Thema

Einfluss der Mobilfunkfelder auf die Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke von Labornagern (in vivo)

Beginn

01.06.2004

Ende

31.05.2007

Projektleitung

Universität Bordeaux (Laboratoire PIOM)

Zielsetzung

Aufgabe des Vorhabens war es, im Tierexperiment den Einfluss der für Mobilfunksysteme genutzten hochfrequenten elektromagnetischen Felder nach GSM und UMTS-Standard auf die Durchlässigkeit (Permeabilität) der Blut-Hirn-Schranke (BHS) zu bestimmen. Neben der Frage des Einflusses unterschiedlicher SAR-Werte sollte untersucht werden, ob Schäden zeitverzögert gesetzt werden bzw. gesetzte Schäden reversibel sind. Hinweisen aus Studien der Arbeitsgruppe Salford et al. auf eine erhöhte Durchlässigkeit für Albumin und auf die Induktion sogenannter „Dunkler Neurone“, die als geschädigte Nervenzellen interpretiert werden, sollte nachgegangen werden.

Durchführung

Exposition

Zur Exposition der Tiere wurde eine gut charakterisierte Expositionsanlage (Loop Antennen) verwendet, die eine gezielte Exposition im Kopfbereich ermöglicht. Bei diesem Expositionsanlagentyp werden die Tiere in Röhren fixiert und die Antenne jeweils am Kopf des Tieres aufgesetzt. Um stressbedingte Effekte möglichst gering zu halten, wurden die Tiere vor Beginn der eigentlichen Versuche an den Aufenthalt in den Röhren gewöhnt. Mitgeführte Käfigkontrollen (unfixierte Tiere) ermöglichten im Vergleich zu scheinexponierten Kontrollen eine Abschätzung stressbedingter Effekte.

Weitere Informationen zu dem in diesem Projekt verwendeten Expositionssystem sind publiziert unter Leveque et al., IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2004, Vol. 52, No. 8.

Methoden

Die Versuche wurden an männlichen Wistar-Ratten durchgeführt. Die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke wurde mit Hilfe körpereigenen Albumins nachgewiesen, wobei der Übertritt dieses Eiweißes aus dem Blut durch die Blut-Hirn-Schranke ins Gewebe untersucht wird. Der Nachweis „Dunkler Neurone“ (DN), d. h. mutmaßlich geschädigter Nervenzellen, erfolgte zum einen mittels Cresyl-Violett-Färbung, zum anderen – spezifischer – mit Fluoro-Jade-Färbung. Parallel zu den exponierten Tieren wurden eine scheinexponierte Kontrolle, eine Käfigkontrolle sowie eine Positivkontrolle (Cold-shock) zur Überprüfung der Nachweismethoden mitgeführt.

Einmalige Exposition

Die Tiere wurden für 1 x 2 Stunden mit 0 (Scheinexposition) / 0,026 / 0,26 / 2,6 und 13 W/kg BASAR (Brain averaged SAR) jeweils nach nach GSM-1800-und nach UMTS-Standard exponiert. Zur Überprüfung der Frage, ob sich Schäden sofort oder möglicherweise erst zeitverzögert zeigen oder Schäden vorübergehender Natur sind, wurde nach unterschiedlichen Zeitpunkten (sofort, 1 h, 1, 7 und 50 Tage nach Expositionsende) die Auswirkung auf die Blut-Hirn-Schranke untersucht. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Überprüfung der von Salford et al. 2003 beschriebenen Effekte.

Wiederholte Exposition

Die Tiere wurden 4 Wochen lang, 2 h pro Tag, 5 Tage pro Woche exponiert mit 0 (Scheinexposition) / 0,026 / 0,26 / 2,6 und 13 W/kg BASAR (Brain averaged SAR) jeweils nach GSM-1800 und nach UMTS-Standard. Zur Überprüfung der Frage, ob sich Schäden sofort oder möglicherweise erst zeitverzögert manifestieren, werden auch hier die Auswirkungen nach unterschiedlichen Zeitpunkten (unmittelbar und 50 Tage nach Expositionsende) untersucht. Die Wahl des 50 Tage-Zeitpunktes erfolgte zwecks Vergleichbarkeit mit der Arbeit von Salford et al.

