Table Of ContentSitzungsberichte der Heidelberger Akademie der Wissenschaften
Mathematisch-naturwissenschaftliche Klasse
Jahrgang 1991, 4. Abhandlung
Hans Schaefer
Gefahrden Magnetfelder
die Gesundheit?
Mit 4 Abbildungen und 19 Tabellen
Vorgeiegt in der Sitzung vom 4. Mai 1991
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest
Prof. Dr. med. Dr. med. h. c. Hans Schaefer
Karl-Christ-StraBe 19
W-6900 Heidelberg-Ziegelhausen
Prof. Dr. Dr. E. h. Karl Brinkmann
zum 80. Geburtstag gewidmet.
ISBN 978-3-540-54284-1 ISBN 978-3-642-48090-4 (eBook)
DOl 10.1007/978-3-642-48090-4
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Schaefer. Hans: Gefiihrden Magnetfelder die Gesundheit? Mit 19 Thbellen 1 Hans Schaefer. - Berlin; Heidelberg;
New York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona; Budapest: Springer 1991
(Sitzungsberiehte der Heidelberger Akademie der Wissenschaften. Mathematisch-Naturwissenschaftliche Klasse;
Jg. 1991. Abh. 4)
NE: Heidelberger Akademie der Wissenschaften 1 Mathematisch-Naturwissenschaftliche Klasse:
Sitzungsberiehte der Heidelberger ...
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Satz: K + V Fotosatz GmbH. Beerfelden
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Inhalt
1. Paradigmatische Betrachtungen zum Ursprung
des vorliegenden Problems .................................... 7
1.1. Elektrische und magnetische Wirkungen .................. 8
1.2. Was ist eine "Gefahr"? ................................. 10
1.3. Der Ursprung des Problems:
die Studie von Wertheimer und Leeper ................... 12
2. Der Gefahrennachweis durch Epidemiologien .................... 13
3. Die Zuverlassigkeit der epidemiologischen Methode. . . . . . . . . . . . . . . 18
4. Die Schwierigkeiten des epidemiologischen Nachweises
einer kanzerogenen Potenz der Magnetfelder ..... . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1. Sind die meBtechnischen Grundlagen ausreichend? ......... 21
4.2. Gibt es eine SchweHe? .................................. 22
4.3. Gibt es Dosis-Wirkungs-Beziehungen? .................... 23
4.4. Gibt es eine Hormesis? ................................. 27
4.5. Das Problem der Latenzen .............................. 28
4.6. Schwache Wirkungen .................................. 28
4.7. AbschlieBende FeststeHungen ............................ 29
5. Das Spektrum moglicher Gefiihrdungen ......................... 30
5.1. Kinder und Erwachsene als Risikogruppen ................ 30
5.2. Krebs soH nicht die einzige Gefahr sein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6. Eine vorlaufige Liste der Confounder ........................... 33
7. Die epidemiologischen Befunde der Confounder ................. 35
7.1. Wiring configuration indiziert auch andere Gefahren
als die der Magnetfelder ................................ 35
7.2. Soziookonomische Krebsgefahren ........................ 40
7.3. Sind Magnetfelder und soziookonomische Faktoren
obligate Kofaktoren? ................................... 41
8. Ein besonderer Confounder: der Wohnungswechsel ............... 44
9. Die Schliissigkeit (Validitat) der epidemiologischen Befunde 46
- 217 -
6 Inhalt
10. Gefahrdungen durch berufliche Exposition ...................... 50
10.1. Die Hohe der Exposition in Betrieben .................... 56
10.2. Das relative Risiko fOr Krebs am Arbeitsplatz ............. 57
11. Tierversuche und zellulare Modelle als Bestatigung
der Epidemiologie ............................................ 58
