Elektromagnetische Felder

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1 Leitfaden Nichtionisierende Strahlung Elektromagnetische Felder FS AKNIR

2 Der Leitfaden Nichtionisierende Strahlung Elektromagnetische Felder wurde vom Arbeitskreis Nichtionisierende Strahlung des Fachverbandes für Strahlenschutz e. V. (Mitgliedsgesellschaft der International Radiation Protection Association - IRPA - für die Bundesrepublik Deutschland und die Schweiz erarbeitet). Er gibt zu der jeweiligen Strahlungsart die physikalischen Grundlagen, den derzeitigen wissenschaftlichen Erkenntnisstand über biologische Wirkungen, zulässige Expositionswerte und durchzuführende Schutzmaßnahmen an. Dem Arbeitskreis gehören Experten auf dem Gebiet der nichtionisierenden Strahlung aus den Niederlanden, Österreich, der Schweiz und Deutschland an. Ziel ist es, mit dem Leitfaden allen Interessierten die notwendigen Informationen an die Hand zu geben, um mit nichtionisierender Strahlung richtig umzugehen. Der Leitfaden enthält zurzeit folgende Teile: - Sonnenstrahlung - Ultraviolettstrahlung künstlicher Quellen - Sichtbare und Infrarote Strahlung - Laserstrahlung - Lichteinwirkungen auf die Nachbarschaft - Elektromagnetische Felder - Infraschall - Ultraschall Verfasser: Hauke Brüggemeyer Holger Dickob Siegfried Eggert Markus Fischer Gerd Friedrich Uwe Möbius Hans-Dieter Reidenbach Ingeburg Ruppe Friedrich Wolf Stand: Redaktion und Bezug: Herr Prof. Dr. Hans-Dieter Reidenbach, FH-Köln, Sekretär des AK-NIR Fachhochschule Köln - Forschungsbereich HLT Betzdorfer Str Köln Telefon: Telefax: hans.reidenbach@fh-koeln.de 2

3 Inhalt 1 Einleitung Physikalische Grundlagen Statische Felder Elektrische Felder Magnetische Felder Periodisch veränderliche Felder Niederfrequenzbereich Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich Quellen und Anwendungen Biologische Wirkungen Einführung Niederfrequente Felder Direkte Wirkungen Oberflächeneffekte Reizwirkungen Zelluläre Effekte außerhalb der Reizwirkung Mutagene/Teratogene Effekte Krebs Andere Erkrankungen Elektrosensibilität Indirekte Feldwirkungen Mittelbare Feldwirkungen Elektronische Implantate Hochfrequente Felder Direkte Feldwirkungen Thermische Effekte Athermische Effekte Mittelbare Feldwirkungen Computer-Monitore Kraftwirkungen von statischen Magnetfeldern auf Ferromagnetika am Beispiel der MR-Tomographen Nationale, europäische und internationale Regelungen zum Schutz vor elektromagnetischen Feldern der Stand im Jahre Einleitung und Problemdarstellung Der Schutz vor direkten Wirkungen Expositionsbeschränkung Regelungen in Deutschland Allgemeine Bevölkerung Expostionsbeschränkung bei beruflicher Exposition Bundeswehr Regelungen in der Schweiz Regelungen in anderen Ländern Regelungen auf europäischer Ebene Personenschutz über Produktnormen bei elektromagnetischen Feldern (Emissionsbeschränkung) Indirekte Emissionsbeschränkung durch Kategorisierung der Emittenten Schutz vor indirekten Wirkungen Internationale Entwicklung und Ausblick Vorsorge Zusammenfassung

4 5.7 Ergänzung: Beispiele europäischer Produktnormen Messungen Ermittlung der Feldstärke- und Flussdichtewerte Rechnungen Messverfahren Messungen zur Überprüfung der Grenzwerte Messgeräte Vorbereitung und Durchführung von Messungen Besonderheiten in einzelnen Frequenzbereichen Messorte und Messpunkte Messbericht Kontrollmessungen/Nachkalibrierungen Messungen zur 26.BImSchV Messungen zur UVV BGV B Messungen zur BEMFV Anforderungen an Messungen im Hochfrequenzbereich zur Information der Öffentlichkeit Einführung Breitbandmessungen Frequenzselektive Messungen Messortauswahl Messmethode Auswertung von Messergebnissen Momentanimmission und höchste betriebliche Anlagenauslastung Darstellung von Messergebnissen Messungen zur Normen nach dem GPSG Messungen zur Überprüfung der Sicherheit für Träger aktiver medizinischer Implantate im elektromagnetischen Feld Ermittlung der Basiswerte Stromdichte / Spezifische Absorptionsrate und spezifische Absorption Sachverständige Stellen Allgemeines Anforderungen an die sachverständige Stelle Bekanntgabe als Messstelle nach 26 BImSchG Sachkundiger nach BGV B Schutzmaßnahmen Niederfrequente Felder Hochfrequente Felder Literatur Anhang Adressen Glossar

5 1 Einleitung In den letzten hundert Jahren hat sich das elektrische, magnetische und elektromagnetische Umfeld der Menschen wesentlich verändert. Mit der breiten Nutzung elektrischer Energie, der Erzeugung elektromagnetischer Wellen zum Beispiel bei Funkanwendungen und deren Verwendung im täglichen Leben sind zu den seit jeher vorhandenen natürlichen elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Wellen, die vom Menschen künstlich erzeugten hinzugekommen. In der Öffentlichkeit ist nun die Meinung verbreitet, dass diese Felder für den Organismus schädlich sein könnten. Gefördert wird diese Verunsicherung durch die Tatsache, dass unsere Sinne diese Felder trotz ihres Vorhandenseins (Radio, Mobilfunk) nicht unmittelbar wahrnehmen können und eine Messung oder Berechnung nur von Experten erfolgen kann. Die technischen Unterschiede zwischen Radio und Radar, Mobilfunk und Mikrowellenofen sind für Laien nur schwer verständlich. Seit vielen Jahren forschen Wissenschaftler in unterschiedlichen Ländern intensiv danach, ob und unter welchen Umständen eine bemerkbare Beeinflussung durch elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder erfolgen kann. Sie haben die Zuordnung von Exposition und Wirkung sowie die zugehörigen Wirkungsmechanismen überprüft, die elektrophysiologischen Zusammenhänge erkannt und beschrieben. Aufgrund dessen wurden Grenzwerte ermittelt und gesetzlich festgelegt, die in der Regel von im Alltag auftretenden Feldern bei weitem nicht erreicht werden dürfen. Das Spektrum der elektromagnetischen Felder bzw. Wellen umfasst neben den nieder- und hochfrequenten Feldern zwischen den Frequenzen von 0 Hz bis 300 GHz auch das Licht und die Röntgen- bzw. Gammastrahlung (Bild 1.1). Dieser Leitfaden beschäftigt sich nur mit Feldern im Frequenzbereich von 0 Hz bis 300 GHz. Der Frequenzbereich 0 Hz 30 khz umfasst die statischen und niederfrequenten Felder (NF). Der Bereich 30 khz 300 GHz wird als Hochfrequenz (HF) bezeichnet, es ist das Gebiet der Radio- und Mikrowellentechnik. Die Abgrenzung der Bereiche ist international nicht einheitlich definiert (Tabelle 1.1). 5

