Elektromagnetische Felder und ihre Wirkung auf Neuronen: Eine umfassende Betrachtung

Elektromagnetische Felder (EMF) sind allgegenwärtig in unserer modernen Welt. Sie entstehen sowohl natürlich, beispielsweise durch Blitze oder die UV-Strahlung der Sonne, als auch künstlich durch elektrische Geräte und Stromleitungen. Die potenziellen Auswirkungen dieser Felder auf unsere Gesundheit, insbesondere auf die Neuronen in unserem Gehirn, sind Gegenstand anhaltender Forschung und öffentlicher Diskussionen. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Aspekte der EMF-Wirkung auf Neuronen, von den Grundlagen elektromagnetischer Felder bis hin zu den neuesten Forschungsergebnissen und ethischen Überlegungen.

Grundlagen elektromagnetischer Felder

Elektromagnetische Felder werden aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften in verschiedene Bereiche eingeteilt, anhand der Frequenz (gemessen in Hertz) oder der Wellenlänge (gemessen in Metern). Hohe Frequenzen haben kleine Wellenlängen, während niedrige Frequenzen große Wellenlängen aufweisen. Fachleute unterscheiden zwischen statischen, niederfrequenten und hochfrequenten elektrischen Feldern.

• Statische Felder: Hier liegt die Frequenz bei null.
• Niederfrequente Felder: Diese werden von Alltagsgeräten und Stromleitungen mit Wechselstrom erzeugt (bis zu 100 Kilohertz).
• Hochfrequente Felder: Radar, Mobilfunk, Mikro- und Radiowellen gehören zu diesem Bereich (100 Kilohertz bis 300 Gigahertz).

Elektromagnetische Felder gehören zur sogenannten nichtionisierenden Strahlung. Ihre Photonen haben weniger Energie als radioaktive Strahlung, Röntgenstrahlung und optische Strahlung. Die Energie reicht nicht aus, um Atome oder Moleküle in einen elektrisch geladenen Zustand zu versetzen und zu verändern.

Elektrosmog und seine potenziellen Gesundheitsrisiken

Der Begriff "Elektrosmog" wird oft verwendet, um die Belastung durch künstlich erzeugte elektromagnetische Felder zu beschreiben. Übelkeit, Kopfschmerzen, Schlafstörungen und sogar Krebserkrankungen werden häufig mit Elektrosmog in Verbindung gebracht. Bisher gibt es jedoch keine verlässlichen Labor- und Tierstudien, die belegen, dass elektromagnetische Felder ein direktes Risiko für die Gesundheit darstellen und das Krebsrisiko erhöhen. Ihre Energie ist zu gering, um das Erbgut zu schädigen oder gar Krebs auszulösen. Es wird allerdings diskutiert, ob es möglicherweise indirekte Effekte gibt, die das Risiko für eine Krebserkrankung erhöhen könnten.

Die Internationale Krebsforschungsagentur (IARC) hat im Auftrag der Weltgesundheitsorganisation (WHO) die Krebsrisiken folgendermaßen eingestuft:

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• Niederfrequente Magnetfelder: Möglicherweise oder vielleicht krebserregend.
• Hochfrequente elektromagnetische Felder: Möglicherweise oder vielleicht krebserregend. Dies betrifft den Mobilfunk, das Telefonieren mit Handys und Smartphones.

Diese Entscheidungen basieren auf epidemiologischen Studien, bei denen große Bevölkerungsgruppen beobachtet und mögliche Risiken über einen längeren Zeitraum untersucht wurden. Es gab den Verdacht, dass Kinder, die in der Nähe von Stromleitungen wohnten und niederfrequenten Magnetfeldern ausgesetzt waren, häufiger an Leukämie erkrankten. In späteren Studien konnte dies weder belegt noch völlig widerlegt werden. Einige Studien an Menschen, die schon früh mobile Telefone nutzten, deuten an, dass es Anzeichen dafür gibt, dass bei ihnen häufiger Tumore im Gehirn auftreten. Die Experten der IARC waren sich über die Aussagekraft der Daten jedoch nicht einig und stuften hochfrequente Felder als vielleicht krebserregend ein.

Wie elektromagnetische Felder mit Neuronen interagieren

Um die potenziellen Auswirkungen von EMF auf Neuronen zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie Neuronen funktionieren. Neuronen sind die Bausteine des Gehirns und des Nervensystems. Sie kommunizieren miteinander über elektrische und chemische Signale.

