"Nerve cell damage in mammalian brain after exposure to microwaves from GSM mobile phones"; Eine Studie von Salford et al., 2003

Von den Arbeitsgruppen Salford und Persson wurden in den 90er Jahren mehrere Studien veröffentlicht, in denen eine erhöhte Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke für das Eiweiß Albumin bei zum Teil sehr geringen spezifischen Absorptionsraten beschrieben wird (Salford et al. 1993, 1994, Persson et al., 1997). Beobachtet wurden die Effekte sowohl bei "gepulsten" als auch bei "ungepulsten" Feldern. Die aktuelle Studie der Arbeitsgruppe erregte besondere Aufmerksamkeit in der Öffentlichkeit und wird daher hier ausführlicher besprochen:

Untersucht wurde der Einfluss hochfrequenter elektromagnetischer Felder des Mobilfunks nach GSM 900-Standard auf die Blut-Hirn-Schranke in Ratten. Die Tiere wurden einmalig für zwei Stunden exponiert, die berechneten durchschnittlichen SAR-Werte (d.h. die im Gewebe absorbierte Energie in W/kg Körpergewicht) betrugen 0.002, 0.02 und 0.2 W/kg. Die beiden niedrigeren Werte liegen unterhalb des empfohlenen Wertes für die Ganzkörperexposition von 0,08 W/kg. 50 Tage nach der Exposition wurden die Tiere auf Albuminübertritte und neuronale Schäden untersucht. Der Übertritt des Eiweißes Albumin aus dem Blut ins Gehirn wurde mit einem für Albumin spezifischen Antikörper nachgewiesen. Diese Methode stellt ein übliches Untersuchungsverfahren für den Grad der Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke dar. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Untersuchung der Tiere auf das Vorhandensein geschädigter Nervenzellen (sog. "dunkle Neurone"). Hierfür wurden Nervenzellen in den Schnittpräparaten mit dem Farbstoff Cresyl-Violett angefärbt. Veränderungen z.B. der Zellform lassen sich danach mikroskopisch erkennen.

Die Ergebnisse können folgendermaßen zusammengefasst werden:

50 Tage nach der einmaligen, 2-stündigen Exposition zeigten die gegenüber den elektromagnetischen Feldern exponierten Tiere Albuminübertritte sowie zahlreiche abnormale Nervenzellen ("dunkle Neurone") in allen untersuchten Hirnarealen. Das Auftreten dieser "dunklen Neurone" war bereits bei der niedrigsten spezifischen Absorptionsrate von 0,002 W/kg nachweisbar. Bei 0.02 W/kg wurde das Maximum der Anzahl der Schäden (ca. 2% "dunkle Neurone") erreicht, der 10-fach höhere SAR-Wert von 0,2 W/kg führt zu keiner weiteren Verschlechterung der Schadensbilder. In scheinexponierten Tieren wurden entweder keine oder nur vereinzelte Albuminspots gefunden und nur in einem Tier trat eine geringe Anzahl dunkler Neurone auf.

Das Fazit der Autoren lautet:

Die Autoren bewerten die Ergebnisse der Studie als hochsignifikanten Hinweis auf neuronale Schäden nach Exposition mit elektromagnetischen Feldern des Mobilfunks. Aufgrund des Alters der untersuchten Ratten sehen sie vor allem Parallelen zu jugendlichen Handy-Nutzern.

Das BfS beurteilt diese Studie folgendermaßen:

Zur experimentellen Durchführung ist folgendes anzumerken:

