Vorrichtung zur Aktivitätsmessung an Versuchstieren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aktivitätsmessung an Versuchstieren, insbesondere zur Kontrolle von physikalischen und chemischen Einflüssen auf Versuchstiere, mit einem Tierbehälter, der die Bewegungserschütterungen in elektrische Impulse umsetzt.
Die Chemie bringt allein in den Vereinigten Staaten nach statistischen Aufzeichnungen täglich etwa 75 neue chemische Produkte hervor. Es ist keineswegs sicher, dlass alle diese Produkte für den Menschen unschädlich sind. Es ist daher notwendig, vor der Verwendung dieser Produkte diese auf ihre Giftigkeit zu untersuchen.
Dies wurde bisher im Tierversuch durchgeführt. Die Tiere wurden dem chemischen Stoff ausgesetzt, und es wurde nun versucht, bei welchen Konzentrationen das Produkt eventuell schädlich ist und ob es auf die Tiere tödlich wirkt. Es musste praktisch immer gewartet werden, bis sichtbare Wirkungen an Versuchstieren auftraten. Es konnte auch nicht nur ein Versuchstier verwendet werden, es mussten ganze Versuchsreihen gestartet werden. Diese Untersuchung ist äusserst umständlich und zeitraubend, so dass praktisch höchstens 5 % der neuen chemischen Produkte untersucht werden konnten. Auf diese Art konnte vor allem eine akute Toxizität von Produkten untersucht werden, jedoch keine chronische Einwirkung von Produkten.
Für andere Zwecke hat man bereits Aktivitätsuntersuchungen gemacht, indem man das Versuchstier auf einen Waagebalken setzte und das zweite Ende des Waagebalkens auf einer rotierenden Walze schreiben liess. Man hat auf diese Art die Aktivität auf einem Versuchsband aufschreiben können. Diese Untersuchung erfordert dauernde Beobachtung und sehr grosses Auf zeichnungsmaterial, so dass sie für Dauerbeobachtungen nur begrenzt brauchbar ist. Es sind auch Abnehmer bekannt, bei welchen die Tiere auf Taumelscheiben gesetzt werden, die während des Taumelns elektrische Kontakte öffnen und schliessen. Diese Scheiben arbeiten qualitativ und quantitativ ungenau. Da die Neigung der Scheibe dauernd verändert wird, werden die Versuchstiere zusätzlich beunruhigt, was das Messergebnis verfälscht.
Die Erfindung setzt es sich zum Ziel, eine Vorrichtung zur Aktivitätsmessung zu schaffen, welche insbesondere auch zur Kontrolle von Vergiftungserscheinungen an Versuchstieren geeignet ist und die erwähnten Nachteile nicht aufweist. Sie erreicht dieses Ziel durch eine parallel zu sich selbst bewegliche Arbeitsplatte zur Aufnahme der Versuchstiere, die mit einem die Bewegungen der Arbeitsplatte in proportionell elektrische Signale umwandelnden Erschütterungsaufnehmer verbunden ist. Diese elektrischen Signale entsprechen bei entsprechenden Aufnehmern genau der Aktivität und können z. B. entweder sofort ausgewertet, oder auf einem Tonband gespeichert, oder aber integriert werden und so ein quantitatives und qualitatives Mass für die Aktivität geben. Es ist z.
B. auch möglich, die Signale einem Tonband zuzuführen und vom Tonband aus zu integrieren und weiter zu verwerten, wobei man immer das Tonband zum Vergleichen einer besonders heftigen Aktivität und dergleichen heranziehen kann. Diese Speichermöglichkeit gestattet jede beliebige nachträgliche Auswertung. Die Speicherung am Tonband eventuell auch von Signalen, die ein Integrator hervorruft, ermöglicht es z. B., ein und dasselbe Versuchstier hintereinander verschiedenen Bedingungen auszusetzen und die Aktivität unter den verschiedenen Bedingungen zu vergleichen.
Zur Messung der Giftigkeit von Produkten bzw.
vom abweichenden Verhalten der Versuchstiere sind vor allem solche Vergleichsmessungen zweckmässig. Vorzugsweise werden dazu mindestens zwei Arbeitsplatten mit Erschütterungsaufnehmern für zwei Versuchstiere angeordnet, wobei eine Vergleichsanlage vorgesehen ist, die die elektrischen Signale, eventuell nach Integrierung und zweckmässiger Umwandlung, direkt auswertet.
