Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Calcium homeostasis of isolated heart muscle cells exposed to pulsed high-frequency electromagnetic fields med./bio.

[Calcium-Homöostase isolierter Herzmuskel-Zellen, exponiert mit gepulsten hochfrequenten elektromagnetischen Feldern]

Von: Wolke S, Neibig U, Elsner R, Gollnick F, Meyer R

Veröffentlicht in: Bioelectromagnetics 1996; 17 (2): 144-153

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten mögliche athermische Auswirkungen einer Befeldung mit GSM Merkmalen auf die intrazelluläre Calcium-Homöostase in isolierten Herzmuskel-Zellen von Meerschweinchen untersucht werden.

Endpunkt

Zellfunktionen: Calcium-Homöostase

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- Mobilfunk
- GSM

Exposition	Parameter
Exposition 1: 900 MHz Modulationsart: CW Expositionsdauer: kontinuierlich für 500 s	SAR: 59 mW/kg Mittelwert (auch Spitzenwert)
Exposition 2: 900 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 500 s	SAR: 29 mW/kg Mittelwert SAR: 57 mW/kg Spitzenwert
Exposition 3: 900 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 500 s	SAR: 30 mW/kg Mittelwert SAR: 59 mW/kg Spitzenwert
Exposition 4: 900 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 500 s	SAR: 15 mW/kg Mittelwert SAR: 123 mW/kg Spitzenwert
Exposition 5: 900 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 500 s	SAR: 37 mW/kg Mittelwert SAR: 47 mW/kg Spitzenwert
Exposition 6: 1.300 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 500 s	SAR: 12 mW/kg Mittelwert SAR: 99 mW/kg Spitzenwert
Exposition 7: 1.800 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 500 s	SAR: 9 mW/kg Mittelwert SAR: 69 mW/kg Spitzenwert
Exposition 8: 900 MHz Modulationsart: gepulst Expositionsdauer: kontinuierlich für 120 min	SAR: 15 mW/kg Mittelwert SAR: 123 mW/kg Spitzenwert

Allgemeine Informationen

The experimental schedule varied carrier frequency (900, 1300, and 1800 MHz), modulation frequency (0, 16, 50, 217 Hz, and 30 kHz at 900 MHz), and membrane potential. The experiments included sham runs with the same handling and duration.

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 500 s

Modulation

Modulationsart	CW

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	TEM-Zelle cubic with 7 cm edge length, signal generator
Kammer	The TEM cell was mounted on the object stage of the inverted microscope and contained an open 10-mm experimental chamber for holding the sample. The bottom of this chamber consisted of a glass coverslip and a 1-mm mesh made of 0.05-mm wire and provided shielding while allowing optical observation.
Aufbau	The sample volume (200 µl of cell suspension) in the Plexiglas chamber was maintained at 37 ± 0.5 °C by perfusion of the preheated solution and an additional heating fluid running through a circular channel around the sample volume.
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.
Zusatzinfo	An experimental run consisted of three phases each lasting 500 s. The first phase without any exposure was followed by field exposure. During the third phase a chemical stimulation (K⁺-depolarization) was performed indicating the viability of the cells which served as positive control.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	59 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	auch Spitzenwert

Mess- und Berechnungsdetails

The SAR values achieved were determined by combined measurements and calculations. Field distribution and SAR for 1 W were calculated first. Then the input power to the TEM cell was measured for each applied signal using a bolometer. Finally, the actual SAR values were obtained by multiplication. The SAR values calculated on this basis were only spatial mean values within the solution. The metal mesh, however, created local field inhomogeneities at the level of the cells since the field lines converged towards the wires of the mesh. Calculations on this showed that local SAR values varied by one order of magnitude (or a factor of 3) depending on the position of an individual cell. One millimeter above the wire mesh, the field distribution was even.

