Author
Jonna Wilén, Johan Olsrud, Jennifer Frankel, Kjell Hansson Mild
Sweden
Publisher:
John Wiley & Sons, Inc.
Published in:
Bioelectromagnetics 2020; 41 (3): 247-257
Published: April 2020
on EMF:data since 29.05.2020
Keywords for this documentation:
MRT
Scientific article

Valid Exposure Protocols Needed in Magnetic Resonance Imaging Genotoxic Research.

SummaryTranslation not yet available

Ein Magnetresonanzgerät verwendet 3 sehr unterschiedliche Magnetfelder zur Bilddarstellung: ein starkes statisches Feld, ein starkes niederfrequentes und ein hochfrequentes Feld. Die Feldstärken liegen an der Grenze dessen, was ein menschlicher Körper tolerieren kann, deshalb ist es sinnvoll zu untersuchen, ob es ein genschädigendes Potenzial gibt. Alle 3 Feldarten unterscheiden sich stark in deren biologischen und biophysikalischen Wirkungen, die in den Richtlinien von ICNIRP und CENELEC angegeben sind. Die IARC hat niederfrequente Magnetfelder und Hochfrequenz als möglicherweise Krebs erregend für den Menschen eingestuft. Grenzwerte für Dosis oder andere Parameter sind nicht definiert.

In den letzten Jahren haben mehrere In-vitro- und In-vivo-Studien untersucht, ob Untersuchungen mit dem Magnetresonanzgerät (MRI) DNA-Schäden in menschlichen Blutzellen verursachen kann. Die Ergebnisse waren uneinheitlich. Die Gründe dafür können vielfältig sein. Hauptsächlich seien Feldbelastungen der Zellen im Scanner und das Studiendesign nicht ausreichend beschrieben worden. Deshalb sei eine Reproduzierbarkeit nicht gegeben und man könne die Studien nicht vergleichen. Die Frage ist, was „gute Praxis“ für eine Aussage zu den Feldbelastungen ist. In dieser Arbeit sollen Informationen zu den Feldbelastungen im MRI gegeben werden, was für Einflüsse es gibt und was nötig ist, um Experimente zur Genschädigung durch MRI durchzuführen. Hier soll ein näherer Blick auf die bisherigen Veröffentlichungen geworfen und Empfehlungen gegeben werden, wie „gute Praxis“ zur Feldbelastung bei Experimenten zu Genschäden erreicht werden kann.

Die ersten Studien können heute als Studien betrachtet werden, die zu Hypothesen führen. Für die Aufklärung, ob das MRI die DNA-Integrität (Unversehrtheit, Intaktheit) schädigen kann, sind die Expositionsbedingungen ausschlaggebend. Das Fehlen von ausreichenden Methodenbeschreibungen früherer Experimente macht es schwierig, wenn nicht unmöglich, sie zu wiederholen. Hier wird diskutiert, was in den früheren Studien fehlt und wie nach Auffassung der Autoren die nächste Generation von In-vitro- und In-vivo-Studien zu MRI und Genschädigung durchgeführt werden sollten.

Feldbelastung während einer MRI-Untersuchung

Zur Feldbelastung während eines Scans werden hier nur die Magnetfelder betrachtet, die elektrischen Felder sind sehr gering außer in direkter Umgebung der Spulen. Idealerweise werden bei Nutzung von MRI-Scannern in Kliniken viele Daten im Protokoll des Experiments angegeben, damit das Experiment wiederholt werden kann, zu den Expositionsbedingungen und den platzierten Proben im Gerät. Dazu gehören SAR-Werte und induziertes elektrisches Feld in der Probe. Ohne genaue Angaben zur Position der Probe im Scanner sind die Werte nutzlos aufgrund der starken Gradienten entlang der 3 Achsen. Weitere genauere Angaben müssen vorhanden sein, z. B. zum SAR-Wert. Wenn keine SAR-Berechnungen oder Magnetfeldmessungen vorhanden sind, können ersatzweise Durchschnittswerte des Scanners für Ganzkörper-SAR-Werte über 6 Minuten gemittelt verwendet werden. Der genaue SAR-Wert muss errechnet werden. Um sagen zu können, ob MRI-Scans ein Risiko für Genschädigung darstellen, muss vor allem genau beschrieben werden, welchen Feldern die Zellkulturen ausgesetzt wurden. Man muss sich klarmachen, dass der angegebene SAR-Wert des Scanners nicht derselbe ist, der im Patienten oder der Blutprobe in Teströhrchen oder Petrischale ist. Man muss außerdem zwischen allen 3 Magnetfeldarten des MRI unterscheiden. Das einfachste ist das statische Feld, das hochfrequente Feld ist immer gepulst, die SAR-Werte können zwischen wenigen Hundertsteln und über 1 W/kg variieren. Der schwierigste Teil ist die Dosimetrie des Gradientenfeldes. Ein Gradientenfeld wird von 3 verschiedenen Spulen in den 3 Achsen erzeugt. In der bestrahlten Probe kann es zu Unterschieden in den induzierten Strömen kommen, wenn das Material in einem Teströhrchen oder einer Petrischale enthalten ist. Die Stärke des Feldes hängt auch von dem Anteil der Flüssigkeit in jeder Probe ab. Hier sollte man das Experiment besser in einem Inkubator getrennt mit eindimensionalem Magnetfeld und kontrollierten Pulsen durchführen.