• Auf Käfigkontrollen und Positivkontrollen wurde verzichtet, die für die Beurteilung des Feldeffektes entscheidende Kontrolle mit scheinexponierten Tieren wurde jedoch durchgeführt.
• Die mikroskopische Auswertung erfolgte geblindet, d.h. der auswertenden Person war nicht bekannt, ob das Präparat von einer Kontrolle oder einem exponierten Tier stammt. Hierdurch wurde eine vorurteilsfreie Auswertung der Präparate gewährleistet.
• Es fehlt die Angabe, wie viele Schnitte pro Tier ausgewertet wurden. Da nur wenige Tiere (8 pro Gruppe) untersucht wurden, wäre diese Information für die Beurteilung der statistischen Belastbarkeit hilfreich gewesen, auch im Vergleich zu den Arbeiten von Finnie et al., Fritze et al. sowie Tsurita et al., in denen die Zahl der pro Tier gefertigten Schnitte angegeben wurde.
• Die Auswertung der "dunklen Neuronen" erfolgte halb-quantitativ, d.h. die Präparate wurden in 3 Schadensgruppen (0 = keine oder nur vereinzelte dunkle Neurone; 1 = moderates Auftreten von dunklen Neuronen oder 2 = zahlreiches Auftreten von dunklen Neuronen) eingeteilt, was im Vergleich zu einer quantitativen Auswertung (Auszählen) subjektiver ist. Eine quantitative Auswertung hätte die Aussagekraft der Studie erhöht.
• Eine quantitative Auswertung der Albuminspots erfolgte nicht oder wurde zumindest nicht präsentiert. Es werden lediglich zwei Abbildungen veröffentlicht, bei denen jedoch die Beschriftung nicht ausreicht, v.a. fehlen Angaben zu den SAR-Werten. Eine ursprünglich in der Arbeit verwendete Abbildung bezüglich der Albuminübertritte wurde nach internationaler Kritik von den Autoren ausgetauscht, da sie geeignet war, Missverständnisse beim Betrachter hervorzurufen. Die ursprünglich veröffentlichte Abbildung stammte aus einer 10 Jahre alten Arbeit desselben Autors (Salford et al., 1994, Microscopy Research and Technique 27: 535-542) und zeigte ein Präparat unmittelbar nach Exposition mit 3.3 W/kg (d.h. 40x über dem Grenzwert). Es war mithin ungeeignet, die Ergebnisse der aktuellen Arbeit zu dokumentieren.
• In den übrigen vorgestellten Arbeiten (Finnie et al., Fritze et al. und Tsurita et al. wurden Expositionssysteme verwendet, in denen mehrere Tiere gleichzeitig exponiert werden können. Die Tiere befinden sich in Röhren, die wie Speichen eines Rades zum Mittelpunkt hin ausgerichtet sind, wo sich die Quelle der elektromagnetischen Felder befindet. Durch Bewegungen der Tiere verursachte Schwankungen der spezifischen Absorptionsraten werden auf diese Weise minimiert. Von der Arbeitsgruppe Salford werden hingegen sogenannte TEM-Zellen benutzt. Eine TEM-Zelle ist ein geschlossener Wellenleiter, in dem sich Transversale-Elektro-Magnetische Wellen ausbreiten. Die Tiere befinden sich in einer 12 x 12 x 7 cm großen Plastikschale innerhalb der TEM-Zelle (15 x 15 x 15 cm) und können sich - in vermutlich unterschiedlichem Maße, abhängig von Größe und Gewicht - in dieser Schale umdrehen und bewegen. Hierdurch wird die Schwankungsbreite der SAR-Werte im Vergleich zu den oben beschriebenen "Karussell-Setups" größer. Sollten pro TEM-Zelle zwei Tiere gleichzeitig exponiert worden sein, so ist aufgrund der Feldverteilung in der Zelle mit einem unterschiedlichen Energieeintrag in den Kopf der Tiere zu rechnen. In der Arbeit fehlen Angaben darüber, wie viele Tiere gleichzeitig exponiert wurden bzw. in welchem Zeitraum die Exposition der insgesamt 32 Tiere stattfand.
• Es wurden männliche und weibliche Ratten unterschiedlichen Alters (zwischen 12 und 26 Wochen) und unterschiedlichen Gewichts (zwischen ca. 191 und 373 g) untersucht. Da Größe und Volumen der Tiere die Feldverteilung in den TEM-Zellen und die von den Tieren tatsächlich absorbierte Energie beeinflussen, wäre eine größere Einheitlichkeit schon aus Gründen der Reproduzierbarkeit der Arbeit wünschenswert gewesen.
• Bei den genannten SAR-Werten handelt es sich um indirekte Berechnungen, nicht um Messungen. Die Autoren beziehen sich auf alte Arbeiten (Martens et al., 1993) bzw. auf nicht veröffentlichte Referenzen (Malmgren, 1998). Es kann nicht nachvollzogen werden, inwieweit die alten Berechnungen für die aktuell durchgeführten Experimente gültig sind bzw. inwieweit seit 1993 entwickelte Verbesserungen der numerischen und experimentellen Methoden berücksichtigt wurden. Insgesamt stellt die entweder nicht ausreichend durchgeführte oder zumindest nicht ausreichend dokumentierte Ermittlung der tatsächlichen Exposition der Tiere einen Schwachpunkt der Arbeit dar.

