Newsletter der Forschungsgemeinschaft Funk: Elektromagnetische Felder erhöhen die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke
Quelle: Newsletter der Forschungsgemeinschaft Funk 1/2002, April 2002
Den folgenden Bericht haben wir dem aktuellen Newsletter der Forschungsgemeinschaft Funk e.V. entnommen. Die Forschungsgemeinschaft Funk vertritt seit Jahren meist mobilfunkfreundliche Positionen und ist im Grunde ein Interessenverein der Mobilfunkindustrie, der seit Jahren vergeblich versucht, sich ein Deckmäntelchen der Unabhängigkeit umzuhängen. Wie es in Wirklichkeit aussieht, äußerte z.B. Karl-Wilhelm Rohrsen, Geschäftsführer von Viag Interkom GmbH & Co., am 08. März 2001 auf dem sogenannten "Fachkongreß UMTS", auf dem 6 Mobilfunkbetreiber Presseerklärungen abgaben:
(siehe: http://www.bmwi.de/Homepage/download/telekommunikation_post/UMTS-Presse.pdf)
"Alle Mobilfunkbetreiber in Deutschland sind Mitglied in der Forschungsgemeinschaft Funk, die seit 1992 Forschungsprojekte über biologische Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder fördert."
Nun, wie unabhängig Industrieforschung meist ist, konnte man in der Vergangenheit bei Tabak, Asbest usw. oft genug sehen. Dennoch bröckelt auch in der Forschungsgemeinschaft Funk die Front gewaltig. Immer mehr Wissenschaftler, oft bis zu 100 % von Aufträgen der Industrie abhängig, veröffentlichen Studien und Forschungsergebnisse, die nicht im Sinne des Auftraggebers liegen, und nehmen ihre Verantwortung als Wissenschaftler wahr. So z.B. offensichtlich auch Dr. Stögbauer von der Universität Münster, der sich mit der Wirkung elektrosmagnetischer Felder auf die Blut-Hirn-Schranke beschäftigte. Die Blut-Hirn-Schranke ist eine wichtige Schutzbarriere, die das Eindringen von schädlichen Stoffen ins Gehirn verhindert. Dr. Boris Kallman, Universität Würzburg äußerte sich am 11. April 2002 in der Pressemitteilung Nr. 022/2002, veröffentlicht im Fachblatt der Amerikanischen Gesellschaft für Experimentelle Biologie (FASEB-Journal), zur Blut-Hirn-Schranke wie folgt:
"Diese Barriere spielt beim Schutz des Gehirns vor schädlichen Stoffen eine Rolle, ermöglicht andererseits aber auch eine geregelte Energiezufuhr. Bei der Multiplen Sklerose ist die Funktion der Blut-Hirn-Schranke derart gestört, dass Entzündungszellen aus dem Blut ins Gehirn eindringen und das Nervengewebe schädigen können."
Im Roche-Lexikon (www.gesundheit.de) findet sich folgende Beschreibung des Begriffes Blut-Hirn-Schranke:
"Der Schrankeneffekt der die Blutgefäße umgebenden Glia u. des Kapillarendothels für bestimmte Stoffe (d.h. für nicht lipoidlösliche Substanzen, Proteine). Die Gliazellen verfügen über sog. »gap junctions« (tunnelartige Verbindungen), die nur den Austausch von Ionen u. niedermolekularen Substanzen zulassen; ein Hindurchtreten von Stoffen durch die Interzellularräume der Endothelzellen wird hingegen durch die »tight junctions« (dichte Zellverbindungen) verhindert, ist somit nur über die Endothelzellen selbst möglich. Die Endothelzellen besitzen eine metabolische Schranke, die darin besteht, daß endotheliale Enzyme auf die Substanzen einwirken können, die durch die Endothelzellen hindurchtreten. Die Schranke wird bei Vergiftungen, Hypoxidose u. im Tumorbereich durchbrochen."
