Int. Z. ~ngew. Physiol. einschl. Arbeitsphysiol. 18, 478--482 (1961)

Aus dem Inst.itut ffir Flugmedizin der Deutschen Versuchsanstalt ffir Luftfahrt e. V., Bad-Godesberg (Leiter: Professor Dr. reed. S. Ru:~F)

Einfaehe Vorriehtung zur Registrierung der Atemfrequenz yon Ratten und Miiusen mit NTl~-Widersfiinden

Von

H. D. FUST und H. HARTMANN

Nit 9 Text~bbildungen

(Eingegangen am 6. Miirz 1961)

Der Nachteil herk6mmlicher MeBger/~te 1, die zur Feststellung der Atemfrequenz und des Atemvolumens bei Menschen und Tieren dienen, z. B. Druckdifferenz-MeBgerate, i s t neben einem verhaltnismaBig gro$en tIerstellungsaufwand die Tatsache, da$ sie in den meisten Fallen bei schnell weehselnden Versuchsbedingungen den Anforderungen nicht mehr entsprechen.

Es wurde deshalb von uns ein einfaehes Gerat, das zur Feststellung der Atemfrequenz bei Versuchen mit Rat ten und Mausen in der Uber- oder Unterdruckkammer sowie auf der Zentrifuge dient, entwiekelt. Das Gerat gestattet auch die Aufzeichnung der Atemfrequenz wahrend der Phase der Druckanderung (Kompression bzw. I)ekompression). Die zeit- liehe Dauer der Kompression bzw. Dekompression bewegt sich je nach Versuchsbedingung yon mehreren Minuten bis zum explosiven Vorgang. Bei diesem Gerat wird der Kopf des Tieres dutch eine geeignete Halterung so fixiert, dag die dureh die Atmung hervorgerufene LuftstrSmung direkt meSbar ist.

Zur Messung geringer Str5mungsgeschwindigkeiten bietet sich die Hitzdi 'athmethode an 2, ~. Der Aufbau einer derartigen MeBstelle ist sehr einfaeh (Abb. 1). Ein elektrisch erhitzter Widerstandsdraht (Platin oder Wolfram) wird dureh Luftbewegung abgek/ihlt und ver/s dadureh seinen Ohmschen Widerstand. Die damit verbundene ~nderung der Span- hung an dem Draht kann dann mit einem spannungsempfindlichen Re- gistriergerat aufgezeichnet werden. Um eine geniigend hohe Empfindlieh- keit zu erzielen, miiBte die Starke des Megdrahtes sehr d/inn gehalten sein, max 0,015 ram. Dadureh ist so ein Gerat gegenfiber mechanischer und elektrischer Uberbelastung augerordentlich empfindlieh und besitzt groge St6ranfalligkeit. Augerdem ware die Hitzdrahtmethodik bei Ver- suehen, die Atmung mit reinem Sauerstoff verlangen, dureh sofortige

Einfache Vorrichtung zur Registrierung der Atemfrequenz 479

Oxydation des Dra.htes nicht durehffihrbar. Diese Nachteile sind bei der Verwendung yon NTC-Widerstgnden nieht vorhanden. NTC-Widerst/tnde (aus dem Englisehen : Negative Temperature Coefficient) sind temperatnr-

ilgzdral~/ A ~ - - ~ B

A b b . 1 A b b . 2 A b b . 1. E i n f a e h e Seha l t lmg ' z u r ~ f e s s u n g v o ~ Luf tbeweg 'un~"

A b b . 2. B r f i c k e n s c h a l t u n g d e r N T C - ~ V i d e r s t f i n d e

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abhgngige ttalbleiter. Ihr Widerstand nimmt im Oegensatz zu Metallen mit steigenden Temperaturen stark ab. Wenn also der Widerstand fiber seine Umgebnngstemperatur hinaus elektriseh erwgrmt wird, kfihlt die dureh Atmung hervorgerufene LuftstrSmnng ihn wieder ab. Die damit

MeBbra)?/re I PR'300 /

//e/coscrl'ptoP

]~mpera/ur~ompen- NeBwJYers/an# sat/om-gAYe~ta~d

A b b . 3. A m o r d n n n g t ier N T C - ~ V i d e r s t ~ n d e i~ V e r b i n d u n g m i t d e r ) ' Ie l3br i ieke

verbundene Widerstandsgnderung kann bei Verwendung einer geeigneten Sehaltung zur Messnng der Atemfrequenz benutzt werden.

