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10 Jahre epidemiologische Forschung im Umfeld des

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10 Jahre epidemiologische Forschung
im Umfeld des Kurzwellensenders Schwarzenburg:
Was haben wir gelernt?∗
Dr. Ekkehardt Altpeter
M. Battaglia, A. Bader, D. Pfluger, C.E. Minder, Th. Abelin
Institut für Sozial- und Präventivmedizin, Universität Bern,
Finkenhubelweg 11, CH-3012 Bern, Schweiz, ekkehardt.altpeter@bag.admin.ch
Hintergrund
1939 wurde der Kurzwellensender Schwarzenburg in Betrieb genommen. 1954 errichtete die frühere
PTT (heute SWISSCOM) die sternförmige Hauptantenne. Die Sendefrequenz lag zwischen 6,1 und
21,8 MHz. Die maximale Auslastung betrug dreimal 150 kW, wobei effektiv 300 kW genutzt wurden. Grundsätzlich wechselte alle 2 Stunden die Senderichtung. Die Sendungen erfolgten mit 11º
Inklination gegenüber der Horizontale und in Richtung der Empfängerregion. Diese wurde durch
Spiegelung an der Ionosphäre und der Erdoberfläche erreicht. Der Sendebetrieb erfolgte in Abhängigkeit von der Lokalzeit im Empfangsgebiet. Dies führte zu Sendungen rund um die Uhr. 1971 wurde noch eine LOG PER Antenne mit 250 kW Leistung errichtet, um den Sendebetrieb im Störfall
aufrechterhalten zu können. Diese Antenne kam jedoch selten zur Anwendung.
Der Kurzwellensender Schwarzenburg sendete vor allem Radio International Schweiz und hatte klar
einen politischen Auftrag: Information der Auslandschweizer sowie des Auslandes über die politischen Verhältnisse in der Schweiz und in Europa. Er hatte somit eine zentrale Bedeutung bei der geistigen Landesverteidigung während des 2. Weltkrieges. Als Jahrzehnte später das Satellitenradio
technologisch ausgereift war, setzte man trotzdem noch auf die Kurzwellentechnologie, weil ein
Kurzwellenempfänger kostengünstiger zu erstehen war als ein Satellitenempfänger.
Seit den 70er Jahren wurden gesundheitliche Klagen der Anwohner laut, die in Zusammenhang mit
dem Kurzwellensender Schwarzenburg gebracht wurden. Primär wurde die damalige PTT als Betreiberin des Senders angegangen. Die Betroffenen verlangten eine epidemiologische Abklärung ihrer
Beschwerden, doch die PTT fühlte sich nicht zuständig. 1990 gelangten die Beschwerdeführer mit
einer Petition (Volksbegehren) an die Schweizer Regierung, den Bundesrat. Nachdem dieses Begehren den Weg über die verschiedenen Departemente und Bundesämter gemacht hatte, erklärte sich
das Bundesamt für Energiewirtschaft zuständig, denn diese Bundesstelle ist für die Erteilung der Konzession zuständig. Unter Leitung dieses Bundesamtes wurde eine ad-hoc Arbeitsgruppe gebildet mit
Vertretern des Berner Kantonsarztamtes, des Berner Kantonalen Amtes für Industrie, Gewerbe und
Arbeit, des ehemaligen Bundesamtes für Umwelt, Wald und Landschaft, des Bundesamtes für Gesundheit, des Bundesamtes für Kommunikation sowie des Institutes für Sozial- und Präventivmedizin
der Universität Bern. Dieses lag am nächsten zum Sender und verfügte über das notwendige epidemiologische Wissen, um die gewünschte Studie zu planen, auszuführen und auszuwerten.
Die primäre Aufgabe dieser Arbeitsgruppe war es, abzuklären, ob eine entsprechende Studie ausführbar sei, um die nachfolgenden Fragen zu beantworten: Sind gesundheitliche Störungen in der
Nähre des Senders häufiger als in sozio-ökonomisch vergleichbaren Bevölkerungsgruppen, die nicht
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) Originalbeitrag
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belastet sind? Falls ja, liegt ein biophysikalischer Mechanismus vor, der die Beschwerden erklärt? Ist
die betroffene Bevölkerungsgruppe groß genug, um auch Fragen nach Krebshäufungen zu beantworten? Liegen die Belastungen mit elektromagnetischen Feldern im Radiofrequenzbereich unter den
Richtlinien der IRCP? Man war sich einig, dass bis auf die Frage nach der Krebshäufung im Umfeld
des Senders die Fragen beantwortbar sind, und man entschloss sich zur Durchführung der Studie.