• Elektrische Signale: Neuronen haben - vereinfacht gesprochen - die Eigenschaft, elektrische Ladungsträger, Ionen, entlang von Membranen in Plus und Minus zu trennen und dadurch elektrische Ladungsdifferenzen zu erzeugen. Diese Ladungsdifferenzen bewirken somit elektrische informative Kontrastierungen. Darüber hinaus können Neuronen diese Membranpotenziale äußerst schnell umkehren und dadurch elektrische Impulse weiterleiten.
• Chemische Signale: An den Verbindungsstellen, den Synapsen, finden elektrochemische Prozesse statt, die solche elektrischen Informationsweiterleitungen regulieren und modulieren können, was für die Dynamik des Bewusstseins oder Erlebens unerlässlich ist. Wenn ein Neuron aktiviert wird, öffnen sich winzige Kanäle in seiner Membran. Dies führt zu einem plötzlichen, sehr schnellen Einstrom von geladenen Teilchen, was die elektrische Spannung kurzzeitig umkehrt. Diese Aktionspotenziale wandern blitzschnell entlang des Neurons. Wenn sie das Ende eines Neurons erreichen, die sogenannte Synapse, lösen sie die Freisetzung von chemischen Botenstoffen (Neurotransmittern) aus. Diese Botenstoffe überqueren einen winzigen Spalt und docken an das nächste Neuron an, wo sie wiederum elektrische Signale auslösen können.

Elektromagnetische Felder können diese elektrischen und chemischen Prozesse in Neuronen beeinflussen. Niederfrequente elektrische und magnetische Felder können im Körper elektrische Felder und Ströme erzeugen. Dass sie sich unter normalen Bedingungen etwa schädlich auf das Gehirn oder die Herztätigkeit auswirken können, gilt als unwahrscheinlich. Wenn das Handy beim Telefonieren ans Ohr gehalten wird, kann die Energie aus den elektromagnetischen Feldern in den Kopf eindringen. Ist das Smartphone in der Hosen- oder Hemdtasche, wird sie an das entsprechende Körperteil abgegeben. Nimmt der Körper einen Teil der Energie auf, kann sich das Körpergewebe erwärmen. Mögliche Folgen der „Handy-Strahlung“ untersucht das Bundesamt für Strahlenschutz.

McFadden weist zudem darauf hin, dass das neuronale Netzwerk des Großhirns sich nicht nur durch elektrochemische Verkabelungen auszeichnet, den Neuronen mit Synapsen, sondern dass darüber hinaus Neuronen untereinander mittels elektromagnetischer Feldwirkungen über weitere Entfernungen innerhalb des Großhirns gleichsam kabellos Wechselwirkung zeigen und dadurch ein integrierendes elektromagnetisches Bewusstseinsfeld konstituieren.

Gesundheitliche Bedenken und Forschungsergebnisse

Die Forschung zu den Auswirkungen von EMF auf die Gesundheit ist komplex und liefert oft widersprüchliche Ergebnisse. Einige Studien deuten auf mögliche negative Auswirkungen hin, während andere keine signifikanten Effekte finden.

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Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit

In einigen Veröffentlichungen wird von Hinweisen berichtet, dass sich elektromagnetische Felder negativ auf die Fruchtbarkeit - vor allem von Männern - auswirken können. Die Ursache soll die Nutzung von Mobilfunktelefonen sein. Die Studienlage ist widersprüchlich. Einige Arbeiten sehen einen schädlichen Einfluss von elektromagnetischen Feldern auf die Fruchtbarkeit, andere sehen diesen Effekt nicht.

Neurodegenerative Erkrankungen

Der Wissenschaftliche Ausschuss für Gesundheit, Umwelt- und neu auftretende Risiken (SCHEER) wurde im Jahr 2021 von der Europäischen Kommission beauftragt, die Risiken von elektromagnetischen Feldern neu zu bewerten. In seiner Stellungnahme weist der Ausschuss darauf hin, dass die empfohlenen Grenzwerte in Europa nicht überschritten werden. Für die Bevölkerung bestehe weder eine mäßige noch starke Evidenz für nachteilige Wirkungen. Ein Zusammenhang zwischen dem Auftreten von Alzheimer, Demenz oder der Amyotrophen Lateralsklerosen, einer seltenen Erkrankung des zentralen Nervensystems, und der Belastung im Beruf wird als schwach eingestuft.