11.1. Das Zyklotron-Resonanz-Problem .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
11.2. Tierversuche mit langzeitiger Exposition .................. 61
11.3. Grundsatzliche Moglichkeiten zellularer Modelle ........... 64
11.4. Die Melatonin-Hypothese ............................... 65
11.5. Experimentielle PrOfungen zellularer Modelle ............. 69
11.5.1. Magnetfelder haben Wirkungen auf zellulare Prozesse. . . . . . 69
11.5.2. Die Beeinflussung des Genoms (Initiations-Modell) ........ 70
11.5.3. Zellwachstum und Proliferationsindex .................... 72
11.6. AbschlieBende Beurteilung der Modell-Versuche . . . . . . . . . . . . 73
12. Storungen der Foetal-Entwicklung durch Magnetfelder? ........... 74
13. Wirkungen magnetischer Gleichfelder auf die Gesundheit ......... 77
13.1. Wirkungen auf den Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
13.2. Beobachtungen an Zellen ............................... 79
14. Synopsis der Ergebnisse: 1st das Problem der Kanzerogenese
von Magnetfeldern entscheidbar? ............................... 79
14.1. 1st die Frage durch bisherige Untersuchungen entschieden
worden? .............................................. 80
14.2. Die Aussagen der epidemiologischen Daten ............... 80
14.3. Die Aussage der Modell-Versuche ........................ 84
15. Risiko und Risikoakzeptanz ................................... 86
15.1. Risikoabschatzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
15.2. Das relative Risiko der Magnetfelder ..................... 87
15.3. Risikoakzeptanz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Literatur 90
- 218 -
Es ist seit rund 10 Jahren ein heftiger Meinungsstreit weltweit fiber die Frage ent
brannt, ob Magnetfelder von einer Starke, wie sie haufig anzutreffen ist, die
menschliche Gesundheit schadigen, z. B. Krebs und insbesondere Leukamie bei
Kindern auslosen. Diese Debatte ist typisch fUr die Art, wie in unserer Gegenwart
technisch bedeutsame Diskussionen in der Offentlichkeit entstehen und ausgetra
gen werden. Da das Problem auBerdem eine hohe Brisanz im Rahmen des Schut
zes vor Umweltgefahren technischer Natur enthaIt, ist seine Durchdenkung im
Rahmen einer wissenschaftlichen Akademie mehr als gerechtfertigt, zumal diese
Durchdenkung es zugleich mit wesentlichen Fragen der Wissenschaftstheorie zu
tun hat, doch auch mit dem fiberall sich vordrangenden Fragenkomplex der Risi
koakzeptanz, der ffir unsere okonomische Existenz vermutlich bald hochste Be
deutung erhalten wird.
1 Paradigmatiscbe Betracbtungen zum Ursprung
des vorliegenden Problems
Man kann schwerlich bezweifeln, daB bei der EinfUhrung neuer Techniken, sofern
sie aus okonomischer Sicht lohnend sind, diese Thchniken so gut wie niemals von
Technikern selbst auf mogliche Gesundheitsgefahren geprfift werden. Man pflegt
sich mit der Annahme zu beruhigen, daB der betreffende technische ProzeB nach
aller Wahrscheinlichkeit keinerlei Wirkung auf den Korper von Tier und Mensch
ausfibt, welche Gefahren mit einiger Wahrscheinlichkeit implizieren. Die Kontrol
Ie technischer Innovationen durch zahlreiche mit der Gesundheits-Sicherung be
auftragter Institutionen wie der Gesundheitsamter, der Gewerbe-Aufsichts-.Amter
oder der Berufsgenossenschaften, scheint einen leidlich verlaBlichen Schutz vor
den Gefahren technischer Innovationen zu bieten. DaB das nicht immer stimmt,
erfahren wir gelegentlich, z. B. anlaBlich der technischen Verwendung von Asbest.
