Die biologischen Wirkungen von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern (HF-EMF), insbesondere von WLAN, ergeben ein komplexes und mitunter widersprüchliches Bild, was das Ziehen von eindeutigen Schlussfolgerungen erschwert. Trotz dieser Komplexität mehrt sich die Anzahl an Studien, die oxidativen Stress als Resultat von WLAN-Befeldung beschreiben. Modellorganismen wie Fische, Amphibien und Insekten besitzen ein mit Säugetieren vergleichbares, jedoch schwächeres antioxidatives Schutzsystem und limitierte Reparaturmechanismen. Dies gilt besonders für frühe Entwicklungsstadien bzw. Keimzellen, welche ohnehin als empfindlich gegenüber exogenen Stressoren gelten. Angesichts der anhaltenden wissenschaftlichen Debatte über die Wirkungen von Hochfrequenz und der erhöhten Sensibilität sind Modellorganismen wie Zebrafische (Danio rerio) wertvoll für die Bewertung von Stressfaktoren auf die Entwicklung. Trotz der großen Differenzen der Milieus Fruchtwasser und Süßwasser machen die hochkonservierten Entwicklungswege der Wirbeltierentwicklung den Zebrafisch zu einem validen Modell für die Bewertung von EMF-induzierten Auswirkungen auf die Entwicklung und Keimzellen, inklusive Übertragbarkeit dieser Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Die vorliegende Studie analysiert eben diese Auswirkungen auf das Fortpflanzungssystem adulter Zebrafische sowie auf Entwicklung und Verhalten der Nachkommen.
Adulte Zebrafische wurden über einen Zeitraum von bis zu 30 Tagen täglich 4 h dem WLAN-Feld eines kommerziellen Routers unter kontrollierten Laborbedingungen ausgesetzt. Der Arbeitszyklus des Routers basierte auf dem experimentell gemessenen WLAN-Arbeitszyklus während eines kontinuierlichen 1080p-Videostreams mit 6 Mbps (z.B. YouTube). Die Wissenschaftler führten umfangreiche dosimetrische Analysen durch. Der SAR-Wert bewegte sich zwischen 0,716 und 2,59 W/kg, die Leistungsdichte zwischen 1,9 und 6,8 W/m², je nach Position innerhalb des Aquariums. Die Wassertemperatur wurde konstant gehalten, sodass thermische Effekte ausgeschlossen werden können. Kontrolltiere wurden scheinbefeldet. Nach 10, 20 und 30 Expositionstagen wurden die adulten Zebrafische zufällig zur Fortpflanzung angesetzt. Die daraus hervorgehenden Embryonen wurden ohne weitere Befeldung kultiviert. Das Fortpflanzungsexperiment wurde dreimal unabhängig wiederholt, um statistisch robuste Daten zu generieren. In den statistischen Modellen wurden Gelege bzw. Tank als Zufallseffekte einbezogen, um die tatsächlichen Auswirkungen der WLAN-Befeldung mit größerer Zuverlässigkeit bewerten zu können. Bei den Elterntieren erfolgten histomorphologische Untersuchungen der Ovarien und Hoden verblindet. Bei den Nachkommen wurden Schlupfrate, Mortalität, morphologische Auffälligkeiten sowie Verhaltenstests durchgeführt, um Stress, Angstverhalten und kognitive Funktionen bewerten zu können.
Bei den befeldeten adulten Tieren fanden die Wissenschaftler Hinweise auf eine WLAN-induzierte Beeinträchtigung der Gametogenese (Keimzellbildung & -reifung): Die befeldeten weiblichen Tiere wiesen im Vergleich zu ihren Kontrollen einen signifikanten Anstieg atretischer Follikel auf, einhergehend mit einer gestörten Stromaarchitektur und einem Rückgang gesunder Eizellen. Auch bei den männlichen Tieren wurden ausgeprägte degenerative Veränderungen der Hoden beobachtet, darunter eine Desorganisation der Samenkanälchen sowie eine signifikante Verringerung der Spermatogonien und Spermien. Bei den Nachkommen wurden dosis-wirkungs-abhängige WLAN-Wirkungen beobachtet. Sowohl embryonale Mortalität als auch morphologische Missbildungen der Nachkommen waren statistisch signifikant gesteigert. Auch die neurobehavioralen Tests zeigten signifikante Veränderungen, wie eine reduzierte lokomotorische Aktivität, erhöhte Stress- und Angstreaktionen sowie reduzierte kognitive Leistung.
Die Studie liefert konsistente Hinweise darauf, dass eine WLAN-Befeldung strukturelle Schädigungen der Fortpflanzungsorgane adulter Zebrafische hervorrufen kann, welche generationsübergreifend nachteilige Auswirkungen auf die Nachkommen haben können. Sowohl die Schädigungen der Parental- als auch die der Nachkommengeneration weisen eine dosis-wirkungs-abhängige Beziehung auf. Die Autoren diskutieren oxidativen Stress, mitochondriale Dysfunktionen und epigenetische Veränderungen als mögliche mechanistische Grundlage der WLAN-Schäden.
Anmerkungen der Redaktion:
Die vorgestellte Arbeit zeichnet sich durch ein strukturiertes Design, definierte und kontrollierte Befeldungsparameter sowie eine multimodale Analyse (histologisch, entwicklungsbiologisch, neurobehavioral) aus. Die Realitätsnähe der Befeldung, nämlich tägliches 4-stündiges Videostreaming über WLAN, in Kombination mit umfassender Dosimetrie, ist positiv hervorzuheben. Die zeitliche Staffelung erlaubt Aussagen zur Progression der Wirkung. Die unabhängige Wiederholung der Nachkommen-Experimente sowie die Verblindung bei den histologischen Untersuchungen steigern die Belastbarkeit der Befunde. Limitationen bestehen hingegen bei der Anzahl der untersuchten adulten Tiere. Auch wäre eine Untersuchung molekularer Marker oxidativen Stresses oder epigenetischer Veränderungen wünschenswert gewesen. Diese hätten mögliche Einblicke in mechanistische Hintergründe gewähren können. Dennoch liefert die Studie relevante Hinweise auf eine Vulnerabilität der Keimbahn gegenüber hochfrequenter Strahlung mit persistierenden Schädigungen der Nachkommen. (RH)