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 Studien

Calcium-Ionen-Homöostase

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.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Niederfrequent amplitudenmodulierte Mikrowellenfelder verändern die Calcium-Efflux-Raten bei Synaptosomen

 

Lin-Liu S, Adey WR, Bioelectromagnetics. 1982;3(3):309-22.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

 

Arbeitsgruppe Carl F. Blackman:

 

        Induktion des Calcium-Ionen-Efflux aus Gehirn-Gewebe durch Hochfrequenz-Befeldung: Wirkungen der Modulations-Frequenz und der Feldstärke

 

Blackman CF, Elder JA, Weil CM, Benane SG, Eichinger DC, House DE, Radio Sci 1979;14:93-98.

EMF-Portal 

 

        Induction of calcium-ion efflux from brain tissue by radiofrequency radiation: effect of sample number and modulation frequency on the power-density window

 

Blackman CF, Benane SG, Elder JA, House DE, Lampe JA, Faulk JM, Bioelectromagnetics. 1980;1(1):35-43.

Abstract bei PubMed 

 

        Power density, field intensity, and carrier frequency determinants of RF-energy-induced calcium-ion efflux from brain tissue

 

Joines WT, Blackman CF, Bioelectromagnetics. 1980;1(3):271-5.

Abstract bei PubMed 

 

        Calcium-Ionen-Efflux im Gehirn-Gewebe: Abhängigkeiten von Leistungsflussdichte gegenüber Feldstärke bei 50 MHz RF Befeldung

 

Blackman CF, Benane SG, Joines WT, Hollis MA, House DE, Bioelectromagnetics. 1980;1(3):277-83.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Comparison of RF-induced calcium efflux from chick brain tissue at different frequencies: do the scaled power density windows align?

 

Athey TW, Bioelectromagnetics. 1981;2(4):407-9.

Abstract bei PubMed

 

        Equalizing the electric field intensity within chick brain immersed in buffer solution at different carrier frequencies

 

Joines WT, Blackman CF, Bioelectromagnetics. 1981;2(4):411-3.

Abstract bei PubMed

 

        Broadening of the RF power-density window for calcium-ion efflux from brain tissue

 

Joines WT, Blackman CF, Hollis MA, IEEE Trans Biomed Eng. 1981 Aug;28(8):568-73.

 

        Auswirkungen von ELF- (1-120 Hz) und modulierten (50 Hz) RF-Feldern auf den in vitro Efflux von Calcium-Ionen in Gehirn-Gewebe

 

Blackman CF, Benane SG, House DE, Joines WT, Bioelectromagnetics. 1985;6(1):1-11.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Verschiedene Fenster bei der Leistungsflussdichte und ihre möglichen Ursprünge

 

Blackman CF, Kinney LS, House DE, Joines WT, Bioelectromagnetics. 1989;10(2):115-28.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

 

Arbeitsgruppe SK Dutta:

 

        Microwave radiation-induced calcium ion efflux from human neuroblastoma cells in culture

 

Dutta SK, Subramoniam A, Ghosh B, Parshad R, Bioelectromagnetics. 1984;5(1):71-8.

Abstract bei PubMed 

 

        Hochfrequenzbefeldungs-induzierte Erhöhung des Calcium-Ionen-Efflux bei menschlichen oder anderen Neuroblastom-Zellen in Kultur

 

Dutta SK, Ghosh B, Blackman CF, Bioelectromagnetics. 1989;10(2):197-202.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

 

Andere:

 

       In vitro Studie über die Auswirkungen von Mikrowellen auf den Calcium-Efflux in Hirngewebe von Ratten

 

Shelton WW Jr, Merritt JH, Bioelectromagnetics. 1981;2(2):161-7.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

       Versuche, die 45Ca2+ Bindung gegenüber Gehirn-Gewebe mit pulsmodulierter Mikrowellen-Energie zu verändern

 

Merritt JH, Shelton WW, Chamness AF, Bioelectromagnetics. 1982;3(4):475-8.

