Ganzkörperplethysmograph mit Inhalationsanlage

Die intubierte Maus wurde auf dem Rücken liegend im Ganzkörperplethysmographen platziert. Sie lag dabei kopfwärts leicht ansteigend auf einer Korkplatte, um einer Flüssigkeitsakkumulation in der Kanüle vorzubeugen und den Druck der Abdominalorgane auf die Lunge zu vermindern. Der Plethysmograph wurde durch einen Warmwasserkreislauf zwischen Innen- und Außenwand erwärmt, wobei die Temperatur über einen Thermostat geregelt wurde. Die Körpertemperatur wurde rektal über ein Digitalthermometer mit Ni-Cr-Ni-Sensor gemessen, das mit Hilfe eines geeichten Quecksilberthermometers kalibriert worden war. Auf diese Weise konnte die Körpertemperatur der Maus auch unter Narkose konstant auf 36-38 °C gehalten werden.

Um die Gefahr des Atemstillstands zu minimieren, wurde die Atemluft mit Sauerstoff angereichert. Bei den Versuchen mit volatiler Narkose wurde außerdem ein Gemisch aus Halothan und gereinigter Druckluft zugemischt. Der Luftstrom wurde durch eine Leitung am Atemport, an dem die Maus angeschlossen war, vorbeigeführt, so dass sie frei und spontan daraus atmen konnte (Abb. 2.6).

Abbildung 2.6: Lungenfunktionsmessung im Ganzkörperplethysmographen

Ein konstanter Durchfluss von ca. 0,9 l/min wurde durch eine kritische Düse (Glaskapillare) erreicht, die an eine Vakuumquelle angeschlossen war. Zum Schutz der Glaskapillare vor Verstopfung wurde ein Abluftfilter vorgeschaltet. Der Druck am Tier wurde durch ein Druckmessgerät (Magnehelic) kontrolliert, das mit dem Atemadapter der Maus verbunden war. Der Druck durfte sich nicht mehr als 30 Pascal von der Nulllage wegbewegen, um die Atmung des Tieres nicht zu stören. Einen Überblick über den Aufbau des Messplatzes bei der intubierten Maus bietet die Abbildung2.7.

Die Zufuhr von Allergenen bzw. cholinergen Stimuli erfolgte in Form von Aerosolen

über eine Verneblerstrecke: Die Allergen- und Provokationslösungen sowie die ent-sprechenden Referenzsubstanzen wurden von einem Aerosolgenerationssystem (Flüssig-keitsvernebler „Bronchy Typ III“, entwickelt am Fraunhofer ITEM) vernebelt. Dazu wurde die entsprechende Lösung zunächst aus ihrem Vorratsbehälter in Richtung Verneblerdüse gepumpt. Die Pumpenfrequenz konnte dabei variabel eingestellt werden. Außerdem leitete der mit Druckluft betriebene Aerosolgenerator Zerstäuberluft und Verdünnungsluft zur Düse. Diese Luftflüsse wurden je nach Provokationssubstanz unterschiedlich eingestellt, um Substanzverluste durch Tröpfchenbildung oder Verdünnung zu minimieren. Die Mikrodüse erzeugte je nach Einstellung der Spaltgröße Teilchen mit verschiedenen aerodynamischen Massenmediandurchmessern (MMADs). Das an der Mikrodüse generierte Aerosol verteilte sich von dort in einer senkrecht hängenden Verneblerkammer.

Durch ein eingebautes Thermostat konnte die Manteltemperatur auf einen bestimmten Wert geregelt werden, um feuchte und hygroskopische Aerosole zu trocknen. Anschließend wurde das Aerosol zwecks Rückkühlung und Nachtrocknung der Partikel zusätzlich durch eine Trocknereinheit geleitet, die zwei druckluftumspülte Feuchtetauscher aus Röhrchen mit semipermeablen Membranen enthielt. Nach Durchtritt durch eine kleine Mischkammer wurde ein großer Teil des Aerosolstroms in Richtung Tier durch ein System von Mischkaskaden geleitet. Zum Ausgleich eines Über- oder Unterdrucks war in der Aerosolstrecke eine Überschussleitung angebracht. Sie hatte eine Öffnung nach außen, das Ende war an ein Vakuum angeschlossen. Eine kritische Düse mit vorgeschaltetem Abluftfilter und eine Drucküberwachung per Magnehelic sorgten für einen konstanten Sog in der Überschussleitung (-10 Pascal). Im weiteren Verlauf des Aerosolstroms durch die Edelstahl-Mischkaskaden wurde zuerst Verdünnungsluft vom Mass-Flow-Controller (Massendurchflussregler zur Steuerung der Aerosolkonzentration, vgl. S. 35) eingespeist.

