超声的生物学效应对胎儿安全性影响的探讨

超声的生物学效应对胎儿安全性影响的探讨

朱黎菲

朱黎菲

（重庆医科大学生物医学工程学院400016）

【摘要】因胎儿组织细胞较成人更易受超声生物学效应作用，超声的生物学对胎儿各系统的安全性的作用一直备受超声科学关注，尤其是近年来，大量应用于临床的超声成像技术，使关注超声生物学效应是否影响胎儿安全性的重要性大大提高。本文从超声作生物学效应、动物实验及人体研究现状的角度，就目前应用于产科的诊断超声技术对胎儿的安全性做如下综述。

【关键词】超声生物学效应胎儿安全性

【中图分类号】R445.1【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2014）26-0049-02

自1958年产科超声首次应用于临床以来，通过超声波方法无创性的观察胎儿的宫内情况成已被广泛普及[1]。尽管大量技术已应用于产前诊断的超声成像技术，如彩色三维与四维超声带来的超声图像重建技术、大大改善的分辨率以及能量多普勒为胎体血供的准确提示，但是上述进展并未对超声作用于的胎儿安全性提供进一步的可靠证据，反而增加了超声波产生生物学效应的潜在危险。

生物学效应：

超声的生物学效应分为热效应、空化效应与机械效应。一般认为，热效应的产生是因人体组织对超声能量有吸收能力，在超声在人体组织传播过程中，其能量不断地被组织吸收而产生。热效应与动物软组织的超声吸收系数（与组织特性有关）、超声声强、作用时间及超声频率有关，因骨组织的热传导性较好，其的超声吸收要比软组织高几十倍，其次，超声在辐照脂肪、肌腱等乏血供器官时也较为显著[2]。前者发生在超声波频率接近气泡共振频率时，气泡内微小气核就会进入共振状态，并且震动幅度达到最大，在共振状态下发生的辐射力和微声流会产生很高的速度梯度和粘滞力，使该处细胞和大生物分子产生生物效应[3]。一般认为，热效应是在长时间及低声强辐照范围内引起损伤的原因以热学机制，而瞬态空化是短时间辐照范围、高声强超声损伤组织细胞的主要方式[5]。在一些情况下，当辐照声强较高时，声场中还可能出现各种非线性物理现象，可以生成这些物理现象的额外的生物效应，包括辐射压力和辐射转矩，它们可以产生的平移和旋转的悬浮颗粒，声流和微声流，某些情况下，其产生的生物组织的机械运动及剪切力会造成组织细胞的崩解[6]。

