Autor(en):
Kesari KK*, Agarwal A, Henkel R.
* Department of Applied Physics, Aalto University, Espoo, Finland.
International
Veröffentlicht in:
Reproductive Biology and Endocrinology (2018) 16:118
Veröffentlicht: 09.12.2018
auf EMF:data seit 02.12.2018
Weitere Veröffentlichungen: Studie gefördert durch:

For this review, no funding was received from any sponsor or funding organization.

Schlagwörter zu dieser Studie:
Wirkungen auf Hoden/Spermien, Fertilität
Reviews/Übersichtsarbeiten
zur EMF:data Auswertung

Strahlen und männliche Fruchtbarkeit.

Radiations and male fertility.

Original AbstractÜbersetzung n.n. vorhanden!

During recent years, an increasing percentage of male infertility has to be attributed to an array of environmental, health and lifestyle factors. Male infertility is likely to be affected by the intense exposure to heat and extreme exposure to pesticides, radiations, radioactivity and other hazardous substances. We are surrounded by several types of ionizing and non-ionizing radiations and both have recognized causative effects on spermatogenesis. Since it is impossible to cover all types of radiation sources and their biological effects under a single title, this review is focusing on radiation deriving from cell phones, laptops, Wi-Fi and microwave ovens, as these are the most common sources of non-ionizing radiations, which may contribute to the cause of infertility by exploring the effect of exposure to radiofrequency radiations on the male fertility pattern. From currently available studies it is clear that radiofrequency electromagnetic fields (RF-EMF) have deleterious effects on sperm parameters (like sperm count, morphology, motility), affects the role of kinases in cellular metabolism and the endocrine system, and produces genotoxicity, genomic instability and oxidative stress. This is followed with protective measures for these radiations and future recommendations. The study concludes that the RF-EMF may induce oxidative stress with an increased level of reactive oxygen species, which may lead to infertility. This has been concluded based on available evidences from in vitro and in vivo studies suggesting that RF-EMF exposure negatively affects sperm quality.

Exposition:

HF allgemein

EMF:data Auswertung

Zusammenfassung

In den vergangenen Jahren wurde ein zunehmender Prozentsatz männlicher Unfruchtbarkeit innerhalb der Bevölkerung festgestellt. Zu dieser tragen wahrscheinliche verschiedene Faktoren wie intensive Hitze, Belastung mit Pestiziden, Strahlung, Radioaktivität und andere gefährliche Substanzen bei. Wir sind umgeben von ionisierender und nichtionisierender Strahlung, welche beide eine ursächliche Wirkung auf die Spermatogenese haben. Als ionisierende Strahlung werden Teilchen oder elektromagnetische Strahlung bezeichnet, die in der Lage sind, Elektronen aus Molekülen zu entfernen und dadurch positiv geladene Molekülreste zurücklassen. Beispiele hierfür sind Röntgenstrahlung, γ-Strahlung und α-Partikel. Diese sind wesentlich gefährlicher als nichtionisierende Strahlung, da sie genug Energie mit sich führen, um das Erbgut direkt zu schädigen und so z. B. Krebs verursachen. Die Autoren der hier vorgestellten Übersichtsarbeit richten ihr Augenmerk jedoch auf nichtionisierende Strahlung und deren Auswirkung auf die männliche Fruchtbarkeit. Die Strahlung wird in zwei Formen unterteilt: 1) Niederfrequente (0,1 Hz–1 KHz) und hochfrequente elektromagnetische Felder (HF-EMF, 10 MHz–300 GHz). Letztere werden z. B. durch Mobiltelefone, Laptops und drahtlose Netzwerke sowie Mikrowellenöfen erzeugt. Da HF-EMF inzwischen überall in der Umwelt verbreitet sind, wurden sie in die Liste der anderen Umweltschadstoffe (Luft-, Wasser, Boden- und Lärmbelastung) aufgenommen und unter den Begriffen „Elektroschadstoff“ oder „Elektrosmog“ aufgeführt.

