Projektleitung: Bundesamt für Strahlenschutz
Beginn: 26.10.2017
Ende: 27.10. 2017

Hintergrund

Die Wahrnehmung elektrischer und magnetischer Felder, wie sie von Starkstromleitungen ausgehen, ist unter Umständen möglich und kann als unangenehm empfunden werden. So induzieren niederfrequente Magnetfelder elektrische Ströme im Körper, die oberhalb der Grenzwerte zur Reizung von Muskeln und Nerven führen. Unter Stromleitungen ist es möglich, dass sich Metallgegenstände elektrisch aufladen und bei Berührung Funkenentladungen und Kontaktströme ausgelöst werden. Wann die Schwellenwerte von Wahrnehmbarkeit und biologischen Wirkungen in diesen Szenarien erreicht wird, ist unklar. Ob es eine Alters-und Geschlechtsabhängigkeit gibt, ist ebenfalls weitestgehend unbekannt.

Zielsetzung

Ziel des Workshops war es, mit international ausgewiesenen Experten den aktuellen Kenntnisstand der Forschung zu Wirk- und Wahrnehmungsschwellen von Feldern zusammenzufassen sowie wissenschaftliche Kenntnislücken zu identifizieren, um darauf aufbauend mögliche Forschungsschwerpunkte zu definieren.

Durchführung

An dem Workshop nahmen Experten aus den Bereichen Dosimetrie, Humanbiologie und Neurobiologie teil. Insgesamt 12 Redner gestalteten mit ihren Beiträgen den Workshop.

Die fünf abgestimmten Sessions befassten sich in 12 Vorträgen mit folgenden Themenschwerpunkten:

• Session 1: Magnetfelder
• Session 2: Elektrische Felder
• Session 3: Dosimetrie und Modellierung
• Session 4: Elektrische Ströme
• Session 5: Forschungsperspektiven

Ergebnisse

Session 1: Magnetfelder:

Die Stimulation des peripheren Nervensystems durch niederfrequente Magnetfelder ist weitestgehend erforscht, die Wahrnehmungsschwellen sind vor allem aus der Forschung zur Magnetresonanztomographie gut bekannt. Diese liegen weit oberhalb der festgesetzten Grenzwerte und können in der Umgebung von Stromleitungen daher nicht überschritten werden. Aktuell besteht in diesem Bereich kein Bedarf an weiteren Studien an Menschen.

Eine Stimulation des zentralen Nervensystems durch niederfrequente Magnetfelder führt u.a. zu visuellen Wahrnehmungen (Magnetophosphene), die infolge der Reizung von Synapsen in der Netzhaut entstehen. Es gibt Hinweise auf ähnliche Wirkungen auf Synapsen im Gleichgewichtsorgan und im Gehirn. Diese führen bereits unterhalb der Schwellenwerte für das Auslösen von Nervenimpulsen zu einer Modulation der neuronalen Signale. Die genauen Schwellenwerte und Wirkmechanismen sind nicht ausreichend erforscht, Vorschläge für weitere Untersuchungen an Testpersonen wurden diskutiert.

Session 2: Elektrische Felder

Vor allem hinsichtlich der Wahrnehmung statischer elektrischer Felder, die von den geplanten Gleichstrom-Übertragungsleitungen ausgehen werden, ist der aktuelle Kenntnisstand unzureichend. Es liegen nur eine ältere Pilotstudie und eine Folgestudie an Testpersonen vor, deren Ergebnisse überprüft werden müssen. An der RWTH Aachen wird seit 2017 eine Pilotstudie durchgeführt, in der die zu untersuchenden Parameter genau festgelegt werden sollen. Im Anschluss erfolgt eine umfangreiche Studie an 200 Probanden. Besonders berücksichtigt werden die gleichzeitige Wirkung von statischen Feldern und Wechselfeldern, Luftionisierung und Luftfeuchtigkeit sowie die anatomischen und physiologischen Eigenschaften der in Alter und Geschlecht variierenden Probanden sowie deren Kleidung. Die Ergebnisse der Studie werden die Grundlage für weitere Forschung bilden.

Session 3: Dosimetrie

Elektrische und magnetische Felder wirken von außen auf den menschlichen Körper ein und können nur außerhalb des Körpers gemessen werden. Infolge der Einwirkung äußerer Felder entstehen im Körperinneren Felder und Ströme, z.B. infolge von Induktion oder Influenz. Diese können das periphere und zentrale Nervensystem reizen.

Diese körperinneren Felder und Ströme können nicht gemessen werden, sondern werden in dosimetrischen Modellen berechnet. Die Modelle basieren auf möglichst genauen anatomischen Körpermodellen und Gewebeeigenschaften. Besonders genaue Modelle und darauf basierende Berechnungen sind hilfreich, um die beobachteten biologischen Wirkungen von Feldern auf das Nervensystem zu erklären. Es wurde empfohlen, diese Modelle weiter zu verfeinern.

