Wirkungsweise von EMF auf biologische Systeme und daraus resultierende Krankheiten
von
Univ.-Doz.Dr.Ferdinand Ruzicka
Habilitiert für „Medizinische Physik mit besonderer Berücksichtigung der Zytophysik“ (cytophysics) an der Medizinischen Universität Wien
Die physikalische Möglichkeit eines EMF (Elektromagnetisches Feld) biologische Effekte („Bioeffekte“) in lebenden Zellen oder Geweben auszulösen ist auf drei verschiedene Komponenten zurückzuführen, die Energie, die Intensität und die Struktur des Feldes. Falls eine dieser Eigenschaften Änderungen im zellulären System bewirkt, wird das Feld als bioeffektiv angesehen.
Die vierte Komponente, die Expositionsdauer oder die gesamte Exposition über einen Zeitraum, entscheidet ob die biologischen Effekte vorteilhaft, neutral oder schädigend für das biologische System sind. Es ist eine Frage der Dosis.
Studien haben gezeigt, dass kurze Expositionszeiten oder
wenige Expositionen von EMF ( bis zu einer halben Stunde an einigen Tagen)
Zellen stimulieren. Es wurde z.B. in hunderten Doppelblindstudien (Peer
reviewed) gezeigt, dass gepulste EMF das Knochenzellwachstum fördern und dies
bei Knochenbrüchen eingesetzt werden kann die nicht heilen wollen.
Auf der anderen Seite kann eine Langzeitexposition oder eine sich wiederholende
Exposition (was hauptsächlich bei der Benutzung elektrischer Geräte und Handys
der Fall ist) das Umschlagen eines vorteilhaften biologischen Effektes, über
einen neutralen in einen schädlichen biologischen Effekt bewirken.
Daher ist der Schlüssel dazu ob eine der drei Komponenten: Energie, Intensität und Struktur biologische Effekte auslöst oder nicht, die Expositionsdauer. Sie ist also der entscheidende Faktor ob ein Effekt schädlich ist oder nicht.
1. Energie: Das ist jene Komponente eines EMF, die als biologischen Effekt eine direkte Zellschädigung auslösen kann.
Besitzt ein EMF eine hohe Energie ( Frequenz ist größer als 750 THz, energiereiche Photonen fähig Elektronen aus ihren Bahnen zu werfen) verursacht es biologische Effekte durch Aufbrechen chemischer Bindungen und Zellzerstörung. Ein solches Feld wird als ionisierend bezeichnet. Unterhalb des ultravioletten Lichtes tragen die EMF eine geringere Photonenzahl und besitzen nicht genügend Energie zu biologischen Schäden. Diese Felder nennt man nicht-ionisierend.
2. Intensität: Das ist jene Komponente eines EMF, die als biologischen Effekt eine thermische Zerstörung bewirken kann. EMF die eine hohe Intensität besitzen (Anzahl der Wellen die die Flächeneinheit pro Sekunde durchdringen) über 10 Watt/kg SAR (Spezifische Absorptionsrate) erwärmen und zerstören letztlich die Zellen direkt durch den Temperaturanstieg. EMF mit einer Frequenz von mehr als 1 MHz bewirken vor allem Wärmebildung durch die Bewegung von Ionen und Wassermolekülen verursacht durch die Kraftwirkung hauptsächlich der elektrischen Komponente des externen EMF auf die in den Atomen gebundenen Elektronen. Das ist der Fall beim Mikrowellenofen beim Kochen von Speisen. Jene EMF die eine Intensität unter 10 Watt/kg SAR besitzen und nicht in der Lage sind ein Gewebe zu erhitzen nennt man athermisch.
3. Struktur (Information – deshalb kann EMF zur Kommunikation benutzt werden!): Das ist jene Komponente des EMF, die alle anderen biologischen Effekte auslösen kann, außer der direkten Schädigung durch die Energie und die Erhitzung durch die Intensität. EMF die mit einer konstanten Frequenz, Amplitude und Wellenform strukturiert sind ( EMF mit konstanten Charakteristika) können biologische Effekte bewirken auch wenn die Intensität geringer als 10 Watt/ kg SAR beträgt und auch dann wenn die Intensität nicht ausreicht um einen Temperaturanstieg von weniger als 10-6 ° C im exponierten Gewebe zu bewirken. Diese athermischen Felder werden durch ihre Struktur biologisch aktiv und nicht durch einen Temperaturanstieg im Gewebe. Es ist bekannt, dass erst ab einer Erwärmung von 5,5° C die Produktion von Hitzeschockproteinen in Zellen einsetzt. Die notwendige Energie dazu beträgt etwa 23 000 000 J/m³. Ein ELF- Feld von bloß 8mG ist die Schwelle, um bei einem ELF- EMF dieselbe Antwort an Hitzeschockproteinen auszulösen wie bei Erwärmung um 5,5° C. Die dafür notwendige Energie liegt aber bei 0, 000 000 26 J/m³, ein Faktor der 10 -14 niedriger liegt als die Schwelle bei Erwärmung wie Lin et al. 1997 gezeigt haben.
