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Elektromagnetische Felder

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Elektromagnetische Felder

Biologische Wirkungen hochfrequenter Felder durch Energieabsorption und Erwärmung

  • Hochfrequente elektromagnetische Felder werden vom Körper aufgenommen ("absorbiert") und können dort unterschiedliche Wirkungen hervorrufen.
  • Die Stärke der Energieabsorption hängt von der Stärke und der Frequenz der elektromagnetischen Felder ab, aber auch von den Eigenschaften und Strukturen des biologischen Gewebes.
  • Eindeutig nachgewiesen und physikalisch definiert sind Kraftwirkungen beziehungsweise die Wärmewirkung der hochfrequenten Felder.
  • Maßgebend für die biologische Wirkung von hochfrequenten Feldern ist die vom Körper aufgenommene - "absorbierte" - Energie. Basisgröße dafür ist die Spezifische Absorptionsrate (SAR, Maßeinheit: Watt pro Kilogramm - W/kg). Sie gibt die Leistung (Energie pro Zeit) an, die pro Kilogramm Gewebe absorbiert wird.

Lebewesen, also auch der Mensch, enthalten viele elektrisch geladene Teilchen und polare Moleküle. Polare Moleküle, wie zum Beispiel das Wassermolekül, sind zwar als Ganzes elektrisch neutral, tragen aber an einem Ende eine negative und am anderen Ende eine positive Teilladung.

Elektrische und magnetische Felder üben auf elektrisch geladene oder polare Teilchen eine Kraft aus, so dass sie sich bewegen. In einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld bewegen sich die Teilchen sehr schnell im Takt der Frequenz. Dabei reiben sie aneinander und es entsteht Wärme.

Wenn die Felder sehr stark sind, können sich aufgrund der Kraftwirkung auch ganze Zellen bewegen. Sie richten sich im Feld aus oder wandern. Solche nicht-thermischen Wirkungen können durch Felder von Funkanwendungen aber nicht ausgelöst werden, da ihre Feldstärke dafür nicht ausreicht.

Wärmewirkung

Für mögliche gesundheitliche Wirkungen hochfrequenter Felder beim Menschen ist die Wärmewirkung ausschlaggebend. Wirken hochfrequente Felder auf den Körper ein, kann dieser die absorbierte und in Wärme umgewandelte Energie durch die sogenannte Thermoregulation in gewissem Umfang ausgleichen:

  • Wird der Körper nur örtlich begrenzt erwärmt, so kann in der Regel das Blut die zusätzliche Wärme abführen.
  • Wird der ganze Körper erwärmt, so wird die Haut stärker durchblutet und die Wärme wird durch Verdunstung an der Hautoberfläche abgegeben (Schwitzen).

Mit Auswirkungen auf die Gesundheit ist dann zu rechnen, wenn bestimmte Schwellenwerte überschritten werden und die Wärmeregulierung des Körpers gestört ist. Im Tierexperiment wurden zum Beispiel gesundheitliche Wirkungen nachgewiesen, wenn sich die Körpertemperatur über einen längeren Zeitraum um deutlich mehr als 1° Celsius erhöht hatte:

  • Stoffwechselvorgänge wurden gestört,
  • es traten Verhaltensänderungen ein und
  • Störungen der Embryonalentwicklung wurden beobachtet.

Langanhaltende Überwärmung im Augenbereich begünstigt die Entstehung von grauem Star und anderen Augenkrankheiten. Das Gehirn und die Hoden sind ebenfalls besonders wärmeempfindlich.

Spezifische Absorptionsrate (SAR)

Maßgebend für die biologische Wirkung von hochfrequenten Feldern ist die vom Körper aufgenommene - "absorbierte" - Energie. Basisgröße dafür ist die Spezifische Absorptionsrate (SAR, Maßeinheit: Watt pro Kilogramm - W/kg). Sie gibt die Leistung (Energie pro Zeit) an, die pro Kilogramm Gewebe absorbiert wird.

Hochfrequente Felder, die auf den gesamten Körper einwirken und dabei zu SAR-Werten von im Mittel 4 Watt pro Kilogramm führen, bewirken beim Menschen Temperaturerhöhungen von etwa 1° Celsius. Im Vergleich dazu: Die normale Muskelaktivität entspricht einer Leistung von 3 bis 5 Watt pro Kilogramm.