Studienanlage und Methodik
Mehrere Studienanlagen kamen zur Anwendung: 2 Querschnittsuntersuchungen (1992, 1996), 3
kurze Kohortenstudien, wovon 2 mit Erhebungen des Melatoninhaushaltes (Tagebucherhebungen
1992, 1993 und 1998) und 2 Kuhstudien im Rahmen kurzer Kohortenstudien (1993 und 1998).
Im Rahmen der Querschnittsuntersuchungen wurde die Bevölkerung der betroffenen gesetzlichen
Gemeinden in 3 (1992) respektive 4 (1996) Zonen eingeteilt: Eine Zone mit sehr niedriger Exposition
(Zone C, 1992, 1996), eine Zone mit leichter Exposition (Zone R, 1996), eine Zone mit mäßig starker
Exposition (Zone B, 1992, 1996), eine Zone mit starker Exposition (Zone A, 1992, 1996). 1992 wurde ein breites Gesundheitsinventar erhoben, da nicht klar war, welche gesundheitlichen Beschwerden
vorlagen. Da nach dieser ersten Runde Schlafstörungen ins Zentrum des Interesses traten, wurde
1996 eine erneute, bezüglich Schlafstörungen spezifischere Befragung durchgeführt. 1992 erfolgte
eine extensive Expositionsmessung an 56 Standorten, 1996 an 10 gezielt ausgesuchten Standorten.
Die Messungen wurden durch die ehemalige PTT (Post-Telefon-Telegraf, heute SWISSCOM) durchgeführt. 1992 wurde zusätzlich bei Freiwilligen ein verkürztes Freiburger Persönlichkeitsinventar
durchgeführt, das zeigte, dass zwar körperliche Beschwerden in der Zone A vorherrschten, ansonsten
aber keine Unterschiede bezüglich Persönlichkeit zwischen den Zonen A, B und C bestanden.
1992 wurde eine erste kurze Kohortenstudie während dreimal 10 Tagen durchgeführt. Freiwillige
führten während dieser Zeit ein Beschwerdetagebuch. Verschiedenste Beschwerden wurden im Stundenraster erhoben. Während dieser Zeit erfolgte der Sendebetrieb nach dem Zufallsprinzip wie folgt:
Sollte die Sendung unter Normalbetrieb nach Norden erfolgen, so wurde unter Sonderbetrieb nach
Süden gesendet. Also erfolgte unter Sonderbetrieb die Sendung in entgegengesetzter Richtung. Dies
hatte zur Folge, dass man in Sendenähe nicht entscheiden konnte ob die Sendung im Normal- oder
Sonderbetrieb erfolgte. Problematisch war, dass der Standort der Teilnehmer nicht erhoben wurde.
Wie oben erwähnt, erfolgte während dieser Untersuchungen eine extensive Expositionsmessung.
1993 erfolgte die nächste kurze Kohortenstudie mit Abschalten des Senders für 3 Tage in der Mitte
einer 10tägigen Beobachtungsperiode bei Menschen und Kühen. Beim Menschen wurde die Schlafqualität während der letzten Nacht sowie das morgendliche Melatonin im Urin respektive der
Hauptmetabolit 6-Hydroxy-Melatonin-Sulfat erhoben. Bei den Kühen wurde während der Nacht bei
5 exponierten und 5 nicht-exponierten Tieren das Melatonin im Speichel bestimmt. 1998 wurde der
Umstand genutzt, dass aus wirtschaftlichen Gründen der Kurzwellensender Schwarzenburg stillgelegt
wurde. Eine Woche vor und eine Woche nach Abschaltung wurden beim Mensch Schlafqualität
(standardisierter Fragebogen VIS-M) und Speichelmelatonin, bei den Kühen Speichelmelatonin und
Milchproduktion erhoben - und zwar bei 13 exponierten und 12 nicht-exponierten Tieren. Aus finanziellen Gründen konnte nur der exponierte Stall während dieser Periode in Bezug auf das elektromagnetische Feld monitorisiert werden. Ein 24h Stunden Punktmessung im nicht exponierten Stall
bestätigte, dass der Stall in bezug auf elektromagnetische Felder im Kurzwellenbereich keinen Belastungen ausgesetzt war.