Doch werden auch extrem starke technische Einwirkungen, wie z. B. die Wirkung
hoher magnetischer Gleichfelder in der sog. Kernspin-Resonanz-Tomographie,
ohne sonderliche Bedenken verwandt und erst im nachhinein haben andere als
technische Kreise die wichtigsten Tests zum Nachweis ihrer Unschiidlichkeit
durchgeffihrt (vgl. Kap. 13). 1m Grunde verlaBt sich der Techniker darauf, daB
schon seine ersten Versuche der Anwendung technischer Innovationen dann deren
Ungefahrlichkeit vermuten lassen, wenn bei diesen Versuchen keinerlei beunruhi-
- 219 -
8 H. Schaefer
gende Erfahrung auftritt. Wir wollen eine solche Erfahrung eine "Primiirerjah
rung" nennen, deren spontanes Auftreten man erwartet, wenn eine technische In
novation gesundheitlich nicht tolerabel sein sollte. Solche Primarerfahrungen sind
nur bei elektrischen Feldern oder nur in Hinsicht auf subjektive StOrungen zwar
beschrieben worden, und zwar von russischen Arbeitsmedizinerinnen (ASANOVA
1963, SAZANOVA 1971) und werden jetzt als das "Moskau-Signal" bezeichnet
(WILSON u. a. 1990). Eine wirkliche Gefahr deuteten diese ersten Berichte aber
nicht an. Sie wurden zudem spater widerlegt (Literatur bei SCHAEFER 1983,
Tabelle 6), und auch LIBURDY (1982) stellte fest, daB es nirgends in der Literatur
Hinweise auf solche Primarerfahrungen mit echten Gefahren gibt.
Es zeigt sich freilich, daB bei vielen wenn nicht den meisten technischen Prozes
sen Gesundheitseffekte falls tiberhaupt mit langer Latenz auftreten, was die Ent
stehung einer Primarerfahrung weitgehend verhindert. Die kausale Deutung einer
Primarerfahrung kann sich bekanntlich nur nach dem Prinzip des "post hoc ergo
propter hoc" ergeben, durch die zugleich vorliegende Erfahrung des engen zeit
lichen "Zusammenhangs". In der Unfallforschung spielt diese Art kausaler Inter
pretationen eine groBe Rolle.
Das hier zu erorternde Problem handelt von moglichen Gefahren, welche
von elektrischen Installationen, insbesondere der Freileitungen hoher Spannung
und Leistung, ausgehen. In der Tat schien hier die soeben zitierte Primarerfah
rung aufgetreten zu sein, die wir beztiglich der elektrischen Felder schon vor
dieser Akademie erorterten (SCHAEFER 1983, S. 80; ferner WILSON u. a. 1990,
S. 33 ff.)
1.1 Elektrische und magnetische Wirkungen
Die von elektrischen Anlagen ausgehenden Wirkungen sind nun von zweierlei
Art. Es entstehen elektrische und magnetische Felder. Die durch elektrische Felder
ausgelosten biologischen Effekte sind zahlreich, allein schon weil die auftretenden
hohen elektrischen Feldstarken (bis zu 10 kVlm und mehr) Wirkungen entfalten,
z. B. Vibrationen der Haare im Rhythmus der Wechselspannung, welche sptirbar
werden. Auch haben Fische Sinnesorgane entwickelt, welche ftir elektrische Felder
extrem sensibel sind. Diese Wirkungen sind gesundheitlich unbedeutend, und seit
unserer Darstellung von 1983 hat sich an ihrer Kenntnis nichts Entscheidendes ge
andert.
Magnetische Felder verhalten sich grundsatzlich anders. Zwar sind auch bei ih
nen Reizwirkungen auf Sinnesorgane schon vor 100 lahren beschrieben worden,
die sog. Magnetophosphene, Lichterscheinungen, die nur im Dunkeln deutlich er
kennbar sind (BEER 1902, DANILEWSKI 1905). Ihre Schwelle liegt bei etwa
5 - 20 mT fUr 50 Hz, die optimale Schwelle liegt bei etwa 20 Hz (SILNY 1981).