6 Frequenzbereich Wellenlängenbereich Internationale Bezeichnung von bis von bis 0 Hz 30 Hz über 100 km Sub ELF 30 Hz 300 Hz über 100 km ELF (Extremely Low Frequency) 300 Hz 3 khz über 100 km VF (Voice Frequency) 3 khz 30 khz 100 km 10 km VLF (Very Low Frequency) 30 khz 300 khz 10 km 1 km LF (Low Frequency) 300 khz 3 MHz 1000 m 100 m MF (Medium Frequency) 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m HF (High Frequency) 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m VHF (Very High Frequency) 300 MHz 3 GHz 1 m 0,1 m UHF (Ultra High Frequency) 3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm SHF (Super High Frequency) 30 GHz 300 GHz 10 mm 1 mm EHF (Extremly High Frequency) Tabelle 1.1: Frequenzbereiche: Der Bereich von 0 bis 30 khz wird als NF (Niederfrequenz), 30 khz bis 300 MHz wird vielfach als HF (Hochfrequenz), der Bereich von 0,3 bis 300 GHz als MW (Mikrowelle) bezeichnet. Abb. 1.1: Elektromagnetisches Spektrum mit für die jeweiligen Frequenzbereiche typischen Quellen und Wirkungen 6

7 2 Physikalische Grundlagen Der Begriff Feld wird im physikalisch-technischen Sinn für Raumgebiete verwendet, in denen sich eine physikalische Größe als Funktion der Raum- und Zeitkoordinaten darstellen lässt. Falls sich die Größen nicht mit der Zeit ändern spricht man von statischen Feldern. 2.1 Statische Felder Elektrische Felder Statische elektrische Felder werden durch die Anwesenheit von elektrischen Ladungen im Raum hervorgerufen. Bringt man in das elektrische Feld eine kleine ruhende Probeladung q ein, so wirkt auf diese Ladung die Coulomb-Kraft F. Die elektrische Feldstärke E am Ort der Probeladung ist dabei ein Maß für die Stärke der auf die Probeladung wirkenden Kraft: r r F = q E Die Einheit der elektrischen Feldstärke E ist Volt pro Meter V/m. Die elektrische Feldstärke ist wie die Kraft ein Vektor, d.h., sie besitzt einen Betrag und eine Richtung. Abbildung 2.1 zeigt ein schematisches flächenhaftes Feldlinienbild zwischen zwei Kugelladungen. Die Dichte der Feldlinien ist dabei ein Maß für den Betrag der Feldstärke, während ihre Tangente die Richtung des Feldstärkevektors in jedem Punkt angibt. Vereinbarungsgemäß ist dieser stets von der positiven zur negativen Ladung gerichtet (Quellenfeld). Abb. 2.1: Feldbild zur Definition der elektrischen Feldstärke E Wird die Probeladung von einem Punkt im Raum zu einem anderen bewegt, so ist hierfür aufgrund der auf die Ladung wirkenden Kraft Arbeit notwendig, und die potentielle Energie W = q φ der Probeladung ändert sich entsprechend. Die auftretende Potentialdifferenz φ wird auch als elektrische Spannung U bezeichnet. Bei Bewe- 7

8 gungen senkrecht zur Kraftrichtung ist keine Arbeit notwendig, und es tritt auch keine Veränderung der potentiellen Energie auf. Diese Orte konstanten Potentials, auch Äquipotentiallinien oder im räumlichen Äquipotentialflächen genannt, können zusätzlich zu den Feldlinien in die Feldbilder eingetragen werden und stehen stets senkrecht auf den Feldlinien. Abbildung 2.2 zeigt eine entsprechende Darstellung. Abb. 2.2: Darstellung des elektrostatischen Feldes durch Feldlinien und Äquipotentiallinien. Elektrische Felder sind immer dann vorhanden, sobald zwischen zwei Punkten eine Potentialdifferenz, also eine elektrische Spannung besteht oder Ladungen im Raum vorhanden sind. In einem homogenen Feld kann die Feldstärke direkt als der Quotient aus der Potentialdifferenz (in Volt) und dem Abstand zweier Äquipotentiallinien gesehen werden. E = U / d Magnetische Felder Statische magnetische Felder lassen sich durch ihre Kraftwirkung auf bewegte elektrische Ladungen beschreiben. r r r F = q ( ν B) Statische magnetische Felder werden durch die gleichförmige Bewegung von Ladungsträgern, wie z.b. in einem von Gleichstrom durchflossenen Leiter, verursacht und lassen sich wie elektrische Felder durch Feldbilder veranschaulichen. Abbildung 2.3 zeigt schematisch den Verlauf der magnetischen Feldlinien um einen Strom durchflossenen Leiter (Wirbelfeld). Im Gegensatz zu elektrischen Feldern, an denen die Feldlinien an positiven Ladungen beginnen und an negativen enden, sind magnetische Feldlinien in sich geschlossen und umschließen gleichzeitig den sie erzeugenden Strom. Die magnetische Feldstärke H ist wiederum ein Maß für Betrag und Richtung der Kraftwirkung 8

9 und ist wie die elektrische Feldstärke ein Vektor. Ihr Betrag ist umso größer, je größer die Summe der umschlossenen elektrischen Ströme ist. Diese Möglichkeit zur Feldverstärkung macht man sich in Magnetspulen mit vielen Windungen zunutze. Abb. 2.3: Magnetische Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter Die Einheit der magnetischen Feldstärke H ist Ampere pro Meter A/m. Gemäß SI ist die magnetische Feldstärke einer geschlossenen magnetischen Feldlinie, die sich kreisförmig im Abstand r um einen unendlich dünnen, vom Strom I durchflossenen Leiter legt, wie folgt definiert: H = I /( 2π r) Zur Beschreibung von Magnetfeldern im Niederfrequenzbereich wird auch die magnetische Induktion oder magnetische Flussdichte B verwendet. Die Einheit der magnetischen Flussdichte ist Tesla: 1 T = 1 Vs/m². Diese Einheit hat die ältere aber noch immer häufig anzutreffende Einheit Gauß (G) abgelöst, wobei gilt: 1 G = 0,1 mt = 100 µt. Die magnetische Flussdichte B ist über die Materialkenngröße Permeabilität µ = µ 0 µrel (Naturkonstante µ 0 = 1, (= 4π 10-7 Henry pro Meter) mit der magnetischen Feldstärke verknüpft: B = µ H In Luft und auch biologischem Gewebe ist µ rel 1, so dass eine magnetische Feldstärke von 1 A/m einer magnetischen Flussdichte von 1,257 µt entspricht. Das bedeutet, dass für die biologische Bewertung von magnetischen Feldern immer nur eine der beiden Größen angegeben werden muss. Magnetische Felder sind immer an die Bewegung von Ladungsträgern, also einen Stromfluss gekoppelt. Bei statischen Magnetfeldern nimmt ebenso wie bei entsprechenden statischen e- lektrischen Feldern die Feldstärke mit zunehmendem Abstand von der Quelle ab. 9

