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» Biologische EMV: Mobilfunk
In den letzten Jahren hat sich die Zahl der Mobilfunkgeräte weltweit, speziell auch in Deutschland, wesentlich erhöht. Sollten also von Mobilfunkgeräten gesundheitliche Risiken ausgehen, wären sehr weite Bevölkerungskreise betroffen. Mobilfunk
EMV
Thermische Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder
Unter einer thermischen Wirkung versteht man die Umwandlung der Energie in Wärme, die, wenn ein Schwellenwert überschritten ist, einer linearen Dosiswechselbeziehung folgt. Die Ursache für die Wärmeentwicklung im Körpergewebe ist unterschiedlicher Natur: So kann die Ausrichtung von Wassermolekülen im elektrischen Feld aufgrund ihres Dipolcharakters ebenso zur Gewebeerwärmung durch Reibung führen wie die Beschleunigung von ionisierten Atomen. Außerdem entstehen durch das hochfrequente Feld Wirbelströme, die das leitfähige Gewebe nicht nur erwärmen, sondern auch gleichzeitig das Eindringen des Feldes behindern (Skin-Effekt). Für eine Frequenz f von 1 GHz beträgt zum Beispiel die Eindringtiefe d bei reinem Muskelgewebe 1,8 cm, bei Knochen 18 cm. Als Bezugsgröße wird eine pro kg Körpermasse aufgenommene Leistung [W/kg] definiert, die als „spezifische Absorptionsrate“ (SAR) bezeichnet wird. Aus Tierversuchen wurde ermittelt, daß ein nachweisbarer Effekt vielfach nach einer Temperaturerhöhung ab etwa 1°C auftritt. Unter Einbeziehung aller Sicherheitsfaktoren liegt der Grenzwert für beruflich exponierte Gruppen, bei dem eine thermische Schädigung mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, bei 0,4 W/kg. Um auch gesundheitlich schwächste Personen zu schützen, ist für die übrige Bevölkerung ein Wert von 0,08 W/kg festgeschrieben worden. Diese Grenzwerte für eine thermische Nicht-Wirkung stellen eine Mittelung über den ganzen Körper über ein 6-Minuten-Intervall dar und sind in der Normschrift DIN VDE 0848 Teil 2 festgehalten. Da bei großen Gewebebereichen eine lokale Überwärmung nicht ausgeschlossen werden kann, gibt es auch Grenzwerte für eine lokale Belastung. Bei Expositionen des Kopfes oder anderer Körperteile sind nämlich durch Resonanzeffekte oder aufgrund quasioptischer Fokussierungen im Bereich von 0,3 bis 2 GHz lokal überhöhte Energieabsorptionen, sogenannte „hot spots“ möglich, obwohl insgesamt der Schwellenwert noch nicht erreicht ist. Diese hot spots, die Größen von einigen cm erreichen, können durch Strahlenreflexionen an Organgrenzen oder gekrümmten Körperstrukturen verursacht werden oder durch räumlich inhomogen verteilte Feldstärken entstehen. In diesem Zusammenhang stellt das Auge ein extrem kritisches Organ dar, weil eine Wärmeableitung durch den Blutstrom nur in der Nähe der das Auge umschließenden Aderhaut gegeben ist. Die Linse selbst ist also temperaturisoliert, so daß hier eine Mittelung der SAR-Werte über 10 g Körpergewebe vorgenommen wird und sich ein Teilkörper-Grenzwert von 2 W/kg ergibt. Die Auswirkungen thermischer Wirkungen sind wissenschaftlich unstrittig und reichen von Stoffwechselstörungen bis zu degenerativen Prozessen (grauer Star, innere Verbrennungen) und erhöhter Krebswahrscheinlichkeit. In einer Veröffentlichung
der Strahlenschutzkommission im Auftrag des Bundesministers für Umwelt,
Naturschutz und Reaktorsicherheit heißt es, daß sich nicht
alle Wirkungen der HF-Strahlung mit Energieumwandlung in Wärme erklären
lassen. Unter Sonderbedingungen, wie amplitudenmodulierte HF-Felder, können
auch direkte Wirkungen auf Makromoleküle und eine Veränderung
der Permeabilität von Zellmembranen induziert werden. Eine Berücksichtigung
dieser Effekte würde die SAR-Werte nochmals um den Faktor 10 senken.
