Physikalische Umweltfaktoren Nichtionisierende Elektromagnetische Felder. Lutz Haberland, Biophysik, Uni Rostock

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1 Physikalische Umweltfaktoren Nichtionisierende Elektromagnetische Felder Lutz Haberland, Biophysik, Uni Rostock

2 Elektromagnetisches Spektrum Nichtionisierend Ionisierend km 300 km 300 m 30 cm 0,3 mm 0,3 µm 0,3 nm Wellenlänge Frequenz 1 Hz 1 KHz 1 MHz 1 GHz 1 THz 1 PHz Hz Statisches Feld ELF RF Mikrowellen Infrarot UV Röntgen, Gamma 4 Photonenenergie (ev) ,7 3,1 120 Forschungsgemeinschaft Funk

3 Natürliche Felder in der Biologie: Nerven (EEG) Erregung Nerven Muskel (EKG, EMG) Belastung (piezoelektrische Effekte und Strömungspotenziale an Knochen) Orientierung, aktiv und passiv (Lorenzinische Ampullen) Kampf (Süßwasser, z.b. Zitteraal) Verletzungspotenziale Wachstumsfelder um Zygoten (z.b. Braunalge)

4 Materialeigenschaften: - Zelle Glaser 178 Glaser 1996

5 Materialeigenschaften: - Gewebe Glaser 182 Glaser 1996

6 Materialeigenschaften: - Dispersionsgebiete Meins 14 α: < 10 khz; Ionenbewegung um Zellen, Deformation elektrischer Doppelschichten, große intrazellulare Strukturen β: 0,1 10 MHz; Polarisation der Zellmembran und der Organellen γ: > 100 MHz; Makromoleküle und Wasser (Wasser gebunden: MHz Wasser frei: ca. 20 GHz)

7 Das (statische) Magnetfeld H: - magnetische Induktion B = µµ 0 H [T bzw. Vs/m 2 ] (MF der Erde ca. 50 µt) - Materialeigenschaft abweichend vom Vakuum: magnetische Suszeptibilität χ = µ - 1 diamagnetisch: µ < 1; χ < 0 paramagnetisch: µ > 1; χ > 0 ferromagnetisch: µ >>1; χ >>0 - biologische Magnetite in Bakterien, Bienen, Tauben und Walen - Anwendungen in Medizin: NMR, ESR, TMS, Reizstrom

8 Das (statische) Elektrische Feld E: Glaser 246 Effekte: - Aufrichten von Haaren - Ladungsübertritt - Wahrnehmbarkeit ab ca. 10 kv/m - Elektrorezeptoren

9 M Glaser mast.wpg

10 (Hochfrequente) Elektromagnetische Felder Forschungsgemeinschaft Funk

11 Hochfrequente Elektromagnetische Felder - Leistungsdichte der abgestrahlten Wellen [W/m²] - im Körper: Spezifische Absorptionsrate SAR = σe²/ρ [W/kg] - Eindringtiefe δ (e-ter Teil) nimmt mit zunehmender Frequenz ab - biologische Wirkungen vor allem über Wechselwirkungen mit geladenen Teilchen / Dipolen (z.b. Wasser) Erwärmung

12 Frequenzabhängige Wirkung elektromagnetischer Felder V/m 10 7 Durchschlag Elektrische Feldstärke Flimmern Schock GRENZWERTE FÜR DAUER- EXPOSITION Reizung E r w ä r m u n g Resonanz Hot Spots Oberfläche S i c h e r e r B e r e i c h f Hz Quelle: nach Leitgeb Universität Graz Niederfrequenz Hochfrequenz Mikrowelle

13 M

14 Forschung zu biologischen Effekten von EMF unterhalb der Grenzwerte seit Jahrzehnten immer noch widersprüchlich und emotionsgeladen.

15 Forschungsgebiete: - Genotoxizität - Krebspromotion - Stressproteininduktion - Blut-Hirn-Schranke - Hypersensitivität - neurale Beeinflussung / EEG - Immunologie - medizinische Anwendungen

