Impedanzkardiografie zur Erfassung individueller physiologischer Beanspruchung – Vergleich mit spiroergometrischen Messgrößen

Impedance Cardiography for Monitoring Individual Physiological Strain – Comparison with Spiroergometric Measures

Leonard Stratmann^a,b, Ulrich Rohde^a, Manuela Andrea Hoffmann^a,c-d

^a Institut für Präventivmedizin der Bundeswehr, Andernach und ASt ­Koblenz

^b Klinik IA für Innere Medizin,Bundeswehrzentralkrankenhaus Koblenz

^c Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

^d Medizincampus Koblenz der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Zusammenfassung

Die Überwachung der physiologischen Beanspruchung von Soldatinnen und Soldaten während der Erfüllung militärischer Aufgaben kann die Leistungsoptimierung unterstützen, zur Prävention von „non-battle injuries“ und Erkrankungen beitragen und eine schnellere medizinische Einschätzung im Notfall ermöglichen. Als Referenzmethode zur Erfassung der kardiopulmonalen und metabolischen Beanspruchung gilt die Ergospirometrie, deren Einsatz im militärischen Arbeitsalltag jedoch aufgrund ihrer eingeschränkten Praktikabilität limitiert ist. Die Impedanzkardiografie (ICG) ist ein potenziell feldtauglicher, nicht-invasiver Ansatz zur kontinuierlichen kardiovaskulären Überwachung.

21 gesunde männliche Soldaten absolvierten einen 6 km langen Belastungsmarsch mit einer Gesamtlast von rund 32 kg (Kampfbekleidung, ballistische Schutzweste und Zuladung) bei zwei Geschwindigkeiten (4,5 und 6,0 km/h), gefolgt von fünf 15-sekündigen Laufintervallen und einem Maximalbelastungstest bis zur Erschöpfung bei jeweils 13 km/h. Hierbei wurden die ­relative Sauerstoffaufnahme (rVO₂) mittels Ergospirometrie und der Cardiac Index (CI), das auf die Körperoberfläche normierte Herzzeitvolumen, mittels ICG simultan erfasst.

Die Ergebnisse zeigten einen starken gleichgerichteten Zusammenhang zwischen CI und rVO₂ (rs = 0,80; p < 0,001). Die mittlere Within-subject-Pearson-­Korrelation z-standardisierter Werte betrug r = 0,90 (SD = 0,07), was für einen gleichgerichteten individuellen Verlauf beider Methoden spricht. Es zeigte sich eine systematische Divergenz zwischen den Messwerten während der Pausen (Δz ≈ +0,45) im Vergleich zu den Marschphasen (Δz ≈ −0,19), das heißt, der Cardiac Index sank in den Pausen langsamer ab als die Sauerstoffaufnahme. Mittels ICG erhobene CI-Werte zeigten einen starken gleichgerichteten Zusammenhang mit der ergospirometrisch gemessenen Sauerstoffaufnahme und eine vergleichbare zeitliche Dynamik über alle Belastungsstufen hinweg. Die ICG zeigt sich damit als ein vielversprechender, nicht-invasiver Ansatz für das kontinuierliche kardiovaskuläre Belastungsmonitoring unter realistischen Einsatzbedingungen.

Schlüsselwörter: Impedanzkardiografie, Ergospirometrie, Sauerstoffaufnahme, Cardiac Index, militärischer Marsch, physiologisches Monitoring

Summary

Monitoring physiological strain in soldiers during military tasks can support performance optimisation and help prevent non-battle injuries and illness. Ergospirometry is an established reference method for assessing strain but is not practical for everyday military use. Impedance cardiography (ICG) represents a potentially field-deployable, non-invasive approach for continuous cardiovascular monitoring.

Twenty-one healthy male soldiers completed a 6 km loaded march carrying a total load of approximately 32 kg (combat uniform, ballistic protective vest, and additional load) at two speeds (4.5 and 6.0 km/h), followed by five 15-second running intervals and a maximal exercise test to exhaustion, both at 13 km/h. We recorded relative oxygen uptake (rVO2) via ergospirometry and cardiac index (CI, cardiac output normalised to body surface area) via ICG simultaneously. CI and rVO₂ showed a strong concordant relationship (rs = 0.80; p < 0.001). The mean within-subject Pearson correlation of z-standardised values was r = 0.90 (SD = 0.07), indicating a concordant individual course for both methods. We observed a systematic divergence between the values during pauses (Δz ≈ +0.45) compared to marching phases (Δz ≈ −0.19); i.e., the cardiac index declined more slowly than oxygen uptake during pauses. CI values obtained via ICG showed a strong concordant relationship with ergospirometrically measured oxygen uptake and comparable temporal dynamics across all load stages. ICG thus represents a promising, non-invasive approach for continuous cardiovascular strain monitoring under realistic operational conditions.

Keywords: impedance cardiography; ergospirometry; oxygen uptake; cardiac index; military marching; physiological monitoring

Einleitung und Hintergrund

Die Überwachung der physiologischen Beanspruchung von Soldatinnen und Soldaten während militärischer Einsätze und Übungen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein kontinuierliches Monitoring kann über eine individualisierte Trainingssteuerung zur Leistungsoptimierung ­beitragen, die Prävention sog. „non-battle injuries” und internistischer Erkrankungen unterstützen und im Verletzungsfall eine unmittelbare medizinische Einschätzung ermöglichen [3][5].

Die Ergospirometrie gilt als etablierte Referenzmethode zur Erfassung von Beanspruchung im Kontext der Arbeits- und Sportmedizin sowie der Leistungsphysiologie, da sie sowohl die aerobe Kapazität als auch den Energieumsatz auf respiratorischer Ebene erfasst [2]. Der praktische Einsatz der Ergospirometrie im Feld ist jedoch durch mehrere Faktoren limitiert:

• eingeschränktes Sichtfeld,
• Diskomfort für die tragende Person,
• Beeinträchtigung des Trink- und Essverhaltens sowie
• Fehlen eines unmittelbaren medizinischen Beurteilungsparameters.

Alternative feldtaugliche Ansätze stützen sich häufig allein auf die Herzfrequenz, die jedoch nur einen Teilaspekt der kardiovaskulären und metabolischen Beanspruchung widerspiegelt [1].