Neben dem Gehirn stellt der Hoden das strahlungsempfindlichste Organ dar. Viele Tierversuche zur Nutzung von Mobiltelefonen zeigen eine Verringerung der Spermienzahl und -beweglichkeit, was auf eine Beeinträchtigung der männlichen Fruchtbarkeit hinweist. Vergleichbare Ergebnisse fand eine Studie auch beim Menschen. Die kontinuierliche Nutzung von Mobiltelefonen geht mit geringer Spermienkonzentration, -beweglichkeit, -morphologie und -lebensfähigkeit einher. Zu dem jetzigen Zeitpunkt ist jedoch kein möglicher Mechanismus bekannt, wie genau HF-EMF auf die männlichen Geschlechtsorgane einwirken, und dadurch die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Einige der Auswirkungen werden durch die Autoren ausführlich diskutiert: 1) Biophysikalische Parameter von Hochfrequenz, 2) Wirkung auf Spermienparameter, 3) Rolle von Kinasen auf den zellulären Stoffwechsel, 4) genomschädigende Wirkung, 5) Induktion von oxidativem Stress, 6) Wirkung auf das endokrine System der männlichen Geschlechtsorgane und 7) Schutzmaßnahmen gegenüber dieser Strahlung und Empfehlungen für die Zukunft.

Quelle: ElektrosmogReport September 2019 | 25. Jahrgang, Nr. 3

Studiendesign und Durchführung

Bei dieser Übersichtsarbeit wurden unabhängige Studien zu dem Thema Wirkung von hochfrequenten Feldern auf die männliche Fruchtbarkeit analysiert.

Ergebnisse

Die biophysiologischen Parameter beschreiben physikalische und biologische Faktoren, die die zelluläre Empfindlichkeit gegenüber Einwirkung der Hochfrequenzfelder durch Messung der Absorptionsrate der Strahlung bestimmen. Um eine biologische Antwort zu erzielen, muss das elektromagnetische Feld zunächst die Oberfläche des biologischen Systems durchdringen und dadurch interne Felder hervorrufen. Die Eindringtiefe ist von einer Reihe von Faktoren abhängig, darunter die Parameter des EMF (z.B. Intensität, Feldstärke), Distanz der Strahlungsquelle vom biologischen System sowie Form und Geometrie des biologischen Systems. Einige Studien weisen darauf hin, dass hochfrequente Felder stark genug sind, um den menschlichen Schädel zu durchdringen, so dass ca. 40 % der Strahlung tiefer in das Gehirn vordringen können. Es wird von einer Eindringtiefe von 4–5 cm ausgegangen. Eine vergleichbare Eindringtiefe wird beim Hoden vermutet. Die Frage ist, auf welche Weise die Strahlung zelluläre Bestandteile schädigen und dadurch zu erhöhter Unfruchtbarkeit beitragen kann. DNA-Schäden sind eines der größten Probleme in Bezug auf Unfruchtbarkeit oder Hodenkrebs. Da es sich bei HF-EMF um nicht-ionisierende Strahlung handelt, besitzen die Photonen nicht genug Energie, um chemische Bindungen zu brechen oder biologische Moleküle zu ionisieren. Es wird also davon ausgegangen, dass elektromagnetische Strahlung nicht direkt DNA-Schäden hervorrufen kann. Es wurden also indirekte Mechanismen wie die Freie-Radikal-Hypothese gebildet, um die DNA-Schädigungen zu erklären. Zum Thema freie Radikale und reaktive Sauerstoffspezies später mehr.