In der zweiten Kaskadenstufe wurde Sauerstoff eingeleitet und bei der ersten Studie zusätzlich ein Narkosegas-Luftgemisch. Die dritte Stufe diente zur Probenentnahme für Messgeräte: Ein Teilstrom wurde zur Messung der Aerosolkonzentration zu einem Aerosolfotometer geleitet. Ein anderer Teil konnte zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts und der Konzentration von Narkosegas zu einem filtergeschützten 5-Gas-Monitor (Oxyanga) abgezweigt werden. Die Durchlässigkeit der Fotometerfilter wurde mittels eines Messröhrchens am Luftausgang überprüft. Am Oxyanga ertönte bei Ausfall des Flusses ein Alarmsignal. In den geraden Rohrabschnitten der Mischkaskade unterhalb der Zufuhr von Verdünnungsluft, Sauerstoff und ggf. Narkosegasen befanden sich kleine Mischkammern,

in denen durch das Verwirbeln der zugeführten Luft ein homogenes Gasgemisch erzeugt wurde. Das fertige Aerosol-Luftgemisch gelangte schließlich über einen Atemadapter zur Maus in den Bodyplethysmographen.

Zur Datenerhebung dienten folgende Messgeräte: Die Messung des Atemflusses erfolgte durch einen in den Bodyplethysmographen eingebauten Pneumotachometer (Kapillarrohr PTM T16375, 1 mm ID, HSE-Harvard, March-Hugstetten), der mit einem Differenzialdruckaufnehmer (DP 45-14, Validyne, HSE-Harvard, March-Hugstetten) ver-bunden war. Der intrapleurale Druck wurde indirekt über einen Ösophaguskather gemessen, der über einen Luer-Anschluss an einen Druckaufnehmer (P-75, Typ 379, HSE-Harvard, March-Hugstetten) gekoppelt war. Zur Signalverstärkung waren die beiden Druckaufnehmer mit einem CFBA-Verstärker (carrier frequency bridge amplifier, Plugsys Typ 677, HSE-Harvard, March-Hugstetten) für den Atemfluss und einem DBA-Verstärker (direct current bridge amplifier Plugsys Typ 660, HSE-Harvard, March-Hugstetten) für den Ösophagusdruck verbunden. Die Aerosolkonzentration wurde kontinuierlich über ein gravimetrisch kalibriertes Reinluftmantelfotometer (Fraunhofer ITEM, Abtlg. Physik) gemessen. Die Spannungen vom Fotometer und den beiden Verstärkern wurden über einen Analog-Digital-Umwandler (DT 302, Data Translation, Marlboro, MA) konvertiert und an einen Messplatz-PC weitergegeben. Dort wurden die Lungenfunktionsdaten automatisch gespeichert und auf dem Messplatz-Bildschirm in Echtzeit abgebildet.

Zur reproduzierbaren und dem MV des Tieres angepassten Dosierung von Aerosolen diente ein Dosiskontrollsystem: Bevor das Gemisch das Tier erreichte, wurde ein Teilstrom durch ein Aerosolfotometer geleitet. Das Fotometersignal gab die Konzentration des Allergenaerosols an und wurde an einen Kontroll-PC übertragen, der mit Hilfe eines am ITEM entwickelten Dosiskontrollprogramms aus dem Signal und dem gerade berechneten MV der Maus die derzeitige Inhalationsdosis errechnete. Außerdem wurden damit automatisch in Abhängigkeit vom aktuellen MV die Expositionszeit und die benötigte Konzentration der Substanz zu einer vorgewählten Dosis bestimmt. Über einen mit dem Kontroll-PC verbundenen Mass-Flow-Controler (MFC-Box), der den Verdünnungsluftstrom regelte, wurden die entsprechenden Konzentrationen eingestellt. Die inhalative Dosis konnte auf diese Weise für alle Tiere gleich gehalten werden. Darüber hinaus wurde die Dosis pro Zeit konstant gehalten, damit das Tier die vorgewählte Dosis nicht zu langsam oder zu schnell aufnahm.

Abbildung 2.7: Aufbau des Lungenfunktions-Messplatzes für die intubierte Maus