Ultraschall in der Geburtshilfe: Kann der Fötus die Ultraschallwelle hören und die Hitze spüren? - Abramowicz, J. S.; Kremkau, F. W.; Merz, E. (Ultraschall in der Medizin - European Journal of Ultrasound, 2012)
„Föten können Ultraschall hören, und das Geräusch ist so laut wie eine in die Haltestelle einfahrende U-Bahn.“ Diese Aussage geht auf einen einzelnen Bericht in einer Zeitschrift zurück, welche entgegen ihrem Namen 1 keine wissenschaftliche Zeitschrift darstellt. Der Bericht handelt von einem auf einem wissenschaftlichen Treffen gehaltenen Vortrag von Forschern, welche die Lautstärke im Uterus von schwangeren Frauen gemessen haben und den oben erwähnten Sachverhalt zeigen konnten. Diese Erkenntnis wurde später in einem Peer-Review geführten Journal 2 publiziert, das vermutlich nicht sehr häufig von Klinikern oder der breiten Öffentlichkeit gelesen wird. Von Zeit zu Zeit wiederholen die Boulevardpresse oder verschiedene schwangerschaftsbezogene Webseiten diese Aussage oder eine beunruhigte Schwangere erkundigt sich nach dem Wahrheitsgehalt dieser Behauptung. Eine zweite, oft vorgebrachte Sorge entsteht durch die Aussage, dass Ultraschall zu einer Erwärmung des Fruchtwassers führt. Diese beiden Aussagen können für die werdenden Eltern äußerst besorgniserregend sein und verdienen eine genaue wissenschaftliche Untersuchung. In diesem Editorial werden beide Aspekte hinsichtlich der bekannten Fakten über die physikalischen Eigenschaften des Ultraschalls beleuchtet. Der diagnostische Ultraschall verwendet gepulste Schallwellen mit positivem und negativem Druck. Die „Mayo-Gruppe“, die im New Scientist zitiert wurde, prognostiziert, dass sich die Pulswelle in einen „klopfenden“ Effekt 1 umwandeln würde. Ihrem Bericht zufolge wurde ein kleines Hydrofon in das Cavum uteri einer Frau platziert, während sich diese einer Ultraschalluntersuchung unterzog. Die Autoren behaupteten, dass sie einen Laut in etwa der Frequenz der Pulsationen empfangen konnten, die beim Ein- und Ausschalten des Ultraschalls entstehen. Dieser Laut entsprach in etwa den höchsten Tönen am Klavier. Sie wiesen ebenfalls daraufhin, dass, wenn der Schallkopf direkt auf das Hydrofon gerichtet wurde, dieses eine Lautstärke von 100 Dezibel registrierte, was einer in die Haltestelle einfahrenden U-Bahn entspricht. Die Schalldruckpegel in Dezibel werden für die hörbaren Frequenzen durch den Bezugspegel definiert, der die Hörschwelle bei einer vorgegebenen Frequenz darstellt. Obwohl die im Ultraschall verwendeten Sendefrequenzen nicht hörbar sind, ist es möglich, dass die Pulsrate (Pulswiederholungsfrequenz, PRF) gehört werden kann und in den hörbaren Bereich fällt. In einem früheren Bericht wurde ein ähnliches Phänomen angedeutet 3. Ultraschall ist eine Druckwelle mit einer Frequenz, die jenseits derjenigen ist, die mit dem menschlichen Gehör wahrgenommen werden kann. Das Ohr des Menschen kann in etwa 20 – 20 000 Zyklen (Hertz) pro Sekunde unterscheiden. Die Frequenzen beim diagnostischen Ultraschall betragen in etwa 1 – 10 Megahertz (MHz) oder 1000 000 – 10 000 000 Zyklen pro Sekunde. Es handelt sich um eine Form von Energie und als solche kann sie in den Geweben, die sie durchläuft, eine Wirkung hinterlassen. Alle Auswirkungen, wie sie in lebenden Geweben infolge von äußeren Einflüssen sekundär auftreten, werden biologische Effekte oder Bioeffekte genannt. Diese Bezeichnung ist jedoch nicht gleichbedeutend mit einer Schädigung oder Verletzung. Die beiden Hauptmechanismen von Bioeffekten sind thermischer und nicht thermischer Art. Thermische Effekte treten sekundär im Gewebe bei der Umwandlung der Ultraschallenergie in Wärme auf (indirekte Ultraschallwirkung). Nicht thermische Effekte entstehen sekundär durch die von der Welle erzeugten, wechselnden positiven und negativen Druckphasen (direkte Wirkung). Die Definition einer gemäßigten Lautstärke beträgt 60 – 70 dB (2 × 10–3–2 × 10–2 Pa) und wird als lauter städtischer Umgebungslärm, normale Unterhaltung im Abstand von 1 m oder Musik in Zimmerlautstärke definiert 4. Im Vergleich dazu erzeugt eine ruhige Unterhaltung 40 dB, eine vorüberfahrende Diesellok mit 70 km/h in 30 m Entfernung 80 – 85 dB und eine Rockband 110 dB 4. Es gibt einige wenige Publikationen über eine Schädigung von Föten, die erhöhten Umgebungs-Lärmpegeln ausgesetzt waren, vor allem bei Industrielärm 567, insbesondere in der Luftfahrt- und Textilindustrie. Obwohl es einige Berichte über Hörstörungen bei Kleinkindern gab, die im Mutterleib Ultraschall ausgesetzt waren, konnten verschiedene