Electromagnetic Fields and Calcium Signaling by the Voltage Dependent Anion Channel.

Zwei deutsche Forscher schlagen neue, im Detail provokante und einleuchtende Hypothesen bezüglich des Mechanismus der biologischen Wirkung von elektromagnetischen Feldern (EMF) vor. Elektromagnetische Felder (EMF) können mit biologischem Gewebe interagieren und sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit von Zellen haben, aber die zugrundeliegenden Erkennungs- und Signalmechanismen sind weitgehend unbekannt. Bisher wurde postuliert, dass eine EMF-Exposition in erregbaren Zellen einen Ca2+-Einstrom durch spannungsabhängige Kalzium-Kanäle verursacht, der zu einer Zellaktivierung und einer antioxidativen Reaktion führt. Bei weiterer Aktivierung kann oxidativer Stress zu DNA-Schäden oder Zelltod führen.

Die Forscher haben mit einer Literaturrecherche zur Beteiligung von Kalzium  und spannungsabhängigen Ionenkanälen in Bezug auf biologische Wirkungen von EMF begonnen. Dies ist die momentan geläufigste Hypothese, da Kalziumfreisetzung in vielen Experimenten dokumentiert wurde, und es spezifische spannungsabhängige Kalziumkanäle gibt, die in Nerven- und Muskelgewebe vorkommen – in allen erregbaren Zellen. (Ca2+ ist ein sekundärer Botenstoff in Zellen, und es ist bekannt, dass die Konzentration von freiem Ca2+ unter physiologischen Bedingungen präzise reguliert wird, um den zellulären Stoffwechsel intakt zu halten. Überschüssiges Ca2+ wird sofort in intrazellulären Depots gespeichert oder in begrenztem Umfang aktiv aus der Zelle gepumpt.) Da in der Literatur jedoch auch EMF-Effekte in nicht erregbaren Zellen gefunden wurden, z.B. in roten Blutkörperchen (Erythrozyten), wurden zusätzliche Optionen einbezogen.

Die Forscher fanden Hinweise in der Literatur, dass spannungsabhängige Anionenkanäle („voltage dependent anion channel“, VDAC), sich bei subtilen Änderungen eines angelegten EMF in Ca2+-leitende Kanäle umwandeln, und dies selbst in nicht erregbaren Zellen wie Erythrozyten. Experimente belegen, dass Erythrozyten unter EMF-Einfluss die sogenannte Geldrollenform annehmen, die für gewöhnlich nur in Kapillaren beobachtet wird. Diese Formänderung wird bekanntermaßen durch Kalziumeinstrom durch den VDAC ausgelöst.

Der VDAC hat üblicherweise zwei Hauptfunktionen in Zellen: es ist der Transporter für ATP von den Mitochondrien in die Zellflüssigkeit (Zytosol). Bei Dysfunktion der zellulären Energieproduktion bildet VDAC durch Zusammenschluss mehrerer VDAC-Einheiten große Porine aus, die ein wichtiges Enzym der Elektronentransportkette aus den Mitochondrien exportieren und damit den Zelltod (Apoptose) einleiten. VDAC kann darüber hinaus bei Änderung des Membranpotentials mehrere Zwischenformen annehmen, und so z.B. auch als Chlorid- und Kalziumkanal fungieren.

Der VDAC ist mit mehreren anderen Proteinen assoziiert, von denen der 18 kDa-Translokator TSPO von besonderem Interesse ist, da er als zentraler Benzodiazepin-Rezeptor in Neuronen charakterisiert wurde. Da er strukturelle Ähnlichkeiten mit Magnetorezeptoren aufweist (Tryptophan-Triade), postulieren die Autoren, dass TSPO die magnetische Komponente der EMF wahrnimmt und somit zusammen mit VDAC sowohl physiologische als auch pathologische zelluläre Reaktionen auslösen könnte. Vor kurzem wurde der Beweis erbracht, dass das mit TSPO strukturell verwandte magnetosensible Cryptochrom mit spannungsabhängigen Kaliumkanälen verbunden ist, und als Magnetfeldsensor für die Navigation bei Vögeln und Insekten dient (Anm. der Red.).

Es ist bekannt, dass gepulste EMF besonders stark bioaktiv sind, wenn ihre Pulsung im Bereich der natürlichen Frequenzen des EEG (von Mensch oder Tier) liegt, etwa zwischen 5 und 100 Hertz, was als parametrische Resonanz bezeichnet wird (Anm. der Red.). Ein neuronales Netz kann durch sogenannte ephaptische Kopplung anhaltende, sich selbst ausbreitende Wellen erzeugen, was auf einen neuen Ausbreitungsmechanismus für neuronale Aktivität hindeutet, der jedoch noch nicht im Detail verstanden wird (Anm. der Red.). Die Wahrnehmung körpereigener EMF, welche durch die Aktivität der Neuronen und Astrozyten entstehen, dient somit der Regulation von Subsystemen des Nervensystems (Anm. der Red.).

Die hier beschriebenen neuen Hypothesen könnten den Ursprung der parametrischen Resonanz und ephaptischen Kopplung darstellen, und erklären, wieso gepulste EMF im Frequenzbereich des Gehirnwellen-Kommunikationsnetzwerks psychische Störungen bei elektromagnetisch überempfindlichen Personen bewirken. Eine wichtige Unterstützung kommt aus der Humanpsychologie: Defizite wie Schlaflosigkeit, Angst oder Depression können mit Benzodiazepinen behandelt werden, was auf offensichtliche Verbindungen zwischen dem TSPO/VDAC-Komplex und körperlichen Reaktionen auf EMF hinweist. Zusätzlich konnten wiederholt Antikörper gegen VDAC bei autistischen Kindern festgestellt werden.

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Die Forscher präsentieren zwei neue Hypothesen für die EMF-Forschung, die Erklärungen für viele seltsame Beobachtungen liefern würden: erstens, dass, neben anderen spannungsabhängigen Ionenkanälen, VDAC mit verantwortlich ist für biologische Wirkungen von EMF. Zweitens, dass der Benzodiazepin-Rezeptor TSPO auch als Magnetosensor fungiert. In Verbindung mit VDAC als Sensor für das elektrische Feld würde die Spezifität und Empfindlichkeit des Komplexes zur Wahrnehmung von EMFs erhöht, möglicherweise in dem Maße, dass Hirnströme durch den VDAC/TSPO-Komplex in neuronalen Plasmamembranen detektierbar werden könnten. Diese Hypothesen sollten umgehend durch Experimente geprüft werden. (AT)