Elektromagnetiska fält och design av en epidemiologisk studie av sambandet mellan exponering för magnetresonanstomografi och utvecklingen av leukemi Jonas Andersson Nils Bark Åsa Barrner Helena Boëthius Majken Edvardsson Johan Olsson Niklas Westerberg 22 april 2010
Innehåll 1 Bakgrund 1 1.1 Elektromagnetiska fält............................ 1 1.2 Statiska magnetfält.............................. 1 1.3 Växlande magnetfält............................. 2 1.4 Mätningar................................... 2 1.5 Hälsoeffekter................................. 2 1.5.1 Cancer................................. 2 1.5.2 Neurodegenerativa sjukdomar.................... 3 1.5.3 Hjärt-kärlsjukdom.......................... 3 1.5.4 Graviditet............................... 3 1.5.5 Elöverkänslighet........................... 3 1.6 MRI...................................... 4 2 Epidemiologisk studie 5 2.1 Bakgrund................................... 5 2.2 Syfte...................................... 5 2.3 Hypotes.................................... 5 2.4 Metod..................................... 6 2.4.1 Kommentarer till metodupplägg.................. 6 2.5 Eventuella konsekvenser av studien..................... 6 2.6 Alternativa studieupplägg.......................... 7 2.7 Storleksberäkning............................... 7 Litteraturförteckning 7 i
Kapitel 1 Bakgrund 1.1 Elektromagnetiska fält Elektromagnetiska fält är ett sammanfattande begrepp för både elektriska och magnetiska fält. Det används då elektriska och magnetiska fält ofta, men inte alltid, uppträder tillsammans. Ett varierande elektriskt fält kommer att inducera ett varierande magnetiskt fält och vice versa. Denna princip kan vara bra att komma ihåg. Det sammansatta fältet breder ut sig från källan, i form av vågor med ljusets hastighet och avtar i styrka med kvadraten på avståndet till källan[1]. Elektriska fält uppstår vid skillnad i spänning; ju högre spänning, desto starkare fält. Magnetiska fält uppstår när elektriska laddningar rör sig det vill säga när en ström flyter; ju starkare ström, desto starkare fält[10]. Elektromagneteiska fält förklarar de energikvanta som vi förstår som strålning och ljus. Exempel på detta är synligt ljus, ultraviolett strålning, mikrovågor och radiovågor. Dessa ligger inom olika frekvensintervall[1]. Frekvens, våglängd och amplitud är olika storheter som kan användas för att beskriva egenskaperna hos det elektromagnetiska fältet[1]. 1.2 Statiska magnetfält Ett exempel på ett statiskt magnetfält är jordens magnetfält. Det förändras inte över tid utan är konstant. Det är det här fältet som gör att kompassnålen pekar i nordlig riktning. Statiska magnetfält bildas också kring ledningar med likström. En liten magnet kan på vis inom ett mindre område överträffa jordens eget magnetfält, detta gäller såväl för vanliga kylskåpsmagneter som magnetkameror och inom industrin[8]. Jordens magnetfält ligger vid jordytan på mellan 30 och 60 µt, vilket kan jämföras med en vanlig MR-kamera som i dag ofta använder sig av ett magnetfält på 3 T; en skillnad i storleksordningen tre till fyra magnituder. 1
1.3 Växlande magnetfält Kring växelströmsledningar, transformatorer och apparater som drivs med växelström (i princip alla eluttag) uppstår växlande magnetfält. Växlande magnetfält kan som tidigare nämnts inducera elektriska strömmar i närbelägna föremål.[2] Detta gäller framförallt magnetfält som växlar med låg frekvens, så kallade kraftfrekventa magnetiska fält (MHR2009). Vid högre frekvenser är i stället problemet absorption av energi så att molekyler sätts i rörelse, vilket innebär ökad termisk energi. Dessa kallas radiofrekventa(mhr2009). Vid ännu högre frekvenser blir problematiken en annan, då strålningen blir joniserande, det vill säga får förmågan att helt slå ut elektroner från sina fasta banor runt atomkärnor.[2] 1.4 Mätningar Det är viktigt att mäta elektromagnetiska fält för att utvärdera exponeringen för allmänheten eller specifika arbetstagare. Detta gör man genom att med olika mätinstrument mäta det elektriska fältet, magnetisk flödestäthet, strålningstäthet, kontaktström och inducerad ström. Elektromagnetiska fält mäts bland annat i Hertz (Hz), Watt/m2 och Tesla (T)[1]. Mätningar av elektromagnetiska fält genomförs på flera sätt beroende på om det är det elektriska eller magnetiska fältet som observeras. För uppmätning av elektriska fält används en sensor, exempelvis i form av en plattkondensator. När magnetiska fält undersöks är sensorn i stället en spole eller ett Hall-element. Olika metoder finns även för att mäta inducerade strömmar i en testperson. 