1 Technische Vorstellung von 5G und Vergleich mit den etablierten Mobilfunktechnologien

1.1 Anforderungen an 5G und absehbare Anwendungsszenarien

1.2 Frequenzen, Modulations- und Zugriffsverfahren

1.3 MIMO (Multiple Input Multiple Output), adaptive Antennen

1.4 Funkzellenstruktur und Sendeleistungen

1.5 Endgeräte

2 Wichtige immissionsrelevante Parameter und Auswirkungen auf Immission und Exposition im Vergleich zu 2G/​3G/​4G

2.1 Frequenzen

2.2 Sende- und Strahlungsleistungen

2.3 Abstrahlcharakteristik

2.4 Netzausbau in Deutschland

2.5 Immission durch Endgeräte

3 Rechtliche Regelungen zum Schutz vor Hochfrequenzimmissionen

3.1 Grenzwerte

3.2 Genehmigung und Kontrolle von ortsfesten Funkanlagen

4 Sonstige technische Aspekte

4.1 Zeitliche Emissionsbegrenzung bei Massive-MIMO-Antennen („Smart-Power-Lock“)

4.2 Einfluss von nationalem Roaming auf die Immission durch Mobilfunk-Basisstationen

4.3 Technische Normung und Qualitätssicherung

5 Stellungnahme der SSK zu den technischen Aspekten der 5G-Technologie im Frequenzbereich FR1

In diesem Kapitel werden die wichtigsten technischen Aspekte der 5G-Mobilfunktechnik in möglichst allgemein­verständlicher Form beschrieben. Insbesondere wird dabei auf jene Merkmale und Eigenschaften eingegangen, die im Hinblick auf die resultierenden Immissionen als relevant anzusehen sind.

1.1 Anforderungen an 5G und absehbare Anwendungsszenarien

5G ist die konsequente Weiterentwicklung der bisherigen digitalen zellulären Mobilfunksysteme (2G, 3G, 4G). Der 5G-Mobilkommunikations-Standard bietet neue, über Sprachkommunikation und Breitband-Datenübertragung hinaus­gehende Möglichkeiten und wird daher als Kerntechnologie für die Digitalisierung der Industrie, automatisierte und vernetzte („autonome“) Verkehrssysteme, Internet der Dinge (IoT) und viele andere technische Entwicklungen angesehen.

Stand bei Einführung von 2G (auch GSM genannt) noch die Sprachtelefonie als wesentlichster Nutzen im Vordergrund, steigerte sich nach und nach der Bedarf, nicht nur Sprache, sondern auch Daten über das Mobilfunknetz zu übertragen. Waren es zunächst nur kurze Textmeldungen (SMS) oder andere geringe zu übertragende Datenmengen, die mit den schon in 2G vorhandenen Möglichkeiten (GPRS, EDGE) übermittelt werden konnten, steigerte sich der Bedarf an noch schnellerer Übertragung noch größerer Datenmengen unter anderem durch die Einführung von Smartphones und der damit einhergehenden mobilen Internetnutzung rasch weiter. Dem wurde durch die Weiterentwicklung der Mobilfunktechnik in Form von 3G (UMTS) und insbesondere durch 4G (LTE) Rechnung getragen.

Mit 5G wird nun nicht nur eine deutliche weitere Steigerung der möglichen Übertragungsrate erfolgen, sondern es sollen zusätzlich auch Möglichkeiten für eine äußerst zuverlässige (fehlerfreie und abbruchsichere) Datenübertragung mit sehr kurzen Verzögerungszeiten (Latenzzeiten) und für die gleichzeitige Einbindung einer enorm großen Anzahl von Endgeräten ins Mobilfunknetz geschaffen werden (Stichwort „Internet of Things“). In einigen Bereichen, wie dem automatisierten und vernetzten Fahren oder der industriellen Kommunikation, konkurriert 5G mit WLAN-basierten Kommunikationslösungen gemäß der Standardfamilie IEEE 802.11 (vgl. SSK 2019). Im Wesentlichen werden die Einsatzgebiete von 5G sehr häufig anhand von drei Eckpfeilern beschrieben:

–

Breitbandkommunikation (enhanced Mobile Broadband, eMBB¹)

–

Echtzeitkommunikation (ultra-Reliable and Low Latency Communications, URLLC)

–

Massenkommunikation (massive Machine Type Communications, mMTC).