Die Impedanzkardiografie (ICG) bietet einen potenziell feldtauglichen, nicht-invasiven Ansatz zur kontinuierlichen kardiovaskulären Überwachung. Das Verfahren misst die thorakale elektrische Bioimpedanz mittels sechs Elektroden (zwei am Hals, vier am Thorax) [8]. Hierzu werden geringe, nicht wahrnehmbare Wechselströme durch den Thorax geleitet. Die Änderungen der Impedanz spiegeln Änderungen des aortalen Blutflusses wider. Aus diesen Impedanzsignalen lässt sich das Schlagvolumen ableiten; durch Multiplikation mit der Herzfrequenz ergibt sich das Herzzeitvolumen (Cardiac Output) [4]. Normiert auf die Körperoberfläche, resultiert der Cardiac Index (CI), der zentrale Parameter dieser Studie (Vgl. Abbildung 1).

Abb. 1: Von der Ableitung der Thoraximpedanz zum Cardiac Index (CI) (Bildrechte: L. Stratmann et al.;Abb. enthält Bildausschnitte aus den „Instructions For Attaching Leads“ (Manatec Biomedical/Physioflow). Verfügbar unter: physioflow.com/software.php [Letzter Zugriff: 1. September 2026])

Die vorliegende Untersuchung ist nach Kenntnis der Autoren die erste Studie, die ICG unter ballistischer Schutzausrüstung und bei hoher externer Zuladung unter militärtypischer Belastung einsetzt – ein praxisrelevanter Anwendungsfall für Feldstudien [7].

Ziel war es, die Eignung der ICG zur Erfassung der individuellen Beanspruchung während eines militärischen Marsches zu evaluieren und die physiologische Plausibilität der Methode im Vergleich zur Ergospirometrie zu beurteilen.

Methodik

Ethik

Die Studie wurde von der Landesärztekammer Rheinland-Pfalz ethisch positiv bewertet (Bearbeitungsnummer 2024–17745). Alle Teilnehmer erteilten eine schriftliche Einwilligungserklärung nach vorheriger ausführlicher Studieninformation.

Teilnehmer

21 gesunde männliche Soldaten nahmen an der Studie teil. Die anthropometrischen Merkmale sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tab. 1: Anthropometrische Daten der Studienteilnehmer (n = 21)

Ausrüstung

Die Teilnehmer trugen jeweils rund 32 kg Gesamtlast, bestehend aus einheitlicher Kampfbekleidung aus dem Kampfbekleidungssatz der Streitkräfte und realistischer Zuladung, die an der MOBAST-Schutzweste und am Hüftgurt verstaut war.

Protokoll

Das Protokoll bestand aus einem 6 km langen Laufbandmarsch im Messwiederholungsdesign bei zwei Geschwindigkeiten (4,5 km/h und 6,0 km/h), unterteilt in vier 1,5-km-Abschnitte (Q1–Q4). Im Anschluss folgten eine zweiminütige Pause und ein Intervalltest mit 5 Sprints über 15 s bei 13 km/h mit intermittierenden 15 s-Pausen. Nach dem fünften Sprint folgten eine zweiminütige Pause und ein Maximalbelastungstest bis zur Erschöpfung bei ebenfalls 13 km/h. Die Untersuchungen fanden bei standardisierten Umweltbedingungen in einer Klimasimulationskammer bei 25 °C und 60 % relativer Feuchte statt.

Messungen

Über das gesamte Protokoll wurden simultan die relative Sauerstoffaufnahme (rVO₂, ml/kg/min) mittels Ergospirometrie als Referenzmethode sowie der CI(l/min/m²) mittels ICG erfasst.

Geräte

Ergospirometrie: Metamax 3B (Cortex Biophysik GmbH, Leipzig, Deutschland) [9], Mittelungsintervall 5 Sekunden.

ICG: Physioflow Enduro PF-07 (Manatec Biomedical, Petit Ebersviller, Frankreich) [6], Mittelungsintervall 10 Sekunden.

Statistische Analyse

Die statistische Auswertung erfolgte mit SPSS Statistics, Version 29,0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Zunächst wurde die Spearman-Rangkorrelation zwischen CI und rVO₂ über alle 9 Belastungsstufen (vgl. Tabelle 2) und Belastungsintensitäten berechnet, um den grundsätzlichen bivariaten Zusammenhang zu beurteilen. Die rangbasierte Spearman-Korrelation wurde aufgrund nicht normalverteilter Messwerte und ihrer Robustheit gegenüber Ausreißern gegenüber der Pearson-Korrelation bevorzugt. Anschließend wurden beide Messwerte z-standardisiert (zCI und zrVO₂), um Anpassungsreaktionen unabhängig von den Absolutwerten zu vergleichen. Zwischen den z-standardisierten Werten wurden anschließend Within-subject-Pearson-Korrelationen für jeden Teilnehmer berechnet. Zuletzt wurde die Differenz Δz = zCI − zrVO₂ je Belastungsstufe (Mittelwert, SD) ermittelt, um systematische Divergenzmuster zwischen den beiden Methoden zu identifizieren. Boxplot-Darstellungen (Abbildung 3) verwenden, abweichend von der tabellarischen Übersicht (Tabelle 2, Mittelwerte), den robusteren Median als Lagemaß.

Ergebnisse

Die Spearman-Korrelation zwischen CI und rVO₂ über alle 375 Messpaare (wiederholte Messungen der 21 Teilnehmer über den Studienverlauf) war hochsignifikant und stark ausgeprägt (rs(375) = 0,80; p < 0,001). Da die Messpaare aus wiederholten Messungen derselben Teilnehmer stammen und damit nicht vollständig unabhängig sind, kann der p-Wert dieser gepoolten Korrelation tendenziell zu klein ausfallen. Der Zusammenhang ist daher vor allem im Sinne eines starken gleichgerichteten Zusammenhangs zu interpretieren. Die LOESS-geglättete Trendlinie (LOESS: Locally Estimated Scatterplot Smoothing, Glättungsfaktor 50 %) bestätigte einen klaren, konsistenten positiven Zusammenhang zwischen CI und Sauerstoffaufnahme über das gesamte Belastungsspektrum hinweg (Abbildung 2).