Untersuchung der Endpunkte in Gewebeschnitten

Es wurden seriell 10 µm dicke Schnitte aus 3 unterschiedlichen Hirn-Regionen gefertigt (Z1 = frontal, Z2 = median und Z3 = posterior). Innerhalb dieser Regionen wurden 12 verschiedene Bereiche der Gehirnrinde (Cortex) und des Hippokampus, einem für das Gedächtnis wichtigen Bereich des Gehirns, untersucht. Aufgrund der Zahl der untersuchten Areale erhöht sich v. a. bei der einmaligen Exposition (5 SAR Werte, 12 Areale und 5 Zeitpunkte) die Wahrscheinlichkeit für falsch positive Ergebnisse aufgrund statistischen Zufalls. Dies ist bei der Interpretation der Ergebnisse zu beachten. Eine Korrektur für multiple Vergleiche wurde vorgenommen. Insgesamt wurden zwei Serien von 8 Tieren, d. h. je 16 Tiere pro Datenpunkt, untersucht.

Ergebnisse

1. Einmalige 2h-Exposition (entspricht Salford et al. 2003)

1.1. GSM

1.1.1. „Dark Neurons“ (DN) (Cresyl violett und Fluoro-Jade B)

Es zeigten sich keine konsistenten Unterschiede zwischen exponierten Tieren und Kontrollen. Mit der unspezifischeren Cresyl-Violett (CV)-Färbung traten 7 Signifikanzen auf. In verschiedenen Hirnarealen, zu verschiedenen Zeitpunkten und bei verschiedenen SAR-Werten war in den bestrahlten Ansätzen im Vergleich zu den Kontrollen die Zahl auftretender „Dark Neurons“ (DN) statistisch signifikant vermindert. Diese Signifikanzen folgten jedoch keinem plausiblen Muster, weder hinsichtlich der SAR-Werte oder der Zeiten noch der untersuchten Hirnareale. Mit der spezifischeren Fluoro-Jade (FJ)-Färbung traten nur noch 2 Signifikanzen auf. Auch hierbei handelte es sich um eine im Vergleich zur Kontrolle verminderte Zahl Dunkler Neurone. Sie traten jedoch bei anderen Bedingungen auf als bei der CV-Färbung. Insgesamt werden die auftretenden Signifikanzen nicht als „protektiver“ Effekt der HF-Exposition, sondern als statistischer Zufall gewertet.

1.1.2. Durchlässigkeit (Permeabilität) der BHS, Albuminübertritt

Es fanden sich keine konsistenten Unterschiede zwischen exponierten Tieren und Kontrollen. Als einzige Signifikanz wurde ein verminderter Albuminübertritt bei 13 W/kg, direkt nach Beendigung der Exposition in den Arealen Z2 und Z3 beobachtet.

1.2. UMTS

1.2.1. „Dark Neurons“ (DN) (Cresyl violett und Fluoro-Jade B)

Es zeigten sich keine konsistenten Unterschiede zwischen exponierten Tieren und Kontrollen. Mit CV-Färbung traten 8 Signifikanzen auf. In verschiedenen Hirnarealen, zu verschiedenen Zeitpunkten und verschiedenen SAR-Werten war in den exponierten Ansätzen im Vergleich zu den Kontrollen die Zahl auftretender „Dark Neurons“ vermindert (6/8) oder erhöht (2/8). Auch diese Signifikanzen folgten keinem plausiblen Muster, weder hinsichtlich der SAR-Werte, der Zeiten oder der untersuchten Hirnareale. Mit FJ-Färbung traten noch 7 Signifikanzen auf – jetzt nur noch Abnahmen von DN, wobei 5 dieser 7 Signifikanzen auf den höchsten SAR-Wert von 13 W/kg, 50 Tage nach Expositionsende, entfielen. Es gab keine Übereinstimmung mit den Ergebnissen der CV-Färbung.