EMF-Portal 

 

       Wirkung amplitudenmodulierter 147 MHz Hochfrequenz-Befeldung auf den Calcium-Efflux von Vogel-Gehirn-Gewebe

 

Albert EN, Slaby F, Roche J, Loftus J, Radiat Res. 1987 Jan;109(1):19-27.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Exposition von Frosch-Herzen bei CW und amplitudenmodulierten VHF-Feldern: punktueller Ausstrom von Calcium-Ionen bei 16 Hz

 

Schwartz JL, House DE, Mealing GA, Bioelectromagnetics. 1990;11(4):349-58.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

       Calcium-Ionen-Bewegung und Kontraktilität von Atrium-Streifen des Frosch-Herzens werden nicht durch niederfrequent-modulierte 1 GHz elektromagnetische Befeldung beeinflusst

 

Schwartz JL, Mealing GA, Bioelectromagnetics. 1993;14(6):521-33.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Wirkungen modulierter und kontinuierlicher Mikrowellen-Befeldung auf den Pyroantimonat-fällbaren Calcium-Gehalt im Verbindungskomplex des Dünndarms der Maus

 

Somosy Z, Thuroczy G, Kovacs J, Scanning Microsc. 1993 Dec;7(4):1255-61.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Wirkungen von modulierten Mikrowellen und Röntgenstrahlung auf die Aktivität und Verteilung von Ca2+-ATPase in Dünndarm-Epithel-Zellen

 

Somosy Z, Thuroczy G, Koteles GJ, Kovacs J, Scanning Microsc. 1994;8(3):613-9; discussion 619-20.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Qualitative Enzym-Histochemie und Mikroanalyse deckt Veränderungen bei der ultrastrukturellen Verteilung von Calcium und Calcium-aktivierenden ATPasen nach Mikrowellen-Befeldung der medialen Habenula auf

 

Kittel A, Siklos L, Thuroczy G, Somosy Z, Acta Neuropathol (Berl). 1996 Oct;92(4):362-8.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Langzeit-Exposition junger Fichten und Buchen bei 2450 MHz Mikrowellen-Befeldung

 

Siehe auch: „Studien – Pflanzen

 

Schmutz P, Siegenthaler J, Staeger C, Tarjan D, Bucher JB, Sci Total Environ 1996;180(1):43-48.

EMF-Portal

 

       Calcium-Homöostase isolierter Herzmuskel-Zellen, exponiert mit gepulsten hochfrequenten elektromagnetischen Feldern

 

Anmerkung: "Kommentar zur Statistik in den Artikeln von Meyer et al. 1995 und Wolke et al. 1996" von David Bücher (pdf, 121kB)

 

Finanzierung: FGF

 

Siehe auch: Edition Wissenschaft Nr. 2, 1995. Folgeprojekt: Meyer et al., Edition Wissenschaft Nr. 10, 1996 (siehe oben).

 

Wolke S, Neibig U, Elsner R, Gollnick F, Meyer R, Bioelectromagnetics. 1996;17(2):144-53.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

       Membrane potential and currents of isolated heart muscle cells exposed to pulsed radio frequency fields

 

Finanzierung: FGF

 

Linz KW, von Westphalen C, Streckert J, Hansen V, Meyer R, Bioelectromagnetics. 1999 Dec;20(8):497-511.

Abstract bei PubMed

 

        Wirkung amplitudenmodulierter RF-Befeldung auf den Calcium-Ionen-Efflux und die ODC-Aktivität bei chronisch exponierten Gehirnen der Ratte

 

Paulraj R, Behari J, Rao AR, Indian J Biochem Biophys. 1999 Oct;36(5):337-40.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

       Wirkungen von Handy-typischen Signalen auf die Calcium-Gehalte innerhalb von menschlichen leukämischen T-Zellen (Jurkat Zellen)

 

Cranfield CG, Wood AW, Anderson V, Menezes KG, Int J Radiat Biol. 2001 Dec;77(12):1207-17.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Die Wirkung schwacher kontinuierlicher 2.45 GHz-Wellen auf Enzyme bei sich entwickelnden Ratten-Gehirnen

 

Paulraj R, Behari J, Electromagn Biol Med 2002;21(3):221-231.

EMF-Portal

 

        Hochfrequenz-induzierte Karzinogenese: Zelluläre Calcium-Homöostase-Veränderungen als auslösender Faktor

 

Anghileri LJ, Mayayo E, Domingo JL, Thouvenot P, Int J Radiat Biol. 2005 Mar;81(3):205-9.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal 

 

        Effect of 900Mhz electromagnetic fields on energy metabolism in postnatal rat cerebral cortical neurons

 

Wang Q, Cao ZJ, Bai XT, Wei Sheng Yan Jiu. 2005 Mar;34(2):155-8. [Article in Chinese]

Abstract bei PubMed 

 

        Eine Untersuchung der Wirkungen von TETRA Hochfrequenzfeldern auf das intrazelluläre Kalzium in Neuronen und Herzmyozyten

 

Green AC, Scott IR, Gwyther RJ, Peyman A, Chadwick P, Chen X, Alfadhl Y, Tattersall JE, Int J Radiat Biol. 2005 Dec;81(12):869-85.

Abstract bei PubMed  EMF-Portal