1.5 Hälsoeffekter Olika frekvenser av elektromagnetiska fält ger upphov till olika effekter i människokroppen. Låga frekvenser (<100 khz) kan ge upphov till nerv - och muskelretningar, då elektriska strömmar kan ledas genom kroppen[1]. För att detta skall ske krävs en styrka hos det elektromagnetiska fältet som normalt inte förekommer i vår närmiljö[8]. Högre frekvenser (>100 khz) ger en annan typ av kroppspåverkan. När kroppen kommer i kontakt med ett mycket högfrekvent fält kommer kroppens polära molekyler, exempelvis vattenmolekyler, att sättas i rörelse och på så vis alstra värme. Detta kan ge akuta kroppsliga skador såsom brännskador[8, 4]. 1.5.1 Cancer Den eventuella kopplingen mellan exponering för elektromagnetiska fält och cancer har varit ämne för flera studier. Feychting (2005) menar att de epidemiologiska studier som genomförts inte är tillräckligt övertygande för att kunna dra några slutsatser angående ökad cancerincidens[3]. Strålsäkerhetsmyndighet framhåller att forskare har i flera oberoende studier sett samband mellan exponering under barnaåren för magnetfält som 2
ligger över det normala, och en något ökad risk för leukemi. Myndigheten har, på grundval av detta, infört rekommendationer om att onödig exponering för elektromagnetiska fält (exempelvis från mobiltelefoner) skall undvikas[8]. Enligt Miljöhälsorapporten (2009) kan elektromagnetiska fält ge upphov till mindre än ett barnleukemifall per år. Denna risk tros även finnas vid exponering för fält med en styrka som är lägre än strålsäkerhetsmyndighetens fastställda referensvärde[4]. Den största exponeringen för elektromagnetiska fält kommer från kraftledningar[8]. De biologiska mekanismer med vilka dessa svaga och lågfrekventa elektromagnetiska fält skulle kunna leda till utvecklingen av leukemi är dock inte kända[4]. Studier som med hjälp av djurmodeller undersökt den carcinogena potentialen hos elektromagnetiska fält har endast i undantagsfall uppvisat ett positivt samband mellan exponering och cancerförekomst. Studierna med detta utfall lider dock betänkligt av metodologiska brister.[6] 1.5.2 Neurodegenerativa sjukdomar Alzheimers sjukdom, Parkinsons sjukdom och ALS (amyotrofisk lateralskleros) är alla neurodegenerativa sjukdomar där kopplingen mellan sjukdom och magnetfältsexponering i yrket studerats. För Alzheimers ses motstridiga resultat varför man inte kan dra några säkra slutsatser kring den eventuella kopplingen mellan exponering för elektromagnetiska fält och sjukdomen. Angående Parkinson ses i de studier som presenterats ingen ökad risk. Gällande ALS är resultaten mer samstämmiga, med en ökad risk hos de som i arbetet exponeras för elektricitet.[4] 1.5.3 Hjärt-kärlsjukdom Experimentella studier har visat att hjärtrytm kan påverkas hos personer som vistas i elektromagnetiska fält. Därför har man epidemiologiskt försökt hitta kopplingar mellan elektromagnetiska fält och hjärt-kärlsjukdom. Trots att tidiga epidemiologiska studier visade en koppling så har de flesta efterföljande studier inte kunnat visa något samband mellan hjärt-kärlsjukdom och exponering för elektromagnetiska fält.[5] 1.5.4 Graviditet Man har studerat gravidas risk för missfall vid exponering för lågfrekventa magnetfält (från exempelvis datorskärmar). Majoriteten av de studier som har gjorts har inte funnit någon koppling mellan denna exponering och missfall. Studierna lider dock av metodproblem vilket gör det svårare att dra några definitiva slutsatser.[4] 1.5.5 Elöverkänslighet Elöverkänslighet är ett samlingsnamn för de symptom som vissa personer upplever vara kopplat till exponering för elektromagnetiska fält. Symptomen är exempelvis sömnstörningar, huvudvärk, trötthet, yrsel, koncentrationssvårigheter och hudsymptom. Man har inte kunnat visa att detta samband finns via experimentella studier, trots att symptom 3