W~hrend der Versuehe in der lJberdruek- bzw. Unterdruekkammer treten dutch Druek/~nderungen nieht unerhebliche Temperaturdifferenzen auf. Diese Temperaturdifferenzen maehen die Registrierung der Atmung w~hrend der Druekgnderung in einer Versuehsanordnung, die naeh Abb. 1 gesehaltet ist, unmSglieh. Mit Hilfe der Brfiekensehaltung (Abb. 2) kann tier Einflug der Temperaturschwankungen kompensiert werden. Diese Sehaltung besteht aus 2 gleiehgrogen NTC-Widerstgnden R 1 und Rs, yon denen einer als MeBelement und der andere, an neutraler Stelle ange- ordnet, als Kompensationsglied dient. Die beiden Widerst/s Ra und R 4 sind in ihren Ohmsehen Werten ebenfalls gleich grog. Solange beide NTC- Widerst/tnde gleiehm~gig erwgrmt oder abgekfihlt werden, bleibt das

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Brfickengleichgewicht erhalten und zwischen den Punkten A und B herrscht keine Spannung. Wenn sich aber die Temperatur nur eines NTC- Widerstandes infolge LuftstrSmung durch dieAtmung desTieres ernied-

rigt, ~ndert sich der Gesamtwiderstand in /VcSelem~/ /VamPe~/;sal/~ einem der beiden Brfiekenzweige undzwischen

den Punkten A und B tritt eine sogenannte r Diagonalspannung auf. Die Spannungsande-

rung kann mit empfindlichen Mei~ger~ten sichtbar gemacht werden, oder sie wird ver- st~rkt und einem direktschreibenden Regi- striergeriit zugelei~et.

Der Einfachheit halber haben wir bei ver- schiedenen Versnchen zur Speisung der Brfik- kenzweige und zur Verst~rkung der Diagonal- spannung die Tr~gerfrequenz-Mel3brticke yon Philips PI~ 9300 benutzt und das Ausgangs-

He/coscfll9/o/ Abb. 4. Briickenscha]tung der signal dann auf den Einkanaldirektschreiber h'TC-Wid+rstand+beiU = ~V derFirmaHellige (Helcoscriptor Type 9300/a)

Gleichstrom gegeben. In dem Falle sind zur Messung nur

die beiden NTC-Widerst~nde erforderlieh, da die beiden anderen Wider- stgnde der Brfickenzweige in der Mei3brficke enthalten sind (Abb. 3). Mit

~cch/eber

2__

75g i / 2 0 = - 25 - - -

2~bb. 5. Schematische Darstel lung der Tierha l tevorr ich tung und des l~IeSteiles

dieser Methode ist auch die l~egistrierung der Atemfreqnenz yon Mi~usen einwandfrei mSglich. Die Eingangsempfindlichkeit des Hel]ige-Schreibers mit 20 mm Zeigeraussehlag bei 100 mV Eingangsspannung ist groI3 genug, um Messungen auch ohne Zwischenschaltung der Mel3briicke durehgihren zu k6nnen. Die Schaltung ist aus Abb. 4 ersichtlich.

Zur Berechnung der Widerstiinde R a und R 4 ist die Kenntnis der elek- trischen Daten der NTC erforderlich. Fiir den verwendeten Typ Va]vo B 8 320 02 P / 1 K gilt: I m a x -~30 mAbe i U --~ 1,8 V, R ~ 60 g2 (Warm-

Einfache Vorrichtung zur I~egistrierung der Atemfrequenz 481

widerstand). Die am Widerstand herrsehende Temperatur betrggt etwa 180 ~ Sieht man 24 V als Speisespannung f/it die Briiekenzweige vor, so m/issen die Widerst~nde R3 und R 4 740 f~ betragen.

