Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer 5G-Felder auf das menschliche Schlaf-Elektroenzephalogramm: Eine randomisierte, kontrollierte Studie an gesunden, CACNA1C-genotypisierten Freiwilligen. [Preprint: noch nicht peer-reviewed]

Die Einführung der 5G-Technologie als neuester Standard in der mobilen Telekommunikation hat Bedenken über die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen geweckt. Insbesondere Menschen, die sich selbst als elektrohypersensibel einschätzen, sind besorgt über Schlafstörungen, Kopfschmerzen und damit verbundene Beeinträchtigungen der Gehirngesundheit aufgrund der Exposition gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern (RF-EMF). Während die langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen der EMF-Exposition noch unklar sind, haben mehrere unabhängige Studien gezeigt, dass 2G–4G EMF akut die elektroenzephalographischen (EEG) ~ 9–16 Hz Oszillationen im Wachzustand und Schlaf verändern. Insbesondere wurden wiederholt spektrale Erhöhungen im EEG-Spindel-Frequenzbereich (11–16 Hz) im NREM-Schlaf (Non-Rapid-Eye-Movement) festgestellt. Schlafspindeln modulieren die Interaktionen zwischen dem Gehirn und seiner äußeren Umgebung; sie dämpfen im Wesentlichen die Reaktionsfähigkeit auf sensorische Reize, d. h. sie isolieren das Gehirn während des Schlafs von äußeren Störungen. Die Pulsmodulation von 2G–4G-EMF-Signalen scheint entscheidend für die Induktion von EEG-Veränderungen im Schlaf zu sein. Die hohe interindividuelle Variabilität und hohe intraindividuelle Stabilität der durch 2G–4G EMF induzierten Schlaf-EEG-Veränderungen deutet auf eine mögliche genetische Prädisposition hin.

Nach anderen Untersuchungen zu urteilen, ist der wahrscheinliche Mechanismus der EMF-Exposition auf das Gehirn mit der Depolarisierung des Membranpotenzials von Neuronen verbunden, die spannungsgesteuerte Kalziumionenkanäle (Ca²+) aktiviert und zu einer erhöhten intrazellulären Ca²+ Konzentration führt. Der Einstrom von Ca²+ steuert Prozesse wie Hormonsekretion, Neurotransmitterfreisetzung, Gentranskription und neuronale Aktivität. RF-EMF können L-Typ spannungsgesteuerte Kalziumkanäle (LTCC) aktivieren, die mit der Schlafqualität und der oszillatorischen Aktivität des EEG in Verbindung gebracht werden. Verschiedene allelische Varianten des Gens CACNA1C, das für die α1C-Untereinheit des L-Typ-Kalziumkanals kodiert, wurden mit verlängerter Schlaflatenz und verminderter Schlafqualität in Verbindung gebracht. Diese Untereinheit bestimmt die Spannungsempfindlichkeit und Leitfähigkeit der LTCC. LTCC werden auf fast allen Arten von Neuronen im Gehirn exprimiert und regulieren das neuronale Feuern, Lernen und Gedächtnis, Suchtverhalten und die neuronale Entwicklung. Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, ob eine Exposition vor dem Schlaf mit realistischen, standardisierten 5G-EMF-Signalen die spektralen Eigenschaften von Spindeln im NREM-Schlaf-EEG beeinflusst. Außerdem sollte untersucht werden, ob die EMF-induzierten Veränderungen durch die Variante rs7304986 des CACNA1C-Gens (T/C- oder T/T-Allele) moduliert werden. Die Studie verwendet einen neuen methodischen Ansatz, die Fitting Oscillations & One Over f (FOOOF) Analyse. Diese Analyse bietet eine validierte, intuitive Methode zur zuverlässigen und informativen Extraktion der einzelnen spektralen EEG-Merkmale.

Vierunddreißig gesunde, rechtshändige Freiwillige, größtenteils Frauen, wurden in diese Studie aufgenommen und auf rs7304986 genotypisiert (15 T/C- und 19 T/T-Träger). Alle Teilnehmer füllten eine Reihe von Fragebögen aus, die sich auf ihren Mobiltelefongebrauch, ihre Medikamenteneinnahme, ihr Schlafverhalten sowie ihren allgemeinen und neurologischen Gesundheitszustand bezogen. Alle Teilnehmer absolvierten drei experimentelle Nächte mit unterschiedlichen, standardisierten Expositionsbedingungen nach einem randomisierten, doppelblinden Cross-over-Design:

1) 30-minütige Exposition vor dem Schlafengehen mit einem aktiven 5G-EMF bei einer Trägerfrequenz von 700 MHz, 20 MHz Bandbreite und 12,5 Hz Leistungsregelung,

2) 30-minütige Exposition vor dem Schlafengehen mit einem aktiven 5G-EMF bei einer Trägerfrequenz von 3,6 GHz, 100 MHz Bandbreite und 12,5 Hz Leistungsregelung, und

3) eine 30-minütige Scheinexposition ohne aktives Feld.

