Control 50 Hz 915 MHz 41 0 C - El

Effekter av lavfrekvente og
høyfrekvente elektromagnetiske felt på
celler til el-overfølsomme
Igor Belyaev, docent
Institutionen för genetik, mikrobiologi och toxikologi,
Stockholms universitet.
E. mail: [email protected]
http://members.chello.se/igor.belyaev/
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
1
Elektromagnetisk (EMF) emission kan variera
på många sätt:
-styrka (intensitet, effekttäthet) viktig för termiska effekter
-våglängd/frekvens
-närfält/fjärrfält
-totala exponeringstiden (kontinuerlig, avbruten), akut och
långtidsexponering (kronisk)
-polarisation (linjär, cirkulär)
-kontinuerlig våg (CW) och pulsade fält
(pulsrepetitionfrekvens, pulsbredd eller pulskvot , pulsform,
pulseffekt/medelvärde, etc)
-modulation (amplitud, frekvens, fas, komplex)
-statiskt magnetfält vid platsen för exponeringen
Alla dessa parametrar kan påverka den elektromagnetiska
exponeringens biologiska effektivitet, speciellt icketermiska effekter under kronisk exponeringar.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
2
Detta faktum, att effekterna av EMF beror på
en mängd olika faktorer, gör det svårt att
åstadkomma reproducerbara studier av icketermiska effekter
•Symptom på överkänslighet observeras vid exponering
för EMF med mycket låg intensitet. Därför måste detta
fenomen studeras som ett resultat av biologiska effekter
av låga, icke-termiska EMF. De flesta observationerna
har gällt reaktioner på ELF EMF och på mikrovågor.
•Det komplicerade samband mellan EMF-effekter och
biologiska/fysiska faktorer borde tas i beaktande vid
studier på elöverkänsliga personer, inklusive i
provokationsstudier. Av alla publicerade studier är det
bara en studie av Dr. Rea (Rea et al., Journal of
Bioelectricity, 10, 241-256, 1991) som uppfyller detta
krav.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
3
Syfte
•
I vårt samarbetsprojekt använde vi
exponeringar av ELF med specifika variabler
för att undersöka stressreaktioner och celldöd
i vita blodkroppar (lymfocyter) från
elöverkänsliga personer i jämförelse med
friska personer. Vi använde även GSM
mikrovågor, vilka tidigare har visats påverka
blodbarriär i råttor (Persson et al., Wireless
Networks 3, 455-461, 1997)
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
4
Celler
•Till vårt laboratorium kommer inte testpersoner, utan vi får
blodprov från olika individer och från de blodproverna
separerar vi celler som vi exponerar och studerar.
•Vi tittar på celler och delar av celler. I det här fallet tittar vi
på det lymfocyter, de vita blodkropparna, som är en viktig
del av vårt immunsystem
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
5
Olika nivå av
DNA-organisation
(DNA-slingor)
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
6
Anomalous viscosity time dependence (AVTD) ger en
möjlighet, liknande "neutral comet assay" att mäta DNAslingor utsträckning eller kondensering
Period of rotation, T (s)
35
EtBr, 50 g/ml
control
EtBr, 2 mg/ml
30
25
20
 Kontroll humana lymfocyt
EtBr, 2 mg/ml,
kondensering 
15
10
5
0
200
400
600
800
1000
Time of measurement (s)
utsträckning och kondensering är den
karakteristiska responsen för genotoxiska
ämnen och stressrespons
 EtBr, 50 g/ml
utsträkning
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
7
Normalised relative viscosity
ELF-effekter (50 Hz, 1 h, 44 T DC) ses vid specifika
”amplitudfönster"
1,2
1,1
mean of 3, same donor
1
0,9
0,8
0,7
0,6
8
10
12
14
16
18
20
Amplitude of alternating magnetic field, uT
22
I det första testet
ingick bara friska
personer. Cellerna
exponerades för
magnetfält av olika
amplituder. Det var
inte extremt höga
magnet fält, utan
sådana som kan
finnas i vår miljö.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
8
Effekter av ELF behöver tid för att uppstå
Maximum relative viscosity
15 T amplitude AC, 44 T collinear DC
1,1
mean of 3, same donor
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0
50
100
150
time of exposure, min
200
I det första testet
ingick bara friska
personer. Cellerna
exponerades för
magnetfält på olika
tid. Det var inte
extremt höga
magnet fält, utan
sådana som kan
finnas i vår miljö.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
9
ELF-effekter ses vid specifika ”frekvensfönster”.