Eindringtiefe

Ein wichtiger Faktor bei der Wirkung hochfrequenter Felder auf Lebewesen ist die Eindringtiefe. Sie ist stark frequenzabhängig:

  • Elektromagnetische Felder im Megahertzbereich, wie sie für den Rundfunk verwendet werden, haben Eindringtiefen von 10 bis etwa 30 Zentimetern.
  • Beim Mobilfunk mit rund tausendmal höheren Frequenzen um 1 Gigahertz (GHz) dringt die Strahlung dagegen nur wenige Zentimeter tief in das Gewebe ein.
  • Bei Frequenzen über 10 Gigahertz, wie sie bei Radargeräten vorkommen, beträgt die Eindringtiefe weniger als 1 Millimeter.
  • Bei noch höheren Frequenzen wirken hochfrequente Felder nur noch an der Hautoberfläche.

Resonanz

Bei der Beurteilung der Wirkungen hochfrequenter Strahlung muss ein weiteres Phänomen berücksichtigt werden - die Resonanz. Die Körpergröße spielt dabei eine entscheidende Rolle - der Körper wirkt als Empfangsantenne. Besitzt er eine Größe von etwa der halben Wellenlänge der Strahlung, so befindet er sich im "Resonanzbereich". Das bedeutet, er nimmt besonders viel Strahlungsenergie auf.

Der Frequenzbereich für die Resonanz ist abhängig von der Körpergröße und der Orientierung des Menschen im elektromagnetischen Feld. Für einen erwachsenen Menschen liegt dieser Bereich bei Frequenzen um etwa 70 Megahertz und bei Kindern um etwa 100 Megahertz. Dieser Frequenzbereich wird von UKW-Sendern genutzt.

Viele Tierversuche werden mit Mäusen durchgeführt, deren Resonanzfrequenz im Bereich einiger Gigahertz liegt. Eine Maus nimmt bei ihrer Resonanzfrequenz von etwa 2 Gigahertz pro Gramm Körpergewicht sehr viel mehr Energie auf als ein Mensch bei der gleichen Frequenz. Dies muss bei der Übertragung von Ergebnissen aus Tierexperimenten auf den Menschen berücksichtigt werden.

"Mikrowellenhören"

Eine spezielle Wirkung von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern wird durch kurze starke Pulse hervorgerufen. Unter bestimmten Bedingungen sind diese als Summen oder Klicken wahrnehmbar. Man spricht vom "Mikrowellenhören". Der gegenwärtig akzeptierte Mechanismus des "Mikrowellenhörens" basiert auf den thermoelastischen Eigenschaften des Gewebes. Durch kurze, leistungsstarke Hochfrequenzsignale werden Gewebeareale des Gehirns erwärmt und dehnen sich folglich aus. Dadurch werden mechanische Wellen im Gewebe angeregt, die im hörbaren Bereich liegen und das Innenohr stimulieren.

Um auf diese Weise hörbare Reize zu erzeugen, sind sehr hohe Energiewerte pro einzelnem Puls notwendig. Wenn die Energie der einzelnen Pulse begrenzt wird, können derartige Effekte nicht auftreten. Die Felder von Radio- und Fernseh-Sendern sowie die des Mobilfunks können das "Mikrowellenhören" nicht hervorrufen. In unmittelbarer Nähe leistungsstarker Radaranlagen ist eine Wahrnehmung möglich.

Nicht-thermische Wirkungen

Die bekannten und biophysikalisch nachgewiesenen nicht-thermischen Wirkungen, die zum Beispiel von starken Krafteinwirkungen auf Zellen ausgehen können, treten erst bei Feldstärken auf, die deutlich höher sind als die Feldstärken, bei denen bereits thermische Wirkungen auftreten.

Strittig sind nach wie vor mögliche gesundheitliche Beeinträchtigungen infolge nicht-thermischer Wirkungen unterhalb der Grenzwerte. Gesundheitliche Beeinträchtigungen infolge nicht-thermischer Wirkungen im Bereich niedriger Intensitäten hochfrequenter Felder konnten allerdings bisher wissenschaftlich nicht belegt werden.

Stand: 15.06.2016

© Bundesamt für Strahlenschutz