16 Beispiele Forschungsgebiete: GENOTOXIZITÄT Risk Evaluation of Potential Environmental Hazards From Low Energy Electromagnetic Field Exposure Using Sensitive in vitro Methods (REFLEX) 1. Prof. Franz Adlkofer, VERUM Foundation, Munich, Germany; 2. Prof. Rudolf Tauber, Free University of Berlin, Germany; 3. Prof. Hugo W. Ruediger, University of Vienna, Austria; 4. Dr. Anna M. Wobus, Institute for Plant Genetics, Gatersleben, Germany; 5. Dr. Angeles Trillo, INSALUD, Madrid, Spain; 6. Prof. Dariusz Leszczynski, STUK - Radiation and Nuclear Safety Authority, Helsinki, Finland; 7. Prof. H. Albert Kolb, University of Hannover, Germany; 8. Prof. Ferdinando Bersani, University of Bologna, Italy; 9. Dr. Isabelle Lagroye, PIOM Laboratory, Bordeaux, France; 10. Prof. Niels Kuster, Swiss Federal Institute for Technology, Zurich, Switzerland; 11. Prof. Francesco Clementi, University of Milan, Italy; 12. Dr. Christian Maercker, RZPD, Heidelberg, Germany B 8,0 7,0 6,0 exposure sham 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1 micronucleus frequencies / 2000 binuclear cells Fig.1: Generation of single and double DNA strand breaks (A) and micronuclei (B) in human fibroblasts through intermittent ELF-EMF exposure (50 Hz, 5 min on/10 min off). (A) Exposure time 15 hours; flux density µt; alkaline and neutral Comet assay measuring Comet tailfactor %. (B) Number of micronuclei (MN) in 2000 binucleated cells; exposure time 24 hours; 1000 µt vs sham (partner 3).

17 Beispiele Forschungsgebiete: GENOTOXIZITÄT Risk Evaluation of Potential Environmental Hazards From Low Energy Electromagnetic Field Exposure Using Sensitive in vitro Methods (REFLEX) 3,5 3 A B Olive Tail Moment 2,5 2 1,5 1 0,5 MN / 1000 BNC Control Sham-exposed RF-exposed Control Sham-exposed RF-exposed Fig.2: Generation of single and double DNA stand breaks (A) and micronuclei (B) in HL60 cells after continuous RF-EMF exposure (1800 MHz, 1.3 W/kg) for 24 hours. (A) Alkaline Comet assay measuring olive tail moment. (B) Number of micronuclei (MN) in 1000 binucleated cells (partner 2). Similar results were obtained with human fibroblasts (partner 3).

18 Beispiele Forschungsgebiete: GENOTOXIZITÄT

19 Effects of microwaves and temperature on Stress Responses in PC72 worms. DePomerai et al β-gal activity, relative to 15 C controls (100%) Beispiele Forschungsgebiete: STRESSPROTEINE Shielded controls 750 MHz microwaves Temperature, C

20 Beispiele Forschungsgebiete: STRESSPROTEINE Effects of microwaves and temperature on Stress Responses in PC72 worms. DePomerai et al Sham:exposed runs: absolute B-gal activity B-gal activity (pmol MU/hr/ml) Runs Copper Sham Exposed

21 Beispiele Forschungsgebiete: HYPERSENSITIVITÄT Die TNO-Studie 2003 Dürrenberger 2004

22 Mechanismen meins 17

23 Mechanismen

24 Zusammenfassung des Wissensstandes durch WHO (Repacholi) NIEDERFREQUENZ: Known to induce electric fields and currents in the body No adverse health effect established below ICNIRP limits but some research suggests effects below the limits Gaps in knowledge? ELF magnetic fields classified as 2B: need to focus research to see why the epi studies suggest this... No real support from other studies, so are epi study results due to selection bias, transients, other mechanisms? Some in vitro studies need replication and extension (eg on DNA)

25 Zusammenfassung des Wissensstandes durch WHO (Repacholi) HOCHFREQUENZ: Current standards based on heating from SARs above 4 W/kg Effects not established and more research needed: Memory loss Cancer Blood pressure changes Subjective effects (Hypersensitivity) Blood brain barrier Altered reaction times

26 Forschungsvorhaben: - REFLEX (EU): läuft noch mind. bis 2004; in vitro Experimente; Nieder- und Hochfrequenz - Bundesamt für Strahlenschutz: ; aus Erlösen der UMTS-Lizenzversteigerung und Industriegeldern; hauptsächlich Hochfrequenz; (2x Rostock!) - Weltgesundheitsorganisation (WHO) - Forschungsgemeinschaft Funk - Industrie, Stiftungen, Öffentliche Hand...

27 Weitere Informationen: - private Seite (Ralf Wölfle) - Forschungsgemeinschaft Funk - Zusammenschluß von Bürgerbewegung und unabhängigen Wissenschaftlern - Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit Bundesamt für Strahlenschutz - Weltgesundheitsorganisation - Mobilfunknetzbetreiber - Bürgerbewegung (rel. objektiv) Bürgerbewegungen