Mänskliga lymfocyter reagerar individuellt på EMF
MAXIMUM RELATIVE VISCOSITY
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
D onor A
0,7
D onor B
0,6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
I det första testet
ingick bara friska
personer. Cellerna
exponerades för
magnetfält av olika
frekvens. Det var
inte extremt höga
magnet fält, utan
sådana som kan
finnas i vår miljö.
FR E Q U E N C Y , H z
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
10
Elöverkänsliga
•Medvetna om att mänskliga lymfocyter reagerar individuellt
på EMF ock att reaktioner är beroende av många olika faktorer,
jämförde vi effekterna på cellerna från elöverkänsliga med de
från matchade kontrollpersoner.
•De överkänsliga personer klassificerades med hjälp av ett
speciellt utformat formulär (Hillert et al., 1999).
•Alla patienter rapporterade att de fick symptom av elektrisk
utrusning och mikrovågor.
•Kontrollerna matchades mot patienterna vad gäller kön och
ålder (+/- 5 år).
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
11
Exponering för extremt lågfrekventa magnetfält,
ELF (2 timmar, 21 uT, 8 Hz frekvens)
•Exponering för ELF 8 Hz resulterade statistiskt signifikanta
förändringar av DNA-kondenseringen, vilka försvann 19
timmar exponeringen avslutas
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
12
Morfologiska förändringar under celldöd hos lymfocyter
(apoptos)
 normal cellkärna
Kondenserad
cellkärna 
100 m
 Fragmenterad
cellkärna
Skadat
cellmembran
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
13
Exponering för extremt lågfrekventa magnetfält,
ELF (2 timmar, 21 T, 8 Hz frekvens)
resulterade i celldöd (apoptos)
•
Statistiskt signifikant apoptotisk DNA-fragmentering
uppmätt 24, 48 och 72 timmar efter exponering av
celler från 3 av 6 studerade personer: två friska och en
elöverkänslig person
•
För hela gruppen, ökade apoptotisk DNAfragmentering statistiskt signifikant vid exponering för
ELF med 20% (p<0.003)
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
14
Jämförelse av respons i lymfocyter från friska
och elöverkänsliga vid olika exponeringar
•50 Hz
•915 MHz GSM mikrovågor
•8 Hz med statiskt magnetiskt fält ändrat till 10 T
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
15
GSM mikrovågor
Det finns 124 olika kanaler (frekvenser) som används vid
GSM900 mobil kommunikation. Frekvenserna skiljer sig
med 0.2 MHz I frekvensskalan från 890 MHz till 915
MHz. Basstationen sänder frekvenser slumpmässigt till
mobilanvändarna.
Testmobiltelefonen är programmerad för att bestämma
vilken frekvens och styrka som ska användas.
Testmobiltelefon är även programmerad att reglera
styrkan i skala 0.02-2 W (13-33 dBm). Vi använde 2 W.
SAR (specific absorbed rate) var 37 mW/kg.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
16
Schema för GSM exponering
Directional
coupler
Circulator
Diode
detector
Dummy
Load
Test
phone
Connected to an
oscilloscope for on-line
monitoring of the output
power.
TEMcell
Dummy
Load
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
17
Både 50 Hz och GSM mikrovågor/915 MHz gav en
individuell respons av ändringar i DNA-kondensering
1,4
A: don91
1,2
1,2
1
1
AVTD
AVTD
1,4
0,8
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
control
50 Hz
NRV
915 MHz
RA
Rt
41oC
B: don92
control
50 Hz
NRV
915 MHz
RA
41oC
Rt
Human lymphocytes from hypersensitive (don91, A) and control (don92, B) donors
were exposed 2 h. No significant decrease was seen in the cells of electrosensitive
donor (A, don91). Significant (p<0.05) decrease in NRV and RA is seen after
exposure to GSM, ELF-EMF and 41C in control donor (B, don92).
