Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von verschiedenen Geweben von Fischen

Der Tierschutz spielt bei der Schlachtung von Tieren eine zunehmende Rolle. So werden viele Tiere vor der Schlachtung elektrisch betäubt. Zur Verbesserung der Verfahren und der Vermeidung von Tierleid können Computersimulationen mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse beitragen. Um den Stromfluss und die Stromdichte im Kopf eines Tieres bei der elektrischen Betäubung zu simulieren, werden die elektrischen Leitfähigkeiten der vorhandenen Gewebe benötigt. Diese Daten liegen jedoch bisher nur für Säugetiere (einschließlich des Menschen) und nicht für Fische vor. Deshalb wurden bei bisherigen Computersimulationen der elektrischen Betäubung die elektrischen Leitfähigkeiten von menschlichen Geweben und den Geweben anderer Säugetiere verwendet. Fisch- und Säugetiergewebe sind in ihrer Zusammensetzung jedoch unterschiedlich, sodass mit Hilfe der elektrischen Leitfähigkeiten von Fischgeweben die Genauigkeit der Computersimulationen wesentlich verbessert werden kann. Um die elektrische Leitfähigkeit von Fischgeweben messen zu können, wurde in dieser Arbeit ein Messaufbau auf Basis der 4-Punkt-Methode entwickelt. Als Stromquelle wurde ein Vielkanal-EKG genutzt, welches im Rahmen einer Masterarbeit an der TU Braunschweig entwickelt wurde (Gehring 2015). Zur zuverlässigen und reproduzierbaren Kontaktierung des Gewebes wurde eine spezielle Elektrodensonde mit Platin-Iridium-Elektroden entwickelt. Die Elektroden wurden mit gleichem Abstand in ein Kunststoffplättchen eingebettet, welches sie jeweils um 1 mm überragen. Beim Eindringen der Elektroden in das biologische Gewebe verteilt sich die Andruckkraft auf die Fläche des Kunststoffplättchens statt auf die Elektrodenspitzen, so dass sie keinen Einfluss auf die Messung des elektrischen Widerstandes hat. Die Validierung dieses Messaufbaus zeigte, dass der elektrische Widerstand von biologischem Gewebe zuverlässig und reproduzierbar gemessen werden konnte. Es wurden Gewebeproben der Speisefische Karpfen, Forelle und afrikanischer Welse untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf den Gewebetypen, die am Kopf eines Fisches vorkommen (Muskel, Haut, Knochen, Augen, Fett, Gehirn). Insgesamt erfolgte die Auswertung von ca. 2000 Messwerten, indem aus den gemessenen elektrischen Widerständen die zugehörigen elektrischen Leitfähigkeiten berechnet wurden. Für jedes der o. g. biologischen Gewebe wurde der Mittelwert für die elektrische Leitfähigkeit einschließlich des 95 % Konfidenzintervalles bestimmt. Bei künftigen Computersimulationen sollen diese Leitfähigkeitswerte zur Optimierung der Parameter bei der elektrischen Betäubung vor der Schlachtung verwendet werden. Die elektrischen Leitfähigkeitswerte der Fischgewebe zeigen unterschiedlich starke Abweichungen von den entsprechenden Werten für menschliche Gewebe. Einerseits ist z. B. die elektrische Leitfähigkeit der Fischhaut im Vergleich zur menschlichen Haut um bis zu 20-mal größer. Andererseits beträgt z.B. die elektrische Leitfähigkeit von Gehirngewebe beim Fisch 0,07 bis 0,10 S/m und beim Menschen 0,08 S/m. Zusätzlich wurden auch zwischen den untersuchten Fischarten Unterschiede festgestellt, sodass für jede Fischart eigene Computersimulationen durchgeführt werden müssen. Z.B. beträgt die elektrische Leitfähigkeit der Muskulatur von Forellen ca. 0,3 S/m, während die Muskulatur der anderen beiden untersuchten Fischarten eine elektrische Leitfähigkeit von nur ca. 0,1 S/m aufweist. Zur Verfeinerung und Validierung der Messprotokolle wurde der Einfluss der Parameter Temperatur und Zeit auf die Messergebnisse untersucht. Dies diente auch der Abschätzung, inwieweit die ex vivo gemessenen Werte von den nicht zugänglichen in vivo Werten abweichen und welche Parameter bei der elektrischen Betäubung beachtet werden müssen. Dabei wurde z. B. für Muskelgewebe festgestellt, dass die Schwankungen infolge der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands im Vergleich zu den individuellen Unterschieden des elektrischen Widerstands der verschiedenen Gewebeproben vernachlässigbar gering sind. Weiterhin konnte im Rahmen dieser Dissertation gezeigt werden, dass der elektrische Widerstand sich während des Alterungsprozesses der Gewebeproben unterschiedlich stark verändert. Während der elektrische Widerstand von Muskelgewebe mit der Zeit abnimmt, zeigte der elektrische Widerstand von Haut- und Fasziengewebe keine einheitliche Abhängigkeit von der Zeit. Deshalb ist es empfehlenswert, die Messungen des elektrischen Widerstandes möglichst sofort nach dem Tod des Fisches durchzuführen. Die elektrische Leitfähigkeit von verschiedenen Fischgeweben wurde in dieser Arbeit erstmalig bestimmt. Diese Ergebnisse dienen zur Optimierung der Computersimulationen. Außerdem kann der entwickelte Messaufbau für weitere Messungen des elektrischen Widerstandes an tierischen Geweben verwendet werden.