Hier der Bericht von Dr. Stögbauer für die Forschungsgemeinschaft Funk:
Beeinflussung der Funktion der Blut-Hirn-Schranke durch Elektromagnetische Felder (EMF)
Einleitung
Angesichts der in den letzten Jahren weltweit beschleunigten Verbreitung mobiler Kommunikationssysteme werden in der Öffentlichkeit zunehmend Bedenken über mögliche gesundheitliche Effekte der Exposition mit EMF auf den menschlichen Organismus laut. Es besteht der Verdacht, dass der Kopf und damit das Gehirn durch die Nähe zu mobilen Telefongeräten besonders gefährdet sein könnte. Auch die Zunahme bösartiger Tumore wie Leukämie oder bestimmter Hirntumore wird z.B. auf die Exposition des Menschen mit EMF zurückgeführt. Gesicherte wissenschaftlichen Erkenntnisse für einen derartigen Zusammenhang liegen allerdings nicht vor. Möglicherweise können EMF aber im Zentralnervensystem (ZNS) Veränderungen auf biophysikalischer und molekularer Ebene bewirken, weshalb in der Vergangenheit zahlreiche Untersuchungen, teils in vivo an Versuchstieren, teils in vitro an Zellkulturen, durchgeführt wurden. Von besonderem Interesse in diesem Kontext ist die Blut-Hirn-Schranke (BHS, engl. blood brain barrier, BBB).
Die Blut-Hirn-Schranke (BHS)
Die BHS bildet die Grenze zwischen
Blutgefäßsystem und ZNS und ist damit für die Stabilität
des inneren Milieus aus gelösten Salzen, Eiweißen und anderen
Stoffen im ZNS verantwortlich. Sie schützt das ZNS vor toxischen Substanzen
oder im Falle von Schwankungen in der Zusammensetzung des Blutes. Anatomisch
befindet sich die BHS von Wirbeltieren in der inneren Auskleidung der feinen
Blutgefäße (Kapillaren) des Gehirns. Die Kapillaren bestehen
im Inneren aus sich überlappenden flächigen Endothelien, Zellen,
die durch besonders feste Verbindungstrukturen, so genannte tight junctions,
lückenlos miteinander verbunden sind. Die besondere Undurchlässigkeit
der BHS beruht auf zwei Faktoren. Zum einen zeigen die tight junctions
der Hirnendothelien einen sehr viel höheren Durchlasswiderstand gegenüber
gelösten Substanzen als die anderer Endothelien im Körper, d.h.
der Durchtritt zwischen den Zellen ist erschwert (geringe parazelluläre
Permeabilität). Zum anderen fehlen bestimmte innerzelluläre Transportvorgänge,
die in anderen Endothelien stattfinden (hoher Transendothelwiderstand).
Für Stoffe, die im Gehirn benötigt werden, existieren allerdings
„maßgeschneiderte“ energieverbrauchende Transportsysteme, die den
Transfer in den Hirnendothelzellen ermöglichen. Ein exaktes Modell
zur Struktur der tight junctions liegt jedoch derzeit noch nicht vor. Vieles
deutet darauf hin, dass sie sich aus Substrukturen zusammensetzen, die
teils lipidartigen Charakter haben und teils aus Proteinen (Eiweißen)
bestehen.
Essentiell sind Endothelzellen, die durch tight junctions miteinander verbunden sind und der Gefäßseite der BHS zugewandt sind. Astrozyten sind an der Hirnseite lokalisiert und bilden Kontakte mit den Endothelien aus.
Methoden zur Untersuchung der BHS
in vivo und in vitro
Zur Untersuchung der BHS werden
sowohl in vivo als auch in vitro Experimente durchgeführt. In vivo
Experimente dienen dem Nachweis von physiologisch nicht BHS-gängigen
Molekülen im Hirn der Versuchstiere. Ein Nachteil dieser Experimente
besteht darin, dass die Versuchstiere oft getötet werden müssen,
um den erforderlichen Nachweis zu erbringen. Neben dem zunehmendem Akzeptanzproblem
spricht gegen diese Methode, dass nur „Momentaufnahmen“ möglich sind
und zeitliche Abläufe nicht erfasst werden können. Ein weiterer
Nachteil von in vivo Experimenten besteht in der mangelnden Reproduzierbarkeit
von Ergebnissen. Schon minimale und oft schwer zu kontrollierende Veränderungen
wie z.B. der Stress, dem die Versuchstiere ausgesetzt sind, können
die Ergebnisse nachhaltig beeinflussen. Unabdingbare Voraussetzung für
eine gültige Reproduktion sind jedoch identische Expositionsbedingungen.