动物实验：

因超声的生物学效应可能造成组织细胞的凋亡，同时削弱酶的活性、减慢机体内自由基的清除速率、从而引起生物膜的过氧化加速[7]等后果，现国内外在该方面的动物实验研究较多。OH[8]等发现成年小鼠的肠腺体隐窝细胞及胎鼠小脑外颗粒层细胞的凋亡速率与超声辐照的剂量间接相关。Brown[9]等使用多普勒或二维B超分别对处于胚胎形成期CD-1孕鼠的8.5天、10.5天的胚胎进行了辐照，并跟踪观察至胎鼠出生后6天，结果提示：两组胎鼠的出生重量、出生体长及顶臀长均无明显减少，孕8.5天辐照组的胎鼠3、6周时体重稍轻，孕10.5天辐照组的胎鼠均出现了少许发育迟缓，但两组胎鼠在6周时的生长情况均基本正常。Iwade[10]等使用2MHz脉冲超声辐照胚前期鼠胚，发现该强度超声并未影响其胚囊发育及核酸合成。之后，RyoE[11]等采用脉冲超声辐照多细胞胚胎后发现，经脉冲超声辐照1分钟后，实验组与控制组囊胚的2-脱氧葡萄糖摄取率无差异，而经脉冲超声辐照5分钟后，实验组囊胚的2-脱氧葡萄糖摄取率较控制组明显降低，说明脉冲超声辐照少于1分钟对着床前鼠胚的发育能力无明显影响。Ziskin[12]等指出在诊断性超声应用于发育中的神经组织时具有潜在性危害，尤其在超声易发生生物学效应的组织部位，其危害更应引起重视。Gu[13]等用1.0W/cm(2)超声协同X线辐照鼠胚较X线单独辐照鼠胚可引起更多腭裂、胸部疝、多指等畸形，且能影响胚胎植入数量及胚胎死亡率。同时，目前也有实验证明超声对动物的认知功能的影响；如Murai[14]等发现经超声辐照后的小鼠较控制组在空场放逐试验中有不同的发声反应、电击后出现了更快的逃避反射，而在辨别学习等认知测试中，两组小鼠未发现具有统计学意义的差异。Ellisman[15]等对小鼠背部神经进行了诊断超声剂量(SPTA0.135mW/cm2,SATA0.045mW/cm2,SPTP8.7W/cm2,SPPA1.9W/cm2)的辐照，之后通过电子显微镜观察到经辐照后的小鼠较控制组小鼠神经的郎飞结易形成空腔及脱髓鞘改变，且损伤经24小时后无法完全修复，从而证实了诊断剂量超声对小鼠神经细胞的影响。张振荣[16]等使用0.67mW/cm2超声辐照小鼠，通过对比辐照时间分别为20’，10’，5’，0’的小鼠，从而证实超声辐照对小鼠的认知功能影响呈不同程度的时效关系：当超声辐照20min的过程对仔鼠有明显致畸作用；当辐照时间为5min或低于5min时，未见有统计学差异的畸形改变。Hande[17]等以诊断性超声、每次持续10min的时间持续性辐照受孕后的母鼠两次，并对分别在产后对幼鼠进行明暗区域测试及被动逃避试验，实验证实，经超声辐照后，幼鼠中均出现了不同程度的抗焦虑行为及延迟学习现象，而记忆能力未受到影响。Ang[18]等使用不同时间的诊断性超声辐照实验组孕鼠后，于仔鼠出生后10d时处死，并将其大脑标本行病理检查，提示辐照时间超过及辐照30min的仔鼠大脑部分皮质未处于正常位置，而分布于白质或不正常的皮质区域内，而低于30min辐照时间的仔鼠大脑皮质细胞虽仍存在上述现象，但不存在统计学意义。Suresh[19]等使用诊断级别超声（(3.5MHz,65mW/cm2）分别在孕14、16天时连续辐照孕鼠30min，并观察仔鼠出生后的发育情况（如耳廓成形时间、睁眼时间及毛色变化等），并记录其在6周龄时的死亡数，于仔鼠4月龄时对其进行孔板测试及穿梭箱测试，所有试验小鼠海马体结构均被解剖、化验并测对各项神经递质含量进行测试。结果表明，经辐照后的实验组与对照组在发育情况上未见明显差别；在4月龄时进行的学习、记忆试验（孔板实验、穿梭箱试验）中，辐照组小鼠表现出显著的学习记忆能力受损；于孕14周被辐照的小鼠海马体内的生物胺含量及神经元密度较对照组明显减少，但于孕16周辐照组的小鼠上述指标较对照组无明显差异。栗建辉[20]等使用四维成像超声在怀孕第18天对孕鼠进行不同持续时间的辐照，于仔鼠出生后24h取仔鼠右顶叶脑组织标本经透射电镜查看，结果表明辐照时间于5min或以下时标本形态与对照组无差别，辐照时间20min及以上的仔鼠脑组织出现明显的凋亡细胞聚集、线粒体显著空泡化、神经细胞核膜分离等异常病理改变，辐照时间10min者脑组织结构介于二者之间。

人体研究：

由于不能以人作为试验对象等伦理学原因，产科超声对胎儿安全性影响的人体研究较为有限，且多进行于国内。冯泽平[21]等抽取28名拟行引产的中孕妇女，对其胎儿脑垂体使用定点超声辐照方法分别进行了不同时长的持续性辐照及无辐照（对照组）处理，随后取胎儿脑垂体组织于光镜、电镜下观察，光镜结果均无差异，电镜提示辐照30min组标本的染色质显示明显不均质、线粒体嵴模糊、近血管细胞有明显水肿现象等；该研究表明当诊断超声辐照时间超过一定时限后，将造成可见的损伤。结果表明经定点超声辐照后，胎儿神经细胞染色体出现不均质、核周核糖体稀疏、线粒体肿胀及刺激溶酶体增多等现象，故产前诊断性超声辐照时间不宜超过10min，否则神经细胞易产生难以逆转的损伤。

结语：

通过上述分析，超声因具有生物学效应，其对胎儿的危害是存在的，但是其需要持续性的辐照时间才能对胎儿造成不可逆的损伤，且损伤程度同时与辐照强度相关。用于目前超声波应用于产科的强度有所增加，尤其是胎儿颜面留影技术等较大辐照剂量的技术。故多开展检测诊断超声作用于胎儿各系统的潜在危险性研究势在必行。

参考文献

[1]王智彪，李发琪，冯若.治疗超声原理与应用[M].南京，南京大学出版社，2008.6:143-144.

[3]吴国旺，栗建辉，边怡超.超声波生物学效应及产科超声检查的安全性[J].中国医疗设备2013,28,02:43-48.

[4]汪龙霞.诊断超声在产科的安全性综述[J].中国超声医学杂志ChineseJUltrasound2006,22,09:717-719.

[5]周永昌,郭万学.超声医学[M].4版.北京:科学技术文献出版社,2002:66.

[6]曹海根,王金锐.实用腹部超声诊断学[M].2版.北京:人民卫生出版社,2005:11.

[7]刘安,雷彩虹.孕期诊断超声应用的安全性研究进展[J].医学综述MedicalRecapitulate2010.4.16(7):1096-1098.

[8]张振荣,陈健,桂君民,等.不同时间超声辐照早孕大鼠神经行为致畸观察[J].中国超声医学杂志,1992,8(3):192-194.

[9]冯泽平,陈辉,吴连连,等.诊断超声对中孕宫内胎儿脑垂体超微结构影响的研究[J].中国超声医学杂志,1998,14(11):3-5.