 |
Basics
|
This information is currently only available in German. Texte mit freundlicher Unterstützung der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg LUBW. |
open all items | close all items
 |
 |
Absorption von hochfrequenter Strahlung im menschlichen KörperDie Absorption von Hochfrequenzstrahlung im menschlichen Körper ist stark frequenzabhängig. Im so genannten Subresonanzbereich (bis etwa 30 MHz) ist die Wellenlänge viel größer als die Körperabmessungen. Hier ist das Absorptionsvermögen des Körpers gering und daher die Eindringtiefe der Strahlung groß. Um den Körper zu erwärmen, muss eine vergleichsweise hohe Energiemenge absorbiert werden. Da die Energieverteilung im Körper sehr inhomogen ist, kann es erforderlich sein, neben der Ganzkörper-SAR auch lokale SAR-Werte zu bestimmen.
Im Frequenzbereich von 30 bis 300 MHz sind die Abmessungen des menschlichen Körpers und die Wellenlänge der Felder von ähnlicher Größenordnung. Die Energieabsorption erreicht hier ihr Maximum. Für den gesamten Körper eines Erwachsenen kommt es zur maximalen Absorption bei ca. 70 bis 100 MHz. Auf Grund der geringeren Körperabmessungen liegt die optimale Resonanzfrequenz für Kleinkinder demzufolge höher als bei Erwachsenen.
Im Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz ist die Wellenlänge klein im Verhältnis zu den menschlichen Abmessungen. Da die Eindringtiefe der Strahlung mit steigender Frequenz immer kleiner wird, dominiert hier die Teilkörpererwärmung z.B. im Kopf oder an der Oberfläche. Bei der Übertragung von Ergebnissen aus Tierversuchen auf den Menschen muss beachtet werden, dass die optimale Resonanzfrequenz der hochfrequenten Strahlung zum Beispiel bei der Maus bei ungefähr 2,45 GHz liegt.  | Absorptionsverhalten des menschlichen Körpers (Erwachsener) in Abhängigkeit von der Frequenz |
Neben der Frequenz hängt die Eindringtiefe hochfrequenter Strahlung in den Körper auch stark vom Wassergehalt des jeweiligen Gewebes ab, wie aus der nachfolgenden Abbildung ersichtlich wird. Bei Knochengewebe mit relativ geringem Wassergehalt ist die Eindringtiefe wesentlich höher als beispielsweise bei Nieren- oder Muskelgewebe mit hohem Wassergehalt. Auch mit zunehmender Frequenz nimmt die Eindringtiefe ab. So beträgt beispielsweise bei 0,5 GHz die mittlere Eindringtiefe in Muskelgewebe ungefähr 17 mm, bei 2,45 GHz (Mikrowellenherd) noch 6 mm und oberhalb von 10 GHz nur noch 0,2 mm oder weniger. Das Eindringen der Mikrowellen und die bewirkte Temperaturerhöhung ist dann auf die Oberfläche des Körpers begrenzt ("Skin-Effekt"). Darüber hinaus kann es im Frequenzbereich von 400 - 3000 MHz durch Strahlungsreflexionen an Organ- bzw. Gewebegrenzschichten zu lokalen Erwärmungen im Körper kommen ("hot spots"). Bei stark gekrümmten Oberflächen wie dem Kopf kann das dazu führen, dass in einem Bereich von etwa 1 bis 2 cm Durchmesser die Energieabsorption etwa um das 5fache höher liegt als der SAR-Wert für den ganzen Kopf.  | Frequenzabhängige Eindringtiefe in verschiedene Gewebe (zur Orientierung ist die Frequenz eines Mikrowellenherdes rot eingetragen) |
Da die Resonanzfrequenz von der Körpergröße abhängt, gibt es folglich auch unterschiedliche Absorptionskurven. Die einzelnen SAR-Kurven lassen sich durch eine einhüllende SAR-Kurve (Kurve 7 in der nächsten Abbildung) zusammenfassen, die für jede mögliche Körpergröße die maximale Absorption erfasst ("worst case"). Diese "einhüllende" SAR-Kurve bildet die Grundlage für die Festlegung von frequenzabhängigen Grenzwerten.  | Durchschnittliche Spezifische Absorptionsraten (SAR) für Erwachsene, Kinder und Säuglinge in Abhängigkeit von der Frequenz bei einer Leistungsflussdichte von 10 W/m² |
Je nach Höhe des Ganzkörper-SAR-Werts werden im Körper unterschiedliche Temperaturerhöhungen hervorgerufen. So zeigt die strahlenhygienische Bewertung von tierexperimentellen Befunden und Untersuchungen mit Probanden bei SAR-Werten von 4 W/kg (gemittelt über den ganzen Körper bei längerer Exposition), dass noch keine Schädigungen und damit Gesundheitsgefahren durch die Erwärmung des Gewebes auftreten. Die Unsicherheiten bei der Übertragung experimenteller Daten auf die Allgemeinheit werden durch Sicherheitsfaktoren berücksichtigt.