Zur Lösung dieses Problems wurden in den letzten 20 Jahren in vitro
Modelle der BHS entwickelt. Die Modellsysteme bieten die Möglichkeit
zu umfassenderer Kontrolle der Expositionsbedingungen und erlauben die
Durchführung von Experimenten zu molekularen Mechanismen beobachteter
Phänomene. Praktisch alle in vitro Modelle der BHS basieren auf Kulturen
isolierter Endothelzellen von Hirnkapillaren. Man unterscheidet zwischen
Monokulturen, in denen ausschließlich Hirnkapillarendothelzellen
gehalten werden, und Kokulturen, die zusätzlich zu den Hirnkapillarendothelzellen
Astrozyten enthalten. Die Astrozyten gehören zu den Gliazellen, die
man als Bindegewebe des ZNS bezeichnen könnte. Da die Kokulturen im
Gegensatz zu den Monokulturen in den Experimenten ein Verhalten zeigen,
das den physiologischen Bedingungen angenäherter ist, scheinen sie
zurzeit das geeignetste Objekt für funktionelle Untersuchungen der
BHS zu sein.
Effekte von EMF auf die BHS in vivo
Die Ergebnisse der in vivo Studien
sind widersprüchlich. Eine Reihe von Autoren kommt zu dem Ergebnis,
dass sowohl die kontinuierliche als auch die gepulste EMF-Exposition die
Durchlässigkeit der BHS erhöht. Versuche, diese Ergebnisse zu
reproduzieren, sind jedoch in der Regel fehlgeschlagen. In einigen Arbeiten
wurde eine Erhöhung der Permeabilität der BHS nur bei hohen Werten
der Spezifischen Absorptionsrate (SAR) beobachtet, die mit einer Temperaturerhöhung
einhergingen. Der nahe liegenden Schlussfolgerung, dass die Permeabilitätszunahme
auf thermische Effekte zurückzuführen ist, widersprechen jedoch
andere Studien, die unter thermisch kontrollierten Bedingungen ebenfalls
eine Erhöhung der Durchlässigkeit zeigten.
Regionale Temperaturerhöhungen
innerhalb des ZNS können zu einer Veränderung der Membraneigenschaften
führen. Die Aktivität eines Enzyms (Ornithin-Decarboxylase) wird
beispielsweise erhöht, wenn über einen temperaturempfindlichen
Mechanismus Kalzium in die Zelle strömt. Interessanterweise wurde
in einer Studie nach EMF-Exposition die Aktivierung dieses Enzyms beobachtet,
die dann zu einer vorübergehenden Permeabilitätserhöhung
der BHS führte.
Möglicherweise werden die Ergebnisse
der in vivo Experimente allerdings durch den Stress, dem die Versuchstiere
ausgesetzt sind, beeinflusst. Eine erhöhte Dichtigkeit der BHS könnte
einerseits über die Ausschüttung von Stresshormonen (Adrenalin,
Noradrenalin) aus der Nebennierenrinde bewirkt werden. Andererseits könnte
eine vorübergehende Blutdruckerhöhung eine Zunahme der Permeabilität
der BHS hervorrufen.
Effekte von EMF auf die BHS in vitro
Bis heute liegen nur wenige Arbeiten
vor, die in vitro Modelle der BHS zum Studium der Effekte von EMF verwendet
haben, und auch hier ergeben sich z.T. widersprüchliche Resultate.