Allerdings sei es völlig unklar, inwieweit diese Wirkungen für
eine Risikobewertung wirklich signifikant seien. Nicht-thermische Wirkungen
Die meisten athermischen
Effekte treten nur auf, wenn das HF-Signal periodisch amplituden-moduliert
oder gepulst ist. Des Weiteren treten die Wirkungen oft nur innerhalb schmaler
Amplituden- und Frequenzfenster auf. Es gibt noch eine Vielzahl von anderen
Effekten teils sehr spezieller Natur, die alle in kein einheitliches Wirkungsmodell
passen und deshalb nicht wissenschaftlich anerkannt werden, so daß
eine abschließende Bewertung nicht möglich ist. Untersuchungsmethoden der Wissenschaft
Bei epidemiologischen Studien wird nach einem Zusammenhang zwischen einer Kranken- oder Todesstatistik und einer belastenden Größe gesucht. Probleme bereiten i. a. die geringen Fallzahlen, die schlechte Erfassung der Belastung und eine mangelhafte Berücksichtigung oder gar Vernachlässigung weiterer Faktoren. Bei Messungen an Menschen werden Versuchspersonen exakt meßbaren Feldern ausgesetzt und die Auswirkungen auf physiologische und psychologische Vorgänge ermittelt. Dem Vorteil der leichten Wiederholung und Kontrolle stehen allerdings eine enge Versuchsbandbreite und die Unmöglichkeit von Langzeitversuchen mit praxisnaher Feldbelastung gegenüber. Bei Tierversuchen dagegen stellen Langzeitversuche kein Problem dar. Hier werden Versuchstiere unter gut kontrollierbaren Bedingungen wie Ernährung, Beleuchtung und Temperatur in Expositions- und Kontrollgruppen eingeteilt. Es ist so nicht nur die Beobachtung von Tumorentwicklungen möglich, sondern es können auch synergetische Effekte, also die Kombinationswirkung von Feldern und Chemikalien studiert werden, wobei in der Bewertungsphase immer der Vergleich zu den nicht-bestrahlten Tieren Aussagen über den tatsächlichen Einfluß der elektromagnetischen Strahlung liefert. Allerdings bereitet die Frage, wie groß der Erkenntnisgewinn für den Menschen bezogen auf das den Tieren zugefügte Leid ist, enorme Schwierigkeiten. Auch die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen ist problematisch: Das tierische Gewebe hat i. a. eine unterschiedliche Thermotoleranz, Thermoregulation und Resonanzabsorption. Bei Zellexperimenten schließlich werden Zellkulturen in einer Nährlösung äußeren Feldern ausgesetzt. An Krebs- oder Hefezellen, Lymphozyten oder Herzmuskelzellen (Abmaße: 10 x 15 x 100 µm) werden unter sehr gut kontrollierbaren Versuchsbedingungen mit recht geringem finanziellen und experimentellen Aufwand Wachstums- und Stoffwechselprozesse oder Chromosomenveränderungen beobachtet. Probleme bereitet auch hier die Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen, weil Störungen auf Zellebene nicht unbedingt gesundheitliche Auswirkungen haben müssen, wenn körpereigene Regelmechanismen diese wieder ausgleichen können. Grundsätzlich ist ein
positives Ergebnis - ein Effekt wurde gefunden - nur ein Hinweis und noch
kein Beweis. Umgekehrt bedeutet ein negatives Ergebnis - kein Anzeichen
für einen vermuteten Effekt - noch nicht, daß ein solcher Effekt
nicht existiert; unter anderen Randbedingungen könnte er immer noch
auftreten. Untersuchung der EEG-Studie von Lebrecht von Klitzing
