en het ook is) zowel op fysisch als
mentaal gebied, zal men vlugger ten prooi vallen aan L.O.C. ook al omdat
de meesten onnodig risico's durven nemen om hun fysische zwakheid te verbergen.
L .Het Push-Pull fenomeen
Piloten die onderworpen werden aan + Gz versnellingen onmiddellijk
volgend op -Gz versnellingen zullen sneller een L.O.C.doen.
|