Die Ergebnisse, zu denen die Autoren gelangen, werden folgendermaßen beurteilt:

Der Ausdruck "dark neurons" ("dunkle Neuronen") bezeichnet ursprünglich eine Anfärbbarkeit geschädigter Nervenzellen mit silberhaltigen Verbindungen. Was diese stärkere Anfärbbarkeit verursacht, ist unbekannt. Ihr Auftreten wird als Hinweis auf Nervenzellschäden angesehen, kann jedoch sehr unterschiedliche Ursachen haben, darunter einige experimentell bedingte wie unvollständige Fixierung der Präparate, mechanische Einwirkungen, nach dem Tod auftretende Erschütterungen u.a. Unter der Voraussetzung, dass die experimentelle Durchführung und Aufarbeitung der Präparate bei scheinexponierten Kontrollen und exponierten Tieren genau gleich war, dürften diese möglichen Fehlerquellen aber keine Rolle spielen. Insofern ergeben sich aus der Beschreibung der Methoden keine erkennbaren Hinweise darauf, dass die Nervenzellen durch die Handhabung während der Präparation geschädigt wurden (präparationsbedingte Artefakte).

Vohra et al. (2002) beschreiben allerdings das Auftreten dunkler Neurone als "bisher nicht näher aufgeklärtes Altersphänomen" und weisen darauf hin, dass sich die Zahl dunkler Neurone schon bei 6 Monate alten Ratten im Vergleich zu 3 Monate alten Tieren annähernd verdoppelt. Da die von Salford untersuchten Tiere diese Altersspanne umfassen und keine Angaben über die Altersverteilung zwischen Kontrollen und exponierten Tieren zum Zeitpunkt der Untersuchung vorliegen, können Alterungsprozesse als Ursache zumindest nicht ausgeschlossen werden.

Salford et al. vertreten die Ansicht, dass die als "dunkle Neuronen" sichtbaren Nervenzellschäden durch Albuminaufnahme verursacht wird, erwähnen jedoch nicht, ob ein räumlicher Zusammenhang zwischen den Albuminspots und den "dunklen Neuronen" festgestellt wurde. Auch wäre eine Einschätzung darüber wünschenswert gewesen, wie stark die Albuminaufnahme gegenüber den normalen physiologischen Bedingungen erhöht sein müsste, um derart massive neuronale Schäden zu verursachen.

Bei den nach 50 Tagen, d.h. nach mehr als 7 Wochen gefundenen Albuminspots kann es sich nicht um unmittelbar als Folge der EMF-Exposition übergetretenes Albumin handeln. Alle Proteine werden innerhalb der Zellen nach kurzer Zeit wieder abgebaut, so dass ursprünglich übergetretenes Albumin nach 50 Tagen keinesfalls mehr nachweisbar ist. Salford et al. schlagen daher nicht näher erläuterte "sekundäre Prozesse" als Spätfolgen der ursprünglich gesetzten Schädigungen vor. In der Arbeit von Fritze et al. sind jedoch 7 Tage nach Exposition mit 7,5 W/kg keine Albuminspots mehr auffindbar und es zeigen sich auch keine Anzeichen auf neuronale Schäden. Leider diskutieren Salford et al. diese widersprüchlichen Ergebnisse nicht.

Im Diskussionsteil der Studie fehlt generell die Auseinandersetzung mit Ergebnissen anderer Forschungsgruppen. Diese Diskussion wäre vor allem deshalb nötig, weil die Studie zwar ältere eigene Arbeiten bestätigt, aber im Widerspruch zu Ergebnissen anderer Forschungsgruppen steht.