10 2.2 Periodisch veränderliche Felder Abb. 2.4: Harmonische Schwingungen zum Beispiel der elektrischen Feldstärke mit Effektivwert E, Maximalwert Ê und Periodendauer T Ändern sich Strom und Spannung zeitlich, so schlagen sich diese Änderungen auch in den Feldern nieder, die durch sie verursacht werden. Die elektrischen und magnetischen Feldstärken besitzen im Gegensatz zu statischen Feldern keinen konstanten Wert mehr, sondern ändern sich im Takt der sie verursachenden Spannungen und Ströme. Abbildung 2.4 zeigt den zeitlichen Verlauf der e- lektrischen Feldstärke, wie sie durch eine sinusförmige Wechselspannung verursacht wird. Zur Beschreibung von Wechselfeldern sind weitere Kenngrößen notwendig, die im Folgenden eingeführt werden. Als Frequenz f bezeichnet man die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde oder den Kehrwert der Periodendauer T: f = 1/T Bei Ausbreitungsvorgängen und höheren Frequenzen wird häufig statt der Frequenz die Wellenlänge λ angegeben, die sich als Quotient aus Ausbreitungsgeschwindigkeit c (der elektromagnetischen Welle) und Frequenz ƒ berechnet: λ = c / f Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist im Vakuum am größten und dort gleich der Lichtgeschwindigkeit c 0. In Materie nimmt die Ausbreitungsgeschwindigkeit umso mehr ab, je mehr die dielektrischen und magnetischen Eigenschaften des Mediums vom Vakuum abweichen. Alle zeitabhängigen Größen werden durch ihre Effektivwerte oder Spitzenwerte beschrieben. Aufgrund der physikalischen Gegebenheiten können bei statischen und niederfrequenten Feldern das elektrische und magnetische Feld getrennt voneinander betrachtet, also als entkoppelt angenommen werden. Dies bedeutet, dass das elektrische Feld nur von der Spannung U und das magnetische Feld nur vom Strom I abhängt. Mit zunehmender Frequenz (f > 30 khz) ist diese Betrachtungsweise immer 10

11 weniger zulässig, da jede Änderung elektrischer Felder ein Magnetfeld bedingt und gleichzeitig jede Änderung des Magnetfeldes elektrische Felder erzeugt. Die mathematische Beschreibung dieser Tatsache findet sich in den Maxwellschen Gleichungen. Da im Fernfeld bei hohen Frequenzen keine Trennung von elektrischem und magnetischem Feld mehr vorgenommen werden kann, spricht man hier von elektromagnetischen Feldern. Während niederfrequente Felder bedingt durch die geometrischen Abmessungen im Wesentlichen an ihre Quellen gebunden sind, kann es im hochfrequenten Bereich zu einer Ablösung und Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in den Raum kommen. Das ist immer dann der Fall, wenn die von den zeitlich veränderlichen Strömen durchflossenen Gebilde Abmessungen haben, die in der Größenordnung der Wellenlänge liegen ( Antennenbedingung ). Man spricht dann von der Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung. Sowohl niederfrequente als auch hochfrequente elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder können in leitfähigen Körpern Ströme influenzieren bzw. induzieren (siehe Abschnitt 4). Manche Wirkungen elektromagnetischer Wechselfelder lassen sich nur mit Hilfe des Dualitätsprinzips veranschaulichen, indem sie nicht nur als wellenförmige Vorgänge, sondern auch als Strahlungsquanten (Photonen) betrachtet werden. Die Quanten- oder Photonenenergie W ergibt sich als Produkt aus dem Plankschen Wirkungsquantum h und der Frequenz f: W = h f Da die Quantenenergie mit steigender Frequenz zunimmt, erhält man den größten Wert für die höchste Frequenz im betrachteten Frequenzbereich. Mit f = 300 GHz ergibt sich eine maximale Quantenenergie von Ws, die um etwa 4 Größenordnungen unterhalb der zur Ionisation erforderlichen Energie liegt. Deshalb rechnet man die Strahlung in diesem Frequenzbereich auch der nichtionisierenden Strahlung (Abbildung 1.1) zu Niederfrequenzbereich Im gesamten Niederfrequenzbereich, aber insbesondere bei den in der elektrischen Energieversorgung eingesetzten Frequenzen, sind elektrische und magnetische Felder weitestgehend entkoppelt, so dass jede Feldkomponente getrennt gemessen/berechnet und bewertet werden muss. Dabei ist das elektrische Feld mit der Spannung und das magnetische Feld mit dem Strom verknüpft. Die Feldstärken verhalten sich je nach Art der Quelle mindestens umgekehrt proportional zu zum Abstand (linienhafter Leiter) und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes (Mehrleitersysteme, Spulen) (Abbildung 2.5). 11

12 Abb. 2.5: Beispiele für die Abnahme der magnetischen Feldstärke mit zunehmender Entfernung von der Feldquelle (willkürliche Einheiten) Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich In diesem Frequenzbereich können sich elektromagnetische Wellen von der Quelle ablösen und in den Raum ausbreiten, als im Niederfrequenzbereich, da hier die Antennenbedingung (wenn die von den zeitlich veränderlichen Strömen durchflossenen Gebilde Abmessungen haben, die in der Größenordnung der Wellenlänge liegen) wesentlich einfacher zu erfüllen ist. Durch diesen Prozess wird Energie in den elektrischen und magnetischen Anteilen des elektromagnetischen Feldes von der Quelle in den Raum abgestrahlt. Die Strahlungsleistung pro Flächeneinheit wird auch als Leistungsflussdichte bezeichnet und ist gleich dem vektoriellen Produkt aus elektrischer und magnetischer Feldstärke. Die Einheit der Strahlungsintensität ist Watt pro Quadratmeter (W/m²). Häufig findet man auch Angaben in Milliwatt pro Quadratzentimeter (mw/cm²), dabei gilt: 1 W/m² = 0,1 mw/cm². Beim Durchgang durch Materie kann je nach Frequenz und Material Strahlungsenergie der elektromagnetischen Welle in unterschiedlichem Maße absorbiert und in Wärme umgewandelt werden. Der Begriff Eindringtiefe kennzeichnet jene Weglänge in der Materie, nach der die Leistungsdichte auf ca. 37% ihres Ausgangswertes (entsprechend 1/e) abgenommen hat. 12