In den Arbeiten von Neubauer et al. (1990) wurde eine erhöhte Durchlässigkeit
der BHS schon nach einer Exposition von 15 Min. nachgewiesen. Die Aufnahme
einer Indikatorsubstanz (Rhodamin-Ferritin-Komplex, Rh-F) hatte sich fast
verdoppelt. Dies könnte nach Meinung der Autoren entweder die Folge
einer Öffnung der tight junctions oder eines durch die Endothelzelle
verlaufenden Transports, der sog. Pinozytose, sein. Da nach einer Vorbehandlung
der Zellkultur mit einem die Pinozytose hemmenden Stoff (Colchizin) eine
deutliche Verringerung der Rh-F-Aufnahme beobachtet werden konnte, folgern
die Autoren, dass ein pinozytoseähnlicher Vorgang für die Permeabilitätsänderung
verantwortlich ist. Dem widersprechen allerdings die Daten von Salford
et al. (1984). Diese Autoren fanden zwar eine Permeabilitätszunahme
für das niedermolekulare (kleine) Albumin, nicht jedoch für das
höhermolekulare (größere) Fibrinogen. Da die Pinozytose
unabhängig vom Molekulargewicht abläuft, ergibt sich hier ein
Widerspruch. Neubauer et al. halten die Öffnung der tight junctions
für unwahrscheinlich, zumal in den Arbeiten von Williams et al. (1984),
die eine elektronenmikroskopische Untersuchung der tight junctions der
BHS einschlossen, keine Veränderung ihrer Struktur gefunden wurde.
In dieser Studie wurde allerdings eine Technik angewendet, die nur eine
Seite der tight junctions darstellt. Um eine Veränderung der tight
junctions auszuschließen, müssen letztlich jedoch beide Seiten
betrachtet werden.
Unsere Arbeitsgruppe hat in den letzten Jahren ein international anerkanntes Kokultur- System der BHS etabliert. Die Transendothelwiderstände und Dichtigkeitswerte unseres Modells liegen nahe an den physiologischen Werten. Als Indikatorsubstanz haben wir Sucrose gewählt. Sucrose ist ein wasserlösliches Molekül mit niedrigem Molekulargewicht, für das kein spezifischer Transportmechanismus innerhalb der BHS existiert. Unsere Resultate zeigen unter Exposition mit EMF eine signifikante Erhöhung der BHS-Durchlässigkeit für Sucrose, die über mehrere Tage nachweisbar ist. In nachfolgenden Versuchen konnte auch für das höhermolekulare Albumin eine Permeabilitätszunahme gemessen werden. Da es für Albumin kein spezifisches Transportsystem innerhalb der BHS gibt, überprüfen wir zurzeit die Hypothese, dass die Permeabilitätserhöhung auf einen verstärkten Durchfluss zwischen den Zellen zurückzuführen ist. Möglicherweise sind die tight junctions für diesen Effekt verantwortlich.
Ausblick
Bis heute sind eine Vielzahl von
in vivo Untersuchungen durchgeführt worden, die allerdings kein eindeutiges
Ergebnis bezüglich der Effekte von EMF auf die Funktion der BHS liefern.
Der Grund dafür ist hauptsächlich in der erschwerten Reproduzierbarkeit
experimenteller Randbedingungen bei in vivo Experimenten zu suchen. Als
Konsequenz wurden in vielen Bereichen der modernen Biowissenschaften die
in vivo Experimente durch geeignete in vitro Modelle. Mit Hilfe von in
vitro Modellen lassen sich unter angemessen kontrollierbaren Rahmenbedingungen
Studien zu grundlegenden molekularen Mechanismen durchführen, die
auch bezüglich der Auswirkungen von EMF auf die BHS zu reproduzierbaren
und damit allgemein akzeptierten Ergebnissen führen werden.
Im Folgenden sollen mögliche experimentelle Ansätze skizziert werden, die mit Hilfe des BHS-Kokultursystems zur Klärung offener Fragen beitragen können.
(I) Aktivität spezifischer Transportsysteme
(Carriersysteme) der BHS.
