Medizinische Grundlagen elektromagnetischer Felder und Wellen

Auswirkungen auf biologische Systeme

Natürliche und künstliche Quellen übertragen Energie in Form von elektromagnetischen Wellen. Diese Wellen bestehen aus elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Schwingungsfeldern, die mit biologischen Systemen wie Zellen bei Pflanzen, Tieren und Menschen in unterschiedlicher Form interagieren. Für ein besseres Verständnis dieser Wechselwirkungen ist die Kenntnis der physikalischen Auswirkungen auf Biosysteme eine wesentliche Voraussetzung,
Elektromagnetische Wellen werden durch ihre Wellenlänge bzw. Frequenz und durch ihre Komponenten das elektrisches Feld (E-Feld) und das magnetische Feld (H-Feld) charakterisiert. Aus dem Produkt des E-Feldes und des H-Feldes ergibt sich die Leistungsdichte in Watt pro Quadratmeter (W/m²). Dieser Leistungsdichte und der Frequenz proportional ist die Energie der Photonen (= Elementarteilchen des elektromagnetischen Feldes), aus denen letztlich die elektromagnetische Welle besteht.
Die Energie in jedem Photon ist direkt proportional zur Frequenz der Welle: Je höher die Frequenz, desto größer die Energiemenge in jedem Photon. Welchen Einfluss elektromagnetischen Wellen auf biologische Systeme haben, wird durch die Feldstärke, durch die Energiemenge in jedem Photon, durch die Expositionsdauer und der Resonanz von Sender und Empfänger bestimmt.
Ionisierende Strahlungen sind extrem hochfrequente elektromagnetische Strahlen (Röntgen-, Gammastrahlen und Höhenstrahlung), deren Energie großgenug ist, um eine Ionisierung zu erzeugen (d.h. um positive und negative elektrisch geladene Atome oder Molekülteilchen zu schaffen), indem sie die atomaren Bindungen aufbrechen, welche die Moleküle in den Zellen zusammenhalten.
Nicht-ionisierende Strahlen (NIS) des elektromagnetischen Spektrums haben eine zu schwache Photonenenergie, um atomare Bindungen aufzubrechen. Selbst hochintensive NIS können keine Ionisierung in einem biologischen System hervorrufen. Doch hat sich gezeigt, dass NIS die Bindungsenergie soweit schwächen kann, dass Krebspromotoren wie z.B. Zellgifte eine leichtere Arbeit haben DNS-Brüche herbeizuführen. Ferner können auch andere biologische Effekte bewirken kann, wie Störung des Membranpotentials, Störung biokybernetischer Regelkreise, Störung von Enzym Induktion.
Elektromagnetische Wellen können biologische Wirkungen verursachen, die oft in Befindlichkeitsstörungen ihren Ausgang haben. Sie lösen aber keine Krankheiten aus. Aber, bei einem entsprechenden Langzeiteinfluss 15 – 25 Jahre kann es aber zu einer Schwächung des Immunsystems kommen. Die Folge, nachteilige Wirkung für die Gesundheit und Entstehung von Krankheiten.
Dabei ist es wichtig, zwischen den Begriffen biologische Wirkung und gesundheitliche Störung zu unterscheiden. Eine biologische Wirkung tritt auf, wenn es durch Einwirkung elektromagnetischer Wellen zu merkbaren oder erkennbaren physiologischen Veränderungen im biologischen System kommt. Eine gesundheitliche Störung tritt auf, wenn die biologische Wirkung über das im Normalfall vom Körper auszugleichende Maß hinausgeht und dadurch sich eine Erkrankung manifestiert.

Manche biologischen Wirkungen können harmlos sein, wie z. B. die Reaktion des Körpers auf steigende Blutzufuhr in der Haut als Reaktion auf eine zunehmende Erwärmung durch die Sonne. Manche Auswirkungen können vorteilhaft sein, wie das Gefühl von Wärme durch direkte Sonneneinstrahlung an einem kalten Tag. Positive Effekte für die Gesundheit entstehen, wenn Licht die Erzeugung von Vitamin D im Körper fördert. Andere biologische Auswirkungen von Licht führen jedoch zu gesundheitsschädlichen Schäden wie Sonnenbrand oder die Bildung von Melanomen. So different natürliche Einflüsse sind, so different sind auch technische Einflüsse auf unsere Gesundheit.