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 500 s

Modulation

Modulationsart	gepulst
Anstiegszeit	2,5 µs
Abfallzeit	2,5 µs
Tastgrad	50 %
Folgefrequenz	16 Hz
Pulsart	rechteckig

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	29 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	-
SAR	57 mW/kg	Spitzenwert	berechnet und gemessen	-	-

Exposition 3

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 500 s

Modulation

Modulationsart	gepulst
Anstiegszeit	2,5 µs
Abfallzeit	2,5 µs
Tastgrad	50 %
Folgefrequenz	50 Hz
Pulsart	rechteckig

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	30 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	-
SAR	59 mW/kg	Spitzenwert	berechnet und gemessen	-	-

Exposition 4

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 500 s

Modulation

Modulationsart	gepulst
Anstiegszeit	2,5 µs
Abfallzeit	2,5 µs
Tastgrad	14 %
Folgefrequenz	217 Hz
Pulsart	rechteckig

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.
Zusatzinfo	In one set of experiments, the membrane potential of the cells was adjusted to different values (-80 mV, -50, -30, and 0 mV). In the third phase, the membrane potential of the depolarized cells was repolarized to -80 mV. This set also included sham runs at each membrane potential.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	15 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	-
SAR	123 mW/kg	Spitzenwert	berechnet und gemessen	-	-

Exposition 5

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 500 s

Modulation

Modulationsart	gepulst
Anstiegszeit	2,5 µs
Abfallzeit	2,5 µs
Tastgrad	80 %
Folgefrequenz	30 kHz
Pulsart	rechteckig

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	37 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	-
SAR	47 mW/kg	Spitzenwert	berechnet und gemessen	-	-

Exposition 6

Hauptcharakteristika

Frequenz	1.300 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 500 s

Modulation

Modulationsart	gepulst
Anstiegszeit	2,5 µs
Abfallzeit	2,5 µs
Tastgrad	14 %
Folgefrequenz	217 Hz
Pulsart	rechteckig

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	12 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	-
SAR	99 mW/kg	Spitzenwert	berechnet und gemessen	-	-

Exposition 7

Hauptcharakteristika

Frequenz	1.800 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 500 s

Modulation

Modulationsart	gepulst
Anstiegszeit	2,5 µs
Abfallzeit	2,5 µs
Tastgrad	14 %
Folgefrequenz	217 Hz
Pulsart	rechteckig

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	9 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	-
SAR	69 mW/kg	Spitzenwert	berechnet und gemessen	-	-

Exposition 8

Hauptcharakteristika

Frequenz	900 MHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	gerichtetes Feld
Expositionsdauer	kontinuierlich für 120 min

Modulation

Modulationsart	gepulst
Anstiegszeit	2,5 µs
Abfallzeit	2,5 µs
Tastgrad	14 %
Folgefrequenz	217 Hz
Pulsart	rechteckig

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.
Zusatzinfo	In a third set of experiments, long-term exposures were tested. The first phase (without field) lasted 5 min and was followed by 120 min of exposure and 25 min of chemical stimulation (positive control).

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
SAR	15 mW/kg	Mittelwert	berechnet und gemessen	-	-
SAR	123 mW/kg	Spitzenwert	berechnet und gemessen	-	-

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
isolierte Herzmuskel-Zellen von Meerschweinchen

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Zellfunktionen: Bestimmung der Calcium-Homöostase (Fluoreszenz-Mikroskopie, fluoreszierender Calcium-Indikatorfarbstoff Fura-2)
Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Überprüfung der Zelllebensfähigkeit durch chemische Stimulation (Kalium Depolarisation)

Untersuchtes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)

Untersuchungszeitpunkt:

während der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Bis auf einen sehr kleinen Unterschied bei der 900 MHz Befeldung (moduliert mit 50 Hz) , wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen der Schein-Befeldung und der Hochfrequenz-Befeldung gefunden. Gemäß den Ergebnissen dieser Untersuchung können Einflüsse von gepulsten, hochfrequenten Feldern im GSM-Bereich auf den intrazellulären Calcium-Gehalt von isolierten Herzmuskel-Zellen nicht gänzlich ausgeschlossen werden, doch sind diese Einflüsse sehr unwahrscheinlich.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie

Studie gefördert durch

Forschungsgemeinschaft Funk e.V. (FGF) (Research Association for Radio Applications), Germany
Forschungsverbund Elektromagnetische Verträglichkeit Biologischer Systeme (Research Association of Electromagnetic Compatibility of Biological Systems), Technical University Braunschweig, Germany

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