Session 4: Elektrische Ströme

Die Reizung des peripheren Nervensystems durch Kontaktströme wurde in einigen Probandenstudien untersucht. Eine gute Datenlage besteht vor allem für beruflich Exponierte, die meistens durch gesunde junge Männern repräsentiert werden. Die Ergebnisse zeigen eine hohe interindividuelle Variabilität. Vor allem die Abhängigkeit von Alter und Geschlecht ist nicht ausreichend dokumentiert. Dosimetrische Modelle für die Wirkung von Kontaktströmen im Körperinneren sollten ebenfalls weiter entwickelt werden.

Die Reizung des zentralen Nervensystems durch Gleich- und Wechselstrom wird vor allem zu therapeutischen Zwecken im medizinischen Bereich untersucht, im Zusammenhang mit dem Ausbau von Stromnetzen ist dieser Aspekt von untergeordneter Bedeutung.

Session 5: Forschungsperspektiven

Wichtige Aspekte humanbiologischer Untersuchungen während einer Exposition mit elektrischen oder magnetischen Feldern sowie unter Applikation von Kontaktströmen wurden erläutert. Von besonderer Wichtigkeit sind Qualitätsansprüche an Studiendesign, Verblindung, Statistik, Konstruktion der Expositionsanlagen, Erhebung von biologischen Daten unter Exposition, Interferenzen zwischen Exposition und Messgeräten. Alle diese Aspekte müssen bei zukünftigen Forschungsvorhaben berücksichtigt werden.
Die in den einzelnen Sessions erarbeiteten Ergebnisse werden in weiteren Forschungsvorhaben zur Ermittlung von Schwellenwerten sowie zur Dosimetrie berücksichtigt.

Abstracts des Workshops

Die Abstracts des Workshops können in DORIS, dem Online-Repositorium des BfS heruntergeladen werden:
Action and perception thresholds of static and ELF magnetic and electric fields and contact currents in humans: Workshop Abstracts ; Federal Office for Radiation Protection, Oberschleißheim/Neuherberg, 26. – 27.10.2016

Projektleitung: RWTH Aachen
Beginn: 01.12.2021
Ende: 30.11.2023

Hintergrund

Im Zuge des Stromnetzausbaus steigt die Bedeutung elektrischer Felder, vor allem im Zusammenhang mit dem Ausbau von Gleichstromleitungen, da es für statische elektrische Felder keinen Grenzwert gibt, Belästigungen aber laut 26. BImSchV verhindert werden sollen. Dafür müssen die Wahrnehmungsschwellen bekannt sein. Im Zusammenhang mit dem Ausbau von Hybridleitungen (Ultranet) müssen auch spezielle Wirkungen einer Kombination von Gleich- und Wechselfeldern und Ionenströmen bekannt sein.

Zur Wahrnehmung elektrischer Felder durch Menschen existieren erhebliche Wissenslücken. Es gibt hierzu nur zwei ältere wissenschaftliche Publikationen ^{[1, 2]} und eine Ende 2019 abgeschlossene Studie der RWTH Aachen, die unerwartet niedrige Wahrnehmungsschwellen vor allem bei einer Kombination von Gleich- und Wechselfeldern ergeben hat ^{[3, 4]}. Einen modifizierenden Einfluss hatten auch Ionenströme und Luftfeuchtigkeit. Dies ist ein für Hybridleitungen relevantes Szenario. Die Ergebnisse sollen verifiziert und die Mechanismen geklärt werden.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Wahrnehmung von Hybridfeldern durch Menschen, insbesondere der Einfluss schwacher DC-Hintergrundfelder (DC, direct current, Gleichfeld) auf die Wahrnehmungsschwelle für AC-Felder (AC, alternating current, Wechselfeld). Darüber hinaus werden die biologischen Wirkmechanismen, die der Wahrnehmung zugrunde liegen, untersucht. Es spricht einiges dafür, dass AC Felder zu Vibrationen der Haare an Armen und Beinen führen. DC Felder werden eher über den Kopfbereich wahrgenommen. Die beiden Wahrnehmungswege können interagieren. Diese Mechanismen sollen getrennt und in Kombination untersucht werden.

Durchführung

Die bisherigen Ergebnisse ^{[3, 4]} zeigen, dass konstante schwache AC Felder im Hintergrund die DC-Wahrnehmungsschwelle deutlich beeinflussen und reduzieren. In diesem Vorhaben wird der Einfluss konstanter schwacher DC Felder im Hintergrund auf die AC-Wahrnehmungsschwelle untersucht. Es werden 40 – 50 besonders empfindliche Probanden aus der Vorstudie ausgewählt und bei konstanter Temperatur (22 °C) und Luftfeuchtigkeit (50 %) und konstanten schwachen DC-Hintergrundfeldern (1,2,3 und 4 V/m) untersucht. Die AC Feldstärke wird im Bereich von 1 – 14 V/m variiert und die niedrigste Wahrnehmungsschwelle in psychophysiologischen Tests bestimmt. Zur Kontrolle erfolgt eine Scheinexposition, die Studie wird doppelblind durchgeführt – weder Testpersonen noch Forschende wissen, wann ein elektrisches Feld vorhanden ist oder nicht.