Allgemeine Symptomatik: Die oft gestellte Frage, ob denn durch Feldeinflüsse hervorgerufene Symptome bestimmten Erkrankungen zugeordnet werden können, muss eindeutig mit nein beantwortet werden. Nein deshalb, weil Feldstärken unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte keine unmittelbare biologische Wirkung zeigen, sondern sich in allgemeinen Befindlichkeitsstörungen äußern, die gewöhnlich auch privaten oder arbeitsplatzbedingten Stress-Belastungen zugeordnet werden können. Erst nach Jahren oder meist sogar nach 1 bis 3 Jahrzehnten der Belastung entgleist das Biosystem “Mensch” und ist am Ende seiner Ausgleichsfähigkeit angelangt. Dann können sogar schwere, irreparable gesundheitliche Schäden auftreten.
Auch ist es nicht möglich, medizinische Befunde bestimmten Feldarten oder Feldstärkewerten zuzuordnen, man kann aber von einem einheitlichen Reaktionsmuster des menschlichen Körpers auf physikalische Umwelt-Belastungen sprechen. Dies ist bei feldinduzierten Belastungen nicht anders als bei chemischen oder mechanischen Noxen. Der menschliche Körper reagiert mit drei chronologisch ablaufenden, oft ineinander übergehenden Zuständen auf Belastung durch Felder und Wellen. Die biologischen Belastungen treten wie folgt auf:

Belästigung	Beeinträchtigung	Schädigung
Phase I	Belästigung	=> Befindlichkeitsstörungen (Stressphämomene)
Phase II	Beeinträchtigung	=> Symptome
Phase III	Schädigung	=> Erkrankung

Phase I

stellt für den Körper eine Belästigung dar. Er regiert auf die physikalische Belastungen mit Befindlichkeitsstörungen und Stressanzeichen wie: allgemeine Schwächegefühle, Nervosität, Gereiztheit, Konzentrationsschwäche, Appetitlosigkeit, Antriebslosigkeit, Lernschwäche, Libido Verlust, stark schwankende emotionelle Gefühlslagen, Ein- und Durchschlafstörungen sowie weiteren vegetativen Störungen. Bei Kindern ist ferner häufig auch Bettnässen bis ins Teenager-Alter und teilweise extrem gesteigerter Bewegungsdrang (= hyperkinetisches Syndrom) anzutreffen.

Phase II

bedeutet für den Körper eine Beeinträchtigung. Er reagiert auf die jetzt noch immer bestehende physikalischen Belastung mit deutlichen Störungen körperlicher Art wie: gesteigerte Infektanfälligkeit, Kopfschmerzen, Migräneanfälle, Verdauungsbeschwerden, allergische Reaktionen, Nervenstörungen, Kreislaufbeschwerden und noch unterschwelligen Stoffwechselstörungen.

Phase III

bedeutet für den Körper den Ausbruch einer Erkrankung, die anfänglich meist reversibler Natur ist und irgendwann im Stadium einer irreversiblen Erkrankung endet. Das gesamte Spektrum medizinischer Erkrankungen spiegelt sich in diesem Abschnitt wieder.