Eine Vielzahl von Spermienparametern, wie z.B. Spermienqualität, Spermienanzahl, Beweglichkeit und Morphologie werden durch Alterung sowie Lebensstilfaktoren (z.B. Alkohol- und Tabakkonsum) beeinträchtigt. Zudem trägt häufige Nutzung von Mobiltelefonen oder anderen EMF-Geräten zur Verschlechterung verschiedener Spermienparameter bei. So wurde in verschiedenen Studien Verminderung der Anzahl beweglicher Spermien, Abnahme der generellen Spermienbeweglichkeit, Überlebensfähigkeit, Zunahme an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und abnormale Spermienmorphologie mit der Nutzung von Mobiltelefonen in Verbindung gebracht. Ein Tierversuch zeigte signifikant verringerte Spermienanzahl und einen erhöhten Anteil apoptotischer Zellen (Apoptose = programmierter Zelltod) nach der Einwirkung von Mobilfunkstrahlung (Mobiltelefon als Strahlungsquelle) für 2 Std/Tag über 35 Tage. Eine andere Studie zeigte reduzierte Spermienanzahl und -beweglichkeit nach der Bestrahlung von Ratten mit einem WLAN-verbundenen Laptop (7 Std/Tag über eine Woche). Zwei Publikationen beschreiben, dass das Tragen von Mobiltelefonen in einer Hosentasche oder am Gürtel die Beweglichkeit von Spermien vermindert. Eine Reihe von Studien konnte belegen, dass die generelle Nutzung von Mobiltelefonen in einer verringerten Spermienkonzentration und -beweglichkeit, veränderter Morphologie und verminderter Überlebensfähigkeit resultiert. Auch morphologische Veränderungen der Hoden konnte demonstriert werden.

Eine Arbeitsgruppe zeigte eine Verminderung von Durchmesser und Gewicht der Hodenkanälchen (Ort der Spermienbildung im Hoden) sowie geringere durchschnittliche Höhe des Epithelgewebes der Hodenkanälchen nach Bestrahlung. Auch die Spermatogenese (Entwicklung und Reifung der Spermien) wird auf molekularer Ebene beeinträchtigt. Bei der Spermatogenese handelt es sich um einen aktiven Teilungsprozess, welcher in zwei Phasen untergliedert ist: der mitotischen und meiotischen Phase. In der mitotischen Phase findet eine Vermehrung der Spermienvorläufer statt, während in der meiotischen Phase der Chromosomensatz reduziert wird (diploid zu haploid) und schließlich reife Spermien entstehen. An diesem komplizierten Prozess sind verschiedene Schlüsselmoleküle beteiligt, welche den Zellzyklus regulieren. Der Zellzyklus wird durch die Belastung mit Mobilfunkstrahlung gestört. Dies resultiert in geringerer Anzahl reifer Spermien sowie einer erhöhten Anzahl von apoptotischen Spermien. Die Arbeitsgruppe um den Autor der Arbeit konnte zeigen, dass die Aktivität eines dieser Schlüsselmoleküle, der Spermienproteinkinase C, nach Einwirkung von Mobilfunkstrahlung verringert ist. Des Weiteren konnten die Wissenschaftler eine verminderte Aktivität eines weiteren Schlüsselenzyms, der Histonkinase H1, demonstrieren. Die Konzentrationen einer dritten Kinase, der Spermienkreatinkinase, war nach der Bestrahlung mit Mikrowellen erhöht. Die Kreatinkinase spielt eine wichtige Rolle bei der Fortbewegung des Spermiums. Die Autoren der Arbeit weisen darauf hin, dass die drei Kinasen eine wichtige Rolle im Zellstoffwechsel und der Spermatogenese spielen und eine Veränderung der Spermienkinasen durch Mobilfunkstrahlung zu Unfruchtbarkeit führen könnten.

