Forschungsgemeinschaft Funk e.V.

Edition Wissenschaft

Ausgabe Nr. 10 August 1996
Die Wirkung von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern auf menschliche kultivierte T-Lymphozyten (Jurkat)
Von R. Meyer, F. Gollnick, S. Wolke, G. Conrad und H. Bock

Das Vorhaben beschäftigt sich mit den Auswirkungen elektromagnetischer Felder in einem für Telekommunikationszwecke relevanten Bereich (900 MHz und 1800 MHz) auf die intrazelluläre Calciumkonzentration, [Ca2+]i, von kultivierten entarteten T-Lymphozyten der Zellinie Jurkat. Zur Ausführung dieser Untersuchung wurde eine Hochfrequenz-Applikationsapparatur eingesetzt, die die fluoreszenzmikroskopische Untersuchung einzelner Zellen bei gleichzeitiger Einwirkung definierter hochfrequenter elektromagnetischer Felder erlaubt. Dabei kam es auf die athermische Wirkung dieser Felder an. Die Applikationsapparatur besteht aus einem Leistungsmeßsender mit der Möglichkeit zur externen Modulation, einem Modulator und einer Zelle zur Erzeugung eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes mit homogener transversaler elektrischer und magnetischer Feldkomponente, der TEM-Zelle. Die TEM-Zelle enthält eine Versuchskammer zur Aufnahme des biologischen Materials. Der Boden der Versuchskammer wird durch ein Deckglas und ein Metallgitter gebildet, wodurch bei bestmöglicher Abdichtung für elektromagnetische Felder der optische Einblick mit dem Mikroskopobjektiv gewährleistet wird. Allerdings bewirkt das Metallgitter lokale Feldinhomogenitäten in der Ebene der Zellen. Sowohl für 900 MHz Trägerfrequenz und 217 Hz Pulsfrequenz als auch für 1800 MHz Trägerfrequenz und 217 Hz Pulsfrequenz wurden SAR-Werte bestimmt. Die zeitlich und räumlich gemittelten Werte betragen für 900 MHz 15,4 mW/kg und für 1800 MHz 13,5 mW/kg.

Mit Hilfe des fluoreszierenden Calciumindikatorfarbstoffes Fura-2 wurde die [Ca2+]i in den kultivierten menschlichen T-Lymphozyten gemessen. Die Messung erfolgte durch Bestimmung von Fluoreszenzintensitäten mit Hilfe der quantitativen computergestützten Bildanalyse.

Die Versuche wurden in der Regel nach folgendem Muster durchgeführt: Die erste Phase des Experiments bildete ein Vorlauf ohne Feldapplikation von 500 s, in einer zweiten Phase wurde für 500 s das hochfrequente Feld angewendet, in einer dritten Phase wurde das Feld wieder abgeschaltet und ein chemischer Stimulus in Form von Antikörpern gegen das CD3-Antigen als Teil des T-Zellrezeptors appliziert, der zu einem Anstieg der [Ca2+]i führen sollte. Der chemische Stimulus sollte zeigen, daß die Zellen aktivierbar sind und ein Fehlen einer Antwort auf das Feld nicht auf mangelnde Aktivierbarkeit der Zellen zurückzuführen ist. Abwechselnd mit den Experimenten, in denen Zellen im Feld exponiert wurden, wurden Kontrollexperimente ausgeführt, in denen Zellen scheinexponiert wurden. Die Auswertung erfolgte auf zwei Arten: Einerseits wurde die Zahl der Zellen, die in den verschiedenen Phasen der Experimente Ca2+- Oszillationen zeigten, ausgewertet, und andererseits wurde der zeitliche Verlauf der intrazellulären Ca2+-Konzentration für jede Gruppe über alle Zellen gemittelt und verfolgt.

In der vorliegenden Versuchsreihe wurden 1272 Zellen untersucht. Die Zellen zeigten Versuchskammer das gleiche Verhalten wie außerhalb, d.h. 74 % entwickelten spontane Ca2+-Oszillationen. 67 % der Lymphozyten reagierten auf die chemische Stimulation. Bei 900 MHz wurden 449 Zellen exponiert und mit 384 Zellen aus Kontrollexperimenten verglichen, bei 1800 MHz wurden 237 exponierte Zellen mit 202 scheinexponierten Zellen verglichen. Eine vergleichende Auswertung der Ca2+-Oszillationen in den unterschiedlichen Gruppen zeigte keine auffälligen Unterschiede bei den Experimenten mit 900 MHz. Bei den Experimenten mit 1800 MHz entwickelten während der Exposition 17,7 % Ca2+-Oszillationen, während es bei den scheinexponierten nur 10,9 % waren. Die Exposition könnte also zu einer höheren Aktivität führen. Bei einer Darstellung des gemittelten zeitlichen Verlaufes der [Ca2+]i zeigte sich bei beiden Gruppen eine kleine transiente Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration kurz nach dem Einschalten des Feldes, die bei den scheinexponierten Zellen nicht auftrat.

Inwieweit es sich bei dieser Verschiebung um ein zufälliges Ereignis, ein Artefakt des Versuchsaufbaus oder einen wirklichen Einfluß des Feldes handelt, läßt sich an Hand der vorliegenden Daten noch nicht abschließend beantworten. Ähnliche Effekte haben wir schon bei Experimenten mit 50 Hz magnetischen Felder beobachtet, sie ließen sich allerdings bei einer Wiederholung der Experimente nicht reproduzieren. Daraus folgt, daß ein ursächlicher Zusammenhang zwischen Feld und dem kleinen transienten Anstieg in der intrazellulären Ca2+-Konzentration nicht mit Sicherheit hergestellt werden kann.

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