Nächtliche Feldbelastungen stellen für den Körper eine erhebliche größere Belastung dar. Die Bedeutung dieses Umstands ist den wenigsten Personen bekannt, deshalb muss auf diesen Punkt deutlich darauf hingewiesen werden. Für den Körper ist es ein erheblicher Unterschied ob er nachts oder tagsüber eine Feldbelastung ausgesetzt ist! Empirische Untersuchungen des Arbeitskreis Elektro-Biologie e.V. (AEB) haben ergeben, dass sich eine nächtliche Feldbelastung bis zu 100-mal negativer auf Biosysteme auswirken kann, als tagsüber. Warum das so ist entzieht liegt in der Ursache, dass die Störung der nächtlicher Regeneration zu Erkrankungen führt. Diese Erkenntnis wird von nächtlichen Schichtarbeiter bestätigt, bei denen Bluthochdruck, Hyperlipidämie und andere Erkrankungen westlich häufiger auftreten.
Schlafplatzuntersuchungen die der Arbeitskreis Elektro-Biologie e.V. in den Jahren 92 bis 99 durchgeführt hat, zeigen interessante Ergebnisse. Die Auswertung von 106 Schlafplatzuntersuchungen aus dem Arbeitskreis Elektro-Biologie e.V. zeigt, dass eine beachtliche Verbesserung der Symptomatik erzielt werden konnte, nachdem die niederfrequenten Feldbelastungen unter die Schwelle für biologische Richtwerte gesenkt wurden. Je nach Expositionsdauer (Belastungs-Phase) stellen sich die Ergebnisse wie folgt dar:

Phase I (Expo-Dauer: Wochen bis Monate) 63 Fälle
Beseitigung der Symptomatik	bei 52 % der Fälle
Besserung der Symptomatik	bei 29 % der Fälle
keine Veränderung bei der Symptomatik	bei 19 % der Fälle

Phase II (Expo-Dauer: Monate bis Jahre) 34 Fälle
Beseitigung der Beschwerden	bei 44 % der Fälle
Besserung der Beschwerden	bei 32 %der Fälle
keine Veränderung der Beschwerden	bei 24 % der Fälle

Phase III (Expo-Dauer: 10 Jahre und mehr) 9 Fälle
Beseitigung der Beschwerden	bei 0 % der Fälle
Besserung der Beschwerden	bei 89 % der Fälle
keine Veränderung der Beschwerden	bei 11 % der Fälle

Eine Auswertung nach statistischen Gesichtspunkten war nicht möglich. Erstens ist die Fallzahl viel zu klein um signifikante Ergebnisse zu erzielen. Zweitens waren zwischen Phase I und Phase II in einigen Fällen Überschneidungen gegeben, die eine sichere Zuordnung in die entsprechende Gruppe stark erschwert. Drittens beruhen die Beschwerdebilder bzw. Symptomschilderungen auf Patientenaussagen und nicht auf diagnostischen Erhebungen. Viertens schwankte der Zeitraum der Schlafplatz-Kontrolluntersuchungen sehr stark, nämlich zwischen 4 Wochen und 13 Monaten.

Erstverschlimmerung und Spontanbesserung:

eine Erfahrung aus 10 Jahren Schlafplatzuntersuchung ist, dass die Symptomatik nach Beseitigung der Feldbelastung zwischen Phase I/II und Phase III völlig konträr ausfällt. Nach erfolgreicher Schlafplatzsanierung – nur solche Fälle wurden bewertet – stellte sich bei Phase I/II eine sogenannte Erstverschlimmerung ein, so wie sie auch manchmal bei Verabreichung von Homöopathika festzustellen ist. In Phase I und II haben sich die Beschwerden der Patienten erst einmal verstärkt. Dieser Zustand erstreckt sich über eine Dauer von 10 bis 14 Tagen. Anschließend verschwinden die Symptome gänzlich innerhalb 1 bis 2 Tagen. In Einzelfällen kann dieser Prozess auch mal mehrere Tage länger dauern. Die feldbelastete Person ist unbedingt auf diesen Umstand hinzuweisen, da sonst bei dieser Person unnötige Ängste um den Gesundheitszustand entstehen. Man erlebt, dass Patienten die gerade durchgeführte Schlafplatzsanierung wieder rückgängig machen wollten, weil Sie niemand auf diesen Umstand hingewiesen hatte. Es handelt sich dabei eindeutig um körperliche Entzugserscheinungen, vergleichbar dem Alkohol- oder Drogenentzug. Lediglich die Abhängigkeit wie bei stofflichen Substanzen ist nicht vorhanden. Diese “Entzugsphase” sollte ohne medikamentöse Unterstützung überstanden werden. Die Meidung von Nikotin und Alkohol beschleunigt die Umstellung und lindert die Beschwerden. Auch diverse medizinische Ausleitungstherapien bewirken eine rasche Besserung.
In Phase III verspüren die Patienten immer eine spontane, meist sogar eine starke Verbesserung ihrer Beschwerden. Leider ist diese Spontanverbesserung nur von kurzer Dauer, da durch die Schwere der Erkrankung der Krankheitsprozess selbst irreversibel geworden war. Solange eine feldinduzierte Erkrankung noch nicht einen irreversiblen Zustand erreicht hat, kann durch eine Beseitigung der Feldbelastung, der betroffen Person geholfen werden!

