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Calcium-Ionen-Homöostase

Beurteilung in einigen Literaturstudien

● SSK 1992:

„Über spezielle Effekte, die nicht auf der Erwärmung beruhen, wird in der Literatur seit ungefähr 15 Jahren berichtet. Wenn eine Hochfrequenzstrahlung mit einer anderen Frequenz amplitudenmoduliert ist, können Feldwirkungen auftreten, welche bei unmodulierter Strahlung nicht existieren. Es handelt sich meistens um Veränderungen der Permeabilität von Zellmembranen. Beispielsweise wurde festgestellt, daß bei einer HF-Strahlung mit einer Frequenz von 147 MHz, die mit Frequenzen zwischen 6 und 20 Hertz moduliert war, der Kalziumausstrom aus Zellkulturen bei bestimmten Frequenzen signifikant (um 10 bis 20 %) erhöht war.

Insgesamt wurde eine komplexe Abhängigkeit dieser Effekte von Intensität und Frequenz beobachtet, wobei spezielle Frequenzbereiche besonders wirksam sind. Die Membraneffekte wurden vielfach bestätigt, so daß ihre Existenz heute als gesichert gilt. Hervorzuheben ist, daß die SAR-Werte hierbei teilweise kleiner als 0,01 W/kg sind und damit erheblich unterhalb thermisch relevanter Intensitäten liegen.“ (Seite 6)

● UNEP/WHO/IRPA, Electromagnetic Fields (300 Hz to 300 GHz), Environmental Health Criteria 137; 1993:

“An observed change in the EEG pattern of cats exposed to 147 MHz fields amplitude modulated at ELF, prompted further investigation with an isolated chick-brain tissue preparation, to determine whether the presence of the peripheral nervous system was required to elicit a change in the central nervous system. Statistically significant increases in labelled calcium ion efflux were observed in isolated tissues exposed to 10-20 W/m², 147 MHz fields amplitude-modulated at frequencies from 6-20 Hz, but levels remained the same as control levels at modulation frequencies of less than 6 Hz or greater than 20 Hz. No effect on calcium ion efflux was observed from exposure to unmodulated RF fields (Bawin et al., 1975). […] Using 50, 147, and 450 MHz carrier waves, this work has been replicated and extended with one or more modulation frequency or power density windows being reported (Blackman et al., 1979, 1980a,b, 1985, 1989; Sheppard et al., 1979). […] Some investigators have reported null results with brain tissue preparations. […] In none of these null-effect experiments did the authors reproduce the exposure conditions used by Bawin or Blackman, particularly the medium composition, power density, sinusoidal modulation, or number of samples per experiment. […] Overall, the exposure-induced release of calcium ions from tissues should be viewed as contributing to the characterization of exposure conditions required to elicit a response, and, thus, to the development of an underlying mechanism of action. The efflux assay system may ultimately be useful in defining the various aspects of the physical and biological exposure conditions that sensitize and affect membrane responses to electromagnetic field exposure. It should be emphasized that insufficient information is available to define the weak field interactions. Furthermore, the reported effects cannot be characterized as a potential adverse effect on health, since little or no confirmed information has been gathered that suggests this effect occurs in animals or humans.” (Fettschreibung hinzugefügt)

● ICNIRP 1998:

Erste Untersuchungen in zwei voneinander unabhängigen Laboratorien ergaben, daß VHF-Felder mit extrem niederfrequenter Amplitudenmodulation (6-20 Hz) zu einer geringen, wenn auch statistisch signifikanten Freisetzung von Ca⁺⁺-Ionen aus der Oberfläche der Hirnzellen des Huhns führten (Bawin et al. 1975; Blackman et al. 1979). Ein späterer Versuch zur Bestätigung dieser Ergebnisse, bei dem dieselbe Art von AM-Feldern verwendet wurde, führte zu keinem Erfolg (Albert et al. 1987). Eine Reihe weiterer Untersuchungen über die Auswirkungen von AM-Feldern auf die Ca⁺⁺-Homöostase haben sowohl positive als auch negative Ergebnisse gebracht. So wurden z. B. Auswirkungen von AM-Feldern auf die Ca⁺⁺- Bindung in Zelloberflächen bei Neuroblastomzellen, Pankreaszellen, Herzgewebe und Hirnzellen von Katzen, jedoch nicht bei kultivierten Nervenzellen von Ratten, der Skelettmuskulatur von Hühnern oder Hirnzellen von Ratten beobachtet (Postow und Swicord 1996).