Abb. 2: Spearman-Korrelation von CI und rVO₂; LOESS Trendlinie (Glättungsfaktor 50 %) (Bildrechte: L.Stratmann et al.)

Die z-standardisierten Mittelwerte beider Methoden zeigten über alle Belastungsstufen hinweg und bei beiden Marschgeschwindigkeiten einen sehr ähnlichen Verlauf. Es kam zu einem Anstieg mit zunehmender Belastungsintensität, einem Abfall während der Pausen und zu Höchstwerten beim Maximalbelastungstest (vgl. Tabelle 2). Die Streuung (± SD) nahm mit steigender Intensität deutlich zu, insbesondere während der Intervall- und Maximalbelastungsphasen.

Die mittlere Within-subject-Pearson-Korrelation zwischen zCI und zrVO₂ betrug r = 0,90 (SD = 0,07), was vor allem als Hinweis auf einen gleichgerichteten individuellen Verlauf zwischen ICG und Ergospirometrie zu werten ist. Tabelle 2 zeigt die Mittelwerte und Standardabweichungen der standardisierten Werte je Belastungsstufe: beide Signale beginnen niedrig, steigen über die Marschabschnitte an, fallen während der Pausen ab, erreichen während der Intervalle und des Maximalbelastungstests ihre Höchstwerte und zeigen anschließend eine Erholung.

Die Differenzwerte Δz (zCI − zrVO₂) lagen über alle Belastungsstufen hinweg im Median nahe null, was auf eine insgesamt gute Übereinstimmung beider Methoden hindeutet (Abbildung 3). Es zeigte sich jedoch ein systematisches Divergenzmuster: Während der Pausen betrug Δz ≈ +0,45 (gemittelt über Pause I und Pause II, vgl. Tabelle 2), d. h. der CI sank langsamer ab als die Sauerstoffaufnahme. Während der Marschphasen betrug Δz ≈ −0,19 (gemittelt über die Marschabschnitte Q1–Q4, vgl. Tabelle 2), d. h. die standardisierte Sauerstoffaufnahme lag geringfügig über dem standardisierten CI.

Diskussion

Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die ICG individuelle Verläufe des CI mit hoher Verlässlichkeit abbildet und einen starken gleichgerichteten Zusammenhang mit der ergospirometrisch gemessenen Sauerstoffaufnahme sowie eine vergleichbare zeitliche Dynamik aufweist. Die hohe Within-subject-Korrelation (r = 0,90) ist dabei vor allem als Hinweis auf einen gleichgerichteten individuellen Verlauf zu werten und weniger als formaler Nachweis der Übereinstimmung oder Austauschbarkeit beider Methoden; dies spricht für eine gute individuelle Nachverfolgbarkeit des CI-Verlaufs durch ICG. Die geringere, jedoch weiterhin substanzielle Querschnittskorrelation (rs = 0,80) bestätigt die grundsätzliche physiologische Plausibilität des Verfahrens.

Da rs (Querschnittsanalyse aller Messpaare) und r (Within-subject-Analyse standardisierter Werte) methodisch unterschiedliche Fragestellungen beantworten, sind beide Koeffizienten nicht direkt miteinander vergleichbar. Angesichts des explorativen Charakters dieser Studie sollten die Ergebnisse in konfirmatorischen Folgeuntersuchungen – etwa mittels Repeated-Measures-Korrelation oder Mixed-Effects-Modellen – weiter abgesichert werden.

Bemerkenswert ist das systematische Divergenzmuster der Signale während der Pausenphasen. Entgegen der Erwartung, dass sich das Herzzeitvolumen schneller an veränderte Anforderungen anpasst als die Sauerstoffaufnahme, zeigte sich in den vorliegenden Daten das ­Gegenteil: rVO₂ reagierte rascher auf die Belastungsreduktion als CI [10]. Eine mögliche Erklärung liegt im vergleichsweise langen Mittelungsintervall der verwendeten ICG-Software von 10 s gegenüber dem kürzeren Mittelungsintervall von 5 s der Ergospirometrie, sodass die beobachtete Divergenz eher einem methodischen Artefakt als einem physiologischen Unterschied entsprechen könnte. Diese Annahme sollte in weiterführenden Untersuchungen mit höher aufgelösten Messintervallen überprüft werden.

Die zunehmende Streuung der z-standardisierten Werte bei hoher Belastungsintensität weist zudem auf eine wachsende interindividuelle Variabilität hin, die vermutlich durch unterschiedliche Fitnesslevel und individuelle physiologische Obergrenzen bedingt ist. Dies deutet darauf hin, dass absolute ICG-Werte bei Spitzenbelastungen zwischen Individuen weniger vergleichbar sind, während die individuelle zeitliche Dynamik weiterhin gut abgebildet wird.

Limitationen

Die Studie weist einige Einschränkungen auf. Zum einen nahmen ausschließlich männliche Soldaten teil, sodass die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Soldatinnen aufgrund abweichender Anthropometrie und kardiovaskulärer Reaktionsmuster nicht gesichert ist. Zum anderen kam es bei einzelnen Teilnehmern im Verlauf der Untersuchung, insbesondere bei vermehrtem Schwitzen in späteren Belastungsphasen, zu einem Einbruch der Ableitungsqualität des ICG-Signals, was während der laufenden Messung nicht korrigierbar war. Dies dürfte zumindest teilweise zu der beobachteten Zunahme der Standardabweichung (SD) in den späteren Belastungsstufen (vgl. Abbildung 3 und Tabelle 2) beigetragen haben und schränkt die Interpretierbarkeit der ICG-Messung bei hoher Belastungsintensität ein. Darüber hinaus wurde das Protokoll auf einem Laufband und damit unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt, sodass die Übertragbarkeit auf reale Geländemärsche mit unebenem Untergrund im Einsatz nur eingeschränkt möglich ist. Zudem stammen die 375 analysierten Messpaare aus wiederholten Messungen von n = 21 Teilnehmern und sind daher nicht vollständig unabhängig, was dazu führen kann, dass der p-Wert der gepoolten Spearman-Korrelation tendenziell zu klein ausfällt. Robustere Verfahren wie Repeated-Measures-Korrelationen oder Mixed-Effects-Modelle könnten dies in Folgestudien berücksichtigen. Schließlich ist die Stichprobengröße (n = 21) trotz ausreichender statistischer Aussagekraft für die Within-subject-Analyse relativ klein.