Ein mSgliehst dnrehsiehtiger Kunststofftriehter enth~lt in seinem vor- deren zylindrisehen Teil den MeBwiderstand. Der Durehmesser des Meg- widerstandes ist sehr klein, er betr~gt 0,5 mm und die Italtedr~hte sind

Abb. 6. TierhMtevorr icht~mg

0,05 mm stark. Der Kompensationswiderstand mug auBerhalb des Trieh- ters angebraeh~ werden. Hinter dem Triehter ist die I-Ialterung f/it den Kopf des Tieres befestigt. Abb. 5 und 6 lassen die Ausffihrung der Kopf- halterung erkennen. 2 Kunststoffptatten yon der Gr6Be 55 • 55 • 4 mm mit einem Aussehnitt yon 25 • 30 mm sind mit einem 4 mm-Abstand zusammengenietet. Der Abstand ist erforderlieh, um den Sehieber aufzu- nehmen. Dieser Sehieber muB so ausgefiihrt sein, dab er naeh Einsetzen des Tieres in die Vorriehtnng ein Zuriiekziehen des Kopfes verhindert, aber andererseits keine Strangulation bewirkt. Aus diesem Grunde sind f/Jr untersehiedliehe Tiergr6gen mehrere Sehieber mit versehieden groBen Ansschnitten n6tig. Die Form des Aussehnittes ist ans Abb. 6 zu ersehen. Vermittels einer seitlieh angebraehten Stellsehraube wird der Sehieber in der gewfinsehten Stellung arretiert. An die Kunststoffpla%en sehliel3t sieh zur Aufnahme des Tierrumpfes der aufklappbare zylindrisehe Teil aus 0,5 mm starkem Stahlbleeh an.

Die Messung der Atemfrequenz mit dem besehriebenen Gergt ist sowohl beim Mensehen als aueh bei Tieren m6glieh. Abb. 7 zeigt die Atemkurve einer FIaus mit einer Frequenz yon 280/min. In Abb. 8 ist die

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Atemkurve d n e r Ra t t e und in Abb. 9 die Atemkurve eines Menschen dargeste]lt.

Die Empfindl ichkei t des NTC ist so grog, dag zur Registr ierung der A t m u n g am Menschen keine Maske erforderlich ist. Es geniigt eine ein-

Abb. 7. Atemfrequenzkurve (YIaus) 280/~fin

Abb. 8. Atemfrequenzkurve (Ratte) 156/rain

Abb. 9. Atemfrequenzkurve (Menseh) 27/rain

fache t ta l te rung, die den NTC vor Mund oder Nase in einem Abs tand yon etwa 50 m m fixiert. Dami t ist eine Beeintrgeht igung der A t m u n g dureh StrSmungswiderstgnde nicht vorhanden. I n einer spgteren Mit- tei lung werden wir fiber die mi t dem neuen Gergt gewonnenen Unter- suchungsergebnisse berichten.

Literatur 1 BA~T~LS, H., E. Bi2C~L, C. W. H~r G. RODEW~LD U. M. SCHWAB: Lungen-

funktionspriifungen. Berlin-G6ttingen-Heidelberg: Springer 1959. W E ~ A ~ N , 0.: Hitzdrathmessungen in einer aufgespaltenen Kgrm&n'schen

Wirbelstral~e. DVL-Berioht Nr. 43. - - Grundl~gen der Hitzdrathrael~technik und ihre Anwendung in der StrSmungs-

teehnik. ,,Konstruktion im Maschinen- und Apparate- und Gergtebau". Berlin- G6ttingen-Heidelberg: Springer 1958.

Ansohrift der Verfasser : Institut fiir Flugmedizin, Bad Godesberg, K61ner Stral~e 70