3.2.1 System- und Versuchsaufbau
Das verwendete Gerät ist speziell zur Durchführung von Schmerzschwellenwertmessungen bei Katzen entwickelt worden (DIXON et al.
2002). Es werden ständig weitere Veränderungen vorgenommen, um das Modell zu optimieren, wozu u. a. auch diese Arbeit beitragen sollte. Zur Zeit der Erstellung der Arbeit existierten lediglich zwei baugleiche Prototypen dieser Art, die in Gainesville, Florida sowie in Monheim, Deutschland verwendet wurden.
Als nozizeptiver Stimulus dient ein thermoelektrischer Reiz, welcher punktuell über direkten Kontakt an die Haut des Tieres gebracht wird, in diesem Fall die Haut im seitlichen Thoraxbereich. Die Hitze soll über Wärmeleitung in der Haut an die thermosensitiven Rezeptoren geleitet werden. Der thermische Reiz wird mit Hilfe einer Prüfsonde (Abb. 7 ), 55 mm lang, 9 mm breit und 5 mm tief, erzeugt. Die Sonde beinhaltet ein Heizelement mit benachbartem Temperatursensor zur Messung der aktuellen Hauttemperatur.
Abb. 7: Prüfsonde, Ansicht von oben, seitlich und unten (der Haut anliegend)
Abb. 8: Band mit Druckkammer, Sonde und Kabel
Der Temperatursensor und das Heizelement, bestehend aus zwei Drahtenden, sind eingebettet in einem ca. 10 x 9 x 5 mm dicken, wärmeleitfähigen Kunststoffmantel am vorderen Ende der Sonde. Zur Stabilisierung der empfindlichen Drähte ist der Mittelteil der Sonde zwischen Anschlussstelle des Kabels und Kontaktbereich zur Haut an drei Seiten von einer Leichtmetallhülle umgeben. Das hintere Ende der Sonde bildet ein Fünfpunktstecker zum Anschluss des 5-Kanal-Flachbandkabels. Die Sonde hat ein Gesamtgewicht von 9 g. Bei dem Heizelement handelt es sich um einen 390 Ohm Wiederstand mit 0,25 Watt. Die Einstellung der Heizrate ist variabel und bei 24 Volt auf ca. 0,6°C/Sekunde eingestellt. Als Temperatursensor dient ein Dreipunkttransistor mit der Ausgabe 10mV/°C.
Die Ausgabe des Temperatursensors wird durch einen Differenzverstärker (AD524) mit Nullpunkt und Amplitudeneinstellung erweitert, wobei der Nullpunkt 0 Volt bei 0°C bzw. 10 Volt bei 100°C gesetzt wurde. Die Anzeige der Temperatur erfolgt in Volt über ein digitales Voltmeter. Im System ist ein automatischer Sicherheitsstop integriert, der gewährleistet, dass keine Aufheizung über 60°C möglich ist, um Verbrennungen der Haut zu vermeiden. Das Erreichen der Maximaltemperatur wird über Aufleuchten einer Kontrollleuchte angezeigt. Vor jeder Messung muss über einen Rücksetzknopf (Reset) das System wieder funktionsbereit gemacht werden.
Die Prüfsonde wird mit Hilfe eines Klettverschlusses an einer zur Druckkammer umfunktionierten Blutdruckmanschette für Neugeborene befestigt (Abb. 8). Diese ist in ein elastisches Band (2,5 x 32 - 38 cm, je nach Thoraxumfang des Tieres) eingenäht, welches mit Klettverschluss um den Thorax des Tieres fixiert wird (Abb. 9 und Abb. 10). Durch Einbringen von Luft in die Druckkammer wird das konstante Anliegen der Prüfsonde mit stabilisiertem, standardisiertem Druck (100 mmHg) an der Haut des Tieres gewährleistet. Der Druck innerhalb der Kammer kann nach Anschließen eines dünnen Schlauches an der Steuereinheit über einen Druckwandler gemessen und über ein Voltmeter angezeigt werden: 7,6 Volt entsprechen hier 760 mm Hg.
Die Bänder wurden als Ausführungen für rechts- bzw. linsseitiges Tragen der Sonde, sowie in drei unterschiedlichen Größen (S,M,L) angefertigt.
Abb. 9: Katze mit Band im Zeitraum zwischen zwei Messungen
Abb. 10: Katze mit zur Messung angeschlossenem Kabel
Bei der Steuereinheit des Gerätes (Abb. 11) handelt es sich um eine von einem Kunststoffgehäuse umschlossene Platine, ausgestattet mit drei unabhängigen Kanälen (+/- 15 Volt, 5 Volt): ein Kanal zur Wärmeerzeugung und Temperaturmessung sowie zwei Kanälen zur Druckerfassung. Jeder Kanal beinhaltet einen Eingang an der Frontplatte, sowie eine BNC Steckverbindung als Ausgang zum Anschluss je eines Voltmeters. Bei allen Kanälen ermöglichen unabhängige, am Gehäuse angebrachte Regler in Form von empfindlichen Drehknöpfen die Nullpunkt-und Amplitudeneinstellung. Die Heizrate für die Erwärmung des Heizelementes wird separat ebenfalls per Drehknopf reguliert. Benötigt wurden in dieser Testreihe nur der Temperatur- sowie ein Druckkanal.