13 Wird die in Wärme umgewandelte Strahlungsenergie auf die Masse des betrachteten Körpers bezogen, so erhält man die spezifische Absorptionsrate SAR, die in Watt pro Kilogramm (W/kg) angegeben wird. Das Abstrahlverhalten einer Strahlungsquelle wird im wesentlichen vom Verhältnis der größten Abmessung der Strahlungsquelle zur Wellenlänge bestimmt, wobei die Bündelung bei Flächenantennen umso stärker ist, je größer die Antennenabmessung im Vergleich zur Wellenlänge ist. Die Eigenschaften des Strahlungsfeldes hängen aber auch von der Entfernung zur Antenne ab. Man unterscheidet hier das Nahfeld und Fernfeld. Ist der Abstand von der Antenne groß gegenüber der Wellenlänge der Strahlung, so befindet man sich im Fernfeld. Im Fernfeld sind die elektrische und magnetische Feldstärke in Phase und ihre Vektoren stehen senkrecht aufeinander. Das Verhältnis aus elektrischer und magnetischer Feldstärke ist eine reelle konstante Größe und wird als Feldwellenwiderstand bezeichnet. Zur Beschreibung der Strahlungsbedingungen genügt bei idealen Bedingungen im Fernfeld die Angabe der Leistungsdichte nach Betrag und Richtung. Durch Reflexionen und Überlagerungen können sich jedoch auch im Fernfeld örtlich stark unterschiedliche Feldbedingungen (Feldstärken) ergeben. Im Nahfeld sind die Verhältnisse wesentlich komplizierter. Das Feld ist sehr inhomogen, elektrische und magnetische Feldstärke sind nicht mehr in Phase, ihr Verhältnis ist weder reell noch konstant. Daraus folgt, dass sowohl das elektrische als auch das magnetische Feld getrennt betrachtet werden müssen. Die Ausdehnung des Nahfelds hängt im Allgemeinen von der Wellenlänge und der Geometrie der Sendestruktur ab und kann 1 6 Wellenlängen, bei Flächenantennen aber auch wesentlich mehr betragen. Weitere Definitionen und Festlegungen zu diesem Themenkomplex sind in der DIN VDE Sicherheit in elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern; Definitionen, Mess- und Berechnungsverfahren bzw. in der CENELEC-Norm EN 50xxx zu finden. 3 Quellen und Anwendungen Die Anwendungen elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder in der Industrie und der Kommunikationstechnik sind sehr vielseitig. Dabei wird in vielfältiger Weise der gesamte Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 300 GHz ausgenutzt. Eine Übersicht über die unterschiedlichen Anwendungsgebiete enthält Tabelle 3.1. Die genehmigte Nutzung von Frequenzen kann bei der Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post eingesehen werden. Es gibt eine Vielzahl von Quellen für elektrische und magnetische Felder. Ob und in welcher Stärke diese Geräte und Anlagen Felder emittieren, hängt stark von der jeweiligen technischen Ausführung ab. Die Tabellen 3.2, 3.3, 3.4 und 3.5 geben einen Überblick über die Feldstärken von typischen Quellen im Alltag, in der Industrie und der Medizin. An einer konkreten Anlage/Gerät können die realen Expositionswerte 13

14 durch spezifische Besonderheiten der Exposition um mehr als eine Größenordnung abweichen. Frequenzbereich statische Felder /Gleichfeld Anwendungsgebiete / Quellen Medizin, Elektrolyse, Galvanotechnik, Hochenergiebeschleunigertechnologie, Metallurgie < 30 khz (NF) Energieversorgung, Bahnstromleitungen, Induktionswärme < 3 MHz (VLF, LF, MF) Schweißen, Schmelzen, Rundfunk, Radioverkehr, Radionavigation 3 30 MHz (HF) Industrie, Aufwärmen, Trocknen, Schweißen, Leimen, Polymerisieren, Sterilisieren, Landwirtschaft, Medizin, Radioastronomie, Rundfunk MHz (VHF) Industrie, Medizin, Rundfunk, Fernsehen, Luftverkehrskontrolle, Radar, Radionavigation MHz (UHF) Fernsehen, Radar, Richtfunk, Mobilfunk, Telemetrie, Medizin, Mikrowellenöfen, Nahrungsmittelindustrie 3 30 GHz (SHF) Höhenmesser, Radar, Navigation, Richtfunk, Satelliten GHz (EHF) Radioastronomie, Radiometrologie, Raumforschung, Radiospektroskopie Tabelle 3.1: Frequenzbereiche und Anwendungsgebiete Quelle Frequenz Abstand Typische Werte für Feld- Bemerkungen (MHz) (m) stärken/leistungsdichten/sar Kurzwellen- 27,12 0,2 bis 1000 V/m Behandlungspersonal diathermie 0,5 bis 500 V/m 1,0 bis 200 V/m bis 0,4 A/m Patient, unbehan V/m delte Körperstellen bis 1,6 A/m Mikrowellen ,5 25 W/m 2 Behandlungspersonal erwärmung 1,0 10 W/m , W/m 2 Hyperthermie W/m 2 behandlung von 2450 Patienten,unbehandelte Körperstellen HF Chirurgie 0, V/m; 3 A/m 300 W Patient Magnetische im Gerät bis 1 W/kg Patient, gemittelt Resonanz über den ganzen Körper Tabelle 3.2: Beispiele für hochfrequente elektromagnetische Felder bei medizinischen Anwendungen 14

15 Messbedingungen elektrische Magnetfeld- Feldstärke V/m stärke µt 400 KV Hochspannungsfreileitung 50 Hz (6 Leiter, 1300 A/Phase, Spannfeldmitte) unter den Leitungen Meter von Trassenmitte 250 2,5 200 Meter von Trassenmitte 0,1 110 kv Hochspannungsfreileitung 50 Hz (6 Leiter, 325 A/Phase) unter den Leitungen ,2 50 Meter von Trassenmitte < 100 0,5 100 Meter von Trassenmitte 0,05 Freiluftschaltanlage 50 Hz (innerhalb der Anlage) Niederspannungskompaktstation 50 Hz Außenwand m Abstand 2 Hintergrundfeldstärke 50 Hz in deutschen Haushalten 0,01 0,3 Haushaltsgeräte 50 Hz 30 cm Entfernung , cm Entfernung 0, Fernseher 15 khz, 30 cm Entfernung ,2 Induktionskochherd 25 khz (Hände) 450 (Körper) 36 Niederspannungskabel 50 Hz (3 Leitungen, 50 A/Phase, unsymmetrische Belastung 5 A) auf dem Leiter 0,8 3 m Abstand 0,3 Bahnsteig Anfahren E- Lock 16 2/3 Hz (1 m Abstand) 12 Fahrgastraum IC 16 2/3 Hz (bis) 23 Fahrgastraum ICE 16 2/3 Hz (bis) 3,5 Handgeführte elektr. Betriebsmittel (Bohrmaschine) (Oberfläche) (0,2 m Abstand) < 10 Induktionsschmelzofen 50 Hz (Industriearbeitsplätze) 0,5 1 m Abstand Induktives Erwärmen 0,15 10 khz 0,1 1 m Abstand (Industriearbeitsplatz) Glühen von Schweißnähten 10 khz 0,3 m Abstand (Industriearbeitsplatz) ,7 m Abstand 62 Elektroschweißgerät 50 Hz,100A (Oberfläche Kabel) 200 (0,2 m Abstand) 20 Magnetabscheider 50 Hz (Oberfläche) (0,5 m Abstand) Entmagnetisieranlage 50 Hz (Bedienstand) Punktschweißanlage 50 Hz 10kA-30 ka (0,1 m Abstand) (Bedienstand) Rissprüfanlage 50 Hz (Oberfläche Spule) (Bedienstand) Magnetresonanz Hz (Gradienfeld) Artikelsicherungsanlagen 21 Hz (bis) Hz 1000 Magnetresonanz 0 Hz Patient Personal im Raum Fahrgastraum S-Bahn 0 Hz (bis) 111 Fahrgastraum U-Bahn 0Hz (bis) 1000 Fahrgastraum Transrapid 0 Hz (bis) 260 Erdmagnetfeld 0 Hz Magnetspannplatte 0 Hz (Oberfläche) (0,2 m Abstand) Permanentmagnet 0 Hz (Oberfläche) Schönwetter Gewitter Tabelle 3.3: Beispiele für die Feldstärken durch niederfrequente Felder und Gleichfelder 15