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
18
Trots individuell variation var DNA-kondensering
en karaktäristik respons för både 50 Hz och GSM
Normalised relative viscosity
AVTD response immediately after 2 h exposure
2,5
mean of 7 normal
mean of 7 electrosensitive
2
1,5
1
0,5
control
8 Hz
50 Hz
915 MHz
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
41oC
19
Data från samtliga testpersoner, kontroller och
elöverkänsliga, visade:
•statistisk signifikant kondensering av DNA efter 50 Hz
(p<0.04) och 915 MHz/GSM exponering (p<0.01). Denna
effekt var jämförbar med stressrespons av värmechock vid 41oC
•ELF-inducerad kondensering av DNA försvann nästan helt 2
timmar efter exponering (p=0.07). Vid denna tidpunkt, var den
sammantagna GSM effekten fortfarande statistiskt signifikant
(p<0.02)
•Till skillnad för 8 Hz exponering så inducerade GSM och 50
Hz inte celldöd. Detta visar att olika typer av exponering för
elektromagnetiska fält ger varierande reaktioner.
•Effekterna av 8 Hz, både på celldöd och DNA-kondensering,
försvann när det statiska magnetfältet ändrades till 10 T
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
20
Analys av DNA brott med specifika proteiner, som
53BP1, molekylära markörer för DNA reparation
Förre bestrålning
30 min efter
2 timmar efter
Control
3Gy, 2 h
Vita blodkroppar färgade i blått. Röda fläckar visar DNA skador.
30 min efter -bestrålning med 3Gy bildas fläckar på DNA
skadorna (DNA-reparation foci). De repareras delvis 2 timmar
efter -bestrålningen
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
21
EMF inhiberar formering av DNA-reparation foci
Control
50 Hz
915 MHz
410C
Efter exponering
för 50 Hz och
GSM sågs inga
DNA skador men
cellerna visade
stressrespons
liknande den vid
värmechock,
41oC
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
22
EMF - inducerade stressrespons var liknande den vid
värmechock, 41oC, i celler från både friska och elöverkänsliga
Control
50 Hz
1
53BP1 röda fläckar
friska
elöverkänsliga
0,5
915 MHz
410C
0
control
50 Hz
915 MHz
41oC
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
23
Jämförelse av respons i lymfocyter från friska
och elöverkänsliga
•Sammanräknade data från exponering med 50 Hz och 915
MHz visade inga signifikanta skillnader mellan kontroller och
elöverkänsliga personer
• Cellproven från tre försökspersoner, som klassificerats som
svårt elöverkänsliga, visade starkare reaktion på både
mikrovågor och 50 Hz i jämförelse med de matchade
kontrollerna
•Effekten av exponeringen kvarstod något längre tid på de
elöverkänsligas celler än på kontrollernas
• Denna skillnad i reaktion behöver bekräftas i en mera
omfattande studie
•Heterogenitet i både den elöverkänsliga och kontrollgruppen?
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
24
Effekter av GSM mikrovågor beror på frekvenskanal
Kontroll
905 MHz
915 MHz
410C
Vita blodkroppar färgade i blått. Röda fläckar visar DNA skador
som mätas med -H2AX molekylär markör och gröna fläckar visar
53BP1 DNA-reparation foci efter 1-tim exponering av humana
lymfocyter för GSM med 905 eller 915 MHz, värmechock, 410C.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