Die Expositionen wurden durch die ehemalige PTT (SWISSCOM) unter Überwachung durch die Eidgenössischen Technischen Hochschulen Zürich und Lausanne (1992, 1993) durchgeführt. 1992 wurde eine Schleifenantenne vom Typ Rhode & Schwarz HFH-Z2 verwendet. Dieses System erfasst EMF
im Frequenzbereich von 100 bis 30'000 kHz und hat eine Präzision von etwa -1,5 bis +1,5 dB. 1993,
1996 und 1998 kam die isotrope Messsonde EH30KW der Firma EMC Baden Ltd., Dättwil, Schweiz
zur Anwendung, die im Bereich von 2 bis 30 MHz maß. Hierbei handelt es sich um eine Neuentwicklung im Auftrag der PTT. Die Sonde wurde im 'National Institute of Standards and Technology',
Boulder, CO, USA kalibriert. Während die Schleifenantenne manuell in alle 3 Richtungen des Raums
gedreht werden musste, konnten mit der isotropen Messsonde automatische Messungen während
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24 Stunden durchgeführt werden. Dies bildete die Grundlage für die Expositionsmessung im Schlafzimmer der Teilnehmer der Studie des Jahres 1993.
Die Bestimmungen des 6-Hydroxy-Melatonin-Sulfates im Morgenurin (1993) und des Speichelmelatonins (1993, 1998) erfolgte bei der Firma IBL Hamburg. Die Bestimmung erfolgte mittels RIA im
Speichel und mittels ELISA im Urin.
Resultate
1992 konnte in der ersten Befragungsstudie gezeigt werden, dass Durchschlafstörungen im Umfeld
des Senders gehäuft auftraten. Die kurze Zeitreihenanalyse (3mal 10 Tage) wies in die gleiche Richtung, war aber wegen der fehlenden 1:1 Expositionsmessung der Beteiligten nicht interpretierbar.
Waren wir 1992 nicht im Stande eine 1:1 Messung durchzuführen, so sind wir dies heute immer
noch nicht. Die Messeinrichtungen sind zu unhandlich um Personenmessungen durchzuführen.
1993 konnte beim Menschen weder ein akuter noch ein chronischer Effekt weder auf Schlafqualität
noch auf das morgendliche 6-OHMS gezeigt werden. Bei den Kühen gelang es ebenfalls nicht einen
chronischen Effekt zu zeigen. Mit Verzögerung gegenüber dem Wiedereinschalten des Senders ergab
sich jedoch eine Schwankung des Speichelmelatonins, die mit einer kurzfristig aufgehobenen Melatoninsuppression vereinbar ist.
1996 konnte im Rahmen einer erneuten Querschnittserhebung bestätigt werden, dass Durchschlafstörungen im Umfeld des Senders häufiger waren als in der nicht-exponierten Kontrollzone. Zudem
konnte gezeigt werden, dass die exponierte Bevölkerung Schlafhygiene betrieb, mit Vermeiden von
schweren Mahlzeiten am Abend und Vermeiden von Kaffeekonsum am Abend. Es bestand eine Tendenz zu vermehrtem Schlaftabletten-Konsum in den exponierten Gebieten.
Die Resultate der Studie 1998 sind bis zu ihrer Publikation gesperrt, und ich werde auf die eigentlichen Resultate nicht eingehen können.
Diskussion
Die Studien im Umfeld des Kurzwellensenders Schwarzenburg sind ein Lehrstück in Umweltepidemiologie. Wiederholt konnte in Querschnittsstudien in der gleichen Population gezeigt werden, dass
Durchschlafstörungen in exponierten Bevölkerungsgruppen häufiger sind als in nicht-exponierten
Bevölkerungsteilen. Diese räumliche Assoziation lässt sich auch in kurzen Zeitreihen bestätigen. Die
Validität dieser Zeitreihen ist jedoch mit Vorsicht zu interpretieren. Wir sind auch heute nicht im
Stande 1:1 Expositionsmessungen im Kurzwellenbereich durchzuführen. Dies führt zu einer Missklassifikation, und wir sind nicht im Stande zu sagen, ob die Messresultate Über- oder Unterschätzungen
der effektiven Exposition darstellen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass wir bis heute nicht wissen, welche Komponente des elektromagnetischen Feldes für Lebewesen schädlich ist: das Magnetfeld, das Elektrische Feld, das Induktionsfeld, der Frequenzbereich, die Art der Modulation, Gradienten? Diese Schwierigkeit führt entsprechend zu Problemen bei Formulierung und Vollzug von
Schutzbestimmungen im Bereich der Gesetzgebung.
Besteht bei der Messung der Exposition Forschungsbedarf, so trifft dies ebenfalls auf die Messung
klinisch relevanter Größen zu. Im Rahmen der Schlafforschung verfügen wir über eine breite Palette
von Messinstrumenten, wie Schlaf-EEG, 24Stunden EEG, diverse standardisierte Fragebögen usw.