Abb.3: Boxplots der Differenzwerte Δz (zCI − zrVO2) je Belastungsstufe. Die Box zeigt den Interquartilsbereich (25.–75. Perzentil) mit dem Median als horizontale Linie, die Whisker den Wertebereich innerhalb des 1,5-fachen Interquartilsabstands. Kreise und Sterne kennzeichnen Ausreißer bzw. Extremwerte. (Bildrechte: L.Stratmann et al.)

Folgeuntersuchungen sollten insbesondere die Ursachen der beobachteten Divergenz während Ruhephasen im Kontext unterschiedlicher physiologischer Expositionen sowie bei variierenden Mittelungsintervallen der ICG-Software weiter aufklären.

Fazit

Die ICG zeigte in dieser explorativen Studie einen starken gleichgerichteten Zusammenhang mit der ergospirometrisch gemessenen Sauerstoffaufnahme (mittlere Within-subject-Korrelation r = 0,90; SD = 0,07) sowie vergleichbare zeitliche Verläufe über alle untersuchten Belastungsstufen hinweg. Damit zeigt sich die ICG als ein potenziell praktikables, nicht-invasives Verfahren zur Überwachung der physiologischen Beanspruchung bei der Erfüllung militärspezifischer Aufgaben. Die Gründe für die beobachtete, stärker ausgeprägte Divergenz während Pausenphasen sollten im Kontext unterschiedlicher physiologischer Expositionen weiter untersucht werden.

Militärische Implikationen

Unter realistischen Einsatzbedingungen ermöglicht ICG ein kontinuierliches, individuelles kardiovaskuläres Monitoring – mit geringerer Beeinträchtigung von Sichtfeld, subjektivem Anstrengungsempfinden und Bewegungsfähigkeit im Vergleich zur Ergospirometrie. Dies spricht für die weitere Erprobung der Methode als eine Möglichkeit für feldtaugliches Beanspruchungsmonitoring.

Kernaussagen

• Die Impedanzkardiografie (ICG) wurde erstmalig unter militärischer Schutzausstattung bei Belastungsbedingungen in einer Studie eingesetzt.
• Der durch ICG ermittelte Cardiac Index korrelierte individuell hoch mit der ergospirometrisch ermittelten Sauerstoffaufnahme (r = 0,90).
• Die Dynamik des Cardiac Index und der relativen Sauerstoffaufnahme war über alle Belastungsstufen hinweg vergleichbar.
• ICG ist ein vielversprechendes, nicht-invasives Verfahren für das kontinuierliche Beanspruchungsmonitoring bei militärischen Belastungen.
• Künftige Studien sollten Soldatinnen, größere Stichproben sowie unterschiedliche militärische Belastungsformen und Geländebedingungen einschließen, um die Übertragbarkeit zu gewährleisten.

Literatur

1. Achten J, Jeukendrup AE. Heart rate monitoring: applications and limitations. Sports Med. 2003;33(7):517–538. mehr lesen
2. Albouaini K, Egred M, Alahmar A, Wright DJ. Cardiopulmonary exercise testing and its application. Postgrad. Med. J. 2007;83(985):675–682. mehr lesen
3. Alcover KC, Howard K, Poltavskiy E, et al. Disease and non-battle injury in deployed military: a systematic review and meta-analysis. Mil. Med. 2024;189(Supplement_3):21–30. mehr lesen
4. Bernstein DP. A new stroke volume equation for thoracic electrical bioimpedance: theory and rationale. Crit. Care Med. 1986;14(10):904–909. mehr lesen
5. Bustos D, Guedes JC, Vaz MP, et al. Non-invasive physiological monitoring for physical exertion and fatigue assessment in military personnel: a systematic review. Int. J. Environ. Res. Public. Health 2021;18(16):8815. mehr lesen
6. Charloux A, Lonsdorfer-Wolf E, Richard R, et al. A new impedance cardiograph device for the non-invasive evaluation of cardiac output at rest and during exercise: comparison with the „direct“ fick method. Eur. J. Appl. Physiol. 2000;82(4):313–320. mehr lesen
7. Looney DP, Santee WR, Karis AJ, et al. Metabolic costs of military load carriage over complex terrain. Mil. Med. 2018;183(9–10):e357–e362. mehr lesen
8. Sherwood A, Allen MT, Fahrenberg J, Kelsey RM, Lovallo WR, Van Doornen LJP. Methodological guidelines for impedance cardiography. Psychophysiology 1990;27(1):1–23. mehr lesen
9. Vogler AJ, Rice AJ, Gore CJ. Validity and reliability of the cortex metamax3b portable metabolic system. J. Sports Sci. 2010;28(7):733–742. mehr lesen
10. Yoshida T, Yamamoto K, Udo M. Relationship between cardiac output and oxygen uptake at the onset of exercise. Eur. J. Appl. Physiol. 1993;66(2):155–160. mehr lesen

Erklärung zum Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Finanzierung

Das Vorhaben wurde als Sonderforschungsvorhaben durch den Sanitätsdienst der Bundeswehr mit Bundesmitteln durchgeführt.