Davon ausgehend werden die konkret absehbaren Anwendungsszenarien oft in Form einer Dreiecksgrafik mit den oben genannten Hauptmerkmalen an den Eckpunkten dargestellt (Abb. 1-1).

Im Bereich der Breitbandkommunikation bilden vor allem der mobile Internetzugang mit der Möglichkeit hoher Übertragungsraten (z. B. Videostreaming) sowie die Realisierung von Breitband-Internetzugängen für Benutzer in Gegenden ohne ausreichende Kabel- oder Glasfaser-Infrastruktur zwei Anwendungsschwerpunkte. Sie wurden bereits unmittelbar nach dem Start des kommerziellen 5G-Betriebes im Herbst 2019 in Angriff genommen und werden weiter ausgebaut. Für diese Anwendungsfälle muss das 5G-Netz – flexibel je nach konkreter Netzauslastung und Benutzerbedürfnissen – Übertragungsraten im Bereich von mehreren hundert MBit/​s bis zu einigen GBit/​s bereitstellen. Zu diesem Zweck ist es einerseits notwendig, für 5G mehr Frequenzbandbreite pro Übertragungskanal (Kanalbandbreite) zur Verfügung zu stellen als dies bisher bei 2G, 3G und 4G der Fall war, und andererseits die zur Verfügung stehenden Kanalbandbreiten sehr effizient und angepasst an das jeweilige Datenverkehrsaufkommen zu nutzen. Es bestehen im Bereich der Breitbandkommunikation jedoch keine besonderen Anforderungen im Hinblick auf Latenzzeiten oder die Anzahl der gleichzeitig bedienbaren Endgeräte.

Abb. 1-1:

Beispiele von Anwendungen, bei denen 5G eine zentrale Rolle spielen soll, dargestellt in Form eines Dreiecks mit den wesentlichen 5G-Merkmalen an den Eckpunkten. Die Lage der einzelnen Anwendungen relativ zu den Eckpunkten spiegelt näherungsweise den Bedarf der jeweiligen Anwendung an diesen Merkmalen wider.

Bei der Echtzeitkommunikation stellen sich die Anforderungen an das 5G-Netz deutlich anders dar. Eine der absehbaren Schlüsselanwendungen in diesem Bereich sind beispielsweise automatisierte und vernetzte Verkehrssysteme, bei denen Fahrzeuge untereinander (Vehicle to Vehicle, V2V) und allgemein Fahrzeuge mit diversen anderen Systemen (Vehicle to Everything, V2X) über das Mobilfunknetz kommunizieren müssen. Einen weiteren Einsatzbereich der Echtzeitkommunikation bilden automatisierte Industrieprozesse (z. B. Robotersteuerungen), bei denen Sensor- und Steuersignale drahtlos übertragen werden, um teure und unflexible Verkabelung zu vermeiden. Die Datenübertragung erfolgt dabei über private 5G-Netze (Campusnetze). In den genannten Fällen ist die Menge der pro Zeit zu übertragenden Daten relativ gering, die Daten müssen jedoch mit besonders hoher Zuverlässigkeit und sehr kurzen Latenzzeiten (typischerweise < 1 ms) übertragen werden. Anders als im Fall der Breitbandkommunikation ist für Echtzeitkommunikation daher – neben einer veränderten Netzwerkarchitektur mit entsprechender, an die Netzwerkperipherie verlagerter Server- bzw. Rechenleistung – auch eine besonders feingliedrige Zeitrahmenstruktur der Übertragung notwendig.

Im Bereich der Massenkommunikation sind Szenarien denkbar, in denen das Netzwerk in der Lage sein muss, mehrere zehntausend Endgeräte innerhalb einer Funkzelle zu bedienen. Die Anforderungen hinsichtlich Datenraten und Latenzzeiten sind von untergeordneter Bedeutung.