25
Exponering för GSM 915 MHz inhiberade DNA-reparation
foci liknande den vid värmechock, 41oC eller 41oC. GSM
905 MHz gav inge effekt. Friska personer.
6
Control
50 Hz
53BP1
H2AX
Foci/cell
4
915 MHz
410C
5 healthy control donors
2
0
37oC, sham
905 MHz
915 MHz
41oC
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
43oC
26
Exponering för GSM 915 MHz inhiberade DNA-reparation
foci liknande den vid värmechock, 41oC eller 41oC. GSM
905 MHz gav inge effekt. Elöverkänsliga personer.
6
Control
50 Hz
53BP1
H2AX
Foci/cell
4
410C
915 MHz
5 hypersensitive subjects
2
0
Sham
905 MHz
915 MHz
41oC
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
43oC
27
Matningar visar att SAR var det samma för både
frekvenser, 905 och 915 MHz (FDTD-METHOD)
0.5 ml sample
5 ml sample
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
28
UMTS versus GSM
•
Contrary to GSM
phones, mobile phones
of the 3rd generation
irradiate UMTS
(Universal Global
Telecommunications
System) wide-band
signal. UMTS MWs
may result in higher
biological effects
because of eventual
“effective” frequency
windows.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
29
GSM modulations
GSM uses GMSK modulation (Gaussian Minimum Shift Keying)
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
30
UMTS modulations
W-CDMA (3G) uses essentially QPSK modulation
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
31
Efter exponering för 3G/1947 MHz och GSM/915 MHz och
mikrovågor cellerna visade stressrespons liknande den vid
värmechock
Control
905 MHz
915 MHz
410C
Formation of 53BP1 foci (stained in green) and -H2AX foci
(red) after 1-h exposure of human lymphocytes (counterstained in
blue) with MWs, and heat shock
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
32
Blockering av DNA-reparation foci observeras under 72
timmar efter 1-tim exponering
2
Control
50 Hz
0h
24 h
72 h
Foci/cell
2004, 10 hypersens. + normal donors
1
410C
915 MHz
0
37oC, sham
905 MHz
915 MHz
41oC
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
3G
33
Jämförelse av respons för GSM och UMTS/3G i
lymfocyter från friska och elöverkänsliga
•Vi fann att GSM mikrovågor och mobiltelefonmikrovågor från
ett av flera UMTS/3G band som användas i Sverige påverkar
humana lymfocyter från elöverkänsliga personer och att denna
effekt kvarstår upp till 72 timmar efter 1-tim exponering. Denna
långtidseffekt på celler som är en viktig del av humana
immunsystemet kan ha starkt samband med hälsoeffekter av
mobiltelefoni.
•Sammanräknade data från exponering med GSM och UMTS
visade inga signifikanta skillnader mellan kontroller och
elöverkänsliga personer
•Heterogenitet i både den elöverkänsliga och kontrollgruppen?
•Möjlighet att immunsystemet av elöverkänsliga är svagare i
kompensation av stress i lymfocyter?
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
34
Substanser som motverkar metalljoner och radikaler
också minskar effekter av elektromagnetiska fält
inklusive mikrovågor på celler
•Hur ELF effekter är beroende av jonkoncentrationoch närvaron av jon-kelatorerhar påvisats
(Smith et al., 1987; Lednev et al., 1991; Markov et al.,
1993; Lindström et al., 1993; Karabakhtsianet al.,
1994)
•Anti-oxidanter, melatonin, N-tert-butyl-alphaphenylnitrone(PBN), reducerar effekterna av
mikrovågor påhjärnceller från råtta (Laiand Singh,
1997)
•Ginkgobiloba(en antioxidant) reducerar oxidativstress
i hjärnceller inducerad av mikrovågor från
mobiltelefon (Ilhan et al., 2004)
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
35
EGTA motverkar metalljoner och minskar effekter
av ELF magnetiska fält på celler
ELF, 9 Hz, 21T
ELF and EGTA
DNA dekondensering
1,4
1,2
1,0
control level
0
50
100
150
200
TIME AFTER EXPOSURE TO ELF, min
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
36
Glycerol motverkar radikaler och minskar effekter
av ELF magnetiska fält på celler
1,6
ELF, 21 T, 9 Hz
ELF and glycerol
DNA dekondensering
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,9
0
50
100
150
TIME AFTER EXPOSURE TO ELF, min
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
37
Samarbete