Ein EEG ist ein Kurvenbild des zeitlichen Verlaufs der die Gehirntätigkeit begleitenden elektrischen Erscheinungen. Das Aufzeichnungsverfahren, die Elektroenzephalographie, basiert auf der Messung örtlicher Potentialschwankungen (Ableitungen), die mit Hilfe von auf der Kopfhaut angebrachten Ableitelektroden im EEG-Gerät erfaßt werden. Das EEG dient der Erkennung und Lokalisierung von Funktionsstörungen des Gehirns und wird zum Beispiel zur Epilepsiediagnose oder zur Hirntodfeststellung eingesetzt. Medizinische Beurteilungskriterien sind dabei Frequenz, Amplitude sowie Steilheit und Lokalität der Potentialschwankungen. Je nach ihrer Größe unterscheidet man α-, β-, δ- und θ-Wellen. Während α-Wellen im Bereich von 10 Hz den inaktiven Wachzustand bei Ruhe und Entspannung kennzeichnen, geht eine allgemeine Erhöhung des Erregungsniveaus des Gehirns einher mit einer Zunahme der Frequenz bei gleichzeitiger Abnahme der Amplitude (β-Wellen). Beim Übergang vom Wachzustand in den Schlaf dominieren im immer stärkeren Maße die niederfrequenteren δ- und θ-Wellen. Zum Versuchsaufbau: Das Feld einer Antenne, von einem Generator mit einer Leistung von 0,5 mW bei einer Frequenz von 150 MHz gespeist, wirkt auf den Kopf eines auf einer Holzliege sich befindenden Probanden ein. Von den Elektroden, nach dem sogenannten 10/20-System mit dem Referenzpunkt Fz auf der Kopfhaut angebracht, gelangt das Signal in das EEG-Gerät und von dort auf einen TY-Schreiber; zusätzlich wird es digitalisiert und zur späteren Auswertung gespeichert. Das HF-Antennensignal wird mit 10 Hz bzw. 217 Hz gepulst; 10 Hz entspricht der Frequenz der α-Wellen, 217 Hz ist die Pulsfrequenz beim Mobilfunk. Als Probanden fungierten Studenten. Sie mußten Nichtraucher sein, nicht pharmakaabhängig und durften weder Koffein noch Alkohol zu sich genommen haben. Sie mußten entspannt sein, schnell schlucken und die Augen geschlossen halten, weil schon ein Lidschlag das EEG beeinflußt und damit die Messung verfälschen würde. Schwitzen, Frieren oder eine allmähliche Beunruhigung durch die Liegeposition führte zum sofortigen Versuchsabbruch. Als Vigilanzkontrolle mußten sie einen langsam lauter werdenden Summer per Knopfdruck zurückstellen. Der gesamte Versuch dauert 75 Minuten, in denen zwei Mal eingebettet in 15-minütige Kontrollmessungen das Feld eingeschaltet wird. V. Klitzing legt sein besonderes Augenmerk ausschließlich auf die α-Aktivität. Er postulierte einen durch die Feldexposition hervorgerufenen athermischen Effekt, wenn sich die Aktivität der α-Wellen von einem Intervall i zum Intervall i+1 signifikant ändert. Als Basisfunktion der Auswertung wird mit der Spektralleistungsdichte S gearbeitet: Das zeitkontinuierliche Ableitsignal x(t) wird zunächst mit 100 Hz abgetastet und in Zeitblöcke aufgeteilt. Mit Hilfe der FFT erhält man ein komplexes Spektrum Y, dessen Betragsquadrat hier als Spektralleistungsdichte bezeichnet wird. Zum Erkennen eines Effektes stellt v. Klitzing zwei Kriterien auf: eine signifikante Veränderung der mittleren Spektralleistungsdichte über einen Zeitraum t oder eine signifikante Abweichung der spektralen Energiedichten, jeweils von einem Intervall i zum Intervall i+1. Beim 1. Kriterium wird über den gesamten α-Wellenbereich über einen in seinen Publikationen oft variierenden Zeitraum (mal 51,2 s, mal 5 min.) integriert, beim 2. Kriterium dagegen erfolgt die zeitliche Integration über das gesamte Zeitintervall