Zusammenfassend kann man sagen, dass in der Studie Effekte beschrieben werden, die unter der Voraussetzung, dass sie reproduziert werden könnten, gesundheitlich relevant wären. Die Studie wird jedoch durch eine Reihe von Ungenauigkeiten und Unklarheiten bei der experimentellen Durchführung, der Auswertung und der Beurteilung der Ergebnisse geschwächt. Die in der Arbeit dokumentierte Nervenzellschädigung 50 Tage nach einer einmaligen, 2-stündigen, wesentlich unterhalb der Grenzwerte liegenden Mobilfunkexposition ist mit dem Gesamtbild der veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten nicht vereinbar. Da es sich aber um schwerwiegende Effekte handelt, wird die Studie trotz der Mängel als Hinweis auf gesundheitlich relevante Effekte unterhalb der Grenzwerte behandelt. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, die von Salford et al. präsentierten Ergebnisse in Wiederholungsstudien durch eine andere Forschungsgruppe unter Vermeidung der erwähnten Mängel v.a. bezüglich der Expositionsbedingungen zu überprüfen.

Im Rahmen des Deutschen Mobilfunk Forschungsprogramms werden aus diesem Grund zwei Studien (in vitro, d.h. an einem Zellkulturmodell, und in vivo, d.h. im Tierversuch) zur Untersuchung des Einflusses hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf die Blut-Hirn-Schranke durchgeführt. Parallel dazu sind auch in anderen Ländern Wiederholungsstudien geplant bzw. zum Teil bereits begonnen worden.

Literatur

Salford, L.G.; Brun, A.E.; Eberhardt, J.L.; Malmgren, L.; Persson, B. (2003); "Nerve cell damage in mammalian brain after exposure to microwaves from GSM mobile phones", Environmental Health Perspectives, 111, no. 7, 881-883

Martens, L; Van Hese, J; De Sutter, D; De Wagter, C; Malmgren, L; Persson, BRR (1993); "Electromagnetic field calculations used for exposure experiments on small animals in TEM-cells", Bioelectrochem Bioenerg 30: 73-81

Malmgren L. (1998); "Radio Frequency Systems for NMR Imaging: Coil Development and Studies of Non-Thermal Biological Effects"; (PhD thesis); Lund, Sweden: Department of Applied Electronics, Lund University

Vohra, BPS.; James, TJ; Sharma, SP; Kansal, VK; Chudhary, A.; Gupta, SK (2002); "Dark neurons in the ageing cerebellum: their mode of formation and effect of Maharishi Amrit Kalash"; Biogerontology 3: 347-354