för vissa individer är mycket påtagliga. I dessa studier har drabbade individer inte kunnat avgöra bättre än slumpen, om de varit exponerade eller inte.[4] 1.6 MRI Magnetic Resonance Imaging (MRI) introducerades i vården under de senare decennierna av 1900-talet. Tekniken har sitt ursprung inom den naturvetenskapliga grundforskningen där den används för att bestämma ämnens kemiska sammansättning och struktur. Den bygger på det faktum att vissa atomkärnor i kroppen kan ordnas i en och samma riktning med hjälp av ett statiskt magnetfält. Detta magnetfält uppstår genom att en elektrisk ström cirkulerar i en spole, som är kyld till så låg temperatur att den blir supraledande. Därmed fortsätter strömmen att flöda i princip i oändlighet. Med hjälp av radiovågor kan atomkärnorna hos vissa isotoper av grundämnen tippas i önskad utsträckning, så kallad kärnspinnresonans. När radiovågorna upphör återgår kärnorna till utgångsläget i magnetfältet. Vid denna återgång avges en radiovåg som känsliga instrument kan registrera. Radiovågornas egenskaper är avhängiga magnetfältets styrka och grundämnesisotopens beskaffenhet. Informationen skickas vidare till en dator som med ledning av energistyrkans variation kan bygga upp en bild av kroppens inre[9]. Magnetkameran är ett konkret exempel på ett kraftigt statiskt magnetiskt fält som människor kan exponeras för. 4
Kapitel 2 Epidemiologisk studie 2.1 Bakgrund Någon sannolik förklaringsmodell på cellnivå för hur leukemi skulle kunna uppstå genom exponering för statiska magnetfält saknas i dag så vitt vi vet. Schwenzer et al (2007) lät i en studie testa om celler från två humana cancercellinjer (den leukemiska linjen HL- 60 respektive den myeloida cellinjen KG-1a) fick ett ökat antal dubbelsträngsbrott på sitt DNA efter att körts i en magnetresonanskamera. Dubbelsträngsbrott är en allvarlig skada av cellens DNA och är i sig en riskfaktor för utvecklandet av cancer. Cellerna exponerade för magnetfältet i magnetresonanskameran kunde dock inte uppvisa en signifikant ökning av antalet dubbelsträngsbrott i sitt DNA jämfört med de oexponerade kontrollerna[7]. Trots detta kan det vara intressant att undersöka om ett eventuell korrelation mellan leukemi och magnetresonanstomografi kan identifieras med epidemiologiska metoder. 2.2 Syfte Syftet med denna fall-kontrollstudie är att undersöka det eventuella sambandet mellan tidigare exponering för magnetisk resonanstomografi och insjuknande i leukemi (ICD8: 204 207) hos barn och ungdomar. 2.3 Hypotes H0: Ingen skillnad i risk för utvecklandet av leukemi (ICD8: 204 207 ) föreligger efter genomgången undersökning med magnetisk resonanstomografi. H1: Skillnad i risk för utvecklandet av leukemi (ICD8: 204 207 ) föreligger efter genomgången undersökning med magnetisk resonanstomografi (hädanefter magnetkameraundersökning, MR). 5
2.4 Metod Etiskt tillstånd för denna studie söks hos Linköpings etiska nämd enligt SFS 2008:192, Lag (2003:460) om etikprövning av forskning som avser människor. Den tänkta undersökningen ligger under ramen för en fall-kontrollstudie. Detta för att fall-kontrollstudien är stark vid ovanliga positiva utfall av en relativt vanlig exponering. Fallen rekryteras genom sökning i cancerregistret efter ICD8-kod. Fall definieras i studien som barn födda 1986 1991 vilka före sin 18-årsdag har blivit diagnosticerade med leukemi (ICD8: 204 207 ), är födda i Sverige samt ej blivit diagnosticerade med Downs syndrom. Personer som är klassade som fall kontaktas via telefon samt brev om de tillåter (ger informerat samtycke till) studiegruppen att läsa deras journal, efter upplysning om studiens målsättning och syfte. Kontroller slumpas därefter ur folkbokföringen varpå personen i fråga kontaktas via telefon, alternativt brev om telefonkontakt inte är möjlig. Personen tillfrågas om samtycke om att undersökaren får tillgång till vederbörandes journal, varefter journalen studeras med avseende på eventuella diagnosticerade leukemier, fall av Downs syndrom samt huruvida de genomgått magnetkameraundersökning. Exponering definieras som att personen har genomgått minst en magnetkameraundersökning. Som latenstidskrav krävs en minst tre månader lång period mellan exponering och fastställd diagnos, detta för att vi ej vill att magnetkameraundersökning under utredningsgång efter sjukdomsinduktion redan har skett skall räknas med i resultatet. 2.4.1 Kommentarer till metodupplägg Med ovanstående kriterier finns liten risk för felklassificering av exponering. Då detta dessutom rör sig om journalstudier minskar risken för så kallad recall bias. Studieupplägget utesluter även att patienter genomgår en magnetkameraundersökning under utredningsgången efter manifest sjukdom, då kravet är en tre månader lång period mellan diagnos och första magnetkameraundersökningen. Exponerade personer kan tänkas vara mindre benägna att låta undersökare se journal, då annan dold sjukdom kan föreligga, men ingen klar risk att detta skiljer sig mellan fallen och kontrollen ses. Måttet som används är incidens för sjukdomen, då incidensen av leukemi är mer lättstuderat än prevalensen och progression efter exponering. Detta för att en cancersjukdoms progression är påverkad av åtskilliga faktorer såsom typ av cancer och tid för diagnostik, vilket nuvarande register inte registrerar i tillräcklig detalj för att en retrospektiv studie skall vara möjlig. 