Natürliche EMF
Das Gehirn und Nervensystem besitzen eine ständige Aktivität schwacher elektrischer Ströme, die mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) aufgezeichnet werden. Das Magnetenzephalogramm (MEG) misst die im Kopf und Körper der Testperson erzeugten Magnetfelder - und nicht die elektrischen Potenziale. Ein Magnetenzephalograph registriert jene Magnetfelder, die durch die Bewegung elektrischer Ladungen bei der Erregung von Nervenzellen entstehen. Diese Magnetfelder sind extrem schwach - das Erdmagnetfeld beispielsweise ist eine Million mal stärker. Nur hochempfindliche elektronische Detektoren, so genannte SQUIDs (für supra conducting quantum interference device) können die Signale aufspüren. Derlei Sensitivität macht anfällig für Störungen. Den Herzschlag bewirkt ein elektrischer Impuls der mit dem Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichnet wird. Die DNS-Replikation und Zellteilung wird ebenfalls von einem elektrischen Impuls ausgelöst. Nach Popp 1994 – 1999 (seine ersten Arbeiten dazu reichen in die 70iger Jahre - Ruzicka 1976) gibt es auch eine ultraschwache Photonenemission, die „Biophotonen“, die einen hohen Kohärenzgrad besitzen.
Wirkungsmechanismus
Nicht-ionisierende,
athermische EMF’s sind wegen ihrer zu geringen Energie und Intensität nicht in
der Lage ein Zellsystem direkt zu schädigen. Entsprechend den physikalischen
und biologischen Gesetzen muss dazu die Struktur des EMF zeitlich und räumlich
kohärent sein und wie weitere Studien gezeigt haben, ist eine
Mindestexpositionszeit der konstanten EMF’s
von einer Sekunde notwendig, um eine feststellbare Antwort des
Zellkernes zu erhalten. Litovitz et al.., 1993, haben nämlich gefunden, dass die Kohärenzzeit
größer als eine Sekunde sein muss um eine feststellbare ODC –
Aktivitätssteigerung bei L929 Fibroblasten zu erhalten und mehr als 10 Sekunden
betragen muss um die maximale Steigerung von etwa einer Verdoppelung der ODC –
Aktivität zu erhalten. Die Kohärenz erlaubt es Zellen zwischen externen Feldern
und thermischen Störfeldern zu unterscheiden, sogar wenn die exogenen Felder
Größenordnungen schwächer als endogene thermische Störfelder sind. Die
Chemotaxis bei Bakterien ist ein bekanntes Beispiel für zeitliches und
räumliches Empfinden von Zellen.
Das wurde in einer Reihe
von wissenschaftlichen Arbeiten gezeigt wie etwa Litovitz TA, Krause D,
Mullins JM.: Effect of coherence time of the applied magnetic field on ornithine
decarboxylase activity. Biochem Biophys
Res Commun. 1991 Aug 15;178(3):862-5.
Eine weitere wichtige Publikation die beweist, dass ein
nicht-ionisierendes, athermisches, kohärentes EMF biologische Effekte bewirkt,
stammt von Lin H, Opler M, Head M, Blank M, Goodman R.;:Electromagnetic
field exposure induces rapid, transitory heat shock factor activation in human
cells . J Cell Biochem.
1997 Sep 15;66(4):482-8.
Es konnte in weiteren
Studien gefunden werden, dass diese Effekte in allen EMF -Frequenzbereichen bis
in den Terahertz-Bereich (die Frequenzen 750-1500 THz oder 400 – 10 nm Wellenlänge = ultraviolettes Licht)auftreten.
Durch ELF – EMF induzierte Bioeffekte sind identisch zu Bioeffekten die von
Mikrowellen ausgelöst werden!