16 Quelle Frequenz Abstand Typische Werte Bemerkungen Mikrowellen- 2,45 GHz 5 cm 0,62 W/m 2 Gerätestandard Kochgeräte 30 cm 0,06 W/m 2 Artikelsicherungs- 39,5 khz 10cm 125 A/m gepulst anlagen 132 khz 10 cm 21 A/m gepulst mit 85 Hz 2,05 MHz 10 cm 0,24 A/m gewobbelt 141 Hz 8,2 MHz 10 cm 0,17 A/m gewobbelt 85 Hz UKW Rundfunk 87,5 108 MHz 3 km 0,6 V/m 30 kw 100 MHz 80 m 8 V/m 100 kw TV-Sender VHF-TV MHz 100 m 1 V/m 25 kw UHF-TV MHz 1 km 0,1 V/m 100 kw 1 km 2 V/m 300 kw Kurzwelle 3,95 26,1 MHz 220 m 27,5 V/m 500 KW 50 m 121 V/m Längstwelle 23 khz 100 m 25 V/m 490 kw Langwelle 200 khz 120 km 0,02 V/m 500 kw 50 m 450 V/m Mittelwelle 830 khz 100 m 10 V/m 100 kw 3,2 km 0,8 V/m 150 kw Polizeifunk 8 MHz 30 m 6 V/m 20 kw Amateurfunk 2,4 GHz 80 m 50 mv/m 150 W 27 MHz 200 m 50 mv/m 200 W CB-Funk 27 MHz 5 cm 1000 V/m 0,2 A/m 4 Watt 12 cm 200 V/m 0,1 A/m Powerline 4,8 MHz 1 cm 0,015 V/m WLAN 2,4 GHz 10 cm 0,1W/m² Accesspoint 1 m 0,01 W/m² 100mW DECT-Basisstation 1,9 GHz 1 m 0,02 W/m² 250 mw DECT-Telefon 10 cm 1 W/m² Bluetooth 2,4 GHz 1m 0,2mW/m² 1mW Flugsicherungs GHz <1km 0,01 10 W/m 2 CW-Leistung: Hauptstrahl radar > 1 km < 0,5 W/m 2 0,2 20 kw 23 cm 132 m 100 W/m² 3,2 kw (23 MW Puls) 2 cm 33 m 100 W/m² 300 W (200 kw Puls) Verkehrs GHz 3 m 250 µw/m 2 Leistung: 0,5 10 mw radar 10 m 10 µw/m 2 Autoabstandsradar 24 GHz 30 m 15 µv/m Richtfunk GHz 0,5 Watt 500 m 0,4 mw/m 2 im Hauptstrahl 2,0 µw/m 2 20 m unter Hauptstrahl VSAT 1,6 GHz 1m 8 W/m² Hauptstrahl (sehr schmal) Handy D-Netz 2,2 cm 400 V/m 0,8A/m 2 W E-Netz 2,2 cm 200 V/m 0,8A/m 1 W Mobilfunk D-Netz 50 m 0,6 V/m 1,6mA/m 50 W Basisstation Grundrauschen 10 khz 2000 µv/m weltweite Gewitter- 100 khz 500 µv/m tätigkeit / 1 MHz 2 µv/m Schwarzkörper- 100 MHz 1 µv/m strahlung der Erde 10 GHz 40 µv/m Tabelle 3.4: Beispiele für hochfrequente elektromagnetische Felder 16

17 Verfahren / Frequenz Leistung Abstand Typische Werte / Bemerkungen Induktive Erwärmung kw 0,5 1 m 250 A/m; 1000 V/m 100 khz 10 MHz Ort der 0,2 12 A/m Bedienperson Induktives Löten 800 V/m abgeschirmt khz Dielektrisches 1 10 kw Rumpf V/m Plastikschweißen bis 8 A/m 27,12 MHz Hände bis 1500 V/m bis 7 A/m Dielektrische 2,0 kw 0,5 m 170 V/m Pressmaschinen 1,5 kw 0,5 m 200 V/m Vorwärmung Ort der 6 8 V/m Verleimung Bedienperson Trocknung 27,12 MHz Induktives Härten 4 kw Ort der 0,43 A/m 27,12 MHz Bedienperson Dielektrisches Ort der 0,7 5 W/m 2 Vulkanisieren Bedienperson 915 MHz 2,45 GHz Tabelle 3.5: Beispiele für Feldstärken an Arbeitsplätzen bei industrieller Anwendung von Hochfrequenz. Die bei Mobilfunkendgeräten (Handys) in der Typenprüfung (DIN EN / 50361) ermittelten Wert für die spezifischen Absorptionsrate (SAR) können für alle gängigen Gerätetypen im Internet auf verschiedenen Seiten z.b. eingesehen werden. Bei einer Untersuchung von 111 Handys lag der Mittelwert bei 1 W/kg.Der geringste Wert betrug 0,2 W/kg der höchste 1,4 W/kg. Für TETRA-Handgeräte liegen z.z. erst wenige Daten vor. Bei 1W-Geräten wurden ca. 1 W/kg gemessen, bei 3 W-Geräten bis zu 2,88 W/kg (gemittelt über 10 g). Durch die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post werden jedes Jahr über 1000 Messungen der elektromagnetischen Feldstärke im Frequenzbereich 9 khz bis 3 GHz an unterschiedlichen öffentlich zugänglichen Plätzen über ganz Deutschland verteilt durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Messungen können im Internet auf der Seite eingesehen werden. In dieser Internet - Datenbank sind auch die Daten der in Deutschland nach dem Standortbescheinigungsverfahren genehmigten Funksendeanlagen einsehbar. Die Ergebnisse von Messungen in der Umgebung von Mobilfunkbasisstationen können durch die örtlichen Gegebenheiten wie Abstand, Ausrichtung der Antenne, Sendeleistung, Auslastung der Station und Abschirmung um mehr als eine Größenordnung unterschiedlich sein. So wurden in 50 m Abstand Werte von 10 mw/m² bis 0,1 µw/m² gemessen. Die Ergebnisse von systematischeren Untersuchungen sind z.b. im Internet auf der Seite veröffentlicht. In Baden - Württemberg sind in den Jahren an 895 Messpunkten in einem 2*2 km Raster die elektromagnetische Feldstärke im Frequenzbereich 9 khz 3 GHz gemessen worden. Alle Funkdienste schöpfen den Grenzwert im Mittel zu 1% aus. Davon haben Lang-, Mittel- und Kurzwelle eine Anteil von 47%, UKW 15 %, TV 18% und Mobilfunk 20%. Die Daten sind im Internet unter einzusehen. 17