Zusätzlich wird versucht die Wirkmechanismen aufzuklären, die zu den niedrigen Wahrnehmungsschwellen führen. Insbesondere werden die Rollen der Körperbehaarung und der Luftfeuchtigkeit untersucht. Dafür werden 30 gesunde Testpersonen im Alter von 18 – 35 Jahren rekrutiert, 15 Frauen und 15 Männer. Die Proband*innen sollen möglichst unterschiedliche Eigenschaften der individuellen Kopf- und Körperbehaarung aufweisen. Die Lufttemperatur bleibt bei 22 °C konstant, die Luftfeuchtigkeit wird zwischen 30 % und 70 % variiert. Getestet werden AC Felder bei 8 - 30 kV/m, DC Felder bei 14 - 38 kV/m und Hybridfelder. Die physikalischen Eigenschaften der Behaarung (Feuchtigkeit, Dicke, Länge) werden erhoben. Die Haarbewegungen werden auf Video aufgenommen. Es werden weitere Untersuchungen durchgeführt, nachdem die Haare rasiert wurden. Die Ergebnisse werden Aussagen zu den Ursachen der beobachteten niedrigen Schwellenwerte für Hybridfelder ermöglichen.

Referenzen

[1] Blondin JP et al. (1996). Human perception of electric fields and ion currents associated with high-voltage DC transmission lines. Bioelectromagnetics 17: 230 - 241.
[2] Chapman CE et al. (2005). Perception of local DC and AC electric fields in humans. Bioelectromagnetics 26: 357-366.
[3] Jankowiak et al. (2021) Identification of Environmental and Experimental Factors Influencing Human Perception of DC and AC Electric Fields. Bioelectromagnetics 42: 341 - 356
[4] Kursawe et al. (2021) Human detection thresholds of DC, AC, and hybrid electric fields: a double‑blind study. Environ Health 20:92

Eine experimentelle Studie an Testpersonen wird klären, ab welchen Schwellenwerten Funkentladungen und Kontaktströme wahrgenommen und als unangenehm oder schmerzhaft empfunden werden. Die Studie liefert Daten zur individuellen Variabilität sowie zur Geschlechts- und Altersabhängigkeit.

Unter Teil- oder Ganzkörper-Exposition wird an Testpersonen untersucht, ab welchen Schwellenwerten niederfrequente Magnetfelder im Körper elektrische Ströme induzieren, die das zentrale und periphere Nervensystem beeinflussen können. Es werden subjektiv nicht wahrnehmbare Einflüsse auf die Hirnaktivität gemessen sowie wahrnehmbare Reize abgefragt. Es wird festgestellt, bei welchen Schwellenwerten die neuronale Aktivität im Gehirn moduliert wird und ab welchen Schwellenwerten Wahrnehmungen und Sinneseindrücke entstehen und als unangenehm empfunden werden. Die individuelle Variabilität sowie Geschlechts- und Altersabhängigkeit werden berücksichtigt. Mit diesem Vorhaben soll die Belastbarkeit der bereits vorliegenden Daten überprüft und die bisher nur grob bekannten Schwellenwerte sollen präzisiert werden.

Forschungs-/ Auftragnehmer: Uniklinik RWTH Aachen, Institut für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin
Projektleitung: Dr. Michael Kursawe
Beginn: 01.07.2024
Ende: 31.12.2026
Finanzierung: maximal 2.109.769,09 Euro

Hintergrund

Hochspannungsleitung Quelle: Michael Rosskothen/stock.adobe.com

Momentan wird in Deutschland das Stromnetz ausgebaut. Dabei werden auch Freileitungen zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), zur Hochspannungs-Wechselstrom-Übertragung (HWÜ) sowie Hybridleitungen, die beide Übertragungstechniken in einer Trasse vereinen, errichtet (z.B. Ultranet). Diese Leitungsarten erzeugen statische und niederfrequente elektrische Felder. Durch den Ausbau ist mit Veränderungen der Exposition der Bevölkerung, also dem Ausgesetztsein gegenüber diesen Feldern, zu rechnen.