Manuskriptdaten

Zitierweise

Stratmann L, Rohde U, Hoffmann MA. Impedanzkardiografie zur Erfassung individueller physiologischer Beanspruchung – Vergleich mit spiroergometrischen Messgrößen. WMM 2026;70(11):534-539.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-997

Für die Verfasser

Oberstabsarzt Leonard Stratmann

Klinik IA für Innere Medizin

Bundeswehrzentralkrankenhaus Koblenz

Rübernacher Str. 170, 56072 Koblenz

E-Mail: leonardstratmann@bundeswehr.org

Manuscript Data

Citation

Stratmann L, Rohde U, Hoffmann MA. [Impedance Cardiography for Monitoring Individual Physiological Strain – Comparison with Spiroergometric Measures]. WMM 2026;70(11):534-539.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-997

For the Authors

Major (MC) Leonard Stratmann

Department IA of Internal Medicine

Bundeswehr Central Hospital Koblenz

Rübernacher Str. 170, D-56072 Koblenz

E-Mail: leonardstratmann@bundeswehr.org

Grundausbildung als präventivmedizinisches Untersuchungsmodell: Entwicklung eines standardisierten Studiendesigns zur Erfassung von Prädiktoren für militärische Leistung, Stressempfinden und ­Gesundheitserleben*

Basic Training as a Preventive Medical Model: Development of a Standardised Study Design to Detect ­Predictors of Military Performance, Stress Perception and Health Experience

Alexander Witzki^a, Kristina Küper^a, Nils-Alexander Simon^a,b, Manuela Andrea Hoffmann^{a, c-d}

^* Die in diesem Beitrag verwendeten Personenbezeichnungen beziehen sich immer gleichermaßen auf weibliche und männliche Personen. Auf eine Doppelnennung und gegenderte Bezeichnungen wird im Allgemeinen, zugunsten einer besseren Lesbarkeit, verzichtet.

^a Institut für Präventivmedizin der Bundeswehr, Andernach und ASt ­Koblenz

^b Verbindungsstabsoffizier des Heeres am Institut für Präventivmedizin der Bundeswehr – Ausbildungskommando, Leipzig

^c Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

^d Medizincampus der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Zusammenfassung

In der Grund- bzw. Basisausbildung erlernen Rekrutinnen und Rekruten die Grundlagen militärischer Tätigkeiten und werden im Soldatenberuf sozialisiert. Diese erste militärische Ausbildungsphase wird häufig als belastend empfunden und eignet sich daher als Modell zur wissenschaftlichen Untersuchung der mit dem Soldatenberuf verbundenen Anforderungen. Das Institut für Präventivmedizin der Bundeswehr (InstPrävMedBw) plant, diesen Modellcharakter in einem bevorstehenden Forschungsprojekt zu nutzen, um Personenfaktoren zu identifizieren, die positive Auswirkungen auf die Bewältigung der Herausforderungen und Belastungen militärischer Tätigkeiten haben. Untersucht werden soll, ob und in welchem Ausmaß individuelle Merkmale wie Resilienz und Selbstwirksamkeit Einfluss auf das Gesundheits- und Stressempfinden sowie die militärische Leistungsfähigkeit von Rekrutinnen und Rekruten haben. Das geplante Studiendesign und die Messinstrumente zur Operationalisierung wurden im Vorfeld mittels zweier Pilotuntersuchungen getestet, die hier beschrieben werden.

Die für die Hauptstudie geplante Vorgehensweise ermöglicht es, mit geringem Aufwand wichtige präventivmedizinische und militärpsychologische Erkenntnisse zur Verbesserung der individuellen Konstitution (Stress- und Gesundheitsempfinden) von Soldatinnen und Soldaten sowie ihrer militärischen Leistungsfähigkeit zu gewinnen und damit einen wichtigen Beitrag zur Landes- und Bündnisverteidigung (LV/BV) zu leisten.

Schlüsselwörter: Präventivmedizin, Militärpsychologie, Grundausbildung, Basisausbildung, Resilienz, Belastung, Beanspruchung, subjektive Gesundheit, militärische Leistungsfähigkeit

Summary

In basic training, recruits learn fundamental military skills and are first socialised as a soldier. This initial phase of military training is frequently perceived as stressful, and is thus a good model for the scientific investigation of the demands associated with military service. The Bundeswehr Institute of Preventive Medicine plans to apply this model in an upcoming research project in order to identify personal factors that have a positive impact on coping with the challenges and stresses of military service. The study aims to investigate whether and to what extent individual characteristics such as resilience and self-efficacy impact the health and stress perception as well as the military performance of recruits. The study design and measures used to operationalise these characteristics were tested in two pilot studies. The approach intended for use in the main study provides important preventive medical and military psychological insights. These can be used to improve soldiers’ constitution (subjective stress and health) as well as military performance with minimal effort, thus generating an important contribution to national and alliance defences.

Keywords: preventive medicine; military psychology; basic training; resilience; stress; strain; subjective health; military performance

Einleitung und Hintergrund

Angehörige von Streitkräften waren schon immer besonderen physischen und psychischen Härten, Entbehrungen und Belastungen ausgesetzt [1].

Wie das Zitat aus dem Handbuch Innere Führung herausstellt, ist der Beruf der Soldatinnen und Soldaten von besonderen Anforderungen und Belastungen geprägt. Dies wird vor allem in stark belastenden Ausnahmesituationen, im Einsatz und in Gefechtssituationen deutlich, die eine sehr hohe individuelle Resilienz erfordern (siehe Bilder am Anfang des Beitrags). Deshalb war und ist das „Streben nach einem höheren Maß an Resilienz“ schon immer Teil des Soldatenberufs [1].

Mit der militärischen Grund- bzw. Basisausbildung¹ beginnt die militärische Sozialisation, also das Hineinwachsen jeder einzelnen Person in das Militär mit seinen Regeln und Anforderungen [3]. Entsprechend wird in dieser Phase auch die Basis für die Bewältigung der besonderen beruflichen Herausforderungen des Soldatenberufs gelegt [26]. Jeder Soldat muss sie durchlaufen, unabhängig von seiner späteren Verwendung und Zugehörigkeit zu einer Teilstreitkraft oder einem Organisa­tionsbereich. In dieser Phase wird die allgemeinmilitärische Grundbefähigung des militärischen Personals erworben, deren Ausbildungsinhalte in der Allgemeinen Regelung „Ausbildung zum Herstellen und Halten der individuellen Einsatzbereitschaft“ A-221/6 VS-NfD [10] festgelegt sind. Die in der Grundausbildung erworbenen bzw. verstärkten Eigenschaften, wie beispielsweise individuelle Resilienz und Techniken zum Umgang mit Stress, wirken sich nicht nur positiv in der Bundeswehr aus, sondern haben, durch die gesellschaftliche Teilhabe von Reservisten, Veteranen und Soldaten als aktiven Bürgern in Uniform, auch positive Auswirkungen auf die zivile Gesellschaft.