In-vitro-Studien:

9 In-vitro-Studien zu DNA-Schädigung durch MRI haben stattgefunden mit menschlichen Blutproben und normalen MRI-Geräten in Kliniken. Nur in einer Studie wurden die Bestrahlungsbedingungen genau angegeben (HF- und Gradienten-Felder), das statische Feld wurde bei allen mit 1,5–7 T angegeben. Nur eine Studie hatte reproduzierbare Angaben gemacht. Angaben zur Platzierung der Proben im Scanner bedeuteten, dass die Gradienten zwischen 2 Proben bis 8,3 mT variierten. Manche Studien gaben SAR-Werte zur HF an. In Zukunft müssen gut konzipierte Studien mit genauen Angaben zu Expositionsbedingungen und Dosimetrie sowie gut kontrollierte Bedingungen in den Zellkulturen während der Feldeinwirkung zur Verfügung stehen.

In-vivo-Studien:

9 In-vivo-Studien mit Feldern zwischen 1 und 7 T (meistens werden 1,5-T-Geräte benutzt) wurden ausgewertet. Untersuchungsgegenstand waren gesunde Freiwillige (Alter zwischen 21–37 Jahre), Patienten (20–89 Jahre) oder beruflich exponierte Arbeiter. In den meisten Studien wurden Blutproben unmittelbar vor und nach dem MRI-Scan untersucht, einige bis 30 Minuten danach und 1 Studie ein Jahr danach. Der Standard war klinische Anwendung, in allen Studien fehlte es an der kompletten Dosimetrie. Die Unterschiede zwischen den In-vivo-Studien sind groß und deshalb ist es unmöglich, genschädigende Wirkung der MRI-Scans zu belegen. Die Stärke und Charakteristiken der einwirkenden Felder waren ebenfalls sehr unterschiedlich. Bei In-vivo-Experimenten ist wichtig, dass alle Teilnehmer dieselben Feldstärken erhalten, evtl. sollten die statischen und hochfrequenten Felder getrennt angewendet werden.

SchlussfolgerungenTranslation not yet available

Da die Ergebnisse der bisherigen Studien nicht schlüssig sind, ob Genschäden auftreten können oder nicht, müssen in Zukunft alle Parameter genau beschrieben werden, damit andere Forscher an anderen Orten die Experimente wiederholen können. Sonst wird man nicht herausfinden, ob es Genschädigungen gibt. Bisherige Studien haben verschiedene Feldbelastungen eingesetzt. Eine klare Hypothese ist nötig, dazu eine Stellungnahme darüber, ob irgendwelche genschädigenden Ergebnisse von akuten oder kumulativen Wirkungen herrühren. Die gewählten Parameter der elektromagnetischen Felder müssen genaue Angaben zu Maximum-Werten und/oder gemittelten Werten über die Zeit enthalten. Es muss positive und negative Kontrollen, gut ausgearbeitete Versuchsdurchführungen mit strikter Standardisierung für in-vitro-Studien geben. Für In-vivo-Studien braucht man eine große Anzahl von Probanden, wobei die Auswahl „gesunde junge Männer“ ein Problem darstellt. (ElektrosmogReport Mai 2020, 26. Jahrgang / IW)