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Response of Cultured Neuronal Network Activity After High-Intensity Power Frequency Magnetic Field Exposure.

[Reaktion der kultivierten neuronalen Netzwerk-Aktivität nach starker Magnetfeld-Exposition bei Netzfrequenz].

Veröffentlicht in: Front Physiol 2018; 9: 189

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollte der Schwellenwert für 50 Hz-Magnetfeld-induzierte neuronale Modulation in einem neuronalen Netzwerk aus dem Gehirn von Ratten untersucht werden.
Hintergrund/weitere Details: Niederfrequente Magnetfelder mit hoher Intensität stimulieren den menschlichen Körper durch Anregung von Nerven- und Muskel-Zellen, was beispielsweise zu Phosphenen führt. Grenzwerte basieren auf diesen Wirkungen und enthalten zusätzlich noch einen Sicherheitsabstand. Allerdings basieren die existierenden Grenzwerte auf im Körper induzierten elektrischen Strömen (siehe auch Informationen im EMF-Portal über Niederfrequenz (0,1 Hz–1 kHz)).
In dieser Studie sollten die Schwellenwerte von Magnetfeld-induzierten neuronalen Veränderungen erhoben werden.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 50 Hz
Expositionsdauer: 6 Sekunden
Exposition 2: 50 Hz
Expositionsdauer: 6 Sekunden
Burst-Aktivität nach Blockierung von inhibitorischen Synapsen
Exposition 3: 50 Hz
Expositionsdauer: 6 Sekunden
autonome Aktivität von Schrittmacher-ähnlichen Neuronen
Exposition 1
Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 6 Sekunden
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Kammer Die Zellkulturen wurden auf ein Multielektrodenarray-basierendes Aufnahmesystem gestellt, welches an eine thermostatische Kultivierungskammer aus Acryl angeschlossen war; Temperatur wurde stabil bei etwa 37°C während der Experimente gehalten; um den Einfluss von Vibration auszuschließen, wurde die Kultivierungskammer auf einen Untergrund ohne Kontakt zu den Spulen gestellt und alle Ausrüstung auf anti-Vibrations-Sockeln platziert
Aufbau Das Expositions-System bestand aus einer selbstgebauten, sattelförmigen Spule, einer selbstgebauten Stromversorgung und einem Funktionsgenerator; die Spule inkludierte einen hohlen Konduktor (8,3 x 8,3 mm, ϕ 5,2 mm) als Wasser-basiertes Kühlungssytem (Zirkulation von 20°C warmem Wasser); zwei sattelförmige Spulen wurden vertikal mit einem Abstand von 125 mm angeordnet und in einem fensterrahmenartigen Eisenteil zusammengefügt
Scheinexposition Eine Scheinexposition wurde durchgeführt.
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 50 mT Effektivwert gemessen - -
magnetische Flussdichte 100 mT Effektivwert gemessen - -
magnetische Flussdichte 200 mT Effektivwert gemessen - -
magnetische Flussdichte 400 mT Effektivwert gemessen - -
Exposition 2
Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 6 Sekunden
Zusatzinfo Burst-Aktivität nach Blockierung von inhibitorischen Synapsen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Scheinexposition Eine Scheinexposition wurde durchgeführt.
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 400 mT Effektivwert gemessen - -
Exposition 3
Hauptcharakteristika
Frequenz 50 Hz
Typ
Signalform
  • sinusoidal
Expositionsdauer 6 Sekunden
Zusatzinfo autonome Aktivität von Schrittmacher-ähnlichen Neuronen
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Scheinexposition Eine Scheinexposition wurde durchgeführt.
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
magnetische Flussdichte 400 mT Effektivwert gemessen - -
Referenzartikel
  • Takahashi M et al. (2017): Evaluation of the effects of power-frequency magnetic fields on the electrical activity of cardiomyocytes differentiated from human induced pluripotent stem cells.
  • Nakasono S et al. (2003): Effect of power-frequency magnetic fields on genome-scale gene expression in Saccharomyces cerevisiae.
Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes Material:
Untersuchungszeitpunkt:
  • vor der Befeldung
  • während der Befeldung
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Anzahl an Spikes war, im Vergleich zur Kontrolle, nur bei 400 mT exponierten Zellen signifikant erhöht. Allerdings war die Anzahl der Spikes in einem einzelnen synchronisierten Burst nicht erhöht. Wurde Bicucullin hinzugefügt, verschwand die Expositions-bedingte Wirkung. Dies zeigte, dass die Magnetfeld-Exposition in die Hemmung des inhibitorischen Inputs durch den GABA-Rezeptor involviert war. Nach der Hinzugabe von D-AP5 und CNQX dauerte das autonome Spiking an. In der Minute nach der 400 mT-Magnetfeld-Exposition nahm die Spike-Frequenz jedoch schrittweise ab. Der Unterschied vor und nach der Exposition war statistisch signifikant.
Weiterhin wurde berechnet, dass das in den Experimenten verwendete Magnetfeld von 200-400 mT etwa einem elektrischen Feld von 0,314 bis 0,440 V/m im Kulturmedium entspricht und damit deutlich unter dem im IEEE-Standard für 50 Hz und Gehirn (IEEE Std C95.6 - 2002) geschätzten Medianwert von 8,7 V/m liegt.
Die Autoren schlussfolgern, dass die Daten auf eine erhöhte synchronisierte Bursting-Aktivität in neuronalen Netzwerken aus dem Ratten-Gehirn nach der 50 Hz-Magnetfeld-Exposition bei 400 mT hindeuten und dass diese Wirkung auf einer Reduzierung der inhibitorischen Schrittmacher-ähnlichen neuronalen Aktivität beruht.
Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

  • Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), Japan

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  • Francis JT et al. (2003): Sensitivity of neurons to weak electric fields.
  • Saunders RD (2003): Rapporteur report: weak field interactions in the central nervous system.
  • (2002): IEEE Standard for safety levels with respect to human exposure to electromagnetic fields, 0-3 kHz; IEEE Std C95.6:2002-10.
  • Bawin SM et al. (1986): Comparison between the effects of extracellular direct and sinusoidal currents on excitability in hippocampal slices.
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