Mechanismen zum Einfluss von HF-Feldern auf neuronale Systeme

Verhaltensstörungen, allerdings keine neurohistologischen Befunde, bei extrem schwach exponierten Ratten im Langzeitversuch. Die Behauptung der Salford-Gruppe vor einigen Jahren, schwache HF-Felder würden die Bluthirnschranke beeinflussen, löste Emotionen aus, konnte aber nie verifiziert werden. In zwei neuen Publikationen dieser Gruppe wird ein Versuch beschrieben, bei welchem man Ratten während 55 Wochen, wöchentlich einmalig (!) für 2 Stunden einem GSM-Feld (900 MHz) aussetzte, mit SAR-Werten (schwankend, da sich die Tiere frei in der TEM-Zelle bewegten) von 0,6 und 60 mW/kg (je 16 Tiere), sie anschließend (3-7 Wochen nach der letzten Exposition) Verhaltenstests unterzog und danach das Gehirn histochemisch untersuchte. Semiquantitativ erfasste man die Zahl albuminhaltiger Zellen, jene der so genannten „dunklen Neuronen“ sowie der Zellen mit Lipofuscin-Aggregaten (als Indikator für Alterung).
In diesen doppelt verblindeten Tests konnten keinerlei Differenzen zwischen exponierten Tieren, scheinexponierten und Käfigkontrollen gefunden werden. Die Verhaltensexperimente bestanden aus einem „open field“- und einem „episodic-like memory“- Test. Beide wurden in einem oben offenen 80 x 80 cm großen Kasten mit schwarzen Seitenwänden (40 cm hoch) durchgeführt.
Im ersten Fall ermittelte man die Zeit, welche das Versuchstier benötigte, um in der Mitte aus einem kleinen Kasten freigesetzt sich nach anfänglicher Orientierungslosigkeit zu bewegen. Beim „episodic-like memory test“ sollte das episodische Kurzzeitgedächtnis geprüft werden, indem die Tiere hintereinander drei mal in diesen Kasten gesetzt wurden, der jeweils zwei Arten von Gegenständen in unterschiedlicher Konfiguration enthielt. Während es im „open field test“ zwar Geschlechtsunterschiede, nicht jedoch Unterschiede durch die Exposition ergab, konnten im „episodic-like memory test“ keine Geschlechtsunterschiede, wohl aber mit p=0,05 bzw. 0,02 Unterschiede bei den exponierten Tieren gefunden werden, allerdings unabhängig von der Dosis.
Die Diskussionen in beiden Publikationen sind sehr wortreich. Man stützt sich auf die früheren Befunde der Salford- Gruppe ohne zu erörtern, weshalb diese nie reproduziert werden konnten. Bezüglich anderer Verhaltensexperimente (nur wenige werden zitiert!) unterstreicht man die hier verwendete Langzeit-Exposition und bemüht „Speculations“ von Blackman 1989 zu Fenstereffekten (niemand glaubt heute mehr daran!). Vielleicht wirken also nur schwache Felder (und dann noch intensitäts-unabhängig?).
Dass man keine histochemischen Veränderungen gefunden hat (der Widerspruch zu den alten Salford-Befunden bleibt unerwähnt!) bedeutet nach Ansicht der Autoren nur, dass die verwendete Methode zu unspezifisch sei (warum nur diesmal, aber nicht vor 5 Jahren?). Man betont, es handele sich hier um Ratten in einem Stadium vergleichbar dem jugendlichen Alter des Menschen.

Grafström, G.; Nittby, H.; Brun, A.; Malmgren, L.; Persson, B. R R.; Salford, L. G.; Eberhardt, J.: Histopathological examinations of rat brains after longterm exposure to GSM-900 mobile phone radiation. Brain Res. Bull. (2008) 72. 08.004

Nittby, H.; Grafstrom, G.; Tian, D.P.; Malmgren, L.; Brun, A.; Persson, B. R. R. ; Salford, L. G.; Eberhardt, J.: Cognitive impairment in rats after long-term exposure to GSM-900 mobile phone radiation. Bioelectromagnetics (2008) 29, 219-232.

Salford et al: Health Persp. (2003), 111, 881

Blackman et al.: Bioelectromagnetics (1989) 10, 115.

Keine Reproduzierbarkeit der Salford-Experimente durch eine Gruppe der Universität Bordeaux
Die Arbeitsgruppe um Bernard Veyret versuchte unter möglichst gleichen Bedingungen, allerdings unter Vermeidung der methodischen Fehler der Publikation Salford et al. 2003, deren Ergebnisse zu reproduzieren. An Stelle von Tieren undefinierbaren Alters wurden 12 Tage alte Ratten des gleichen Stammes verwendet. Zwar führte man auch Vergleichsfärbungen mit der von Salford unspezifischen Färbemethode Cresyl-Violett durch, verwendete aber gleichzeitig die spezifischere Fluoro-Jade-Färbung. Auch erfolgte im Gegensatz zu den Salford-Experimenten hier eine korrekte Dosimetrie.
Es wurde entsprechend dem von Salford (ungenau!) angegebenen SAR-Wert eine Exposition mit 0,14 W/kg (auf das Gehirn bezogen) verwendet, zusätzlich jedoch noch ein 10-fach höherer SAR-Wert von 2 W/kg (GSM- 900, zwei Stunden). Im Unterschied zu Salford wurde auch eine Positiv-Kontrolle einbezogen (Kälteschock). Zusätzlich untersuchte man auch die Apoptose-Rate der Hirnzellen (NeuroTACS IIH-Kit). Im Gegensatz zu den positiv-Kontrollen konnten jedoch keinerlei Einflüsse des Feldes, sei es auf die Albumin-Permeation, die Apoptose oder andere neuronale Degeneratinserscheinungen, nachgewiesen werden.
De Gannes, F. P.; Billaudel, B.; Taxile, M.; Haro, E.; Ruffie, G.; Leveque, P.; Veyret, B.; Lagroye, I.: Effects of head-only exposure of rats to GSM- 900 on blood-brain barrier permeability and neuronal degeneration. Radiat. Res. (2009) 172, 359-367. Salford et al.: Environ. Health Persp. (2003) 111 881.