Innerhalb der von diesen drei Eckpfeilern der 5G-Technik aufgespannten Fläche finden sich eine Vielzahl künftiger Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Datenübertragungsbandbreite (ein Maß für die maximal mögliche Datenübertragungsrate), Latenzzeit, Zuverlässigkeit und der Anzahl der zu bedienenden Endgeräte (Abb. 1-1). Hierzu können beispielsweise im Rahmen des sogenannten „Network Slicing“ (ein Begriff für die hochflexiblen Eigenschaften der 5G-Netzinfrastuktur) mehrere getrennte virtuelle Netzwerke mit verschiedenen Qualitätsanforderungen („Quality of Service“) auf der gemeinsamen physikalischen Netzinfrastruktur unabhängig voneinander betrieben werden.

Die gleichzeitige Erfüllung all dieser aus physikalischer Sicht völlig unterschiedlichen Anforderungen innerhalb eines einzigen physikalischen Funknetzwerks erfordert ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich der Zuordnung der vorhandenen Ressourcen zu den einzelnen Anwendungen bzw. Benutzern, welche die bisherigen Mobilfunkgenerationen nicht bereitstellen können.

Diese erforderliche Flexibilität wird durch die vom 3^rd Generation Partnership Project (3GPP) erarbeiteten Spezifikationen für 5G realisiert, wobei die Standardisierung von 5G nach wie vor nicht abgeschlossen ist, sondern laufend weiter vorangetrieben wird. Die Kernspezifikationen wurden jedoch 2019 (als sogenanntes Release 15) vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) veröffentlicht (ETSI 2019) und bilden die Basis der gegenwärtig bereits kommerziell betriebenen 5G-Netzwerke.

1.2 Frequenzen, Modulations- und Zugriffsverfahren

In der zweiten (2G) und dritten (3G) Mobilfunkgeneration sind die physikalischen Spezifikationen vergleichsweise einfach und wenig flexibel festgelegt.

Bei 2G (GSM) erfolgt die Kommunikation auf Basis eines kombinierten FDMA/​TDMA Zugriffsverfahrens. D. h., eine Sprach- oder Datenübertragung erfolgt auf einem (200 kHz breiten) Frequenzkanal, der von der jeweiligen Basisstation dieser Sprach- oder Datenübertragung zugeordnet wird (FDMA). Durch ein Zeitschlitzverfahren (TDMA) können auf jedem dieser Frequenzkanäle bis zu maximal acht Sprach- oder Datenübertragungen gleichzeitig abgewickelt werden. Zur Steigerung der erzielbaren Datenraten können bei den speziellen GSM-Funkdiensten GPRS und EDGE auch bis zu vier Zeitschlitze für eine Datenverbindung zusammengefasst werden. Zum Einbuchen der Endgeräte ins Netz sowie zu Synchronisationszwecken strahlt jede 2G-Basisstation unabhängig vom aktuellen Datenverkehrsaufkommen permanent ein Broadcast-Signal (d. h. ein Signalisierungssignal, BCCH) mit konstanter mittlerer Sendeleistung ab. Gegenwärtig werden 2G-Netzwerke in Deutschland vor allem im Frequenzbereich² um 900 MHz (900-MHz-Band) und zum Teil noch im Frequenzbereich um 1 800 MHz (1 800-MHz-Band) betrieben (siehe Tab. 1-1). Die Trennung der beiden Übertragungsrichtungen von der Basisstation zum Endgerät (Downlink, DL) und vom Endgerät zur Basisstation (Uplink, UL) erfolgt bei 2G durch Übertragung auf unterschiedlichen Frequenzen (Frequency Division Duplex, FDD).