Beispielsweise können die vom Geber kommenden Signale eventuell nach Verstärkung und Gleichrichtung einer Integrierstufe zugeführt sein und die Integrierstufe nach Erreichen eines bestimmten Integrierwertes, z. B.
nach Aufladen eines Kondensators, einen Impulsgeber schalten. Beispielsweise kann die Kondensatorspannung ein Relais schalten, welches den Kondensator wieder entlädt und gleichzeitig einen Impuls weitergibt, der auf einem Tonband, auf einer Schreibmaschine oder auf einem Computer direkt ausgewertet wird. Es kann z. B.
auch ein Lochband damit beschrieben werden, welches nachträglich Auswertungen gestattet. Die z. B. von zwei Aufnehmern kommenden Impulse können direkt einem Computer zugeführt werden, der diese Impulse vergleicht und die Abweichungen auswirft. Bei signifikanter Überschreitung einer bestimmten Abweichung weiss man dann, dass das einem Versuchstier zugeführte chemische Produkt Veränderungen hervorruft, und daher Vergiftungsgefahr besteht. Der Versuch kann sodann abgebrochen werden, ohne dass das Tier getötet werden muss. Auf diese Art erhält man in wesentlich kürzeren Zeiträumen, als bei den bisherigen Versuchen notwendig waren, deutliche Anzeichen eines Einflusses des chemischen Produktes. Es sind wenige Versuchstiere notwendig, die in kurzen Zeitabständen für verschiedene Versuche eingesetzt werden können.
Das Töten der Versuchstiere ist nicht notwendig, da sich Aktivitätsänderungen bereits sehr frühzeitig bemerkbar machen, ohne dass eine bleibende Schädigung des Versuchstieres auftritt. Das Verfahren gestattet daher die Untersuchung der Toxizität wesentlich rascher und billiger, als dies bisher möglich war. Erst dadurch wird es möglich werden, tatsächlich alle neuen auftretenden chemischen Stoffe auf ihre Giftigkeit zu untersuchen.
Die Bewegungen der Arbeitsplatte sind proportional der Bewegung und damit der Aktivität der Versuchstiere. Als Aufnehmer können beispielsweise Dehnungsmessstreifen zusammen mit einer entsprechenden Brücke oder ein Quarz, ein Kondensator usw. verwendet werden. Als besonders einfach und zweckmässig hat es sich gezeigt, wenn die Arbeitsplatte auf die Membran eines Lautsprechers aufgesetzt wird. Ein üblicher Lautsprecher ist für die durch die Aktivitätsbewegungen auftretenden Frequenzen genügend empfindlich. Die Lautsprecherspule setzt die auftretenden Erschütterungen direkt in elektrische Spannungsstösse um. Die Arbeitsplatte kann dabei direkt auf den Lautsprecherrand aufgesetzt werden.
Als Versuchstiere werden üblicherweise Nagetiere, vorzugsweise weisse Mäuse, verwendet. Diese weissen Mäuse neigen dazu, praktisch alles anzuknabbern. Um dies zu verhindern, weist die Arbeitsplatte vorzugsweise einen hochgezogenen Rand auf, der nahe an einer Abschlusswand angeordnet ist, ohne die Wand zu berühren.
Beispielsweise wird als Arbeitsplatte eine tellerartige Polystyrolplatte verwendet, welche an ihrem Rand mit einem Ring abgeschlossen ist. Um diesen Ring wird nun z. B. ein Glaszylinder gestülpt, der so hoch ist, dass das Versuchstier nicht heraus kann. Der Rand der Arbeitsplatte muss nun so nahe an der Glasplatte sein, dass das Versuchstier durch seine Schnauze gehindert ist, den hochgezogenen Rand anzuknabbern, da es mit seiner Schnauze an dem Glaszylinder anstösst.
Anderseits muss der Abstand doch so gross sein, dass nirgends eine Berührung erfolgt und die Erschütterungen nicht gedämpft werden.
Die Erfindung ist an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Impulsgeber zur Aufnahme eines ballistischen Ergographs in Seitenansicht, Fig. 2 ein Schaltbild und ein zugehöriges Blockschema der Auswerte- und Impulsumwandlungsvorrichtung, Fig. 3 ein Diagramm der Aufladung des Integrierkondensators, Fig. 4 einen zugehörigen Auswertema schinenschreibstreifen entsprechend dem schweizerischen Patent Nr. 502 815, Fig. 5 ein Zeitaktivitätsdiagramm von zwei unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzten Versuchstieren.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Impulsgebers, dessen Umsetzer ein Lautsprecher 1 ist, der Erschütterungen in Spannungsstösse in den Spulen 2 umwandelt, die an den Leitungen 13 abgenommen werden. Der Lautsprecher ist in einem Gehäuse 3 mit einer Dichtung 4 und einem Spannring 5 befestigt. Eine Polystyrolplatte 8 mit einem senkrechten Rand 9, der eine Art Teller bildet, ist auf den Lautsprecher aufgesetzt. Über eine Dichtung 7 ist auf den Spannring 5 eine Glasglocke 10 so aufgesetzt, dass sie vom Rand 9 der Polystyrolplatte 8 nur einen geringen Abstand aufweist, jedoch an keiner Stelle diesen Rand berührt. Eine Belüftungsöffnung 11 sowie Belüftungskanäle 6 sorgen für die entsprechende Belüftung des Gehäuses. Die Versuchstiere werden auf die Polystyrolplatte 8 aufgesetzt und erhalten dort die erforderlichen Versuchsbedingungen.