18 Die frequenzabhängige Schirmung elektromagnetischer Wellen verschiedener Baustoffe ist im Auftrag des Bayerischen Landesamt für Umweltschutz untersucht worden. Die Ergebnisse sind im Internet auf der Seiten einzusehen. 4 Biologische Wirkungen 4.1 Einführung Die Wirkungen elektromagnetischer Felder auf biologische Systeme hängen im Wesentlichen von der Frequenz, der Zeit, der Intensität und der Pulsierung der einwirkenden Felder ab. Individuelle Eigenschaften (z.b. Körpergröße) und physikalische Randbedingungen (z.b. Erdung, Ausrichtung zum Feld) können auch eine Rolle spielen. Bei der Wirkung auf den Menschen werden drei Frequenzbereiche unterschieden, die im Folgenden näher erläutert werden: Statische Felder bei statischen Magnetfeldern treten quantenelektronische und magnetomechanische Wechselwirkungen sowie auf bewegten Ladungen auch induktive Wirkungen auf. bei statischen elektrischen Feldern können Effekte wie Kribbeln und Aufrichten der Haare auftreten. Niederfrequente Felder (bis ca. 30 khz) hier dominiert als rein akute Wirkung die Reizung von Nerven- und Muskelzellen. Hochfrequenz (30 khz 300 GHz) hier sind die thermischen Wirkungen vorherrschend. Im Bereich 10 khz 100 khz können abhängig von der Frequenz sowohl die Reizwirkung als auch die Wärmewirkung vorhanden sein. Neben den aufgeführten Reiz- und Wärmewirkungen werden bei Einwirkung geringer Feldstärken im NF-Bereich Effekte unterhalb der Reizschwelle und im HF-Bereich so genannte nichtthermische (athermische) Wirkungen diskutiert. Dazu gibt es umfangreiche Untersuchungen an Zellen, Tiere und Menschen, die jedoch bisher zu keinen reproduzierbaren Ergebnissen mit biologischer oder gar gesundheitlicher Relevanz für den Menschen geführt haben. Eventuelle Auswirkungen von Langzeitexpositionen gegenüber elektromagnetischen Feldern wie sie im Alltag auftreten, werden seit etwa 30 Jahren mit Hilfe epidemiolo- 18

19 gischer Studien untersucht. Auf die Ergebnisse, aber auch auf die Probleme dieser Untersuchungen wird in Kap näher eingegangen. Zu den folgenden Themen sind schon Untersuchungen zu biologischen Wirkungen elektrischer und magnetischer Felder durchgeführt worden l Studien an Probanden Wahrnehmung und Belästigung Psychische Leistungen, Lernverhalten Elektro-Sensibilität Einfluss auf den Hormonhaushalt (Melatonin, Hypophysenhormone etc.) EEG-Änderungen, Schlaf, Biorhythmen l Epidemiologische Studien Korrelation mit Krebs-Erkrankungen bei Wohnen in der Nähe von Hochspannungsfreileitungen, und Sendemasten Korrelation Krebs mit Arbeit in elektrischen Berufen bzw. Gewohnheiten des Telefonierens Korrelation mit anderen Erkrankungen und Verhaltensweisen ( neurodegenerativen Erkrankungen, Epilepsie, Schlafstörungen, Hautausschlägen, Suizidhäufigkeit etc.) l Studien an Tieren Einflüsse auf Neuroendokrines System und Zentralnervensystem Beeinflussung des Hormonhaushaltes (insbes. Melatonin) Genetische Einflüsse Einflüsse auf Fortpflanzung, Wachstum und Entwicklung Verhaltensänderungen Krebs-Entstehung und -Promotion Einfluss auf die Blut-Hirn-Schranke l Studien an Pflanzen Wachstum und Entwicklung l Studien an Zell- und Gewebekulturen Änderung von Membran-Potentialen und Ionenverteilung Einfluss auf Proliferation und Differenzierung von Zellen Modulation von biochemischen Reaktionen Einfluss auf die Zell-Kommunikation (Gap-Junctions) Immunreaktionen Genetische und epigenetische Effekte Tab. 4.1: Schematische Darstellung von Versuchen bei denen Effekte durch elektrische und magnetische Felder an Zellen, Tieren und an Menschen in der Literatur beschrieben worden sind. Über die Frage, ob diese Untersuchungen einen Zusammenhang aufzeigen konnten, ob diese Effekte eine biologische Relevanz haben oder wie gut die Validität der Ergebnisse ist, wird damit nichts ausgesagt. 4.2 Niederfrequente Felder Unter direkter Wirkung werden Effekte verstanden, die auf die unmittelbare Einwirkung von Feldern auf den Körper zurückgehen. Dazu gehören die Oberflächeneffekte in starken elektrischen Feldern und die Wirkung im Körperinneren, die von elektrischen und magnetischen Feldern verursacht werden (Abbildung 4.1, 4.2). Von den direkten Wirkungen werden indirekte (mittelbare) Wirkungen unterschieden. Diese entstehen bei der Berührung von Metallkörpern in elektrischen Feldern (Abbildung 4.3), zu ihnen zählt man aber auch die Auswirkungen, die aus der Beeinflussung von medizinischen Implantaten resultieren. 19

20 Abb. 4.1: Beispiel für eine kapazitive Einkopplung eines induzierten Körperstromes (unmittelbare Feldwirkung) Abb. 4.2: Beispiel für eine induktive Einkopplung eines induzierten Körperstromes (unmittelbare Feldwirkung) Abb. 4.3: Beispiel für eine galvanische Einkopplung eines induzierten Körperstromes (mittelbare Feldwirkung) 20

21 4.2.1 Direkte Wirkungen Oberflächeneffekte In starken elektrischen Wechselfeldern werden Körperhaare durch Influenz und e- lektrostatische Abstoßungsvorgänge zu Bewegungen angeregt, wodurch diese Felder wahrnehmbar und ab etwa 10 kv/m für empfindliche Personen belästigend werden können. Das vorhandene Datenmaterial beschränkt sich auf die energietechnischen Frequenzen 50 Hz bzw. 60 Hz. Empfindungen können auch von Mikroentladungen zwischen scharfkantigen Objekträndern wie z.b. Brillenfassungen, Krägen, Manschetten u. dgl. und der Haut ausgehen Reizwirkungen Die biologische Wirkung niederfrequenter elektrischer Felder besteht in der Erregung (Stimulation) von Nerven- und Muskelzellen und kann auf die von den Feldern influenzierten bzw. induzierten intrakorporalen elektrischen Stromdichten bezogen werden. Das Stromdichtemodell, das für die Erklärung der Reizwirkung ausreichend ist, erlaubt, unter Anwendung gesicherter physikalischer Grundgesetze, äußere e- lektrische und magnetische Felder gemeinsam zu diskutieren. Dabei kann auf bereits gut fundiertes Wissen über Reizwirkungen zurückgegriffen werden. Dazu gehören die in zahlreichen Versuchen seit der Entdeckung der Elektrizität, wie die im Zusammenhang mit der Analyse von Elektrounfällen und die bei der medizinischen Anwendung der Reizstromtherapie im Verlauf vieler Jahrzehnte gewonnenen Ergebnisse. Reizwirkungen sind unmittelbar an die Präsenz des elektrischen Feldes gebunden und ergeben sich aus einer Hyperpolarisation der entsprechenden Zellmembranen. Für Reizwirkungen ist die Existenz einer Schwelle und die Frequenzabhängigkeit charakteristisch: 1. Es existiert für jedes Gewebe eine Reizschwelle, die überschritten werden muss, um eine Erregung auszulösen. Die Erregung selbst jedoch gehorcht dem Alles- oder Nichts-Gesetz und kann durch größere Reizstärken oberhalb der Reizschwelle nicht mehr gesteigert werden. 2. Der Schwellenwert ist frequenzabhängig. Bedingt durch die Refraktärzeit der erregbaren Membranen werden elektrische Reize mit kürzer werdendem zeitlichem Abstand zunehmend ineffektiver. Reizfolgen höherer Frequenz benötigen steigende Stromdichten und können schließlich überhaupt keine Erregung mehr auslösen. 21