Bei 3G (UMTS) erfolgen Sprach- und Datenübertragung auf einem 5 MHz breiten Frequenzkanal, wobei die einzelnen, gleichzeitig bestehenden Sprach- und Datenverbindungen durch ein Code-Multiplexverfahren (CDMA Zugriffsverfahren) voneinander getrennt werden. Zum Einbuchen der Endgeräte ins Netz und zu Synchronisationszwecken strahlt jede 3G-Basisstation unabhängig vom aktuellen Datenverkehrsaufkommen permanent Pilotsignale (z. B. CPICH) mit konstanter mittlerer Sendeleistung und spezieller, der jeweiligen Basisstation zugeordneter Codierung ab. Gegen­wärtig werden 3G-Netzwerke in Deutschland im 2 100-MHz-Band betrieben (siehe Tab. 1-1). Für die Trennung von Downlink und Uplink wurden in den 3G-Spezifikationen sowohl Übertragung auf unterschiedlichen Frequenzen (FDD) als auch ein Zeitschlitzverfahren (Time Division Duplex, TDD) vorgesehen. In Deutschland wird von den Netzbetreibern ausschließlich die Variante mit FDD verwendet.

Für die Übertragung von stark fluktuierenden Datenmengen (pro Benutzer) mit hohen Spitzenwerten an benötigter Datenrate, wie in der Praxis immer mehr gefordert, stießen GSM und UMTS zunehmend an ihre Grenzen. Zum einen, weil die einem Benutzer maximal zuweisbare Kanalbandbreite relativ gering ist (200 kHz bei GSM bzw. 5 MHz bei UMTS), und zum anderen, weil in den GSM- und UMTS-Spezifikationen keine bzw. keine effizienten Mechanismen vorgesehen sind, um die insgesamt vorhandenen Frequenz- und Zeitressourcen flexibel an die Benutzerbedürfnisse anzupassen.

Dem Bedarf einer flexibleren Zuordnung von Ressourcen zu einzelnen Benutzern bzw. Benutzerklassen wurde erstmals bei 4G (LTE) Rechnung getragen. Dabei kommt für die Übertragung das im Vergleich zu 2G und 3G gänzlich unterschiedliche Zugriffsverfahren OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) zur Anwendung. Der zur Verfügung stehende Frequenzbereich wird bei OFDMA in kleine Sub-Frequenzbereiche (bei LTE jeweils unveränderbar 15 kHz breit) unterteilt, in denen jeweils eine mit Daten modulierbare Trägerfrequenz (der sogenannte Subcarrier) abgestrahlt wird. Insgesamt stehen bei LTE maximal 1 200 Subcarrier zur Verfügung, wobei jedoch nicht alle für die Datenübertragung genutzt werden. Je nach Anzahl der für eine Datenübertragung verwendeten Subcarrier können in 4G damit benutzer- bzw. anwendungsspezifisch unterschiedliche Signalbandbreiten bis zu maximal 18 MHz realisiert werden. Um mehrere Sprach- oder Datenverbindungen nicht nur entlang der Frequenzachse (in unterschied­lichen Subcarrier-Paketen) parallel abwickeln zu können, sondern auch entlang der Zeitachse, ist bei LTE zusätzlich ein Zeitschlitzverfahren vorgesehen. Die einem Nutzer bzw. einem Dienst für die Kommunikation zugeordnete Kanalbandbreite und Zeit kann vom 4G-Netzwerk dynamisch verändert werden. Damit kann im 4G-Netzwerk flexibel auf die Benutzerbedürfnisse reagiert werden, und die spektrale Effizienz gegenüber der 2G- und 3G-Technologie wird damit deutlich erhöht.

Jedoch können nicht alle verfügbaren Ressourcen für die Übertragung von Benutzerdaten verwendet werden, da ein gewisser Anteil für die Synchronisation und das Einbuchen von Endgeräten sowie zur Übertragung anderer essenzieller Systemdaten benötigt wird. LTE-Basisstationen strahlen zu diesem Zweck mehrere Funkzellen-spezifische (Always-on-)Signale permanent periodisch, d. h. unabhängig vom aktuellen Datenverkehrsaufkommen, ab.