Herausforderung für das Individuum

Die Grundausbildung ist für den einzelnen Rekruten mit einer Vielzahl von Veränderungen und neuen Erfahrungen verbunden. Die in Abbildung 1 dargestellten Einflüsse und die damit verbundenen Beanspruchungen können individuell sehr unterschiedlich stark ausgeprägt sein.

Abb. 1: Beispiele Individueller Belastungsfaktoren während der Grundausbildung (Bildrechte Silhouette: pixabay.com)

Viele dieser Belastungsfaktoren bzw. deren Auswirkungen sind durch internationale Studien belegt. Beispielsweise gibt Zeder [33] einen Überblick über Stressoren in der schweizerischen Rekrutenschule und benennt konkret den Verzicht auf Gewohntes, den Verlust der Individualität, soziale Herausforderungen sowie körperliche und psychische Belastungen. In vielen anderen Studien werden einzelne Aspekte beleuchtet; so berichten Larsen et al. von substanziellem Schlafmangel bei australischen Rekruten während der Grundausbildung [17], und Adrian et al. weisen in einer US-amerikanischen Studie darauf hin, dass Schlafprobleme während der Grundausbildung möglicherweise ein Indikator für Schwierigkeiten bei der Eingewöhnung in das Militär seien [2]. Ein anderes Beispiel ist der Zusammenhang zwischen den körperlichen Trainingsanforderungen und dem subjektiven Befinden während der Grundausbildung, der u. a. in Australien dokumentiert wurde [9]. Die Bedeutung der Trennung von Familie und vertrautem Umfeld als Belastung für neue Militärangehörige in Deutschland zeigt sich zum einen darin, dass sowohl im Dienst verbleibende als auch vorzeitig ausscheidende Soldaten in Befragungen längere Fahrzeiten sowie bestehende Anforderungen und Belastungen im Privat- und Familienleben als die wichtigsten Gründe angeben, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, die Bundeswehr zu verlassen [27]. Zum anderen verlässt der Großteil der vorzeitig ausscheidenden Soldaten die Bundeswehr bereits in den ersten Ausbildungsmonaten [24]. Dabei ist die Trennung von Familie und vertrautem Umfeld sicherlich ein gewichtiger, aber nicht der einzige Grund für dieses frühe Ausscheiden.

Zusammenfassend lässt sich konstatieren, dass die Grundausbildung, als erste militärische Ausbildungszeit, häufig als psychisch belastend empfunden wird [25]. Möglicherweise ist dies einer der Gründe, warum in der Vergangenheit häufig mehr als 20 % der Rekruten bereits innerhalb der ersten sechs Ausbildungsmonate wieder aus der Bundeswehr ausgeschieden sind [12]. Die Herausforderung einer hohen Abbrecherquote unter Rekruten ist nicht neu und wird von den Armeen vieler anderer Nationen geteilt (vgl. z. B. [7][11][16][17][28]). Dementsprechend bildete sich beispielsweise bereits Anfang der 2000er Jahre eine wissenschaftliche Arbeitsgruppe der NATO zur Rekrutierung und Bindung von militärischem Personal [21], an der sich acht Nationen beteiligten.

Grundausbildung als präventivmedizinisches Untersuchungsmodell

Es liegt nahe, dass diejenigen Soldaten, die die Grundausbildung und den damit verbundenen Ausbildungsstress besser kompensieren können, über Eigenschaften und Verhaltensmuster verfügen, die sie auch die Belastungen ihres späteren Dienstalltags besser bewältigen lassen. Diese Annahme wird durch eine schweizerische Untersuchung gestützt, in der die Resilienz von Rekruten zu Beginn der dortigen Basisausbildung das Stressempfinden und die militärische Leistung nach 12 Wochen voraussagte [25]. Wie in dieser Studie exemplarisch am Faktor Resilienz gezeigt wurde, bietet sich die Grundausbildung als erste Phase militärischer Belastungen und Herausforderungen als Untersuchungsmodell für Faktoren an, die den Soldatenberuf langfristig und grundlegend beeinflussen können. Dies gilt insbesondere für Personenfaktoren², die eine gewisse zeitliche Stabilität aufweisen und zugleich grundsätzlich veränderbar sind. Persönlichkeitseigenschaften, die nicht oder nur schwer veränderbar sind, eröffnen im militärischen Kontext nur wenige praktische Handlungsoptionen und sind daher im Rahmen der militärpsychologischen Forschung, außerhalb von Auswahlentscheidungen, von geringem Interesse. Einige Personenfaktoren sind zentral für die Ausbildungsziele der Grundausbildung. Beispielsweise ist eine hohe körperliche Leistungsfähigkeit ein notwendiges Ziel der Ausbildung [20]. Andere Faktoren wirken indirekt, z. B. indem sie die Abbruchquote positiv beeinflussen können oder förderlich sind für eine erfolgreiche Karriere im militärischen Bereich. Idealerweise können diese Faktoren und ihr Zusammenspiel identifiziert und Maßnahmen zu ihrer Förderung entwickelt bzw. umgesetzt werden. Die Grundausbildung eignet sich somit besonders gut, um persönliche Merkmale und Eigenschaften der Rekruten unter vergleichbaren Bedingungen zu beobachten und allgemeingültige Personenfaktoren zu analysieren. Die Nutzung der Grundausbildung als Untersuchungsmodell hat dabei eine Reihe von Vorteilen: Sie ist unabhängig von der Verwendung und muss, im Gegensatz zu anderen Ausbildungen, von allen Soldaten durchlaufen werden. Somit lassen sich allgemein relevante Faktoren identifizieren. Gleichzeitig werden diese Faktoren früh im militärischen Berufsleben erkannt, wodurch die Möglichkeit einer frühzeitigen Förderung eröffnet wird.

Psychologische Einflussfaktoren

Der Modellcharakter der Grundausbildung wird im Rahmen einer laufenden, präventivmedizinisch orientierten Untersuchung des InstPrävMedBw genutzt, um psychologische Einflussfaktoren und deren praktische Relevanz für die militärische Leistung sowie das Stress- und Gesundheitserleben zu erfassen. Aus den Ergebnissen sollen Handlungsempfehlungen abgeleitet werden, um Eigenschaften zu fördern, die zur langfristigen Erhaltung von Gesundheit und Leistungsfähigkeit beitragen, und den Abbau ggf. vorhandener Defizite hinsichtlich dieser Eigenschaften zu ermöglichen.