Für zeitlich veränderliche elektrische Felder, wie sie unter anderem von HWÜ-Freileitungen ausgehen, gelten in Deutschland Grenzwerte. Diese sind in der 26. Verordnung zur Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetzes (26. BImSchV) festgelegt. Durch ihre Einhaltung wird sichergestellt, dass es zu keinen gesundheitsrelevanten Wirkungen kommt. Diese Grenzwerte gelten für Orte, an denen sich Menschen nicht nur vorübergehend aufhalten.

Für statische elektrische Felder ist dagegen kein Grenzwert festgelegt worden, da es keine Hinweise auf relevante gesundheitsschädliche Wirkungen gibt. Statische und niederfrequente elektrische Felder können allerdings wahrgenommen werden, beispielsweise als Gefühl eines Kribbelns auf der Hautoberfläche. In der 26. BImSchV ist außerdem festgelegt, dass erhebliche Belästigungen durch solche Felder zu vermeiden sind. Daher ist die Kenntnis der Wahrnehmungsschwellen dieser Felder wichtig.

Bisherige Forschungsergebnisse zeigen starke Unterschiede in den Wahrnehmungsschwellen verschiedener Personen (interindividuelle Varianz). Dazu zählt eine Studie der RWTH Aachen, die vom BfS initiiert und durch das Forschungsprogramm Stromnetze finanziert wurde. In dieser Untersuchung zeigte sich, dass einige an den Studien teilnehmende Personen sehr schwache Felder wahrnehmen konnten. Diese Personen identifizierten sich selbst allerdings nicht als Menschen, die von einer sogenannten Elektrohypersensibilität betroffen sind, und sie erlebten keine gesundheitlich relevanten Belastungen durch diese Wahrnehmungen. Die Ursachen für die interindividuelle Varianz ist noch unklar. Es gibt allerdings starke Hinweise auf einen Einfluss der Körperbehaarung.

Wissensstand zu sogenannter Elektrohypersensibilität und den Betroffenen

Die sogenannte Elektrohypersensibilität (EHS) ist von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) nicht als medizinische Diagnose anerkannt. Stattdessen wird sie als „idiopathische Umweltintoleranz gegenüber elektromagnetischen Feldern (IEI-EMF)“ beschrieben. Das meint eine subjektiv empfundene besondere Empfindlichkeit gegenüber niederfrequenten und hochfrequenten elektromagnetischen Feldern.

Beispiele für Anwendungen, bei denen elektromagnetische Felder entstehen.

Die betroffenen Menschen werden auch als EHS-Betroffene bezeichnet. Sie führen verschiedene Befindlichkeitsstörungen wie etwa Kopf- und Gliederschmerzen oder Schlaflosigkeit auf elektromagnetische Felder zurück. Die geschilderten, zumeist unspezifischen Symptome lassen sich aber nicht ursächlich darauf zurückführen, dass die Personen elektromagnetischen Feldern ausgesetzt sind oder waren. Bisher ist auch kein biophysikalischer Wirkmechanismus identifiziert worden, der diese Symptome erklären könnte. Dennoch führen Betroffene ihren erheblichen individuellen Leidensdruck auf die Felder zurück.

Betroffene von Elektrosensibilität geben oft an, elektromagnetische Felder wahrnehmen zu können. Bisher wurde dies nicht für statische und niederfrequente elektrische Felder untersucht. Zudem ist über die klinischen Eigenschaften dieser Gruppe wenig bekannt. Weiterhin wurde zuvor nicht systematisch untersucht, ob die Betroffenen vorwiegend zu bestimmten Begleiterkrankungen neigen oder ob sie sozioökonomische Faktoren gemeinsam haben.

Zielsetzung

Das Forschungsvorhaben soll den Wissensstand zu den menschlichen Wahrnehmungsschwellen von statischen und niederfrequente elektrischen Feldern auf die bisher nicht in die Untersuchungen einbezogene Gruppe der EHS-Betroffenen erweitern. Gleichzeitig sind eine bessere Kenntnis und ein tieferes Verständnis der Eigenschaften von Betroffenen der Elektrosensibilität von wissenschaftlichem Interesse. Mit dem so erlangten verbesserten Verständnis der Betroffenen ist es möglich, sie besser zu identifizieren und wissenschaftlich fundiert anzusprechen.

Durchführung

In diesem Forschungsvorhaben werden die Wahrnehmungsschwellen von statischen, niederfrequenten und hybriden elektrischen Feldern für zwei Gruppen ermittelt und verglichen:

• Menschen, die sich als Betroffene von Elektrohypersensibilität bezeichnen
• Menschen, die sich nicht als Betroffene von Elektrohypersensibilität bezeichnen (Kontrollgruppe)

Gleichzeitig werden mittels einer umfassenden umweltmedizinischen Diagnostik die Krankengeschichte, Begleiterkrankungen und relevante sozioökonomische Daten der Betroffenen erhoben. Die dabei gewonnenen Daten werden hinsichtlich möglicher Zusammenhänge mit den Wahrnehmungsschwellen untersucht.