Zur weiteren Erhöhung der erzielbaren Datenrate ist in den LTE-Spezifikationen auch „Carrier Aggregation“ vorge­sehen. Darunter versteht man die Möglichkeit, Subcarrier-Gruppen aus physikalisch getrennten Frequenzintervallen zu einem virtuellen Übertragungsfrequenzband zusammenzufassen. Da die in den einzelnen Frequenzbereichen (vgl. Tab. 1-1) zur Verfügung stehenden Kanalbandbreiten auf mehrere Mobilfunkanbieter aufgeteilt sind, steht für jeden Anbieter in jedem Frequenzbereich nur eine begrenzte Kanalbandbreite zur Verfügung (teilweise sogar weniger als die bei LTE mögliche maximale Kanalbandbreite von 20 MHz). Mit der Bündelung von Subcarrier-Gruppen aus unterschiedlichen Frequenzbereichen zu einem virtuellen (und physikalisch in Summe wesentlich verbreiterten) Über­tragungsfrequenzband durch Carrier Aggregation kann die erzielbare Datenrate daher deutlich gesteigert werden. Die in 4G verfügbaren Mechanismen zur flexiblen Zuordnung von Übertragungsressourcen ermöglichen im Hinblick auf Breitbandkommunikation bereits Datenübertragungsraten von mehreren hundert MBit/​s im realen Netzbetrieb.

Für die Trennung von Uplink und Downlink wurden in den LTE-Spezifikationen sowohl die Übertragung auf unterschiedlichen Frequenzen (FDD) als auch ein Zeitschlitz-Duplexverfahren³ (TDD) vorgesehen. In der Praxis wird bei LTE vorwiegend FDD verwendet. LTE wird gegenwärtig in mehreren unterschiedlichen Frequenzbändern betrieben (siehe Tab. 1-1).

Tab. 1-1:

Zusammenfassende Gegenüberstellung der unterschiedlichen Mobilfunkgenerationen bezüglich erzielbarer Datenraten und Kanalbandbreiten sowie genutzter Frequenzbereiche

Die 5G-Technologie setzt direkt auf dem OFDMA-basierten Ansatz von LTE auf. Dies ist schon allein aufgrund von Kompatibilitätsgründen notwendig, da der Übergang von 4G zu 5G nicht abrupt und unabhängig von 4G erfolgt. Vielmehr werden zunächst 4G und 5G ineinandergreifend parallel arbeiten, d. h. in der ersten Phase wird die physikalische Ebene von 5G (Funktechnik), auch „New Radio“ (NR) genannt, mit dem Kernnetz von 4G im Hintergrund betrieben, und erst im Laufe der nächsten Jahre wird der Ausbau des 5G-Kernnetzes vorangetrieben.

Um die eingangs erwähnten, vom 5G-Netz zu bedienenden unterschiedlichen Anwendungsfelder (Breitband-, Echtzeit- und Massenkommunikation) realisieren zu können, sind bei 5G im Vergleich zu LTE (4G) insbesondere größere Kanalbandbreiten, eine feingliedrigere Struktur entlang der Zeitachse sowie effiziente Mechanismen notwendig, mit denen die verfügbaren Ressourcen flexibel den unterschiedlichen Anwendungen und Benutzern zugeordnet werden können. Dabei spielt die Erhöhung der spektralen Effizienz eine zentrale Rolle, nicht allein zur Erhöhung der Ausbeute an Datenübertragungsraten, sondern auch zur Erhöhung der Energieeffizienz. Für den Endnutzer reduziert sich so der Energieaufwand für die Übertragung einer gegebenen Datenmenge. Dadurch werden bei hohen Datenübertragungsraten akzeptable Akkulaufzeiten der Endgeräte möglich.

Gegenüber 4G größere Kanalbandbreiten für 5G-Netze sind im gegenwärtig von Mobilfunkanwendungen genutzten Frequenzbereichen (< 6 GHz) nur sehr eingeschränkt verfügbar. Im August 2019 wurden in Deutschland Lizenzen im Frequenzbereich 3 400 MHz bis 3 700 MHz und 1 920 MHz bis 2 170 MHz vergeben, die auch für den Betrieb von 5G benutzt werden können. Die an die einzelnen Bewerber vergebenen Frequenzblöcke haben im Frequenzbereich 3 400 MHz bis 3 700 MHz Breiten zwischen 50 MHz und 90 MHz und im Frequenzbereich 1 920 MHz bis 2 170 MHz von 20 MHz. Dies ist zwar zwei- bis fünfmal mehr als beispielsweise im 2 600-MHz-Band für LTE verfügbar ist, jedoch ist in Anbetracht der überproportionalen Zunahme der zu übertragenden Datenmengen absehbar, dass die damit zur Verfügung gestellten Bandbreiten mittel- und langfristig nicht ausreichen werden. Deshalb wird in den 5G-Spezifikationen zwischen zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen FR1 und FR2 unterschieden. Nur im FR1 ist eine flächendeckende Abdeckung des Landes mit Mobilfunkempfang denkbar, da die potenzielle Reichweite einer Basisstation mit zunehmender Sendefrequenz deutlich abnimmt.