Zur Erreichung dieser Ziele wurden in einem ersten Schritt im Rahmen einer Literaturrecherche Faktoren gesammelt, die als Prädiktoren dienen können, d. h., für die im militärischen Kontext eine positive Indikation vorliegt. Hierbei wurden neben der bereits erwähnten Resilienz Selbstwirksamkeit [13] und Achtsamkeit als positive Einflussfaktoren insbesondere auf das Stresserleben und die Stresskompensation identifiziert. Beispielsweise konnten Krick et al. [15] zeigen, dass eine höhere Achtsamkeit die subjektiv empfundene Arbeitsbelastung reduziert und dass ein positiver Zusammenhang mit dem allgemeinen Gesundheitsempfinden besteht. Darüber hinaus wurden in der Studie Puffereffekte von Achtsamkeit auf die Auswirkungen von Stress nachgewiesen [15].

Pilotstudien

Nach der Identifikation möglicher Prädiktoren wurden in Ausbildungskompanien des Heeres das Studiendesign, die Vorgehensweise und die verwendeten psychologischen Skalen in zwei Pilotstudien getestet, um das ­bestmögliche Studiendesign zu entwickeln und die Hauptgütekriterien der Hauptstudie zu optimieren. Studienteilnehmende waren freiwillig teilnehmende volljährige Rekrutinnen und Rekruten ohne militärische Vorerfahrung³.

Die Hauptstudie ist als längsschnittliche Fragebogenstudie mit zwei Erhebungszeitpunkten angelegt. Die erste Erhebung findet am ersten Tag im Rahmen der Aufnahme der Rekruten statt, um den Einfluss der Erfahrungen mit der neuen Lebenswelt der Studienteilnehmenden zu minimieren. In einer ersten Pilotstudie wurde die beste Vorgehensweise getestet, um die Datenerhebung so zu gestalten, dass sie die Abläufe bei der Aufnahme der neuen Rekruten nicht behindert und die Durchführungsobjektivität der Untersuchung optimiert. Die Abschlusserhebung ist am Ende der Basisausbildung geplant. Der beste Zeitpunkt für die Datenerhebung wurde in einer zweiten kleineren Pilotstudie ermittelt. Dabei wurden die Zeitpunkte vor der Abschlussübung (Testung 1), direkt nach der Abschlussübung (Testung 2) und in der letzten Woche der Ausbildung, ggf. nach einigen Urlaubstagen (Testung 3) verglichen (Abbildung 2). In dieser Studie wurden keine signifikanten Unterschiede in den von den Rekruten ausgefüllten Skalen gefunden. Als Termin für die Abschlussuntersuchung wurde daraufhin die letzte Ausbildungswoche festgelegt, um die Objektivität der Durchführung und die externe Validität der Studie sicherzustellen.

Zur Erfassung der psychologischen Konstrukte wurden in den beiden Pilotstudien die folgenden Skalen getestet.

Individuelle Resilienz wurde mit der Resilienzskala RS-11 [23][29] erfasst. Der Skalenwert wird als Summe der elf Items (siebenstufige Likertskala von 1 = ‘nein, stimme nicht zu’ bis 7 =‘ja, stimme völlig zu’) berechnet. Selbstwirksamkeit wurde mit der Allgemeinen Selbstwirksamkeits-Kurzskala (ASKU) [5][6] erfasst und als Mittelwert der drei Items (fünfstufige Likertskala von 1 = ‘trifft, gar nicht zu’ bis 5 = ‘trifft, voll und ganz zu’) berechnet. Achtsamkeit wurde operationalisiert mit der Skala ‘Mit Aufmerksamkeit Handeln’ der deutschen Version des Five Facet Mindfulness Questionnaire⁴ (FFMQ-D) [4][18]. Die Skala wird als Summe der umgekehrt kodierten Items (fünfstufige Likertskala von 1 = ‘fast nie’ bis 5 = ‘fast immer’) berechnet. Gesundheitsempfinden wurde mit der Subskala ‘General Health’ des Fragebogens zum Gesundheitszustand (SF-36) [32] gemessen und entsprechend dem Manual [19] berechnet. Stressempfindenwurde mittels der deutschen Kurzversion des Perceived Stress Questionnaire (PSQ20) erfasst und berechnet [14]. Es konnte keine geeignete Skala zur Erfassung der militärischen Leistungsfähigkeit identifiziert werden. Deshalb wurde das Andernacher Inventar für Militärische Leistungsfähigkeit (AIM) am InstPrävMedBw entwickelt und in den Pilotstudien getestet. Weitere Informationen zu dem Inventar finden sich in diesem Heft im Artikel „AIM: Das Andernacher Inventar zur militärischen Leistungsmessung (AIM) – Konzeption eines neuen Instruments für präventivmedizinische Forschungsprojekte“ (WMM 2026;70(11):553-557).