Ist ein ELF/RF - EMF zeitlich inkohärent (stochastisch = Weißes Rauschen) dann ist es nicht bioeffektiv; nur ein zeitlich und räumlich kohärentes (konstantes) ELF/RF - EMF ist in der Lage biologische Effekte in Zellen auszulösen (Litovitz et al. 1994*). Es kommt auch bei Superposition eines zeitlich und räumlich kohärenten ELF/RF - EMF, mit einem zeitlich inkohärenten aber räumlich kohärenten ELF – EMF zu keinen Bioeffekten.
A = Wellenform eines 50 Hz konstanten Magnetfeldes bewirkt Bioeffekte!; B = Wellenform eines stochastischen Magnetfeldes bewirkt keine Bioeffekte;
C = Wellenform nach Superposition der Felder A und B bewirkt keine Bioeffekte.
|
A = konstante 216,7 Hz bei einem eingeschalteten Handy bewirkt Bioeffekte ! |
B = Handysignal nach Superposition mit einem stochastischen EMF, die Frequenzen liegen zwischen 30–100 Hz bewirkt keine Bioeffekte! |
Das wurde bis 2006 in zahlreichen wissenschaftlichen
Publikationen nachgewiesen, u.a.:.Litovitz, T.A., Montrose, C.J., Doinov, P., Brown,
K.M., and Barber, M., “Superimposing spatially coherent electromagnetic noise
inhibits field-induced abnormalities in developing chick embryos.” Bioelectromagnetics 15: 105-113 (1994).
J.M.
Farrell, M. Barber, D. Krause, T.A. Litovitz: “The superposition of a
temporally incoherent magnetic field inhibits 60 Hz-induced changes in the ODC
activity of developing chick embryos”
Diese Untersuchungen wurden an folgenden
Universitäten wiederholt und bestätigten diesen Wirkmechanismus von EMF auf
Zellen und Organismen: R. Goodman et al., Columbia
University, New York, USA ; H.Lai et al., University
of Washington, USA; A.H. Martin et al.,
University of Western Ontario, Canada; S.Kwee et al., University
of Aarhus, Dänemark; P.Raskmark et al.,
University of Aalborg, Dänemark; H.Chang et al.,
Zhejiang University, China.
In einer Reihe von Arbeiten wurde gezeigt, dass ein nicht ionisierendes, athermisches EMF-Feld das räumlich und zeitlich kohärent ist, fähig ist ein Signal in Zellen von Tieren und Menschen zu übertragen. Dieses Signal ist eine Warnung an das zelluläre System über eine EMF Exposition, gerade wie es bei einer realen Bedrohung etwa einer Zerstörung durch ionisierende Strahlung, Röntgenstrahlen, Überhitzung, toxische Chemikalien, bakterielle Angriffe, etc. stattfindet. Ungeachtet der Tatsache, dass dem athermischen EMF Feld die Energie und Intensität fehlt das Zellsystem direkt zu schädigen, wird durch dieses Signal eine Antwort auf der biologischen Ebene ausgelöst, welche in unerwünschter Weise das zelluläre Abwehrsystem erschöpft und es für reale Angriffe verwundbar macht.
Litovitz et al. haben 1991 gezeigt, dass eine Bedingung zur Auslösung einer Zellantwort die Mindestdauer der Konstanz des EMF Feldes von einer Sekunde ist, da das Zellsystem bei Menschen und Tieren diese Zeit benötigt um auf die Exposition zu antworten.. Wo die Konstanz des EMF Feldes eine Sekunde überschreitet, ist das EMF Signal in der Lage über die Liganden der Zellmembran - Rezeptoren (Litovitz et al., 1994; bei GSM 1800 Xie et al. 2006) eine nachweisbare Zellantwort zu bewirken und eine Kaskade von Ereignissen im zellulären biologischen System zu aktivieren *. Wie Sun et al. 2003 gefunden haben kommt es dabei zu einer Clusterbildung von Zellmembranrezeptoren. Für diese Abfolge von Ereignissen wurden in wenigstens 50 Studien Beweise geliefert. Diese Studien wurden in einer Publikation von W.R.Adey, 1996 zusammengestellt:“A growing scientific consensus on the cell and molecular biology mediating interactions with environmental electromagnetic fields“. Eine Reihe von Forschungsergebnissen in verschiedenen wissenschaftlichen Arbeiten publiziert, stützen die Feststellung, dass EMF Felder Zellmembranrezeptoren veranlassen Botenenzyme wie Tyrosinkinase zu aktivieren. Die wichtigsten sind die drei Studien von Loscher et al.1998, Harvey et al.1999 und Dibirdik et al. 1998.