FR2 umfasst den Frequenzbereich 24,25 GHz bis 52,6 GHz, in dem, zumindest mittelfristig, ausreichend Bandbreite verfügbar ist, der jedoch bisher nicht bzw. nicht flächendeckend für Mobilfunkanwendungen verwendet wurde. Da die Frequenzbelegungspläne in diesem Frequenzbereich auf internationaler Ebene noch nicht finalisiert sind und damit auch die nationalen Vergabeverfahren noch nicht überall begonnen haben, befindet sich der kommerzielle Betrieb von 5G in FR2 aktuell noch in der Anfangsphase. Hingegen hat der kommerzielle Betrieb im Bereich FR1, konkret im Frequenzbereich 3 400 MHz bis 3 700 MHz, in Deutschland bereits begonnen. Zusätzlich wird 5G auch in einigen der darunter liegenden, derzeit auch noch von UMTS⁴ oder LTE genutzten Frequenzbändern und für die Flächen­versorgung insbesondere im 700-MHz-Band eingesetzt. Zusätzlich zu den oben genannten Frequenzbändern zur Nutzung in den öffentlichen Mobilfunknetzen wurden im Sommer 2020 auch Frequenzbänder für 5G-Campusnetze im Frequenzbereich 3 700 MHz bis 3 800 MHz von der Bundesnetzagentur vergeben. Im Folgenden wird daher im Wesentlichen auf 5G im Frequenzbereich FR1 eingegangen.

Die notwendige, gegenüber 4G erweiterte Flexibilisierung der Ressourcenzuteilung entlang der Frequenzachse erfolgt bei 5G im Wesentlichen dadurch, dass der Abstand (bzw. die Kanalbandbreite) der OFDMA-Subcarrier in diskreten Schritten zwischen 15 kHz und 480 kHz variiert werden kann, wobei in FR1 nur Subcarrier-Abstände bis 60 kHz vorgesehen sind. Mit einer gegenüber LTE deutlich höheren Maximalanzahl von Subcarriern können damit in FR1 maximale Kanalbandbreiten von bis ca. 100 MHz erreicht werden. Mit der Flexibilisierung der Subcarrier-Abstände kann eine Optimierung der Übertragung für unterschiedliche Anwendungsszenarien erreicht werden. Große Sub­carrier-Abstände eignen sich für Anwendungen mit kurzen erforderlichen Latenzzeiten bzw. in Szenarien mit geringen Laufzeitunterschieden (d. h. kleinräumige Szenarien), während großräumige Szenarien (mit größeren Laufzeitunterschieden) kleinere Subcarrier-Abstände erfordern. Entlang der Zeitachse bleibt die übergeordnete 4G-Rahmenstruktur aus Kompatibilitätsgründen zwar erhalten, die Länge der Slots kann bei 5G jedoch variiert und insbesondere gegenüber 4G deutlich reduziert werden, was kürzere Latenzzeiten ermöglicht.

Zur Trennung von Uplink (UL) und Downlink (DL) ist in den 5G-Spezifikationen für das 3 600-MHz-Band ausschließlich TDD vorgesehen⁵, wobei als weiterer Mechanismus zur Flexibilisierung der Ressourcenverteilung die Zuordnung einzelner Slots zu Downlink oder Uplink dynamisch variiert werden kann.

Vereinfacht zusammengefasst ist 5G hinsichtlich der physikalischen Ebene durch Flexibilisierung der Zuordenbarkeit der vorhandenen Ressourcen zu einzelnen Nutzern bzw. Diensten aus 4G hervorgegangen.

Zusätzlich wurden in den 5G-Spezifikationen aus Gründen der Energieeffizienz die sogenannten Always-on-Signale gegenüber 4G reduziert.