Eine Tränke 12 ist zu diesem Zweck vorgesehen. An die Belüftungsöffnung 11 kann ein Schlauch angeschlossen werden, mit dem ein entsprechendes Luftgemisch mit toxischen Stoffen eingeführt werden kann. Jede Bewegung des Versuchstieres am Polystyrolteller 8 überträgt sich auf den Lautsprecher 1 und ruft in den Spulen 2 eine Erschütterung hervor, die sich als Spannungsstoss in den Leitungen 13 zeigt. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, dass diese Spannungsstösse vom Geber 14 in einem Verstärker 15 verwertbar verstärkt werden. Dieser Verstärker ist im Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass er von 0 Hz an über den ganzen tonfrequenten Bereich verstärkt, von 3 Hz an linear. Die verstärkten Impulse werden einem Gleichrichter 16, der auch weiterverstärkt, zugeführt, der die Impulse gleichrichtet und einer Integrierstufe 17 zuführt.
Diese Integrierstufe besteht im wesentlichen aus einem Kondensator 19, der sich durch die gleichgerichteten Impulse auflädt. Dieser Kondensator ist mit einem Relais 20 in Verbindung, welches der wesentliche Bestandteil der Impulsstufe 18 ist. Bei Erreichen einer bestimmten Kondensatorspannung, die nach Erfordernis variiert werden kann, spricht das Relais 20 an und schliesst die Relaiskontakte 21 und 22.
Der Relaiskontakt 21 schliesst den Kondensator kurz und entlädt ihn. Der Relaiskontakt 22 dient als Impulsgeber durch Einschalten einer Registriervorrichtung oder einer Schreibmaschine zum Geben eines Impulses auf ein Lochband, ein Tonband oder einen Computer usw. Der Relaiskontakt 22 kann eine beliebige Auswertevorrichtung steuern. Im Diagramm gemäss Fig. 3 ist das Anwachsen der Spannung an den Klemmen 29 abhängig von der Aktivität gezeigt. Der Pfeil 23 stellt die Spannungsachse und der Pfeil 24 die Zeitachse dar.
Die Spannung hervorgerufen durch die Aktivität des Versuchstieres wächst so lange, bis die Schaltspannung des Relais erreicht ist. In Fig. 4 ist das Aufzeichnungs- schema gezeigt, welches sich ergibt, wenn der Relaiskontakt 22 jedesmal einen Anschlag auf einer elektrischen Schreibmaschine auslöst und auf dieser Schreibmaschine jede Minute eine neue Zeile eingeschaltet wird.
Man bekommt auf diese Art ein Aktivitätsdiagramm abhängig von der Zeit. Die Durchschnittsaktivität kann auch für längere Zeiträume integriert werden. Dies kann entweder durch Auszählung der Anschläge oder durch eine grössere Ansprechspannung des Relais oder aber durch eine geeignete Rechenmaschine geschehen. In Fig. 5 ist ein Aktivitätsdiagramm von zwei Versuchstieren dargestellt, wobei der Pfeil 25 die durchschnittliche Aktivität und der Pfeil 26 die Zeitachse darstellt. Das strichlierte Diagramm 27 zeigt die Norm al aktivität und das Diagramm 28 die Aktivität bei einer chronischen Vergiftung bei kleinster Dosierung eines toxischen Stoffes. Man bekommt so deutliche Abweichungen und eine Dosis-Zeitrelation ohne letalen Ausgang beim Versuchstier.
Durch Aussetzen der Beigabe des toxischen Mittels kann man auf gleiche Art wieder die Erholungszeit bestimmen und eine Erholungs-Zeitrelation bekommen.
Zweckmässig werden zu diesem Versuch zwei Mäuse gleichzeitig in zwei getrennte Geräte gesetzt. Es ist auch zur Ausschaltung von Zufällen möglich, mehr als zwei Mäuse zu verwenden und mehrere Mäuse in ein Gerät zu setzen oder mehrere Geräte gleichzeitig zu venvenden. Der Vergleich kann entweder durch Aufzeichnung der Aktivitätskurven und Vergleich der Kurven oder durch direkte Auwertung der Aktivitätsunterschiede bzw. der durch die Aktivitätsunterschiede hervorgerufenen Impulse in Eichmaschinen erfolgen.
Es ist auch möglich, grössere Versuchstiere zu verwenden, da ja die Kostenerhöhung bei mehreren Versuchen nur unwesentlich ist, da kein letaler Versuchsausgang vorgesehen ist. Der Aufbau des Aufnehmers muss dabei selbstverständlich entsprechend der Anpassung an das höhere Gewicht geändert werden.