Das Internationale EMF-Projekt der Weltgesundheitsorganisation (WHO) befasst sich mit allen maßgeblichen Auswirkungen von Feldern auf die menschliche Gesundheit. Besondere Berücksichtigung finden dabei sowohl Hochfrequenz (HF)- und Mikrowellenfelder als auch extrem niederfrequente Felder (ELF) einschließlich statischer, elektrischer und magnetischer Felder. All diese Felder des elektromagnetischen Spektrums können die verschiedenartigsten biologischen Wirkungen erzeugen, die wiederum Folgen für die Gesundheit haben.

Belastungen durch statische Felder

Elektrostatische Felder haben ausschließlich eine indirekte Wirkung, da sie primär nicht in den Körper eindringen. Lang anhaltende elektrostatische Felder können in Räumen mit ausgeprägter Staubelastung (z.B. Schlafräume mit Teppichböden) eine gravierende Staubverfrachtung hervorrufen. Ferner bilden Mikrostaubpartikel hervorragende Kondensationskeime für Sauerstoffmoleküle. Der Sauerstoff wird in einem Groß-Ion gebunden und steht dann für den Gasaustausch in der Lunge und einer Oxygenierung des Blutes nicht mehr zur Verfügung.
Magnetostatische Felder stellen eine starke Bio-Belastung darstellen, wenn eine Feld-Inhomogenität im Bereich des Körpers auftritt. Gerade im Bettbereich sind Verzerrungen des Erdmagnetfeldes besonders häufig anzutreffen. Statische Magnetfelder von hoher Inhomogenität führen zu Potentialunterschieden im Körper und folglich zu Ausgleichströmen. Leider liegen derzeit nur unzureichende Informationen über die Auswirkungen von Langzeit-Expositionen im Hinblick auf statische Magnetfelder am Arbeitsplatz vor.
Das Erdmagnetfeld hat in Mitteleuropa eine durchschnittliche Feldstärke von 40 -45 µT (Mikrotesla). Wenn am Schlafplatz kleinzellige Magnetfelder z.B. durch vormagnetisierte Eisenteile (wie z.B. Federkernmatratze, Baustahlarmierungen u.a.) auftreten, können sich erhebliche Verzerrungen des Erdmagnetfeldes ergeben. Der Lautsprechermagnet einer Stereoanlage zum Beispiel hat die vieltausendfache Feldstärke gegenüber dem lokalen Erdmagnetfeld.

Belastungen durch niederfrequente Felder

Niederfrequente elektrische Felder erzeugen im Körper einen Verschiebungstrom – besonders im Bereich zwischen 15 Hz und 2 kHz – der von der örtlichen Feldstärke und den Potentialverhältnissen der im Feldbereich befindlichen Person bestimmt wird. Ferner spielen bei der Verschiebungsstromdichte der Widerstand des Körper und der Umgebung noch eine wichtige Rolle.
Die entstehenden Körperströme stören das Membranpotential der Zellen in Nerven und lösen für den Körper einen Stresszustand aus.
Niederfrequente Magnetfelder erzeugen im Körper einen Wirbelstrom, der ausschließlich von der Feldstärke und der Frequenz abhängig ist. Bei steigender Frequenz nimmt die induktive Kraft zu. Der Widerstand des Körpergewebes spielt dabei keine Rolle.
Die niederfrequenten Felder führen im Körper, zu einer geringfügigen Veränderung der körpereigenen Stromdichte von ca. 10 mA/m2. Der Körper muss diese ständig ausgleichen, das bedeutet zusätzlich Arbeit für die Zellen und führt zu einen erhöhten Energiebedarf in der Zelle.