Die Qualität psychologischer Skalen wird anhand von (Test-)Gütekriterien beurteilt. Bei der Verwendung standardisierter Verfahren sind die meisten dieser Kriterien als gegeben anzunehmen, da sie bereits im Rahmen der Testkonstruktion geprüft und bei Bedarf geeignete Anpassungen vorgenommen wurden. Dies gilt insbesondere für die Validität, also die Frage, ob ein Testverfahren misst, was es messen soll, und die Objektivität, also die Unabhängigkeit der Testergebnisse von der durchführenden und auswertenden Person. Die ebenfalls im Rahmen der Testkonstruktion sichergestellte Reliabilität (Zuverlässigkeit) eines Testverfahrens wird üblicherweise anhand der internen Konsistenz an der jeweiligen Stichprobe erneut verifiziert. Im Falle einer Fragebogen-Skala beschreibt die interne Konsistenz, inwieweit die einzelnen Fragen der Skala dasselbe zugrunde liegende Merkmal erfassen. In den vorliegenden Pilotstudien wurden die in Tabelle 1 aufgeführten Cronbachs Alphas als Indikatoren der internen Konsistenz berechnet. Hierbei gelten Werte ab 0,7 als akzeptabel [8]. Entsprechend ist lediglich die interne Konsistenz der Erfassung des Gesundheitsempfindens zu t1 als fragwürdig einzustufen [8]. Vor diesem Hintergrund wurde für die zweite Pilotstudie und die Hauptstudie zur Basisausbildung der in der ersten Pilotstudie verwendete SF-36 durch die Short-Form Health Survey (SF-12) [22][31] ersetzt. Dieses Instrument basiert auf der gleichen Grundlage wie der SF-36 [30] und kann, aufgrund seiner im Vergleich zum SF-36 geringeren Itemzahl, komplett in die Studie integriert werden. Dieses Vorgehen hat den zusätzlichen Vorteil, dass zwischen physischem und psychischem Gesundheitsempfinden differenziert werden kann und nicht nur ein allgemeines Gesundheitsempfinden erhoben wird.

Diskussion und Fazit

Die Grundausbildung ist eine herausfordernde erste militärische Ausbildungsphase, die alle Soldaten durchlaufen. Wie erläutert, ist sie als Modell für die allgemeinen Anforderungen des Soldatenberufs geeignet und bietet für die wissenschaftliche Untersuchung dieser Anforderungen eine Reihe von Vorteilen. Zur idealen Nutzung des ­Modellcharakters der Grundausbildung wurde durch das InstPrävMedBw ein Studiendesign entwickelt und Erhebungsinstrumente zur Erfassung von Stress- und Gesundheitsempfinden, Resilienz, Selbstwirksamkeitserwartung und Achtsamkeit identifiziert und eine neue Skala zur Erfassung der militärischen Leistung entwickelt. Das Design und die Instrumente wurden in zwei Pilotstudien erfolgreich getestet und optimiert.

Das gewählte Studiendesign ermöglicht die Ermittlung des Einflusses verschiedener psychologischer Faktoren auf die militärische Leistungsfähigkeit, das Stresserleben und das Gesundheitsempfinden. In weiterführenden Studien kann anschließend differenzialdiagnostisch festgestellt werden, für welche Verwendungen oder andere Kontexte die identifizierten Faktoren von hoher oder geringer Bedeutung sind. Studien und wissenschaftliche Analysen präventivmedizinischer und militärpsychologischer Fragestellungen können mithilfe eines standardisierten Designs mit vergleichsweise geringem Aufwand durchgeführt werden.

Eine potenzielle Herausforderung des Designs besteht in der Erhebung durch wissenschaftliches Personal an den Ausbildungsstandorten. Diese Vorgehensweise limitiert die Anzahl paralleler Erhebungen auf derzeit maximal drei Standorte⁵, sodass beispielsweise die Erhebung eines gesamten Jahrgangs nicht möglich ist. Alternative Wege sind aktuell (noch) nicht praktikabel (Online-Datenerhebung) oder (noch) nicht ausreichend erforscht. So ist beispielsweise bisher unklar, ob die Datenqualität bei einer standardisierten Erhebung durch nicht wissenschaftlich ausgebildetes Personal beeinträchtigt würde. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf, insbesondere hinsichtlich möglicher Optimierungsansätze.

Zusammenfassend lässt sich konstatieren, dass die hier vorgestellte Vorgehensweise ermöglicht, mit geringem Aufwand wichtige präventivmedizinische und militär­psychologische Erkenntnisse zur Verbesserung der ­individuellen Konstitution (Stress- und Gesundheits­empfinden) der Soldaten und ihrer militärischen Leis­tungsfähigkeit zu gewinnen und damit einen wichtigen Beitrag zur LV/BV zu leisten.

Kernaussagen

• In der Grundausbildung erworbene bzw. geförderte Fähigkeiten, wie z. B. Resilienz, wirken sich positiv in der Bundeswehr und der zivilen Gesellschaft aus.
• Die Grundausbildung ist mit einer Vielzahl von Veränderungen und neuen Erfahrungen für Rekruten und Rekrutinnen verbunden. Die daraus resultierende Beanspruchung kann jedoch individuell stark variieren.
• Die Grundausbildung kann als präventivmedizinisches Untersuchungsmodell zur Analyse von Personenfaktoren im militärischen Kontext genutzt werden.
• Der Modellcharakter der Ausbildung wird in einer Studie genutzt, um psychologische Einflussfaktoren auf militärische Leistung sowie auf Stress- und Gesundheitserleben zu identifizieren.
• Aus den Studienergebnissen sollen Handlungsempfehlungen abgeleitet werden, um Eigenschaften zu fördern, die langfristig zur Erhaltung der Gesundheit und Leistungsfähigkeit von Soldatinnen und Soldaten beitragen.

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Manuskriptdaten

Zitierweise

Witzki A, Küper K, Simon NA, Hoffmann MA. Grundausbildung als präventivmedizinisches Untersuchungsmodell: Entwicklung eines standardisierten Studiendesigns zur Erfassung von Prädiktoren militärischer Leistung, Stressempfinden und Gesundheitserleben. WMM 2026; 70(11):540-545.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-1001

Für die Verfasser

Regierungsdirektor Dr. Alexander Witzki

Fachbereich A3 – Psychische Leistungsfähigkeit

Abteilung A – Gesundheits- und Leistungsförderung, Koblenz

Institut für Präventivmedizin der Bundeswehr, Andernach

Aktienstrasse 87, 56626 Andernach

E-Mail: InstPraevMedBwA3@bundeswehr.org

Manuscript Data

Citation

Witzki A, Küper K, Simon NA, Hoffmann MA. [Basic training as a preventive medical model: Development of a standardised study design for the detection of predictors of military performance, stress perception and health experience].

WMM 2026;70(11):540-545.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-1001

For the Authors

Dr. Alexander Witzki

Division A3 – Performance Psychology

Department A – Health- and Fitness Promotion, Koblenz

Bundeswehr Institute of Preventive Medicine, Andernach

Aktienstrasse 87, D-56626 Andernach

E-Mail: InstPraevMedBwA3@bundeswehr.org