Abb. 11: Steuereinheit und Ausgabegeräte (Voltmeter)
3.2.2 Kalibrierung des Systems
Zur Kontrolle der Funktionalität und Stabilität der Geräte und Materialien sowie Gewährleistung der Präzision der Messungen wurde das System regelmäßigen Eichkontrollen unterworfen.
Die Eichung der Prüfsonden soll nach DIXON et al. (2002) zu Beginn und nach Ende jeder Testreihe durchgeführt werden. Zur besseren Beurteilung des Systems wurde die thermische Kalibrierung der Prüfsonden in wöchentlichen Abständen, die Druckkalibrierung zu Beginn und am Ende aller Versuchsreihen durchgeführt.
3.2.2.1 Eichung des Druckmeßsystems
Die Eichung der Druckmessung erfolgte mit Hilfe einer elektronischen Druckmessdose (testo 505 P1), deren maximale Kapazität 1 bar betrug (= 100 mm Hg). Die Druckmessdose wurde am Ausgang des Luftschlauches angeschlossen und das System zunächst bei Normalluftdruck auf Null, entsprechend + 0,1 Volt, austariert. Im Anschluss wurde mit Hilfe einer 50 ml Spritze ein Druck von
100 mm Hg, gleichzusetzen mit 1 Volt im Voltmeter, erzeugt. Auftretende Abweichungen konnten jeweils über den Nullwert- und Amplitudenregler beglichen werden. Diese Schritte wurden mehrfach wiederholt, bis sich beide Parameter im Toleranzbereich befanden.
3.2.2.2 Eichung der Prüfsonden
Die thermische Kalibrierung der Prüfsonden erfolgte in Form einer passiven Erwärmung der Sonde auf einer Heizplatte. Dafür wurde die angeschlossene Sonde auf einer speziell präparierten Metallplatte, unter Zugabe von etwas Wärmeleitpaste zur Verbesserung der Leitfähigkeit an der Kontaktfläche, fixiert. Ein bis unterhalb der Sonde in die Metallplatte eingeschobener Messstab eines Thermometers diente als Referenz. Die Metallplatte inklusive Sonde und Thermometer wurde nun auf eine Oberflächenheizplatte (IkamagReg) gestellt (Abb. 12). Nach einer Wartezeit von 15 Minuten zur Temperaturangleichung konnte die Raumtemperatur abgelesen werden.
Hierbei entsprachen 0,1 Volt auf der Voltmeteranzeige (eingestellt auf Gleichstrom) einer Temperatur von 1 °C (bzw. 1 Volt = 10 °C) Es folgte eine Erwärmung der Platte für 35 Sekunden auf 65°C (über Sicherheitsstop). In fünfminütigen Abständen wurden die Referenztemperatur sowie die Sondentemperatur abgelesen, dokumentiert und die Differenz (Referenz–Sonde) berechnet. Diese sollte sich innerhalb eines Bereiches von –0,5 bis +0,5 befinden. Größere Differenzen mussten über Veränderung der Reglerpositionen beseitigt und eine Kontrolleichung durchgeführt werden. Aufgrund geringer Unterschiede in der Sondenkonstruktion waren Abweichungen bis +/- 0,5 °C im Toleranzbereich. Die Feineinstellung erfolgte über eine Angleichung der Nullverschiebung und der Amplitudenverschiebung.
Nach Durchführung der ersten Sondenkalibrierungen und Messungen am Tier wurde dazu übergegangen, je Tier immer die selbe Sonde zu nutzen, um materialbedingte Einflüsse möglichst gering zu halten.
Abb. 12: Vorrichtung zur Eichung der Sonde
3.2.2.3 Einstellung der Heizrate
Die Heizrate wurde bei Installation des Systems eingestellt auf etwa 0,6°C/Sekunde.
Da auch hier nicht beeinflussbare Unterschiede in der Fertigung der Sonden zu berücksichtigen sind, wurden die 0,6 °C/Sekunde lediglich als Richtwert genommen.
Die Überprüfung erfolgte in Form von Messungen am Tier (Aufzeichnung von Hauttemperatur, Schmerzschwellenwert-Temperatur und Reaktionszeit), in der Luft (definierte Start und Stoptemperatur mit dafür benötigter Zeit, z.B. Zeit für Erhitzung um 10°C) und auf der Metallplatte (wie Luft). Die Heizrate entsprach ∆T [°C] / Zeit [Sekunden].