Belastungen durch hochfrequente Felder

Hochfrequente Wellen haben zwei Wirkmechanismen. Die thermische Wirkung und die athermische Wirkung. Die thermische Wirkung geschieht durch Energieabsorption. Die athermische Wirkung beruht auf dem Resonanzprinzip und einer hohen Empfindlichkeit für digitale Signale. Warum digitale Signale biologische Systeme viel besser ansprechen als analoge Signale liegt in der gepulsten Signalform.
HF-Felder mit einer Frequenz unter 1 MHz erzeugen primär elektrische Ladungen und Ströme, die Gewebezellen beeinflussen. Elektrische Ströme treten im Körper – wie schon ausgeführt – bei allen physiologischen Steuerungsabläufen auf. Technisch induzierte HF-Felder stören die physiologischen Steuerungsabläufe und versetzen den Körper in einen Dauerstress.
Die Wärmewirkung bei HF-Felder unter 1 MHz ist nur sehr gering ausgeprägt.
HF-Felder zwischen 1 MHz und 10 GHz dringen je nach Frequenz unterschiedlich in das Gewebe ein und erwärmen diese durch Energieabsorption. Je niedriger die Frequenzen umso größer ist die Eindringtiefe.

Die Energieabsorption durch HF Felder im Gewebe wird als spezifische Absorptionsrate (SAR) innerhalb einer bestimmten Gewebemasse bestimmt. Die Einheit für die spezifische Absorptionsrate ist Watt pro Kilogramm (W/kg). SAR ist die grundlegende dosimetrische Größe für HF-Felder zwischen etwa 1 MHz und 10 GHz.
Um bei Personen, die HF Feldern in diesem Frequenzbereich ausgesetzt sind, gesundheitliche Schäden hervorzurufen, ist eine spezifische Absorptionsrate von mindestens 4 W/kg erforderlich. Solche Energien treten nur im Nahbereich von leistungsstarken, Sendeanlagen (Z.B. Rundfunk-Sendeanlagen) auf und sind somit für Menschen während des Sendebetriebs nicht zugänglich.
HF Felder über 10 GHz werden an der Hautoberfläche absorbiert, wobei nur ein sehr geringer Teil der Energie in das darunterliegende Gewebe eindringt.
Die biologische wichtige Messgröße für HF-Felder wird als Leistungsdichte in Watt pro Quadratmeter (W/m2) gemessen, bzw. für schwache Felder in Milliwatt pro Quadratmeter (mW/m2) oder sehr schwache Felder in Mikrowatt pro Quadratmeter (µW/m2).
Zu gesundheitlichen Schäden wie grauem Star oder Hautveränderungen hängen von der Intensität und der Expositionsdauer ab.
Vorsicht ist in unmittelbarer Nähe von leistungsstarken Radargeräten geboten. Nach den derzeitigen Schutzempfehlungen ist es nicht zulässig, dass sich Personen in diesen Nahbereichen aufhalten.
Eine durch HF-Feldern induzierte Erwärmung um mehr als 1 Grad Celsius kann für Körpergewebe gefährlich sein. Besonders zu erwähnen ist hierbei die Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit des Mannes und die Linsentrübung des Auges die zum grauen Star führt.