In weiteren Studien wurde gezeigt, dass die reagierenden Rezeptoren das Signal mittels Botenenzymen an den Zellkern übertragen, der danach in Selbstverteidigung eine Vielzahl biologischer Effekte im Zellstoffwechsel aktiviert. Diese schließen eine Änderung der Aktivitäten von Genen, Hormonen, Enzymen und Proteinen ein, die alle die Zelle in eine Stresssituation führen, um sie gegen Umgebungseinflüsse zu schützen. Studien die das bestätigen sind von: Lin et al. 1995, 1997, Goodman et al. 1998 und Trosko et al. 2000. Dieser Notfallmechanismus ist für den Fall einer kurzen Exposition gut und schützend. Gibt es aber eine chronische Exposition, was im allgemeinen bei EMF der Fall ist, kommt es zu einer dauerhaften Alarmsituation. Das führt zu einer Erschöpfung des zellulären Repairsystems, eine Situation die am Ende die Produktion einiger der wichtigsten Repairenzyme und Stressproteine unterdrückt. Dieses Defizit des zellulären Repairsystems ist ein ernster Zustand. Die Zellen brauchen ständig eine effiziente Reparatur ihrer verschiedenen Biomoleküle (unter ihnen das DNA-Molekül) gegen den ständigen Angriff und die Zerstörung (Entfaltung) durch freie Radikale und andere reaktive Moleküle. Sind die Repairenzyme unter Stress und unfähig eine Reparatur (Faltung) durchzuführen wird der ultimative Mechanismus in Gang gesetzt, Stressproteine werden aktiviert um die Enzymfunktionen wieder herzustellen. Ist aber die Stressproteinproduktion durch die wiederholte Exposition durch ein EMF Feld zu stark erschöpft wird dieser Prozess nicht aktiviert und die Moleküle bleiben unrepariert. Im Fall unreparierter DNA-Moleküle kann das fehlerhafte Molekül entweder absterben oder sich in ein abnormales Molekül umwandeln, mit aberranten Chromosomen und sogenannten Mikronuklei. Es kommt zu einer Destabilisierung in den Zellen und Aneuploidie, sowie einer Vermehrung von Zentrosomen. Das kann in beiden Fällen zu einer Krankheit wie Krebs, Alzheimer oder Parkinson führen. Falls diese Schäden z. B. im Gehirn passieren, kann es in Regionen wo sich Zellen vermehren zu Krebs kommen, in Arealen wo sich Zellen nicht vermehren ist Alzheimer eine mögliche Folge.
Die wissenschaftlichen Arbeiten die gezeigt haben, dass ein räumlich kohärentes und zeitlich inkohärentes elektromagnetisches Feld ( "noise field" oder Hintergrundrauschen) das das bioeffektive Feld überlagert EMF -Bioeffekte verhindert, waren In vitro, In vivo Studien und Studien an Menschen. Bislang konnte nachgewiesen werden, dass mit einem "noise field" folgende durch athermische EMF verursachte Bioeffekte aufgehoben werden: die gesteigerte ODC (Krebsmarker) Aktivität, Abnormalitäten an Hühnerembryonen, Aktivierung menschlicher Onkogene, Stressgenaktivierung an menschlichen Zellen, die Stressproteinproduktion menschlicher Zellen, die Beschleunigung der Zellproliferation bei menschlichen Zellen, Änderungen des Gedächtnisses von Ratten, DNA Einzel-und Doppelstrangbrüche im Rattenhirn, Änderungen des Membranwachstumsfaktors und der Zytochin Membranrezeptoren, der Anstieg von SAPK, Unterdrückung der interzellulären Zellkommunikation über "gap junction", Neurotransmitter Dopamin Änderung und weiters an der Colorado State University am Menschen die Melatoninreduktion bei Elektrikern.
Da dies weltweit an verschiedenen unabhängigen
Universitätsinstituten gezeigt werden konnte ist damit sowohl verifiziert, dass
athermische EMF biochemische Reaktionen in biologischen Systemen auslösen als
auch, dass der beschriebene Wirkungsmechanismus zutrifft. Andere Hypothesen
werden dadurch obsolet oder zumindest unwahrscheinlich.
Zusammenfassung nach wissenschaftlichen Publikationen bis März 2006 die Effekte fanden:
Grafik nach einer Idee von F. Ruzicka ©
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