[…]

Die Interpretation verschiedener beobachteter biologischer Wirkungen von elektromagnetischen AM-Feldern wird ferner durch das offensichtliche Vorhandensein von sogenannten Reaktionsfenstern sowohl im Bereich der Leistungsdichte als auch der Frequenzen erschwert. Es gibt keine anerkannten Modelle, die dieses Phänomen, das das traditionelle Konzept einer monotonen Beziehung zwischen der Feldintensität und dem Ausmaß der sich daraus ergebenden biologischen Wirkungen in Frage stellt, zufriedenstellend erklärt.

[…]

Eine große Zahl von Untersuchungen über die biologischen Wirkungen von amplitudenmodulierten EMF, die meistens bei niedrigen Expositionswerten durchgeführt wurden, haben sowohl positive als auch negative Ergebnisse erbracht. Sorgfältige Analysen dieser Untersuchungen zeigen, daß die Effekte von AM-Feldern je nach Expositionsparametern, Art der involvierten Zellen und Gewebe und den untersuchten biologischen Endpunkten sehr unterschiedlich ausfallen. Im allgemeinen sind die Auswirkungen der Exposition biologischer Systeme mit nichtthermisch wirkenden, amplitudenmodulierten EMF gering und sehr schwer mit eventuellen Auswirkungen auf die Gesundheit in Verbindung zu bringen. Es gibt keinen überzeugenden Beweis für Frequenz- und Leistungsdichtefenster der Reaktion auf diese Felder.

● Royal Society of Canada 1999:

“In summary, power density windows have been observed for extremely low frequency modulation of RF and microwave carriers. Evidence that this does not occur at frequencies above 1000 MHz is inconclusive since low SAR and low power density exposures were not tested. Therefore, this body of data suggests that ELF-modulated RF radiation may effect Ca²⁺ efflux from brain tissue.”

● SSK 2001:

“Aus den o.g. Fakten lässt sich zusammenfassen, dass mit modernen Analysetechniken die älteren signifikanten Ergebnisse zum Kalziumgleichgewicht nicht bestätigt, aber, da ein anderer Endpunkt untersucht wurde, auch nicht widerlegt wurden. Weitere Forschung ist daher gerechtfertigt.” (Seite 31)

Bemerkungen

● Ein Effekt auf den Calcium-Ionen-Ausstrom wurde nicht nur bei niederfrequent modulierten Hochfrequenzfeldern, sondern auch bei Niederfrequenzfeldern beobachtet (z.B. Bawin et al. 1976: Abstract, Vollständiger Artikel). Beachten Sie, dass sich die folgende Literaturliste auf Hochfrequenzfelder bezieht.

● Dutta et al. (1992) berichten, dass ein 147 MHz-Feld, mit 16 Hz amplitudenmoduliert, die Aktivität des Enzyms „Acetylcholinesterase“ erhöhen kann. Dieser Effekt trat nur innerhalb der Leistungsdichtefenster des Ca-Ionen-Effekts auf.

● Nach Ihrig et al. (1997) und Ihrig et al. (1999) ist die Messung der intrazellulären Calcium-Konzentration mit Flouoreszenzmethoden (z.B. mit FURA2-Farbstoff, wie von Wolke et al. 1996 verwendet) wegen der Verwendung von UVA-Licht artefaktanfällig. Wurden die Zellen mit 55 UV-Doppelblitzen pro Minute belichtet, reagierten 18% der (nicht mit EMF bestrahlten) Kontrollzellen innerhalb der „Expositions“-Periode mit einer Veränderung der intrazellulären Cacium-Konzentration. Dagegen reagierten 45% bzw. 47% derjenigen Zellen, die zusätzlich zu den (für die Messung der intrazellulären Calcium-Konzentration) UV-Blitzen mit einem elektromagnetischen 16 Hz-amplitudenmodulierten 5 kHz-Feld der Intensität 80 bzw. 800 V/m bestrahlt wurden (zum Vergleich: der ICNIRP-Grenzwert für die Exposition der Bevölkerung durch ein 5 kHz-Feld liegt bei 87 V/m, der Grenzwert für berufliche Exposition beträgt 610 V/m). Der Unterschied zwischen den Kontrollzellen und den mit 800 V/m bestrahlten Zellen war statistisch signifikant. Wurden die Zellen aber nur mit 2 UV-Doppelblitzen je Minute belichtet, wurde weder bei den Kontrollzellen noch bei den EMF-bestrahlten Zellen eine Veränderung der Calcium-Konzentration gemessen.