Die BHS besitzt eine Reihe von spezifischen
Carriersystemen, die nur bestimmte „passende“ Ionen, Zuckermoleküle
und Aminosäuren transportieren. Im Zellkultursystem können die
halbmaximale Transportgeschwindigkeit (Michaelis-Menten-Konstante) und
die maximale Transportrate dieser Carriersysteme ermittelt werden. Aufgrund
der hohen Empfindlichkeit dieser Größen können schon minimale
Veränderungen der Transportvorgänge erfasst werden. Das Ausmaß
der Spezifität der Transportsysteme kann in Kompetitions-Essays untersucht
werden; anhand von Tests lässt sich bestimmen, inwieweit sich der
Transport eines „passenden“ Moleküls in Anwesenheit anderer ähnlicher
Moleküle verringert.
(II) Biophysikalische Experimente.
Auch durch die Bestimmung des Transendothelwiderstandes
kann die Funktion der BHS gemessen werden. Geeignete Versuchsanordnungen
ermöglichen genaue Aussagen über Zeitverlauf, Dosisabhängigkeit
und Umkehrbarkeit (Reversibilität) der zu beobachtenden Effekte. Werden
diese Messungen mit hochauflösenden elektronenmikroskopischen Verfahren
kombiniert, lässt sich feststellen, an welcher Stelle im Zellverband
die Durchlässigkeit erhöht ist.
(III) Ultrastrukturelle Darstellung
der tight junctions.
Erkenntnisse zum molekularen Aufbau
der tight junctions sind nur anhand des Zellkulturmodells zu gewinnen.
Hier kommt die Gefrierbruch-Elektronenmikroskopie zum Einsatz. Die zu untersuchenden
Zellen werden tiefgefroren und dann aufgebrochen. So können zelluläre
Strukturen wie die tight junctions von beiden Seiten und nicht nur – wie
bei anderen mikroskopischen Techniken – von einer Seite sichtbar gemacht
werden. Diese Methode erlaubt die Darstellung der komplexen Vernetzungsstruktur
der tight junctions; Rückschlüsse auf die Dichtigkeit der BHS
können gezogen werden.
(IV) Immunzytochemische Untersuchungen.
In der Immunzytochemie werden Antikörper
zum Nachweis von Stoffen oder Strukturen verwendet. Antikörper sind
Proteine, die andere Moleküle erkennen und binden können. Sie
erkennen Fremdkörper und Krankheitserreger im Immunsystem und helfen
bei der Bekämpfung. Mit relativ geringem Aufwand können – Antikörper
gegen jedes beliebige Molekül (von einer gewissen Mindestgröße)
– künstlich produziert werden. Für den immunzytochemischen Nachweis
eines Moleküls werden zwei Antikörper benötigt. Der erste
Antikörper erkennt das nachzuweisende Molekül, der zweite den
Erstantikörper. An den zweiten Antikörper ist ein Enzym gekoppelt,
das eine farblose Substanz in einen Farbstoff umwandelt. Durch die Zugabe
der Farbstoffvorstufe werden die Bereiche der Präparate, in denen
sich das gesuchte Molekül befindet, eingefärbt. Mit dieser Methode
können die verschiedenen Proteinbestandteile der tight junctions eingefärbt
werden. Die Anordnung dieser Proteine und ihre Verteilung in der Zelle
liefern direkte Hinweise auf die Funktions-weise der tight junctions.
Zusammenfassung
Die BHS stellt ein geeignetes
physiologisches System zur Untersuchung möglicher Effekte von EMF
auf das ZNS dar. Da in vivo Untersuchungen in der Vergangenheit nicht
zu reproduzierbaren Ergebnissen geführt haben, ist der Einsatz von
Zellkultursystemen geboten. Zellkultursysteme können in verschiedenen
Labors unter identischen Bedingungen untersucht werden; die Reproduktion
von Ergebnissen wird somit erleichtert. Darüber hinaus bieten Zellkultursysteme
die Möglichkeit, sich den zellulären, biochemischen und molekularbiologischen
Mechanismen eventuell beobachteter Effekte anzunähern und diese exakter
zu beschreiben. Zur Abschätzung eventueller Gesundheitsrisiken müssen
sich dann gezielte in vivo Experimente anschließen.
Priv.-Doz. Dr. med. Florian Stögbauer,
Universität Münster
Medizinische Fakultät
Klinik und Poliklinik für Neurologie