Belastung durch HF Felder und Krebserkrankungen

Nach bisherigen empirischen Erfahrungen und bisherigen wissenschaftlichen Untersuchungen ist es unwahrscheinlich, dass durch die Belastung mit HF-Feldern Krebserkrankungen ausgelöst werden. Leider ist der Langzeiteinfluss dieser Felder ist bei weitem noch nicht genügend untersucht worden, um die immer wieder auftauchenden Verdachtsmomente zu entkräften.
Viele epidemiologische (die menschliche Gesundheit betreffende) Studien haben sich mit möglichen Zusammenhängen zwischen HF- Exposition und erhöhtem Krebsrisiko befasst. Derzeit reichen die aus diesen Studien gewonnenen Daten für eine taugliche Bewertung des Krebsrisikos beim Menschen infolge von HF-Belastungen aufgrund der Inkonsistenz der Ergebnisse dieser Untersuchungen noch nicht aus. Die Gründe dafür sind Unterschiede im Studiendesign, in der Durchführung und Auswertung der Studien sowie im Hinblick auf die Frage, welche Populationen einer nennenswerten HF-Belastung ausgesetzt sind und wie eine solche Belastung retrospektiv zu bewerten ist.
Belastungen durch schwache, für eine merkbare Erwärmung nicht ausreichende HF-Felder sollen Berichten zufolge die elektrische Aktivität in den Gehirnen von Katzen und Kaninchen durch eine Veränderung der Kalziumionen-Mobilität beeinflussen. Derartige Effekte wurden auch an isolierten Geweben und in Zellen berichtet. Andere Studien haben ergeben, dass HF-Felder die Geschwindigkeit der Zellproliferation sowie die Enzymaktivität verändern oder die Gene der Zell-DNS beeinflussen. Diese Wirkungen sind durch aktuelle Forschungen jetzt größtenteils bestätigt worden, trotzdem weiß man auch heute noch nicht genug über ihre Implikationen für die menschliche Gesundheit.

Elektromagnetischer Synergismus und andere Wechselwirkungen: z.B. mit Umweltgiften

Mobil-Telefone können wie viele andere elektronische Geräte des täglichen Gebrauchs elektromagnetische Interferenzen in anderen Elektrogeräten erzeugen. Aus diesem Grund ist beim Umgang mit Mobiltelefonen in der Umgebung empfindlicher elektromedizinischer Geräte, wie sie auf Intensivstationen von Krankenhäusern zum Einsatz kommen, Vorsicht geboten. Mobiltelefone können in seltenen Fällen auch bei anderen medizinischen Apparaten wie Herzschrittmachern oder Hörgeräten Interferenzen verursachen. Den Benutzern solcher Geräte wird empfohlen, einen Facharzt zu konsultieren.
Öffentlichkeit: Die meisten in der Umwelt vorkommenden HF-Felder werden durch kommerzielle Radio- und TV-Sender und durch die mobile Kommunikation verursacht. Die HF-Belastung durch die Mobilkommunikation verursacht seit wenigen Jahren die stärksten physikalischen Umweltbelastung.
Die Belastung durch Rundfunk- und Fernsehsendeanlagen hat ebenfalls deutlich zugenommen, nicht durch die Feldstärke der Sendeanlagen sondern durch die Umstellung auf eine digital, gepulste Signalform, die biologisch deutlich aggressiver auf Zellen wirkt.
Aus einer in den USA durchgeführten Studie geht hervor. dass in größeren Städten die durchschnittliche Hintergrundstrahlung etwa 50 µW/m2 beträgt. Rund 1 % der Bevölkerung lebt in Großstädten mit HF-Feldern von mehr als 10 mW/m2. Höhere HF-Feldkonzentrationen können in der Nähe von Kurz- und Mittelwelle-Sendern oder Radaranlagen auftreten.

Studien:

Verschiedene Studien deuten darauf hin, dass bereits eine sehr schwache HF-Exposition bei entsprechender Expositionsdauer negative gesundheitliche Folgen auslösen kann. Die Durchführung einer koordinierten Forschungstätigkeit im Hinblick auf diese noch offenen Fragen zählt zu den wichtigsten Forschungsaufgaben, leider wurden aber in den letzten Jahren nur Wenige durchgeführt.
Niederfrequente (ELF) elektrische und magnetische Felder: Der Wirkmechanismus dieser Felder erklärt die aufgetretenen gesundheitlichen Folgen noch nicht hinreichend. Deshalb aber eine Nichtwirkung anzunehmen ist unzulässig. In der Biologie und Medizin gilt: das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.
Einige Untersuchungen deuten darauf hin, dass ein Zusammenhang zwischen einer Belastung durch geringe Intensitäten solcher Felder (z.B. 200 nT) zu einer erhöhten Häufigkeit von Leukämie führen kann oder andere gesundheitlichen Folgen hat. Das Internationale EMF-Projekt empfiehlt deshalb, mehr spezifische Forschungen im Interesse einer besseren Einschätzung der Gesundheitsrisiken durchzuführen.