Doch sind diese Magnetophosphene grundsatzlich auch mit einer direkten elektri
schen Durchstromung auszulosen (HENSSGE 1956; SEIDEL 1968). Es fragt sich
- 220 -
Gefilhrden Magnetfelder die Gesundheit? 9
also, inwieweit Magnetfelder nur durch die im lebenden Gewebe induzierten Stro
me einwirken.
Der Vergleich dieser induzierten Strome bei elektrischen und magnetischen Fel
dern ist nicht einfach, weil die Stromdichte des induzierten Stromes von der geo
metrischen Form des im Feld liegenden Korperteiles und seiner elektrischen Leit
fahigkeit abhiingt. Auch sind die elektrischen und magnetischen Feldstarken in
der Nahe elektrischer Installationen grundsatzlich unabhangig voneinander. Flir
den Fall von Freileitungen, wie sie zur Ubertragung hoher Leistungen heute liber
all verwandt werden, lassen sich folgende Werte in grober Annaherung und Verall
gemeinerung angeben. Unter Freileitungen mit einer Ubertragungsspannung von
11 0 kV finden sich elektrische Feldstarken von 1-2 kVlm. Die magnetische
Induktion hangt aber nur von der Stromstiirke in der Freileitung abo Hier sind
magnetische FluBdichten von 10 /JT/kA unter 11O-kV-Leitungen gemessen wor
den (SCHNEIDER 1981). Unter 380 kV-Leitungen herrscht ein elektrisches Feld
von etwa 5 kVlm, ein magnetisches, mit einer FluBdichte von etwa 10-40/JT
(BRINKMANN 1987; KAUNE u. a. 1990). Man kann also ungefahr das Verhiiltnis
von elektrischer zu magnetischer Feldstarke unter den derzeit vorhandenen Frei
leitungen so angeben, daB 5 kVlm mit etwa 10 /JT magnetischer FluBdichte ge
koppelt sind.
Das bedeutet flir das Korperinnere folgendes. Das elektrische Feld greift in den
menschlichen Korper nur mit einem Bruchteil von 1: 2 10-7 ein (SILNY 1976).
Die Angaben schwanken in der Literatur, aber bleiben doch innerhalb einer Gro
Benordnung (Literatur bei SCHAEFER 1983). Die vom auBeren elektrischen Feld
induzierte intrakorporale Feldstarke liegt, 110 kV Freileitung und 1 kVlm auBere
ungestorte Feldstiirke vorausgesetzt, dann bei 20 /J Vlcm. Bei einem mittleren spe
zifischen Widerstand des Korpergewebes von 300 Ohm· cm fiihrt das zu einer in
duzierten Stromdichte von rund 66 nA/cm2/kVlm. Bei 5 kVlm auBerer Feldstar
ke werden 330 nAlcm2 induziert.
Die vom begleitenden Magnetfeld induzierte Stromdichte ist von MEYER
W AARDEN u. a. (1988) in einem Computer-Modell errechnet worden. Sie betragt
etwa 0,25 mA/cm2, T und wlirde also bei 10/JT nur 2,5 nA/cm2 betragen. Wenn
also unter einer Freileitung die elektrischen und magnetischen Werte von 5 kVlm
und 10 /JT herrschen, sind die jeweiligen Induktions-Stromdichten 330 bzw.
2,5 nA/cm2• Diese Relation ist zwar keineswegs generell korrekt, weil eine Freilei
tung, welche 5 kVlm auBere Feldstiirke entwickelt, durchaus mehr als 10 /JT ma
gnetische Feldstarke aufweisen kann. Aber mehr als 40 /J T sind bislang nicht ge
messen worden, und 40 /J T wiirden die elektrisch und magnetisch induzierten
Stromdichten nur auf ein Verhaltnis von 330 zu 10 nA/cm2 bringen. Wenn also
die elektrische Komponente der unter Freileitungen herrschenden elektromagneti
schen Felder biologisch wirkungslos ist, muB es die magnetische Komponente erst
recht, soweit die Wirkung liber elektrische Strome erfolgt.