22 Abb. 4.4: Prinzipielle Abhängigkeit der reizwirksamen Stromdichte von der Frequenz. Als Bezugswert dient der Basiswert 2mA/m². Kurve A: Ausgleichsvorgänge in der Membran die das Lapiquesches Gesetz beschreibt. Kurve B: In der Norm verwendeter vereinfachter Geradenzug. In Abhängigkeit von der Stromdichte können bei niedrigen Frequenzen folgende Wirkungsbereiche unterschieden werden. Wirkungen Stromdichten in ma/m² Extrasystolen und Herzkammerflimmern möglich, deutliche Gesundheitsgefahren > 1000 Veränderung in der Erregbarkeit des zentralen Nervensystems bestätigt; Reizschwellen; Gesundheitsgefahren möglich Gut bestätigte Effekte, visuelle (Magnetophosphene) und mögliche Nervensystemeffekte; Berichte über beschleunigte Knochenbruchheilung Berichte über subtile biologische Wirkungen 1 10 Abwesenheit gut gesicherter Effekte < 1 Tabelle 4.2: Stromdichten, die zwischen 3 und 300 Hz zu den angegebenen biologischen Wirkungen führen. Diese Wirkungen lassen sich auf Stromdichten beziehen, als Folge der Einwirkung von elektrischen und magnetischen Feldern. Aus diesen Stromdichten können mit Hilfe von Modellrechnungen die zu ihrer Induktion erforderlichen äußeren Feldstärken in Luft berechnet werden. Die Angaben verschiedener Autoren über den Zusammenhang zwischen den äußeren Feldstärken und den durch sie im Körperinneren verursachten Stromdichten unterscheiden sich jedoch. Der Grund dafür liegt in der Wahl unterschiedlicher Modelle zur Nachbildung des menschlichen Körpers, seiner äußeren Form, sowie seiner inneren geometrischen und dielektrischen Komplexität. Bei der Festlegung von Grenzwerten wird den Vereinfachungen der Modellrechnungen und der eingeschränkten Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse, die der Tabelle 4.2 zugrunde liegen, mit Hilfe von zusätzlichen Faktoren Rechnung getragen. Je nach Feldart und Frequenz ergeben sich folgende Zusammenhänge: 22

23 a) Elektrostatische Felder Aufgrund der Influenzwirkung ist das Körperinnere nahezu feld- und stromfrei; minimale, durch Leckströme verursachte Stromdichten können vernachlässigt werden. b) Elektrische Wechselfelder Der Gesamtstrom durch den Körper infolge der kapazitiven Ankopplung lässt sich sowohl messtechnisch als auch theoretisch gut ermitteln. Die abgeschätzten Stromdichten J im Körperinneren hängen jedoch von der gewählten Modellvorstellung und dem betrachteten Körperbereich ab. In 1. Näherung lässt sich bei Mittelung über nicht zu kleine Flächen folgender Zusammenhang angeben: J = k ε 2π f 0 E0 k Formfaktor Mensch: ; Kugel: 3 J Körperstromdichte in A/m² f Frequenz in Hz E o ungestörte Feldstärke in V/m elektrische Feldkonstante 8, As/Vm ε o Für die Influenz einer Stromdichte von 1 ma/m² im Kopf oder Herzbereich eines homogenen Modells sind unter Zugrundelegung ungünstigster Expositionsbedingungen folgende äußere Feldstärken erforderlich: Kopf 7 kv/m bis 20 kv/m Herzbereich 7 kv/m bis 14 kv/m An anderen Körperstellen wie z.b. den Knöcheln mit der vergleichsweise geringen Querschnittsfläche bei einem relativ hohen Anteil schlecht leitender Knochen und Sehnen liegen lokale Stromdichten erheblich (um mehr als das 10fache) höher. c) Magnetostatische Felder Ein statisches Magnetfeld kann in einem Körper einen elektrischen Strom induzieren, wenn er sich bewegende Ladungsträger enthält (Hall-Effekt) oder wenn sich der gesamte Körper in einer Weise bewegt, dass sich die Durchflutung ändert (Induktion). Im Falle des Menschen geschieht dies in nennenswertem Ausmaß in den großen Blutgefäßen des Kreislaufes mit rasch fließendem Blut bzw. im sich rasch bewegenden Herzen oder wenn sich Gliedmaßen oder der ganze Körper in Relation zum Magnetfeld bewegen. Die dadurch induzierte Stromdichte kann mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes relativ zum Magnetfeld v und dem spezifischen Widerstand s abgeschätzt werden zu J = (B ν ) σ B ν σ magnetische Flussdichte in T Bewegungsgeschwindigkeit in m/s (1/Ω m) d) Magnetische Wechselfelder 23

24 Während die Stromdichte im Körper beim einfachen Durchtritt elektrischen Wechselstroms lediglich aufgrund der inhomogenen Leitfähigkeitsverteilung variiert, ist im Fall der Induktion durch magnetische Wechselfelder zusätzlich die durch den Induktionsvorgang bedingte Ortsabhängigkeit zu berücksichtigen. Wegen der erzeugten Wirbelströme ist im Körperzentrum die Stromdichte Null und erreicht im Oberflächenbereich ihr Maximum. Für kreisförmige Strombahnen erhält man für die Stromdichte die Beziehung J = B π f r σ r Radius der Kreisbahn des Stromes im Körper in m aus der hervorgeht, dass die Stromdichte proportional dem Radius und der Leitfähigkeit ist. Üblicherweise verwendet man für den Menschen die folgenden Parameter: Radius 0,1 m (Kopf); 0,2 m (Thorax) und die Leitfähigkeit 0,1 0,4 (1/Ω m). Bei Berücksichtigung längs gestreckter Strombahnen erhöhen sich beim Menschen die berechneten Stromdichten gegenüber dem kreisförmigen Fall um etwa einen Faktor 2. Es gibt auch Rechenmodelle (z.b. FDTP, finite-difference-time domain), die mit hoher räumlicher Auflösung die Stromdichte im Körper berechnen können. Es zeigt sich, dass die Stromdichten im Körper sehr inhomogen sind Zelluläre Effekte außerhalb der Reizwirkung In der Literatur wurden mitunter Effekte niederfrequenter Felder auf zelluläre Reaktionen beschrieben, die teilweise schon unterhalb der Schwelle für Reizwirkungen auftreten. Die in den 90-er Jahren von verschiedenen Autoren behaupteten Einflüsse solcher Felder auf das Kalzium-Signalsystem der Zellen konnte jedoch trotz intensiver Forschungen mehrerer Kollektive in verschiedenen Ländern in den Folgejahren nicht bestätigt werden. Inzwischen kann man dieses, damals viel diskutierte Problem als Resultat verschiedener experimenteller Artefakte ansehen. Man ist sich inzwischen ziemlich einig darin, dass elektrische Felder erst dann auf zelluläre Prozesse einen Einfluss haben, wenn die ohnehin dort bestehenden Feldstärken an, und über die Membranen signifikant beeinflusst werden, bzw. wenn entsprechende Ionenströme induziert werden, welche mit den Transportsystemen konkurrieren können. Dazu sind jedoch Feldstärken erforderlich, die zu mindestens in gleicher Intensität liegen wie die oben beschriebenen Reizströme. Häufig werden Einflüsse niederfrequenter Wechselfelder als Wirkungen des magnetischen Feldvektors charakterisiert, ohne Erörterung des Umstandes, ob es sich tatsächlich primär um magnetische Wechselwirkungen handelt, oder ob nicht vielleicht das induzierte elektrische Feld für die Effekte verantwortlich sein könnte. Zumeist handelt es sich lediglich um eine Bequemlichkeit dosimetrischer Beschreibung der Experimente. Echte Magnetfeld-Wirkungen auf Zellen und zelluläre Bestandteile sind erst ab Flussdichten oberhalb eines Tesla nachweisbar. 24