1.2.2. Permeabilität der BHS, Albuminübertritt

Lediglich bei 13 W/kg, direkt nach Expositionsende, fand sich in allen untersuchten Arealen (Z1, Z2 und Z3) eine signifikante Abnahme von Albuminübertritten. Eine zeitliche Korrelation mit der Verminderung der DN (s. 1.2.1) lag nicht vor.

2. Wiederholte Exposition (2 Std/Tag, 5 Tage/Woche, 4 Wochen)

2.1. GSM

2.1.1. „Dark Neurons“ (DN) (Cresyl Violett und Fluoro-Jade B)

Mit CV-Färbung fand sich ausschließlich bei SAR 0.026 W/kg, 50 Tage nach Beendigung der Exposition in 5 der untersuchten Areale eine Erhöhung der DN-Zahl. Mit FJ-Färbung reduzierte sich die Zahl der Signifikanzen auf 3 (2 x Erhöhung, 1 x Erniedrigung der DN-Zahl). Eine Übereinstimmung zwischen den Färbungen (Erhöhung der DN) bestand lediglich für den Bereich F4, der innerhalb des Areals Z1 am weitesten von der Antenne entfernt liegt.

2.1.2. Permeabilität der BHS, Albuminübertritt

Eine Erhöhung der Albuminübertritte fand sich bei 0.026 W/kg, 50 Tage nach Expositionsende nur in Z1 und – in diesem Fall konsistent über alle Bereiche (Z1, Z2 und Z3) bei 13 W/kg, ebenfalls ausschließlich 50 Tage nach Beendigung der Exposition.

2.2. UMTS

2.2.1 „Dark Neurons“ (DN) (Cresyl violett und Fluoro-Jade B)

Mit CV-Färbung traten 12 Signifikanzen auf, darunter eine verminderte Zahl Dunkler Neurone bei 0.026 W/kg direkt nach Expositionsende in 4 Arealen und eine Erhöhung der Zahl Dunkler Neurone 50 Tage nach Beendigung der Exposition in 6 Arealen. Eine weitere Erhöhung fand sich bei 13 W/kg 50 Tage nach Expositionsende, lediglich im Areal F4.

Mit der spezifischeren FJ-Färbung blieb nur noch eine Signifikanz, eine Erhöhung der DN-Zahl in F4 bei 0.026 W/kg, 50 Tage nach Beendigung der Exposition übrig.

2.2.2. Permeabilität der BHS, Albuminübertritt

Die einzige Signifikanz (erhöhter Albuminübertritt) ergibt sich hier bei 0.26 W/kg, direkt nach Expositionsende, nicht jedoch nach 50 Tagen, was mit den übrigen genannten Signifikanzen nicht übereinstimmt.

Ein Zwischenbericht der Forschungsnehmer liegt in englischer Sprache vor. Dieser Zwischenbericht umfasst eine Literaturstudie zum Thema sowie Informationen zum Expositionssystem.

Zwischenbericht (846 KB)

Der vollständige Abschlussbericht in englischer Sprache steht zum Download als PDF-Datei zur Verfügung.

Abschlussbericht (2.808 KB)

Des weiteren steht eine Zusammenfassung der Autoren in deutscher Sprache zum Download als PDF-Datei zur Verfügung.

Zusammenfassung (46 KB)

Fazit

Eine einzelne 2-stündige Exposition (GSM oder UMTS) erhöhte nicht die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke für Albumin und induzierte keine „Dunklen Neuronen“. Es wurden auch keine vorübergehenden oder erst mit zeitlicher Verzögerung sichtbaren Schäden gesetzt. Allerdings fand sich direkt nach UMTS-Befeldung mit 13 W/kg in allen untersuchten Gehirnbereichen Z1-Z3 eine signifikante Verminderung der Durchlässigkeit der BHS für Albumin. Ein nachteiliger Effekt auf die Integrität der Blut-Hirn-Schranke oder auf Nervenzellen war insgesamt nicht erkennbar, weder für GSM noch für UMTS. Die Ergebnisse von Salford et al. (2003) werden nicht gestützt.