Wir dlirfen also schlieBell, daB Magnetfelder andere, magnetospezifische Wir
kungen an biologischen Objekten entfalten.
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10 H. Schaefer
Wenn elektrische Installationen gesundheitliche Gefahren mit sich bringen soll
ten, dann sieher nicht durch jene Felder, wie sie unter Freileitungen herrschen.
MaBgebend sind die Felder, in denen sich Menschen lange Zeit aufhalten, also die
Wohnungen einerseits, die Arbeitspliitze andererseits. Vor allem der EinfluB hiius
licher elektromagnetischer Felder wird angeschuldigt, die Gesundheit zu schiidi
gen und z. B. Krebs auszulOsen (WERTHEIMER u. a. 1979).
Die Stiirke der Felder in Wohnungen ist nun ebenfalls bestimmt worden. Die
elektrischen Feldstiirken liegen zwischen 1 und iiber 25 VIm, mit einem Median
wert von rund 8 Vim, wiihrend die magnetischen FluBdichten von 0,02 mG bis
4,6 mG mit einem Medianwert von 0,47 mG schwanken. Diese Werte, in amerika
nischen Wohnungen gemessen, gelten bei den magnetischen FluBdichten nur
dann, wenn die elektrischen Haushaltsmaschinen abgeschaltet sind ("low power")
(SAVITZ 1987). Sind sie dagegen in Betrieb ("high power"), so gelten die oben zi
tierten elektrischen Werte, die magnetischen steigen auf Bereiehe von 0,04 bis
12,08 mG mit einem Medianwert von 0,66 mG. Vergleieht man die Mittelwerte von
0,76 mG low power und 1.05 mG high power Magnetfeld mit dem Mittelwert von
9,35 VIm elektrischer Feldstiirke bei high power, wie er von SAVITZ (1987) gemes
sen wurde, so stellt man fest, daB das Verhiiltnis der elektrischen zur magneti
schen Induktion sieh zugunsten des magnetischen Feldes verschoben hat: statt
11500 betriigt es nun 11100, was daher kommt, daB die elektrischen Felder, welche
die Wohnung umgeben, von den Wiinden der Wohnung abgeschirmt werden, wiih
rend die magnetischen Felder ungehindert eindringen.
1.2 Was ist eine "Gefahr"?
Wie wir schon bei der Darstellung der elektrischen Feldwirkungen (SCHAEFER
1983) ausfUhrten, kann fiir eine Analyse der von solchen Feldem ausgehenden Ri
siken nieht die Existenz irgendwelcher Wirkungen auf biologische Systeme maB
gebend sein. Gefiihrlich ist eine Einwirkung nur dann, wenn sie eine der folgenden
3 Symptome auslOst: 1} eine Beeintriichtigung des Wohlbefindens; 2} eine Minde
rung der Leistungsfiihigkeit; 3} eine Verkiirzung der Lebenserwartung. Das Vorlie
gen solcher Gefahren kann also grundsiitzlich nur am Menschen oder (im be
grenzten Umfang) am ganzen Tier festgestellt werden. Wirkungen auf einzelne
Organe oder isolierte Zellen, die es in einiger Menge gibt, dienen nur als Indikato
ren fUr mOgliche Gefahren. Unter den vermuteten Gefahren steht die AuslOsung
von Krebs, insbesondere bei Kindem, an erster Stelle, wie das neueste Buch iiber
das Magnetfeldproblem von WILSON u. a. (1990) es schon im Titel ausdriickt.