Das Expositionssystem (sXh5G, IT'IS Foundation, Zürich, Schweiz) wurde kalibriert, um sicherzustellen, dass die spezifische Absorptionsrate (SAR) für den Kopf 2 W/kg nicht überschreitet. Die Ausgangsleistung betrug 4,28 W bei 700 MHz und 1,63 W für das 3,6-GHz-Signal. Bei beiden Signalen (700 MHz und 3,6 GHz) wurde eine identische Leistungskontrolle angewendet, die eine niederfrequente Amplitudenmodulation bei 12,5 Hz zusätzlich zur Modulation einführt. Die Spitzenbelastungen befinden sich in dem der Antenne am nächsten gelegenen kortikalen Gewebe, wobei das auffälligste Merkmal die viel höhere Abklingrate der SAR bei der höheren Frequenz ist. Für die EEG-Aufzeichnungen verwendeten die Wissenschaftler 128-kanalige Electrical Geodesics Sensornetze für nächtliche hd-EEG-Aufzeichnungen (Electrical Geodesics Inc., EGI, Eugene, OR).

T/C-Träger berichteten über eine längere Schlaflatenz im Vergleich zu T/T-Trägern.  Die statistische Analyse der Nachtschlaf-Variablen ergab eine Interaktion zwischen "Exposition" und "Genotyp" für die späteren Schlafstadien, aber Post-hoc t-Tests zeigten keine signifikanten Unterschiede. Im nächsten Schritt beobachteten die Autoren deutliche negative und positive Spitzen in den spezifischen Leistungsverhältnissen, die eher auf eine Verschiebung der Spindelspitzenfrequenz als auf einen allgemeinen Anstieg der spektralen Leistungsdichte hinweisen.

Anschließend analysierten sie die periodischen Komponenten der oszillatorischen Spindelaktivität im NREM-Schlaf-EEG, was eine signifikante Interaktion zwischen "Exposition" und "Genotyp" für die zentrale Frequenz der Schlafspindelaktivität ergab.

Schließlich wurde ein topographischer Vergleich, d.h. eine EEG-Analyse mit hoher Dichte, durchgeführt. Die Mittenfrequenz der Schlafspindeln zeigte eine weit verbreitete (d.h. 50/109 EEG-Kanäle) Verschiebung zu höheren Frequenzen bei den T/C-Allel-Trägern nach der Exposition mit dem 3,6-GHz-Feld in einem großen Cluster, der zentrale, parietale und okzipitale kortikale Bereiche umfasste. Der prozentuale Anstieg der Mittenfrequenz betrug 1,43 ± 6,5*10-⁴ %, was einer mittleren Verschiebung der Frequenz der Schlafspindel-Spitze von 13,62 ± 0,1 Hz in der Scheinbedingung auf 13,82 ± 0,1 Hz nach der 3,6 GHz-Exposition entspricht. Die Beschleunigung der Mittenfrequenz nach der 3,6 GHz-Exposition im T/C-Genotyp war konsistent und zeigte eine große Effektgröße (Cohen's d Mittelwert ± std = 0,78 ± 0,18; Cohen's d [min, max] = [0,28, 1,28]; Cohen's d > 0,57 in 48 von 50 Kanälen).

Unter Verwendung des kürzlich entwickelten FOOOF-Algorithmus fand diese Studie 5G-induzierte Veränderungen in den Spindelspitzen-Komponenten im NREM-Schlaf-EEG. Es wurde eine signifikante Interaktion zwischen der Exposition und der genetischen Variante in der zentralen Frequenz der Schlafspindeln festgestellt. Die Autoren wiesen eine weit verbreitete Verschiebung der Mittelfrequenz der Schlafspindeln hin zu schnellerer oszillatorischer Aktivität bei Trägern des T/C-Allels nach Exposition bei einem 5G RF-EMF mit einer Trägerfrequenz von 3,6 GHz nach, was die L-Typ spannungsgesteuerten Kalzium-Kanäle in die physiologische Reaktion auf RF-EMF einbezieht. Eine geringere Verschiebung wurde auch nach der Exposition mit dem 700 MHz-Signal beobachtet. Falls vorhanden, ist die Wirkung des niederfrequenteren 700-MHz-Feldes mit der derzeitigen Methodik nur geringfügig nachweisbar. Die Diskrepanz zwischen der tieferen Durchdringung des 700 MHz-Signals, die sich aus der simulierten SAR-Verteilung im Gehirn ergibt, und den ausgeprägteren Wirkungen auf die EEG-Schlafspindeln, die nach Exposition mit dem 3,6 GHz-Signal beobachtet wurden, bleibt unklar. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit einer umfassenden Untersuchung der komplexen Eigenschaften der neuen 5G-Signale. Knoblauch et al. 2005 zeigten die zirkadiane Regulation der Spindelzentrumsfrequenz mit einer Frequenzreduktion (von ~13,85 auf 13,7 Hz), die mit der Melatoninsekretion zusammenfällt. Da hier eine erhöhte Spindelzentrumsfrequenz nach 5G-Exposition gefunden wurde, kann ein zirkadianer Effekt von HF-EMFs, wie z.B. eine reduzierte Melatoninproduktion, nicht ausgeschlossen werden. (Die Melatoninspiegel wurden in dieser Studie jedoch nicht untersucht.) Diese Ergebnisse liefern erste Hinweise darauf, dass das LTCC Cav1.2 eine mechanistische Rolle bei der Interaktion zwischen EMF und dem menschlichen Gehirn spielt. Diese Hypothese könnte weiter getestet werden, indem die Auswirkungen von HF-EMF auf das Schlaf-EEG nach selektiver pharmakologischer Modulation dieser Kanäle untersucht werden. (AT)