genaue Studien diese Ansicht widerlegen 891011. Darüber hinaus zeigten eine Studie bei Föten, die im Uterus einer vibroakustischen Stimulation ausgesetzt waren 12, und eine kürzlich erschienene Studie, bei der Föten dem Lärm einer an Schwangeren durchgeführten MR-Untersuchung 13 ausgesetzt waren, keine schädlichen Folgen für das Gehör. Es gab ein paar Berichte über den Nachweis eines „Brummens“ während des transkraniellen Ultraschalls. Dies könnte die Pulswiederholungsrate (PRF) sein. Wenn dem aber so wäre, würde man diese als einen höheren Ton und vermutlich nicht als brummendes Geräusch erkennen. Unserer Kenntnis nach wurde dieses Phänomen bisher nicht näher untersucht. Obwohl der oben erwähnte Bericht nahe legt, dass diagnostischer Ultraschall im Uterus im messbaren Bereich nachgewiesen werden kann, gibt es keinen unabhängig bestätigten, im Peer-Review-Verfahren publizierten Beweis, dass der Fötus tatsächlich die PRF hört, darauf reagiert oder dadurch geschädigt wird. „Der Fötus kann seine eigene Körpertemperatur nicht regulieren; somit kann das Fruchtwasser sehr hohe Temperaturen über einen langen Zeitraum erreichen“ 14. Stellt diese Behauptung ein reelles Risiko dar? Was bedeutet es, wenn diese Behauptung einen wissenschaftlichen Wahrheitsgehalt hat? Natürlich wäre ein Temperaturanstieg beim Föten besorgniserregend. Eine thermal induzierte Teratogenese konnte in vielen Tierversuchen wie auch in einigen kontrollierten Studien beim Menschen 1516 gezeigt werden. Eine Temperaturerhöhung von 1,5 °C über dem Normalwert wurde als allgemein gültiger Grenzwert vorgeschlagen 17. Es sollte erwähnt werden, dass in keiner dieser Studien Ultraschall die Ursache für die Temperaturerhöhung war. Einige glauben, dass es Temperaturgrenzwerte für Hyperthermie-induzierte Geburtsdefekte (hier das ALARA-Prinzip [as low as reasonable achievable – so wenig wie vernünftigerweise erreichbar]) gibt. Allerdings gibt es einige Hinweise darauf, dass jeglicher positive Temperaturunterschied über einen bestimmten Zeitraum eine gewisse Wirkung zeigt. Eine Temperaturgrenze für Hyperthermie-induzierte Geburtsschäden gibt es somit vermutlich nicht 18. Bei Versuchstieren sind die häufigsten Schäden Mikrozephalie in Zusammenhang mit funktionellen Problemen und Verhaltensauffälligkeiten, Mikrophthalmie und Katarakte. Es gibt Berichte über durch gepulsten Ultraschall hervorgerufene, hyperthermische Wirkungen und In-vivo-Temperatur-Messungen, allerdings nicht beim Menschen 192021. Ein Temperaturanstieg von 1 °C wird sehr schnell bei der Routineultraschalluntersuchung erreicht 22. Insbesondere bei Verwendung von gepulstem Doppler kann eine Temperaturerhöhung bis zu 1,5 °C im ersten Trimenon und bis zu 4 °C im zweiten und dritten Trimenon beobachtet werden 23. Wenn die Ultraschallwelle durch das Gewebe dringt, dann nimmt deren Intensität mit der Entfernung ab (Abschwächung). In vollständig homogenen Materialien wird die Signalamplitude nur durch die Divergenz des Strahls und die Absorption vermindert (Umwandlung von Schall zu Hitze). Biologische Gewebe sind jedoch inhomogen und eine weitere Schwächung erfolgt durch Streuung. Das Problem des Temperaturanstiegs im Fruchtwasser beruht auf dem Umstand, dass die Energie der Ultraschallwelle in den Geweben, die sie durchdringt, zum Teil in Hitze verwandelt wird. Gewebe mit einem hohen Absorptionskoeffizienten (wie Knochen) rufen eine hohe Konversionsrate hervor, bei Geweben mit niedriger Absorption ist die Umwandlung hingegen geringer. Flüssigkeiten haben sehr geringe Absorptionseigenschaften. Deshalb ist das Risiko einer Temperaturerhöhung im Fruchtwasser minimal. Die einzig verfügbare Studie zu diesem Aspekt zeigte während der Durchführung eines diagnostischen Ultraschalls keine Temperaturerhöhung im Fruchtwasser, weder bei der Graustufen- Darstellung (Sonografie) noch bei der Doppler-Sonografie 24. Schlussfolgerungen Obwohl der Ultraschall eine Schallwelle ist, die mechanische Wirkungen und Temperaturerhöhungen in den von ihr durchlaufenen Geweben hervorruft, scheint bei Verwendung von diagnostischem Ultraschall das Risiko für menschliche Föten minimal zu sein, wenn bestimmte Regeln eingehalten werden. Diese sind zum Beispiel die medizinische Indikation für die Durchführung einer Sonografie und die Befolgung des ALARA-Prinzips (Verwendung der niedrigsten Ausgangsleistung, die gerade erforderlich ist, um die nötigen diagnostischen Informationen zu erhalten, und Reduktion der Expositionszeit auf das Maß, das notwendig ist, um eine gute Diagnose zu erhalten).