Unter Normalbedingungen führen bei erwachsenen Menschen Ganzkörper-SAR-Werte von 1 bis 4 W/kg zu einer durchschnittlichen Temperaturerhöhung von weniger als 1 ° C. Eine noch stärkere Körpererwärmung kann durch körperliche Arbeit oder sportliche Betätigung hervorgerufen werden, sie gilt deshalb für den gesunden Menschen als normal und ungefährlich. So beträgt der durchschnittliche Energieumsatz eines Menschen im Ruhezustand ungefähr 1 W/kg und erhöht sich beim Gehen auf etwa 3-5 W/kg. Körperliche Arbeit eines gesunden Menschen kann zur Erwärmung des Körpers um mehr als 2 ° C führen, ohne dass gesundheitliche Schäden auftreten. Bei erkrankten Personen mit Fieber könnte diese Erwärmung bereits zu Gesundheitsgefahren führen.  | Wirkungen verschiedener Ganzkörper-SAR-Werte bei einem erwachsenen Menschen |
Wie ein Organismus auf den zusätzlichen Wärmeeintrag reagiert, hängt insbesondere von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie der Leistungsfähigkeit der Thermoregulation der betreffenden Person ab. Diese körpereigene Fähigkeit zur Thermoregulation kann bei Personen mit Fieber, bei Diabetikern, bei älteren Personen und nach Einnahme bestimmter Medikamente vermindert sein. Ferner können Organe oder Gewebe mit geringer Wärmeleitfähigkeit und vor allem schlechter Durchblutung, zum Beispiel das Auge und der Hoden, die zugeführte Wärme schlechter abführen. Daher sollte im Hinblick auf den Schutz vor möglichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen die Temperaturerhöhung im gesamten Körper infolge der Einwirkung hochfrequenter Felder, bezogen auf 6-Minuten-Intervalle, nicht mehr als 0,1 ° C betragen. Dies wird auch unter ungünstigen Bedingungen dann eingehalten, wenn ein Ganzkörper-SAR-Wert von 0,08 W/kg nicht überschritten wird.
Die für eine Temperaturerhöhung des gesamten Körpers im Hochfrequenzfeld festgelegten Grenzen gelten in gleicher Weise auch für einzelne Körperteile und Organe bei lokaler Erwärmung. In der folgenden Abbildung ist veranschaulicht, dass bei Benutzung eines Mobiltelefons die dem Gerät zugewandte Gesichtshälfte am stärksten exponiert wird.  | Exposition des Menschen durch die hochfrequenten elektromagnetischen Felder eines Handys |
Zum Schutz der einzelnen Körperteile muss die Feldeinwirkung so begrenzt werden, dass sich für kein Körperteil als Folge der Absorption eine (lokale) Temperaturerhöhung von mehr als 1 ° C ergibt. Dies ist bei einem Teilkörper-SAR-Wert von 10 W/kg (gemittelt über 10 g Körpergewebe) auch unter ungünstigen Bedingungen gegeben. Bei einem empfohlenen maximalen Teilkörper-SAR-Wert von 2 W/kg treten nur noch vernachlässigbar geringe Temperaturerhöhungen im Gewebe auf.
In der Medizin werden bei der Hochfrequenzwärmetherapie dagegen lokale Temperaturüberhöhungen gezielt genutzt, um an bestimmten Stellen des Körpers das betreffende Gewebe aufzuwärmen und so einen therapeutischen Effekt zu erzielen. Dabei werden Teilkörper-SAR-Werte von 10 bis 50 W/kg angewendet.
In der Literatur sind zahlreiche Einzeluntersuchungen an Tieren und Zellkulturen dokumentiert, bei denen bereits bei Einwirkungen zwischen 0,4 und 1 W/kg so genannte athermische Effekte auftraten. Insgesamt sind die Ergebnisse jedoch uneinheitlich und widersprüchlich. So gibt es Untersuchungen zur Beeinflussung des Zentralnervensystems und der Sinneswahrnehmung, über Wirkungen auf die blutbildenden Organe sowie zu Veränderungen von Reflexen bei Versuchstieren. Eine Reihe von Veröffentlichungen bezieht sich insbesondere auf niederfrequent pulsmodulierte Mikrowellen, wie sie zum Beispiel beim Mobilfunk und Radar benutzt werden. Bei solchen Feldern werden verschiedene Effekte, wie zum Beispiel die Änderung der Signalleitungsgeschwindigkeit im autonomen Nervensystem des Menschen oder die Änderung des Elektroenzephalogramms (EEG) beschrieben. Insgesamt sind die Berichte sehr widersprüchlich, und bisher hielt keiner der gemeldeten Effekte einer wissenschaftlichen Überprüfung stand. Auch die Mechanismen, die zu solchen athermischen Effekten führen könnten, sind zurzeit noch nicht bekannt. Glossary: absorption, EEG, GHz, Hot Spots, MHz, organ, radar, SAR, skin, thermoregulation, worst case |
|
Sign Up