M. Harms-Ringdahl, E. Markova, Department of Genetic and
Cellular Toxicology, Stockholm University, Stockholm,
Sweden
L. Hillert Department of Occupational and Environmental
Health, Stockholm County Council, Stockholm, Sweden
B. Persson, L. Malmgren, Department of Radiation Physics,
Lund University Hospital, Lund, Sweden
Acknowledgments
We are thankful to Dr. L.-E. Paulsson and Dr. G. Anger (the
Swedish Authority for Radiation Protection, Stockholm, Sweden)
for verification of the experimental units for exposure with ELF
and microwaves. The Swedish Council for Working Life and
Social Research, the Swedish Radiation Protection Institute, the
Swedish Cancer Society supported these studies
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
38
Most powerful techniques should be applied for
searching the possible molecular markers of
response to electromagnetic fields and
hypersensitivity
•Proteomics, 2D-electrophoresis
•Genomics, gene microarrays
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
39
2D-gel electrophoresis, plasma proteins
3-
pH
Don20 sensitive
- 10
3-
pH
- 10
Don30 matched control
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
40
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
41
Kommentarer kring epidemiologi från studier på cellulär nivå:
•Nästan alla i Sverige exponeras för icketermiska mikrovågor från olika
källor såsom basstationer, trådlösa telefoner, WILAN (Wireless
LocalArea Networks), när andra personer använder mobiltelefoner, m.m.
Nya MW-signaler utvecklas hela tiden och introduceras utan relevant
kontroll. Det finns ingen möjlighet att kontrollera vilken frekvens, m.m.,
människor exponeras för. Dessutom tar epidemiologiska studier av
cancer lång tid, cirka 10 år och mera [9]. Därför finns det ingen
möjlighet att genomföra en epidemiologisk studie med relevant
kontrollgrupp som under lång tid inte exponeras för mikrovågor för att
visa effekten av mikrovågor även om den finns. På grund av de
orsakerna ovan, kommer resultat av epidemiologiska studier, både
pågående och eventuellt planerade, i de flesta fall att vara negativa. De
negativa resultaten av epidemiologiska studier kommer inte att vara konklusiva
och positiva resultat kommer alltid att kraftigtunderskatta hälsoproblemen. Om
den epidemiologibaserade strategin av Vetenskapsrådet[1] accepteras hos
regeringen, kan detta leda till att farliga signaler byts ut var 10:e år till nya
signaler som kommer att anses vara farliga efter ytterligare 10 år.
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
42
Kommentarer kring forskningsbehov:
•ICNIRP fortsätter ignorera effekter av icketermiska
mikrovågor som, i våra studier och i litteratur, har visats ha
komplicerade funktionella samband av mobiltelefoni effekter
med många olika parametrar, båda fysiska och biologiska.
•WHO använder dessvärre fortfarande samma gränsvärden
som ICNIRP.
•De mesta studier inklusive de som kallas
”upprepningar”också ignorerade sambandet av icketermiska
mobiltelefonieffekter med många olika parametrar, båda
fysiska och biologiska. Därför resultat från detta kan inte
jämföras.
•Det måste skapas oberoende regeringsfinansierade
nationella forsknings-och –interventionprogram i Sverige
Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
43
Forskningsbehov:
•Det är viktigt att studera mekanismer involverade i
icketermiska effekter elektromagnetiskt fält och studera vilka
signaler som kan eller inte kan användas utan biologiska
effekter inklusive cancer.
•På grund av att MW inte bara påverkar hjärnceller [10, 11]
utan också lymfocyter [3, 5, 12] och kanske alla typer av
humana celler inklusive könsceller, stamceller, så kommer
hands-free inte att minska alla effekter relevanta för hälsan.
De andra strategier, både biokemiska och biofysiska som
baseras på mekanistiska studier måste utvecklas.
•Problemet av elöverkänslighet ar stort i Sverige och många
personer rapporterar att de drabbats. Mekanismer av
elöverkänslighet måste studeras inklusive eventuella
molekylara markörer av elöverkänslighet med proteomics och
gene arrays. Dagskonferanse om el-overfølsomhet, Olso, Norge, 2006
44