Neben der Krebsgefahr riickt aber auch die Gefahr einer StOrung der Reproduk
tionsvorgiinge immer mehr in das Interesse der Forschung. Die Feststellung einer
Gefahr ist an methodische Details gekniipft, die freilich vorwiegend fiir toxikolo
gische Probleme durchdacht worden sind. Richtlinien auch fiir die Feststellung ei
ner Karzinom-AuslOsung sind schon 1986 ausgearbeitet worden, in Anlehnung an
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Geflihrden Magnetfelder die Gesundheit? 11
toxikologische Gefahrdungs-Forschungen (KAVAT 1990), doch zeigen gerade diese
sehr grundlich zusammengestellten Richtlinien, wie weit entfernt das Problem ei
ner Gefiihrdung durch elektromagnetische Felder noch von der Analogisierung zu
toxikologischen Prozessen ist.
Wichtig fur die Aufkliirung eines Zusammenhangs von Magnetfeld-Einwir
kung und Krebsentstehung wiire die Kliirung folgender Fragen.
1. Die Grundfrage lautet so, ob die Existenz eines moglichen Zusammenhangs be
wiesen werden kann. Das ist aus Grunden, die wir unten darlegen, in unserem Fall
nur durch den epidemiologischen Nachweis einer Korrelation von Feld-Exposi
tion und Krebshiiufigkeit (oder St6rung der Reproduktion, z. B. Hiiufigkeit von
angeborenen Fehlbildungen) m6glich. Aber selbst wenn eine solche statistisch ge
sicherte Korrelation gefunden wird, ist die Zusammenhangsfrage nicht entschie
den. Die Korrelation kann niimlich durch dritte Faktoren noch unbekannter Art
("confounder") nur vorgetiiuscht sein. Es bedarf daher eines zweiten Beweisgan
ges, niimlich der Aufzeigung eines Mechanismus, wie die Korrelation als kausale
Beziehung gedeutet werden k6nnte. Wir nennen einen derartigen Mechanismus
ein Modell des vermuteten, durch die Epidemiologie nahe gelegten Zusammen
hangs. Die Analogie zu KANTs Kriterien der Erkenntnisgewinnung ist offenbar.
Der Befund einer epidemiologischen Korrelation ist "leer", die Konstruktion eines
Modells ist "blind". Erst beide zusammen konstituieren den ErkenntnisprozeB ei
nes vorliegenden kausalen Zusammenhangs, und selbst hierbei sind Irrtumer
m6glich.
2. Findet sich eine epidemiologische Korrelation, so muB danach gefragt werden,
ob die Korrelation eine "Schwelle" hat, ob es also eine Feldstiirke gibt, unterhalb
derer der Effekt nicht mehr auftritt. Magnetophosphene haben eine solche
Schwelle (bei rund 5 mT, 50 Hz). Schwellen gibt es vorwiegend (aber nicht nur)
dort, wo ein Agens einen MembranprozeB ausl6st, der an ein sog. Alles
oder-Nichts-Gesetz gebunden ist, wie das z. B. bei der Ausl6sung von Erregungen
der Fall ist, die bei 50 Hz-Magnetfeldern erst bei etwa 2,4 T auftreten (SILNY
1987).
3. Eine gewisse Wahrscheinlichkeit eines "Zusammenhangs" ist dann gegeben,
wenn eine Dosis-Wirkungs-Kurve gefunden wird, d. h. wenn die Wirkung stetig
mit der Stiirke der Exposition zunimmt.
4. Gerade bei der Konstruktion solcher Dosis-Wirkungs-Kurven st6Bt man auf ein
als Hormesis neuerdings erneut beschriebenes, freilich lange bekanntes Phiino
men (SAGAN 1987), das besagt, daB ein schiidigendes Agens in kleiner Dosis pro
tektiv und nicht schiidigend wirkt (s. u. Kap.4.4). Eine Dosis-Wirkungs-Kurve
k6nnte durch eine vorhandene Hormesis verschleiert werden.
5. Es sollte eine Modell-Erkliirung fUr die offenbar langen Latenzen der vermute
ten Effekte (der Krebsausl6sung) gesucht werden.
- 223 -
