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A1.3 Hochfrequenzfelder

A1.3.1 Allgemeines

Für MR-Untersuchungen werden in der Regel Hochfrequenzfelder mit Trägerfrequenzen im Megahertzbereich eingesetzt, in dem Wärme- gegenüber Reizwirkungen dominieren. Wie zahlreiche Experimente mit Tieren und an Zellkulturen belegt haben, sind die gesicherten akuten Wirkungen einer Exposition durch Hochfrequenzfelder auf Wärmewirkungen zurückzuführen [UNEP/WHO/IRPa 93, ICNIRP 98, She 00]. In der Praxis kann als wichtigstes Maß für die Wärmebelastung durch Hochfrequenzexposition die durchschnittliche, über den ganzen Körper oder die exponierte Teilkörperregion gemittelte spezifische Absorptionsrate (SAR in W/kg) angegeben werden. Beim Anstieg der Körpertemperatur ergibt sich eine Erhöhung des Blutflusses und der Herztätigkeit sowie ein Ansteigen der Schweißsekretion und der Verdunstung [Ada 96]. Die räumliche Verteilung der SAR innerhalb eines exponierten Tieres oder Menschen kann jedoch sehr inhomogen sein. Wenn nicht durch Blutfluss und aufgrund verschiedener Thermoregulationsmechanismen ein wirksamer Ausgleich erfolgt, können sich starke lokale Temperaturerhöhungen ausbilden.

A1.3.2 Tierexperimentelle Studien

Tierexperimentelle Untersuchungen haben in vielfältiger Weise zur Kenntnis thermischer Effekte beigetragen (Übersichten in (UNEP/WHO/IRPa 93, Mic 96, Sau 96, ICNIRP 98]). Eine quantitative Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen ist allerdings selbst bei Ergebnissen, die an Primaten gewonnen wurden, schwierig, da die thermoregulatorische Reaktion von Art zu Art unterschiedlich ausfüllt [UNEP/WHO/IRPa 93]. Darüber hinaus ist der Grundstoffwechsel der meisten Versuchstiere um ein Vielfaches höher als der des Menschen.

An Nagetieren und Primaten wurden Schwellenwerte für thermoregulatorische Reaktionen bei SAR-Werten von 0,3 W/kg bis 3W/kg ermittelt [UNEP/WHO/IRPa 93]. Hierzu zählen Gefäßerweiterungen, Schwitzen und Verhaltensweisen zur Minimierung der Wärmebelastung. Diese Reaktionen reflektieren normale Ausgleichsvorgänge bei einer leicht erhöhten Wärmebelastung oder bei geänderten Umgebungsbedingungen.

Bei einer Erhöhung der Körpertemperatur der Versuchstiere um mehr als 1 °C (oder spezifischen Absorptionsraten von mehr als 2 W/kg in Primaten und Nagern) wurden vielfältige akute, meist reversible biologische Reaktionen nachgewiesen [UNEP/WHO/ IRPa 93, ICNIRP 98, Schu 01]:

• Kardiovaskuläre Änderungen (Zunahme des Pulses und des Herzausstoßes),
• Veränderungen im Hormonhaushalt (z.B. Erhöhung des Hydrocortison-Spiegels im Plasma von Affen),
• Veränderungen im Immun- und hämatopoetischen System (z.B. verringerte Anzahl zirkulierender Lymphozyten und veränderte Reaktionen der Makrophagen),
• Verringerung mentaler Fähigkeiten (z.B. reduzierte Durchführung erlernter Fähigkeiten bei Nagetieren und Affen),
• vorübergehende Abnahme der männlichen Fertilität bei Ratten (ab 6 W/kg bis 10 W/kg),
• Veränderungen von neuronalen und neuromuskulären Funktionen,
• veränderte Wirkung von Medikamenten (z.B. Abnahme der Wirksamkeit von Barbituraten).

Gewebe, die gegenüber einer Exposition besonders empfindlich sind, zeichnen sich entweder durch eine besonders geringe Toleranz gegenüber Temperaturerhöhungen aus, wie z.B. die Hoden, oder sind schlecht durchblutet, so dass lokal absorbierte Wärme nur langsam an die Umgebung abgegeben wird. Für das Auge könnten beide Aspekte zutreffen, da einerseits die Gefahr besteht, dass Schäden im Glaskörper akkumulieren und andererseits bereits relativ geringe Energieeinträge aufgrund der geringen Durchblutung kritische Temperaturerhöhungen bewirken können. Entsprechende Studien ergaben, dass Erwärmungen des Auges auf 41 °C bis 43 °C zur Kataraktbildung führen können [IGNIRP 98]. Welche SAR heim Menschen zu so einer Temperaturerhöhung führt, ist schwierig abzuschätzen, zumal die meisten Untersuchungen im GHz-Bereich und an Kaninchenaugen durchgeführt wurden. Auch die Tests werden als wärmeempfindlich angesehen. Die Spermiogenese erfordert natürlicherweise Temperaturen von einigen Grad unterhalb der Körpertemperatur. Untersuchungen an nicht anästhesierten Ratten haben bei einer längeren Exposition mit 6 W/kg zu einer Abnahme der Fertilität geführt [UNEP/WHO/IRPa 93, Sau 96]. Störungen der Blut-Hirn-Schranke durch die Exposition mit hochfrequenten Feldern treten erst ab einer Temperatur von etwa 43 °C auf [Mic 96].

Von besonderer Bedeutung sind fruchtschädigende Wirkungen. Sie sind bei der Anwendung von Hochfrequenzfeldern - insbesondere während des ersten Drittels der Schwangerschaft - besonders zu beachten, da die Wärmeabgabe des Fetus aufgrund der Trennung von mütterlichem und fetalem Kreislauf erschwert ist, so dass es bei einer Energieabsorption im Fetus leicht zu einer kritischen Temperaturerhöhung kommen kann (Sau 96]. Der empfindlichste Effekt ist ein verringerter oder verzögerter Gewinn an Körpermasse (Mic 96]. Tierexperimentelle Untersuchungen haben Störungen bei der Entwicklung ab einer Erhöhung der Körpertemperatur der Mutter um mehr als 1 °C gezeigt, wobei die teratogene Wirksamkeit von der Höhe und Dauer der Erwärmung abhängig ist [UNEP/WHO/IRPa 93). Bei einer systemischen Hyperthermie der Muttertiere wurden für kleine Säugetiere Schwellenwerte für Fehlbildungen zwischen 2,5 °C und 5 °C ermittelt [Mic 96]. Expositionen unterhalb von 4 W/kg haben in der Regel keine teratogenen Wirkungen (Sau 96].

Aufgrund der tierexperimentellen Untersuchungen kann davon ausgegangen werden, dass akute oder chronische Expositionen durch Hochfrequenzfelder nicht zu einem Anstieg von Mutationen oder von Chromosomenaberrationen führen, wenn die Temperatur innerhalb der normalen physiologischen Schwankungsbreite bleibt [UNEP/WHO/IRPa 93].