Keine Reproduzierbarkeit der Salford-Experimente durch eine multi-institionell zusammengesetzte japanische Gruppe
Auch in Japan versuchte man die schwedischen Experimente zwar unter Vermeidung der methodischen Fehler (Dosimetrie, Histologie, Tiermaterial), so doch unter identischen Bedingungen
zu reproduzieren. Aus der fehlerhaften Dosimetrie der Salford-Gruppe errechnete man, dass die tatsächliche Exposition des Gehirns wahrscheinlich nicht mit 0,2, wie dort angegeben, sondern mit
1, 84 W/kg erfolgte. Aus diesem Grund verwendete man SAR-Werte in Stufen: 0,02; 0,2 und 2 W/kg (915 MHz, 2 Stunden, SAR auf Gehirn bezogen). Die Tiere wurden nach 14 und 50 Tagen (entsprechend Salford) untersucht. Die Histologie wurde allerdings außer mit der unspezifischen Cresyl-Violett Färbung noch mit Methoden höherer Spezifität durchgeführt. Es konnten keinerlei
Auswirkungen der Exposition nachgewiesen werden (weder Albumin-Durchtritt noch histologische Veränderungen). Die Autoren diskutieren mögliche Artefakte, die durch mangelnde experimentelle Qualität bei Salford aufgetreten sein könnten.
Masuda, H.; Ushiyama, A.; Takahashi, M.; Wang, J.; Fujiwara, O.; Hikage, T.; Nojima, T.; Fujita, K.; Kudo, M.; Ohkubo, C.: Effects of 915 MHz electromagnetic-field radiation in tem cell on the blood-brain barrier and neurons in the rat brain. Radiat. Res. (2009) 172, 66-73.

Keine Reproduzierbarkeit der Salford-Experimente durch eine Arbeitsgruppe in San Antonio (Texas)
Diese Arbeitsgruppe begann die Experimente nach einem Besuch bei Salford in Schweden und Absprachen über Expositionseinrichtung und Versuchsablauf. Dabei wurden folgende Änderungen eingeführt: An Stelle von Versuchstieren unterschiedlicher Größe und Geschlechts - nur männliche Ratten 250 - 300 g. Zur Erhöhung der Expositionsgenauigkeit - nur Exposition im oberen Fach
der TEM-Zelle. SAR-Bereich statt 0,0002 - 8 W/kg (Salford) auf 0,002 - 20 W/kg erhöht. Es wurden Positiv- Kontrollen eingeführt (Öffnung der Blut-Hirn-Schranke durch injizierten Harnstoff, und gleiches durch Hyperthermie- Erwärmung auf 43 Grad). Im Unterschied dazu konnten bei den HF-exponierten Tieren in keinem Fall signifikante Unterschiede der Albumin-Penetration festgestellt werden. Dies bestätigte auch A. E. Brun aus der Salford-Gruppe, dem die Präparate zur parallelen Auswertungübersandt wurden. Erstaunlicherweise konnte noch nicht einmal bei 20 W/kg ein Effekt gefunden werden.
Allerdings trat dabei nur eine Erwärmung des Gehirns auf 40,6 Grad auf, die für diesen Effekt offenbar noch unterkritisch ist.
McQuade, J. M.; Merritt, J. H.; Miller, S. A.; Scholin, T.; Cook, M. C.; Salazar, A.; Rahimi, O. B.; Murphy, M. R.; Mason, P. A.: Radiofrequency- radiation exposure does not induce detectable leakage of albumin across the blood-brain barrier. Radiat. Res. (2009) 171, 615-621.