2.5 Eventuella konsekvenser av studien Vid den händelse att ett kausalt samband mellan magnetkameraundersökning av barn och leukemiincidens påvisas, kan ett i framtiden mer restriktivt användande av undersökningsmetoden vara nödvändigt. MR är fortfarande en relativt ung teknik och långtidsexponering kan börja utvärderas först nu. 6
2.6 Alternativa studieupplägg Vår tänkta undersökning är en fall-kontrollstudie. Detta för att fall-kontrollstudien är lämplig vid ovanliga positiva utfall av en relativt vanlig exponering. En kohortstudie hade ej varit ett rimligt alternativ, då den ur ekonomisk synvinkel hade behövt orimligt stora kohorter för att få med tillräckligt stort antal leukemifall och därigenom uppnå signifikans. En studie med samma syfte som denna hade kunnat genomföras genom att undersöka eventuell förändring i leukemiincidensen sedan införandet av MR-kamera. Vi ser dock flera svårigheter med att genomföra detta då flera andra faktorer (till exempel: socioekonomiska, diagnostiska metoder, demografi, livsstil et cetera) kan ha ändrats under samma tid, vilket skulle försvåra tolkningen av resultatet. 2.7 Storleksberäkning Det är svårt att hitta en bra siffra för MR-användning på barn i Sverige. I alla ålderskategorier rapporterades användningen 1997 vara 1250 undersökningar per 100 000 människor och år. Om detta vore incidensen även i vår åldersgrupp skulle 20 % av barnen räknas som exponerade. Detta ses dock som högst otroligt, dels därför att vi misstänker att en patient som genomgått en magnetkameraundersökning har en klart ökad risk för att genomgå ytterliggare en, dels därför att barn och ungdomar kan ha en annan sannolikhet att genomgå en magnetkameraundersökning. Därför används i denna beräkningen en exponeringsprevalens på 5 %. Vid beräknande av nödvändig studiestorlek önskas ett p-värde på <0,05, en statistisk power på 80 %. För att en ändrad risk skall anses ha klinisk relevans krävs ett insjuknandeodds på 2:1 efter exponering. I studien används 10 kontroller per fall. Detta medför en minsta studiestorlek om 253 fall och 2530 kontroller, uträknat med ett okorrigerat 2 -test. Då det år 2008 rapporterades in 78 fall med sökt ICD8-kod, bedöms det som troligt att nuvarande inklusionskriterier kommer att generera tillräckligt med fall även med ett bortfall på 15 %. 7
Litteraturförteckning [1] Arbetsmiljöverket. Vad är elektromagnetiska fält? http://www.av.se/teman/elektromagnetiska/elektormagnetiska/, 2009. [2] Börje Ekstig och Lennart Boström. Quanta Fysik B för gymnasieskolan. Bokförlaget Natur och Kultur, Stockholm, 1997. [3] Maria Feychting. Health effects of static magnetic fields a review of the epidemiological evidence. Prog Biophys Mol Biol, 87(2-3):241 6, 2005. [4] Maria Feychting och Anders Ahlbom. Miljöhälsorapporten, kapitel 17. Socialstyrelsen, Stockholm, 2009. [5] Leeka Kheifets, Anders Ahlbom, Christoffer Johansen, Maria Feychting, Jack Sahl, och David Savitz. Extremely low-frequency magnetic fields and heart disease. Scand J Work Environ Health, 33(1):5 12, Feb 2007. [6] J McCann, R Kavet, och C N Rafferty. Assessing the potential carcinogenic activity of magnetic fields using animal models. Environ Health Perspect, 108 Suppl 1:79 100, Mar 2000. [7] Nina F Schwenzer, Rüdiger Bantleon, Brigitte Maurer, Rainer Kehlbach, Christina Schraml, Claus D Claussen, och Enno Rodegerdts. Detection of dna double-strand breaks using gammah2ax after mri exposure at 3 tesla: an in vitro study. J Magn Reson Imaging, 26(5):1308 14, Nov 2007. [8] Strålsäkerhetsmyndigheten et al. Magnetfält och hälsorisker. http://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/global/publikationer/broschyr/2009/ Magnetfalt-och-halsorisker-low.pdf, 2009. [9] Lars Werkö et al. Magnetisk resonanstomografi. Statens beredning för utvärdering av medicinsk metodik, Stockholm, 1992. [10] World Health Organization. What are electromagnetic fields? http://www.who.int/peh-emf/about/whatisemf/en/, 2010. 8