● Tompson et al. (2000) schlagen ein statistisches Modell zur Erklärung der experimentell gefundenen Fenstereffekte beim Ca⁺⁺-Efflux vor. Nach Anpassung einiger Parameter an experimentelle Beobachtungen sagen sie die Existenz weiterer Fenster voraus. Das Modell basiert auf der Annahme, dass ein elektromagnetisches Feld bei gewissen Membranproteinen Konformationsänderungen verursachen kann. Es erklärt also nicht den primären Mechanismus.

● Nicht im Peer-Review-Verfahren publizierte Arbeiten:

o Meyer et al., Edition Wissenschaft Nr. 10, 1996:

Dies ist ein Folgeprojekt zur Arbeit von Wolke et al. (1996) (siehe unten).
Aus der "Diskussion und Bewertung der Ergebnisse": "Die Entwicklung eines neuen Auswerte-Programmes, welches speziell auf diese Versuche zugeschnitten ist, erlaubt eine wesentlich differenziertere Analyse der Versuche als früher. Besonders die Darstellung der normierten gemittelten zeitlichen Verläufe der [Ca²⁺]_i macht auch kleine Veränderungen in der [Ca²⁺]_i sichtbar. Darüber hinaus wird auf einen Blick ein Eindruck von der Signifikanz der beobachteten Effekte vermittelt. [...]
In den vorliegenden Versuchen hat sich beim Einschalten des Feldes eine kleine transiente Zunahme der [Ca²⁺]_i gezeigt. Damit erhebt sich die Frage, ob es sich hier um ein zufälliges Ereignis, ein Artefakt durch das experimentelle Design oder um einen wirklichen Einfluß des Feldes handelt. Der Anstieg in der [Ca²⁺]_i trat bei beiden Trägerfrequenzen auf. Dies macht ein zufälliges Auftreten eher unwahrscheinlich. Trotzdem läßt es sich nicht ausschließen. Ein Artefakt, welches durch das Einschalten des Feldes in der TEM-Zelle auftreten könnte, ist uns nicht bekannt. Dies bedeutet, daß dieser transiente Anstieg der [Ca²⁺]_i zunächst als abhängig vom Feld einklassifiziert werden muß."

Mittlerer zeitlicher Verlauf der [Ca²⁺]_i aller Zellen der jeweils entsprechenden Gruppe, normiert auf die ersten drei Werte jeder Zelle. Auf der Ordinate ist die normierte [Ca²⁺]_i in %, auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen. Jeder Messwert ist mit Standardabweichung eingetragen, zusätzlich wurden die Werte des Vorlaufes und der Feldexposition durch je eine Regressionsgerade angenähert. Links oben: Zellen der 900 MHz-Expositionsgruppe, die auf die chemische Stimulations reagierten. Rechts oben: Entsprechende Kontrollgruppe. Links unten: Zellen der 1800 MHz-Expositionsgruppe, die auf die chemische Stimulations reagierten. Rechts unten: Entsprechende Kontrollgruppe. Quelle: Edition Wissenschaft Nr. 10, 1996.
Finanzierung: FGF

Originalstudien

Arbeitsgruppe W. Ross Adey:

● Wirkungen modulierter VHF-Felder auf das Zentralnervensystem

Relativer Ca-Ionen-Efflux. Oben: 147 MHz mit ELF-Amplitudenmodulation. Unten: ELF-Feld. Aus: Foster KR, Präsentation in Zürich, 2004

Bawin SM, Kaczmarek LK, Adey WR, Ann N Y Acad Sci. 1975 Feb 28;247:74-81.

EMF-Portal

● Ionische Faktoren bei der Freisetzung von 45Ca2+ aus zerebralem Gewebe vom Hühnchen durch elektromagnetische Felder

Bawin SM, Adey WR, Sabbot IM, Proc Natl Acad Sci U S A. 1978 Dec;75(12):6314-8.

Abstract bei PubMed EMF-Portal Vollständiger Artikel

● Modelle langreichweitiger Ordnung bei zerebralen Makromolekülen: Wirkungen von sub-ELF- und modulierten VHF- und UHF-Feldern

Sheppard AR, Bawin SM, Adey WR, Radio Sci 1979;14:141-145.

EMF-Portal

● Auswirkungen von schwachen amplitudenmodulierten Mikrowellenfeldern auf den Calcium-Ausstrom im cerebralen Cortex bei wachen Katzen

Adey WR, Bawin SM, Lawrence AF, Bioelectromagnetics. 1982;3(3):295-307.