1.3 MIMO (Multiple Input Multiple Output), adaptive Antennen

Die oben beschriebene Vergrößerung der verfügbaren Kanalbandbreite und die Flexibilisierung der Ressourcenzuordnung sind nur zwei der in den 5G-NR-Spezifikationen festgelegten Mechanismen zur Erreichung des angestrebten Ziels der Realisierung eines Mobilfunknetzes, das gleichermaßen für eMBB-, URLLC- und mMTC-Anwendungen geeignet ist. Vor allem in Hinblick auf eine Maximierung der spektralen Effizienz und die Zuverlässigkeit der Funk­verbindungen stellen Multiple-Input-Multiple-Output-(MIMO)-Techniken einen weiteren Pfeiler von 5G NR dar. Im FR2 ist der Einsatz von MIMO-Techniken (insbesondere Beamforming) schon deshalb erforderlich, weil die Funkfeld­dämpfung im mm-Wellenbereich im Vergleich zu FR1 deutlich erhöht ist und nur durch adaptive Ausformung der Antennencharakteristik akzeptabel überwunden werden kann. MIMO-Techniken waren bzw. sind auch schon (optionaler) Bestandteil der 4G-Spezifikationen und werden in den gegenwärtigen LTE-Netzwerken bereits häufig eingesetzt. In 5G NR spielt MIMO (in einer gegenüber 4G technisch deutlich gesteigerten Form, deshalb oft auch als Massive-MIMO bezeichnet) jedoch eine zentrale Rolle. Die wesentliche Neuerung gegenüber den bereits bei früheren Mobilfunkgenerationen eingesetzten (vergleichsweise einfachen) MIMO-Techniken ist bei 5G NR der Einsatz von sogenannten adaptiven Antennensystemen, die z. B. „Multi-User-MIMO“ ermöglichen.

Bei herkömmlichen Basisstationsantennen der früheren Mobilfunkgenerationen (mit typischerweise entlang einer Vertikalachse angeordneten Dipolen) wird die abgestrahlte Sendeleistung gemäß der für die betrachtete Antenne spezifischen (und statischen) Abstrahlcharakteristik (Antennenpattern) in den Raum abgestrahlt. Typische Antennengewinne liegen dabei zwischen 6 dBi bis 8 dBi (Rundstrahlantennen) bzw. zwischen 12 dBi bis 18 dBi (Sektorantennen, einschließlich 4G mit MIMO). Sobald derartige Antennen montiert sind, ist im Wesentlichen vorgegeben, wohin (in welchen Raumbereich) die an der Basisstation verfügbare Sendeleistung gestrahlt wird, unabhängig davon, ob, wo bzw. wie viele Endgeräte sich in diesem Raumbereich befinden bzw. wie viel Bedarf an Datenrate (und damit Empfangsleistung) in diesem Raumbereich besteht⁶. Diese nicht-selektive Abstrahlung von Sendeleistung kommt einer „Verschwendung“ von Sendeleistung gleich und führt damit zu einer Abnahme der spektralen Effizienz.