von 15 min., und zwar nur bei derjenigen Frequenz fα-max, bei der die mittlere Spektralleistungsdichte über das gesamte Zeitintervall maximal ist. Von 26 Versuchen ist nach v. Klitzings Angaben 21 Mal ein Effekt nach einem der beiden Kriterien aufgetreten. Die graphischen Auswertungen CETEKOMs im Anhang zeigen jedoch, daß die α-Einbrüche immer einhergehen mit einer zunehmenden Aktivität im δ- und θ-Wellenbereich, ein Effekt, der i. a. bei Aufmerksamkeitsverlust auftritt. Im gewählten Beispiel, das eine EEG-Veränderung am eindrucksvollsten zeigt, war der Proband tatsächlich eingeschlafen und nach 40 min. wieder geweckt worden. Die Darstellung in der Zeit-Frequenzebene ist eine von der CETEKOM entwickelte Versuchsauswertung, die v. Klitzing nie verwendet hat. Da eine feinere Auflösung sich nicht als sinnvoll erwiesen haben soll, wurde die Zeitachse mit 51,2 s diskretisiert; die Amplituden der Spektralleistungsdichte sind im logarithmischen Maßstab eingefärbt worden. V. Klitzing hat dagegen zur Darstellung seiner Verläufe immer quadrierte Amplitudenwerte verwendet, wodurch sich Schwankungen im EEG extrem stark auswirkten. Da EEGs von Natur aus stark schwanken, ist außerdem grundsätzlich die lange Versuchsdauer von 75 Minuten in Frage zu stellen. Es gab keine statistischen Auswertungen, es traten Fehler bei der digitalen Signalverarbeitung auf (Alias), und die hier beschriebenen Versuche waren keine Doppelblindversuche: V. Klitzing mußte alle 15 Minuten den Raum betreten und das Antennenkabel am Generator ein- bzw. ausstöpseln. Desweiteren lassen sich bezüglich der Mobilfunktelefonie folgende Aussagen machen: Die Trägerfrequenz betrug lediglich 150 MHz; die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes wird jedoch mit zunehmender Frequenz geringer. Die Einkopplung bei 6- bzw. 12-facher Frequenz ist daher schwer zu beurteilen. Da der Mensch dielektrisch verlustbehaftete Materie ist, spielt auch die Antennenform für den Nahfeldbereich eine entscheidene Rolle. Verwendet wurde eine Spule, also ein magnetischer Dipol, während bei den Handys elektrische Dipole (λ/4- oder λ/2-Antennen) Anwendung finden. Schließlich ist auch die Pulsmodulation unterschiedlich. V. Klitzing verwendete bei 217 Hz eine Austastung von 8 oder 10 µs (D-Netz: 577 µs). Dies entspricht fast einem ungepulsten Signal. Wenn jedoch die gepulste Modulation Ursache für einen athermischen Effekt sein soll, gerät angesichts der hier verwendeten Modulation seine gesamte Argumentation ins Wanken. Letztlich lassen also die signifikanten Unterschiede zwischen den durchgeführten Versuchen und den realen Verhältnissen beim Mobilfunk keine Rückschlüsse auf biologische Wirkungen beim Telefonieren zu. Ein Nachweis eines athermischen Effektes ist nicht erbracht worden, vielmehr stellt sich die Frage, inwieweit ein EEG überhaupt Aufschluß über Wirkungen elektromagnetischer Felder auf das Nervensystem o. ä. bringen kann. Problematisch ist jedoch, daß derartige Studien im Zusammenhang mit der allgemeinen Elektrosmog-Diskussion beim Mobilfunk immer wieder gerne als bejahende Argumente für nicht-thermische Feldwirkungen herangezogen werden.
© A. Büchner, Seminarvortrag am Institut für EMV der TU Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1996
Quellen:
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