Gerade beim Schlaf spielen aber physische, psychische und soziale Faktoren eine Rolle. Eine Assoziation zwischen Schlafstörung und EMF lässt daher viele Erklärungsmöglichkeiten offen. Eine unidirektionale Ursache-Wirkungskette ist unwahrscheinlich.
Uns interessierte vor allem die Kette H-Feld -> Melatonin -> Schlafstörungen, weil diese Kette im
Rahmen von epidemiologischen Feldstudien untersuchbar ist. Während bei unseren Kuhstudien bereits 1993 erste Anhaltspunkte für eine verzögerte Akutwirkung bestanden, hatten wir 1993 noch
keine beim Menschen. Die Gründe für dieses negative Resultat sind vielgestaltig: Ist der Morgenurin
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das richtige Sample? Braucht es Morgen- und Abendurin? Wie steht es mit der Praktikabilität von
Urin bei Frauen? Aus diesem Grund haben wir 1998 eine erneute Studie bei Mensch und Kuh durchgeführt. Aus den Fehlern der Vergangenheit haben wir gelernt- und neue begangen. Es ist uns daher
ein Bedürfnis, auf diese technischen Details einzugehen, ohne provisorische Resultate zu diskutieren.
1998 haben wir uns darauf beschränkt, 5 Proben pro Tag zu sammeln: vor dem Frühstück, vor dem
Mittagessen, vor dem Kaffeetrinken (ca. 16:00 Uhr), vor dem Nachtessen (ca. 19:00 Uhr), vor dem
Ins Bett gehen. Auf Proben in der Nacht wurde verzichtet, weil diese den Melatonin-Haushalt empfindlich gestört hätten bei einer Studienperiode von ca. 14 Tagen. Die Entnahmezeiten wurden bewusst an den schweizerischen Alltag angepasst, um Kompliance und Administrationsfehler zu minimieren. Die Entnahmezeiten wurden aber protokolliert und in der Analyse berücksichtigt. Damit
schufen wir uns unbestritten ein Problem: Zeitreihen mit unterschiedlich langen Zeitabständen und
systematisch fehlenden Daten während der Nacht. Dieses Problem lösten wir, indem wir das Modell
von Lerchl und Patsch anwendeten. Es handelt sich hierbei um die komplexe Cosinor-Analyse, die 2
Frequenzen berücksichtigt: 24Stunden- und 12Stunden-Periodizität. Durch die Anwendung dieses
Models bei Mensch und Kuh konnten sowohl die Supressionshypothese durch EMF wie auch die
Phase-Antwort-Hypothese untersucht werden. Während die Anwendung beim Menschen wenig
Probleme stellt, wurde dieses Model bei der Kuh zum Problem. Insofern besteht im Melatonin Forschungsbedarf: Wie lässt sich am einfachsten der Melatoninzyklus bei den verschiedenen Spezies
beschreiben? Und im allgemeinen: Welche Mechanismen, die in epidemiologischen Untersuchungen
prüfbar sind, könnten für die Schlafstörungen verantwortlich sein, falls tatsächlich ein biophysikalischer Zusammenhang besteht?
Nach 10 Jahren Forschung im Kurzwellenbereich orten wir somit folgenden Forschungsbedarf:
n Messung von klinisch relevanten Endpunkten
n Bestimmung der biologisch relevanten Komponente des elektromagnetischen Feldes.
n 1:1 Messung dieser Komponente.
n Verbesserte statistische Modelle für die Auswertung.
Zone C
Zone B
Zone A
Zone R
Zone C
2 km
130
100.00
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Exposure threshold according IRPA guidelines
1.00
0.01
0.10
H-field [mA/m]
10.00
1992
1996
500
1000
1500
3000
5000
Distance [m]
Drinking coffe e a t night?
Sleep disturbance
(p<0.01)
(p<0.01)
16.00
60
14.00
50
12.00
40
10.00
8.00
30
6.00
20
1992
1996
4.00
10
2.00
0
0.00
Zone A
Zone B
Zone R
Zone A
Zone C
Ta king medication against sleep disorders
(p=0.01)
Zone B
Zone R
Zone C
Ha ving a heavy me a l a t night...?
(p<0.01)
14
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
12
10
8
6
4
2
0
Zone A
Zone B
Zone R
Zone C
Zone A
Zone B
Zone R
Zone C
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Graphisches Modell
Geschlecht
Exposition
Einschlafstörungen
Schadet der Sender
der Gesundheit?
Allgemeine
Schwäche
und
Müdigkeit
Durchschlafstörungen
Gelenkschmerzen
Nervosität
und
innere Unruhe
Alter
Wohndauer
am gleichen Ort
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