25 Es ist zu betonen, dass bisher keine Effekte niederfrequenter Felder auf zelluläre Funktionen unterhalb des gesetzlich fixierten Grenzwertes reproduzierbar nachgewiesen wurden Mutagene/Teratogene Effekte Studien zur teratogenen Wirkung und zu negativen Beeinflussungen der Schwangerschaft durch elektromagnetische Felder (insbesondere Arbeit während der Schwangerschaft an Bildschirmarbeitsplätzen) waren meist negativ oder ergaben keine signifikanten Effekte. Das gleiche gilt für die Studien zur Wirkung von Feldern, die von Haushaltsgeräten, insbesondere elektrischen Heizdecken, erzeugt werden. Es gibt keine experimentellen oder epidemiologischen Hinweise darauf, dass in der menschlichen Umwelt vorkommende elektrische oder magnetische Felder Veränderungen am Erbgut bewirken könnten. So haben die Studien, die den Zusammenhang zwischen der Exposition von Vätern und Krebserkrankungen der Kinder untersuchten, keine verwertbare Aussage ergeben Krebs Zur Frage, ob schwache niederfrequente elektrische und magnetische Felder zu einer Erhöhung der Krebsinzidenz beitragen, wurden in den letzten Jahrzehnten hunderte von epidemiologischen Studien durchgeführt. Die meisten Studien betrafen Beschäftigte in so genannten elektrischen Berufen. Ein zweiter Schwerpunkt waren Kinder in ihrer Wohnumwelt. Obwohl das Studiendesign sehr uneinheitlich war, kann man feststellen, dass am häufigsten die Frage gestellt wurde, ob der elektrische Beruf oder der Aufenthalt in erhöhten Magnetfeldern (Größenordnung einige Zehntel µt) zu einer Häufung von Krebs ohne Differenzierung nach der Art des Krebses oder bei spezifischen Krebsarten zu einer Häufung von Leukämie und Gehirntumoren geführt hat. Eine Reihe von Studien zeigte einen schwachen Zusammenhang zwischen der Feldexposition und der untersuchten Krebsart. Wenn mehrere Studien zusammen betrachtet werden (Metastudie) ergibt sich häufig eine nicht signifikante Verdoppelung des betrachteten Krebsrisikos. Es gibt auch eine Reihe von Studien, die keinen Zusammenhang finden konnten. Die Ergebnisse der Studien müssen aber sehr differenziert betrachtet werden und geben keinen eindeutigen Hinweis auf einen möglichen Zusammenhang. Generell kann festgestellt werden, dass bei einer Bewertung der Ergebnisse der epidemiologischen Studien insbesondere deren statistische Aussagekraft, die Art und Weise der Expositionsbestimmung und allgemein das Fehlen von Modellvorstellungen für eine Krebsverursachung problematisch sind. Diese und weitere gravierende Mängel müssen durch einschlägige Forschung behandelt werden, bevor die Epidemiologie eine klärende Rolle in der Krebsfrage spielen kann. Deshalb besteht international Übereinstimmung mit der Konsequenz, dass in die Grenzwertüberlegungen die Ergebnisse der epidemiologischen Studien keine relevanten Schlussfolgerungen zulassen. Es gibt keine Beweise dafür, dass elektrische und magnetische Felder bei 25

26 Feldstärken niederfrequenter Felder, wie sie an Arbeitsplätzen oder auch in der Wohnumgebung auftreten, Krebs auslösen können. Es wurde aber zusätzlich untersucht, ob diese Felder nicht vielleicht in der Lage sein könnten, das Wachstum von solchen Krebsgeschwüren zu beschleunigen, die durch andere Ursachen ausgelöst wurden ( Krebs-Promotion ) Neben den epidemiologischen Studien gibt es eine Reihe von Laborexperimenten an Zellen und Tieren, die speziell diesen Zusammenhang einer Beschleunigung des Krebswachstums und dem Vorhandensein von magnetischen Feldern im Bereich von µt zum Gegenstand haben. So wurde bei Ratten mit chemisch induziertem Brustkrebs bei Magnetfeldstärken von 50 und 100 µt ein schnelleres Wachstum der Tumoren beobachtet. Diese Resultate konnten jedoch von anderen Arbeitsgruppen nicht reproduziert werden Andere Erkrankungen In der letzten Zeit wurden epidemiologische Untersuchungen publiziert, die sich mit dem Zusammenhang zwischen dem Auftreten verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, Epilepsie, sowie verschiedene Arten von Demenz, Suizid-Anfälligkeit und Depressionen und der Exposition mit Magnetfeldern befassen. Wie auch bei den Krebs-Untersuchungen, treten eventuelle Häufungen dieser Erkrankungen höchsten bei starken beruflichen Expositionen auf, wobei allerdings unklar bleibt, ob tatsächlich die elektromagnetischen Felder, oder nicht vielleicht andere berufsbedingte Besonderheiten für die Erkrankungen verantwortlich sein könnten Elektrosensibilität Durch den Umgang mit elektrischen Geräten, chemischen Mitteln, Lärm bzw. beim Aufenthalt in der Nähe von Sendeeinrichtungen oder Hochspannungsleitungen wächst bei einigen Menschen, die sich für besonders sensibel gegenüber Umwelteinflüssen halten, die Besorgnis vor so genannten Umweltkrankheiten. Der Begriff Elektrosensibilität ( ES ) bezeichnet ein Phänomen, dass bestimmte Personen beim Umgang oder in der Nähe elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Strahlungsquellen eine Beeinträchtigung ihrer Gesundheit beschreiben. Die Begriffe Elektrosensibilität, elektromagnetische Hypersensibilität, elektromagnetische Hypersensitivität, Elektroallergie sagen nichts über die Ursachen dieser Reaktionen, da bis zurzeit kein Kausalzusammenhang nachgewiesen werden konnte. Auch Untersuchungen zu möglichen Wirkungsmechanismen haben keine direkte Verbindung zwischen den Feldern und den berichteten Beeinträchtigungen nachweisen können Bis zur Mitte der 80er Jahre fanden die elektromagnetischen Risiken in der Öffentlichkeit keine besondere Beachtung. Das hat sich in den letzten Jahren schlagartig geändert. Für Menschen, die sich in sehr engem Kontakt zu elektrischen Geräten, Hochspannungsleitungen, Rundfunkstationen oder Basisstationen für den Mobilfunk befinden, stellen diese Anlagen häufig eine Bedrohung dar. Diese Angst vor den e- lektromagnetischen Felder (EMF) wird von den Medien mit großem Interesse aufge- 26