Neben der Beeinflussung der Enzyme hat die Bestrahlung auch Auswirkungen auf den Hormonhaushalt der Hoden. Mikrowellenstrahlung vermindert die Zellzahl der so genannten Leydig-Zellen in Ratten. Bei den Leydig-Zellen handelt es sich um die Testosteronproduzenten. Die Reduktion dieses Zelltyps durch Mikrowellen hat bei den Ratten eine Verringerung der Testosteronkonzentration im Blutserum zur Folge. Mehrere Studien zeigten auf, dass Testosteron unerlässlich ist für die Spermatogenese sowie die Morphologie und Physiologie der Hodenkanälchen. Aus diesem Grund haben Veränderungen des Testosteronspiegels nachteilige Auswirkungen auf die männliche Fruchtbarkeit. Neben dieser unmittelbaren Wirkung auf die Testosteron-produzierenden Zellen kann die Belastung mit HF-EMF die Hormonsekretion in der Hirnanhangdrüse verändern. Hierbei ist eine ganze Reihe von Hormonen betroffen, die unter anderem auch Auswirkungen auf die Spermatogenese und Testosteronproduktion haben können. Unter anderem ist die Bildung des luteinisierenden Hormons (LH) und des follikelstimulierenden Hormons (FSH) betroffen. Diese sind beide an der Reifung der Spermien beteiligt. Auch die Zirbeldrüse wird in ihrer Hormonsekretion negativ beeinflusst. So zeigten Wissenschaftler eine Verminderung der Melatoninkonzentration in der Zirbeldrüse. Melatonin besitzt eine so genannte antigonadotrophe Wirkung, d.h. es verkleinert die Geschlechtsdrüsen. Außerdem stellt es ein wichtiges Antioxidans dar.

Einige Studien fanden heraus, dass unfruchtbare Männer Schädigungen der Spermien-DNA aufweisen. Abgesehen von anderen Lebensstilfaktoren konnte nachgewiesen werden, dass das kontinuierliche Nutzen von Mobiltelefonen die Spermien-DNA schädigt. In einem Tierversuch, bei dem die Antenne eines 3G-Mobiltelefons in der Nähe der Hoden von Ratten positioniert war (2 Std/Tag über 60 Tage), wurden Strangbrüche der DNA der Spermienzellen gefunden. Zwei weitere Publikationen beschreiben DNA-Schädigungen der Spermien- bzw. Hodenzellen durch die Bestrahlung mit 2,45 GHz Mikrowellen. Die Belastung von ejakuliertem, menschlichem Samen mit 2,45-GHz-Strahlung in vitro führte zu Veränderung der Beweglichkeit der Spermien sowie DNA-Strangbrüchen. Allerdings ist die HF-Strahlung nicht stark genug, um bei kurzfristiger Belastung genomische Schäden hervorzurufen. Es wird davon ausgegangen, dass die Schäden durch langfristige und kumulative Wirkung hervorgerufen werden. Auch hier wird vorgeschlagen, dass oxidativer Stress eine Schlüsselrolle bei dem zugrundeliegenden Mechanismus der Spermien-DNA-Fragmentierung spielt.

Auch Zellorganellen des Spermiums sind von den Auswirkungen der nicht-ionisierenden Strahlung betroffen. Mikrotubuli (röhrenartige Proteinkomplexe) besitzen vielfältige Funktionen innerhalb des Spermiums. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Zellteilung und dem intrazellulären Transport. Außerdem besteht der Schwanz des Spermiums (Flagellum) hauptsächlich aus Mikrotubuli. Jegliche Änderungen in der Konformation der Mikrotubuli kann zu einer veränderten Form der Geißel führen und dadurch die Beweglichkeit der Spermien schwerwiegend verschlechtern. Das kann zu Unfruchtbarkeit führen. Eine Publikation beschreibt Veränderungen der Anordnung der Mikrotubuli nach Bestrahlung mit Mobilfunk. Neben einem funktionstüchtigen Antrieb braucht das Spermium Energie, um sich fortbewegen zu können. Diese Energie wird in Form von ATP (Adenosintriphosphat) durch die Mitochondrien des Spermiums zu Verfügung gestellt. Wissenschaftler fanden heraus, dass HF-EMF die Mitochondrien der Spermien beschädigt, wodurch die Beweglichkeit der Spermien auf einer anderen Ebene beeinträchtigt wird. Außerdem führt die Beschädigung der Mitochondrien zu einer erhöhten Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS).