Unmittelbar nach Beendigung der 4-wöchigen wiederholten Exposition wurde weder eine Induktion von „Dunklen Neuronen“ festgestellt, noch trat ein erhöhter Albumindurchtritt auf (Ausnahme ein einzelner Wert bei 0.26 W/kg, der nach 50 Tagen nicht mehr vorhanden war). Diese Ergebnisse fügen sich in eine Reihe aktueller Studien wie Finnie et al. (2002, 2006), Kuribayashi et al. (2005) Cosquer et al. (2005), Kumlin et al. (2007) Masuda et al. (2007) ein, die keinen Einfluss einer – auch chronischen – Exposition mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern des Mobilfunks auf die Blut-Hirn-Schranke finden.

In der vorliegenden Studie trat der konsistenteste Effekt bezüglich einer erhöhten Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke für Albumin unter GSM-Exposition beim höchsten SAR Wert von 13 W/kg, 50 Tage nach Beendigung der Exposition auf. Er führte zu einer Erhöhung der Zahl der Albumin-Übertritte („Albumin spots“) von ca. 1 in scheinexponierten Tieren auf durchschnittlich 2 - 3 spots in exponierten Tieren (alle untersuchten Bereiche). Die höchste Zahl der in den exponierten Tieren gefundenen Spots lag noch in der Größenordnung der maximal in den Käfigkontrollen auftretenden Spot-Zahlen. Es handelt sich also auch hier nicht um einen starken Effekt. Die Autoren sprechen die Möglichkeit an, dass die bei diesem Signaltyp (GSM, duty cycle 1/8, SAR 13 W/kg) im Experiment auftretenden maximalen Peakwerte die Schwelle für das Auftreten thermoelastischer Wellen (der bekannte Effekt des „Mikrowellen-Hörens“) für die Ratte überschreiten könnten. Dieser Punkt könnte ggf. im Rahmen einer dosimetrischen Studie genauer abgeklärt werden, auch um Ergebnisse aus Experimenten mit Labornagern hinsichtlich ihrer Aussagekraft für die Exposition von Menschen durch leistungsstarke Endgeräte besser einordnen zu können.

Unter keinem der untersuchten Szenarien zeigte sich ein plausibler Zusammenhang zwischen Expositionshöhe und Effekt. Die Autoren der Studie messen dem erhöhten Albuminübertritt bei GSM, 13 W/kg, 50 Tage nach Beendigung der Exposition die höchste Relevanz bei, v. a. wegen des konsistenten Auftretens über alle untersuchten Hirnareale. Dem wäre prinzipiell zuzustimmen, allerdings gälte dieselbe Begründung dann auch für die Verminderung der Albumin-Durchlässigkeit sofort nach der einmaligen, 2-stündigen UMTS-Exposition von 13 W/kg. Auch hier sind alle drei untersuchten Zonen betroffen. Die Annahme eines einmal unverzüglich nach einer 2-stündigen Exposition auftretenden „protektiven“, die Albumindurchlässigkeit vermindernden Effekts bei UMTS und einem erstmals zeitverzögert 50 Tage nach Absetzen der Exposition auftretenden, die Albumindurchlässigkeit erhöhenden Effekts bei GSM entbehrt jedoch der biologischen Plausibilität. Zwar wäre durchaus vorstellbar, dass eine Schwächung der Blut-Hirn-Schranke erst nach wiederholter Exposition auftritt, und/oder der erhöhte Albuminübertritt erst nach einer gewissen Zeit der Akkumulation im Gewebe nachweisbar wird. Beides müsste aber in vorliegenden Studien, v. a. unter Langzeitexposition sichtbar werden, was jedoch nicht der Fall ist.

Die Autoren kommen insgesamt zu dem Schluss, dass physio-pathologische Konsequenzen der HF-Exposition durch GSM-1800 und UMTS bis zu 13 W/kg auf die Blut-Hirn-Schranke im untersuchten System unwahrscheinlich sind. Diese Einschätzung wird geteilt.