Frühere epidemiologische Studien lieferten Hinweise, dass einige neurodegenerative Erkrankungen vermehrt auftreten können bei beruflicher Exposition (Ausgesetztsein) gegenüber niederfrequenten Magnetfeldern. Dies betrifft ALS und Alzheimer-Demenz. Eine Meta-Analyse von 42 Kohorten- und Fall-Kontroll-Studien aus dem Jahr 2013 deutet auf einen Zusammenhang zwischen der beruflichen Exposition mit niederfrequenten Magnetfeldern und neurodegenerativen Erkrankungen hin. Diese Hinweise wurden in einer Metaanalyse aus dem Jahr 2019 teilweise bestätigt. Es wurde ein um ca. zehn Prozent erhöhtes Risiko ermittelt, an ALS oder Alzheimer-Demenz zu erkranken. Ein erhöhtes Risiko, an ALS zu erkranken, zeigte sich bei Arbeitern, die beruflich niederfrequenten Magnetfeldern ausgesetzt waren. Das ergab eine Auswertung von zwanzig epidemiologischen Studien im Rahmen einer Meta-Analyse aus dem Jahr 2018. Neben der gemittelten Magnetfeldexposition gibt es Hinweise, dass auch Stromschläge, die bei beruflich Exponierten häufiger auftreten können, das Risiko für ALS erhöhen.

Eine Metaanalyse aus dem Jahr 2018 von zwanzig epidemiologischen Studien zeigte bei beruflicher Magnetfeldexposition ein erhöhtes Risiko, an Alzheimer-Demenz zu erkranken. Eine Schweizer Studie aus dem Jahr 2009 an der allgemeinen Bevölkerung (also nicht an beruflich Exponierten), lieferte Hinweise auf ein möglicherweise erhöhtes Risiko an Alzheimer-Demenz zu sterben bei Personen mit einem Wohnort von weniger als 50 Metern Entfernung zu einer Hochspannungsleitung (220 - 380 Kilovolt). Das Risiko stieg mit der Wohndauer.

Zusammengefasst sind die Ergebnisse der einzelnen Studien für ALS und die Alzheimer-Demenz nicht konsistent. In der Gesamtschau zeigte die Mehrheit der Studien für Berufsgruppen, die im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung wesentlich höheren Magnetfeldexposition ausgesetzt sind, in dieselbe Richtung: Es scheint einen schwachen, aber konsistenten Zusammenhang zwischen der Exposition von niederfrequenten Magnetfeldern und dem Erkrankungsrisiko von ALS sowie Alzheimer-Demenz zu geben. Dieser Zusammenhang ist für ALS insgesamt stärker ausgeprägt als für Alzheimer-Demenz. Für Parkinson und multiple Sklerose wurde kein Zusammenhang mit Magnetfeldern gefunden.

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Es bleibt unklar, ob es sich bei den beobachteten Zusammenhängen von niederfrequenten Magnetfeldern und neurodegenerativen Erkrankungen tatsächlich um Ursache-Wirkungsbeziehungen handelt. Ebenso unklar ist, welche Mechanismen zugrunde liegen könnten. Bei ALS und Alzheimer-Demenz spielen Entzündungen, oxidativer Stress und das Immunsystem wichtige Rollen. Aktuelle wissenschaftliche Arbeiten verfolgen die Hypothese, dass Magnetfelder diese Prozesse begünstigen könnten.

Transkranielle Magnetstimulation (TMS)

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive Methode, bei der Magnetimpulse eingesetzt werden, um gezielt Hirnregionen zu stimulieren. Die Magnetimpulse der TMS induzieren ein zeitvariantes - das heißt, ein veränderndes - elektrisches Feld. modulieren kann. Dies beeinflusst nicht nur die direkt stimulierten Nervenzellen, sondern auch die mit ihnen verbundenen Neuronen. Gleichzeitig kann TMS die Durchblutung des Gehirns verbessern, wodurch die Nervenzellen besser mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. Die Kombination dieser Effekte führt zu Veränderungen in der Struktur und Funktion neuronaler Netzwerke, die zu einer Verbesserung bei neurologischen, neuropsychiatrischen und psychiatrischen Erkrankungen beitragen können.

Die Stärke des induzierten elektrischen Feldes beeinflusst die Intensität der Potenzialänderungen in den Neuronen, indem sie die Amplitude der elektrischen Ladungen in den Zellmembranen verändert. Die Frequenz der Stimulationspulse hat ebenfalls einen signifikanten Einfluss, vor allem auf die langfristige neuronale Aktivität, da je nach Frequenz und Stimulationsmuster verschiedene Formen der neuronalen Plastizität induziert werden. Niederfrequente Stimulation wird häufig mit einer langfristigen Schwächung der synaptischen Verbindungen und somit einer Verringerung der Aktivität verbunden, während hochfrequente Stimulation häufig mit einer Stärkung der Synapsen und einer Erhöhung der Aktivität einhergeht. Die Richtung des induzierten elektrischen Feldes kann zu einer verstärkten Aktivierung (Depolarisation) oder Hemmung (Hyperpolarisation) der Nervenzellen führen.