Der Zusammenhang zwischen elektromagnetischen Feldern und möglichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen, ist die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies und  dadurch hervorgerufener oxidativer Stress. Als oxidativer Stress wird ein Zustand bezeichnet, bei dem das natürliche Gleichgewicht zwischen Oxidantien und Antioxidantien stark auf die Seite der Oxidantien verschoben ist. Die freien Radikale können Lipide, Proteine und DNA oxidieren, was zu einer Beschädigung von Zellen, Geweben und Organen führen kann. Eine Arbeitsgruppe berichtete, dass oxidativer Stress der Hauptfaktor sein könnte, der eine Erhöhung der Spermien-DNA-Schäden verursacht. Spermien sind besonders anfällig gegenüber oxidativem Stress. Bereits kleine Änderungen der ROS-Konzentration spielen eine wichtige Rolle bei der Funktion der Kopfkappe des Spermiums und dessen Fähigkeit, in die Eizelle vorzudringen. Eine Publikation zeigte, dass die ROS-Konzentration im Samen von Ratten, die Mobilfunkstrahlung ausgesetzt waren, signifikant erhöht war. Eine Reihe von Wissenschaftlern berichten, dass erhöhte ROS-Konzentrationen ein Zellgift darstellen und das zum Verlust von Beweglichkeit, Anzahl und Überlebensfähigkeit der Spermien führen kann. Mehrere Studien zeigen, dass unfruchtbare Männer erhöhte ROS-Konzentrationen sowie eine geringere antioxidative Kapazität im Samen aufweisen. Es ist also wichtig, die hochreaktiven, freien Radikale durch Antioxidantien abzufangen. Die antioxidativen Schutzmechanismen des Körpers (Superoxiddismutase, Glutathionperoxidase, Melatonin) werden jedoch durch die Bestrahlung geschwächt.

Die Auswirkungen von Strahlentherapie auf die Fruchtbarkeit von Männern bietet weitere Einsicht in die Folgen von elektromagnetischer Strahlung. Wissenschaftler konnten nachweisen, dass bei der Behandlung von Hodenkrebs eine Strahlentherapie schädlichere Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit hat als Chemotherapie. Während der ersten 50–60 Tage nach einer moderaten Bestrahlung (1,5–2 Gy Dosis) ist die Spermienanzahl um bis zu 50% verringert. Die Erholungszeit für ein normales Volumen und normale Anzahl der Spermien beträgt 9–18 Monate bei einer Strahlendosis unter 1 Gy, 30 nach 2–3 Gy und 5 oder mehr Jahre bei 4–6 Gy.

Als Schutzmaßnahmen vor HF-EMF in Bezug auf Fruchtbarkeit schlagen die Autoren der Arbeit die Aufnahme von Antioxidantien vor. Insbesondere die Behandlung mit Melatonin reduziert oxidativen Stress und stellt die physiologischen Testosteronkonzentrationen wieder her. Auch der Konsum von grünem Tee, der eine Reihe von Antioxidantien enthält, verbessert die Qualität der Geschlechtszellen.

Schlussfolgerungen

Zusammengefasst analysierten die Autoren eine große Anzahl von Studien. Diese zeigten, dass die Belastung mit Strahlung von Mobiltelefonen, Mikrowellenöfen, Laptops oder WLAN nachteilige Auswirkungen auf die männlichen Geschlechtsorgane haben. Dies beinhaltet verringerte Spermienanzahl, -morphologie, -beweglichkeit, erhöhte DNA-Schäden sowie Störungen in Proteinkinasen, Hormonen und antioxidativen Enzymen. Diese Auswirkungen sind verantwortlich für Unfruchtbarkeit auf Grund einer Überproduktion von ROS. Die Studien deuten darauf hin, dass die von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern hervorgerufenen Wirkungen von physikalischen Parametern, wie z.B. Dauer der Belastung, Entfernung zur Strahlungsquelle, Feldstärke und Tiefe der Durchdringung abhängen. Laut den Autoren gebe es momentan keine Studien, die den wahren Mechanismus, wie genau HF-EMF die männlichen Geschlechtsorgane beeinflussen, darstellen. Außerdem wären die schädigenden Auswirkungen von HF-EMF noch nicht in menschlichen Studien ausreichend nachgewiesen. Deshalb fordern sie weitere Studien, um bessere Erkenntnisse zu erlangen. Außerdem gäbe es nur sehr begrenzte Forschungsergebnisse zu möglichen Schutzmaßnahmen gegenüber Elektrosmog. (RH)