Tübinger Neurowissenschaftler haben eine Methode entwickelt, mit der sich die Gehirnaktivität während einer transkraniellen Magnetstimulation (TMS) messen lässt. Sie stellten fest, dass die neuronale Aktivität auch nach Ende des TMS-Pulses anhielt. Außerdem änderte sich die neuronale Aktivität abhängig von der Richtung des Stromflusses, den die TMS im Hirngewebe erzeugte.

Mobilfunkstrahlung und Hautzellen

Eine neue Studie zweier Forschungsgruppen der Constructor University in Bremen bringt Klarheit in eine kontrovers diskutierte Frage: Schadet Mobilfunkstrahlung im 5G-Bereich menschlichen Hautzellen? Die Forscher untersuchten die Wirkung elektromagnetischer Felder im 5G-Frequenzbereich auf zwei Zelltypen der menschlichen Haut - Fibroblasten und Keratinozyten. Das Ergebnis: Weder in der Genaktivität (Genexpression) noch bei epigenetischen Veränderungen (DNA-Methylierung) zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen exponierten und nicht exponierten Zellen. „Unsere Daten stützen die Einschätzung, dass von 5G-Frequenzen keine schädlichen Auswirkungen auf menschliche Hautzellen ausgehen“, sagt Prof. Lerchl, Biologe und langjähriger Experte für elektromagnetische Felder.

Schutzmaßnahmen und Empfehlungen

Obwohl die wissenschaftliche Evidenz für schädliche Auswirkungen von EMF auf die Gesundheit begrenzt ist, gibt es einige Vorsichtsmaßnahmen, die man ergreifen kann, um die Exposition zu reduzieren:

• Abstand halten: Elektroinstallationen, Haushaltsgeräte, Strommasten oder Ladesäulen von E-Autos erzeugen elektromagnetische Felder. Halten Sie Abstand.
• Headset verwenden: Benutzen Sie beim Telefonieren mit dem Handy ein sogenanntes Headset, also Kopfhörer und Mikrofon.
• Guter Empfang: Rufen Sie Daten im Internet bei gutem Empfang oder guter Leistung im WLAN ab. Das gilt auch fürs Surfen im Internet.
• SAR-Werte beachten: Achten Sie beim Kauf eines Handys auf die SAR-Werte.
• Geräte abschalten: Lassen Sie elektrisch betriebene Geräte wie Fernseher und Stereoanlagen nicht im Standby-Modus, sondern schalten Sie diese völlig ab.
• Abstand zum Radiowecker: Stellen Sie einen netzbetriebenen Radiowecker nicht direkt neben das Kopfteil des Bettes.
• Herzschrittmacher: Halten Sie mindestens eine Armlänge Abstand zu einem Haushaltsgerät, wenn Sie einen Herzschrittmacher tragen. Es könnte zu einer Funktionsstörung kommen.
• Babyphone: Nutzen Sie kein Babyphone, das ständig sendet und achten Sie auf einen ausreichenden Abstand zwischen dem Bett des Kindes und dem Babyphone.

Für Handys gelten Grenzwerte. Der Gesetzgeber hat einen Grenzwert für Handys festgelegt. Damit sollen Verbraucherinnen und Verbraucher geschützt werden. Gemessen wird die spezifische Absorptionsrate (SAR-Wert). Der Wert gibt an, wie viel Strahlung in den Körper gelangt - bezogen auf ein Kilogramm Körpergewicht. In der Europäischen Union (EU) darf dieser Wert nicht höher als zwei Watt pro Kilogramm sein. Wer erfahren möchte, wie hoch der SAR-Wert des eigenen Handys ist, kann beim Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) nachschauen. Seit 2022 werden die SAR-Werte bei den Herstellern von Mobiltelefonen erhoben, die auf dem deutschen Markt angeboten werden.

Ethische Überlegungen

Mit den enormen Potenzialen der Neurotech kommen auch wichtige ethische Fragen auf. Wie schützen wir die Privatsphäre unserer Gedanken, wenn Gehirndaten aufgezeichnet und interpretiert werden können? Wer hat Zugang zu diesen Daten? Diese Fragen sind nicht nur für Wissenschaftler und Entwickler relevant, sondern für die gesamte Gesellschaft.

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