Zur signifikanten Steigerung der spektralen Effizienz ist in 5G NR daher der Einsatz adaptiver Antennen vorgesehen, mit deren Hilfe die von der Basisstation abgestrahlte Sendeleistung selektiv in jenen Raumbereichen konzentriert werden kann, wo sie tatsächlich erforderlich ist. Derartige Antennen bestehen aus einer größeren Zahl⁷ entlang eines zweidimensionalen Rasters angeordneten Elementarantennen (typischerweise Dipole), die simultan einzeln gespeist werden können. Durch entsprechende Phasenverschiebungen der Signale zwischen den Elementarantennen kann die Antennencharakteristik (Form des Richtdiagramms) sowie die Senderichtung in weiten Grenzen dynamisch verändert werden. Für die dynamische Veränderung der Abstrahlcharakteristik hat sich der Begriff Beamforming und für die kontrollierte Steuerung der Hauptsenderichtung der Begriff Beamsteering etabliert. Mit derartigen Antennensystemen ist es daher grundsätzlich möglich, die Sendekeule (den „Beam“) der Antenne einem sich bewegenden Benutzer räumlich nachzuführen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die in der Basisstation verfügbare Sendeleistung auf mehrere gleichzeitig abgestrahlte Beams aufzuteilen und die Hauptstrahlrichtungen dieser Beams unabhängig voneinander zu variieren. Bei Aufteilung der Sendeleistung auf mehrere Beams wird die von den einzelnen Beams in einer gewissen Distanz zur Antenne maximal erzeugte Feldstärke immer kleiner sein, als die in gleicher Entfernung maximal erzeugte Feldstärke bei Ausformung nur eines einzigen Beams. Die typischerweise maximal erzielbaren Antennen­gewinne von gegenwärtig eingesetzten 5G NR Antennen im 3 600-MHz-Band liegen bei ca. 23 dBi bis 25 dBi. Um den Endgeräten das Einbuchen in Funkzellen mit Beamforming zu ermöglichen, werden die Synchronisations- und Signalisierungssignale innerhalb der Funkzelle mittels eines oder mehrerer Beams ausgestrahlt, die den von der Funkzelle abgedeckten Raumbereich statisch ausleuchten oder zyklisch überstreichen (Beamsweeping).

Aufgrund physikalischer Gegebenheiten ist zu erwarten, dass Beamforming, Beamsteering und Beamsweeping im FR 1 nur im DL, d. h. nur an der Basisstationsantenne, und dort mit hoher Wahrscheinlichkeit auch nur in Frequenzbereichen oberhalb von 2,5 GHz eingesetzt werden.

Die durch diese Massive-MIMO-Technik geschaffene Möglichkeit der simultanen Abstrahlung mehrerer Beams innerhalb einer Basisstation bildet – neben der bereits oben beschriebenen Flexibilisierung der Ressourcenzuordnung bei 5G – eine zusätzliche Möglichkeit zur Erhöhung der spektralen Effizienz und der Schaffung eines Raum-Multiplex. Dadurch können beispielsweise in einer Zelle unterschiedliche Anwendungen besonders effizient bedient werden.

Abb. 1-2:

Schematische Darstellung des Beamformings anhand eines Vergleichs der (statischen) Abstrahlcharakteristik einer herkömmlichen Antenne (links) und einer MIMO-Antenne bei Aussendung eines Beams (rechts). Dunkle Bereiche kennzeichnen höhere Feldstärken, helle Bereiche kennzeichnen geringere Feldstärken. Die Hauptsenderichtung und die Form der Beams ist bei MIMO-Antennen dynamisch (softwaregesteuert) veränderlich (in der Abbildung angedeutet durch Pfeile).

1.4 Funkzellenstruktur und Sendeleistungen

Neben der Erweiterung bestehender Basisstationsstandorte durch 5G-Technik ist insbesondere in Bereichen mit hoher Benutzerdichte und gleichzeitig hohen Datenraten im Zuge des 5G-Ausbaus auch eine Verdichtung der Netzstruktur erforderlich. Dazu werden vermutlich, vor allem im städtischen Bereich, zusätzlich sogenannte Kleinzellen (Small Cells) mit maximalen Zellenradien im Bereich von einigen zehn bis zu wenigen hundert Metern entstehen. Neben der bereits von den etablierten Mobilfunktechnologien bekannten Antennenmontage auf alleinstehenden Masten und Dachkonstruktionen werden damit im öffentlichen Raum vermehrt Kleinzellen-Antennen bzw. Basis­stationsmodule, vor allem auf Straßen- bzw. Stadtmöbeln (Ampelanlagen, Verteilerschränken, Laternenmasten, Litfaßsäulen etc.), montiert werden.

Die Strahlungsleistung von Kleinzellen wird in Deutschland vermutlich typischerweise unterhalb von 10 W äquivalenter isotroper Strahlungsleistung (EIRP) bleiben, um den Verwaltungsaufwand für eine Vielzahl von Standortbescheinigungen zu vermeiden.⁸

1.5 Endgeräte

Wie auch bei den früheren Mobilfunkgenerationen, treten 5G-Endgeräte gegenwärtig vor allem in Form von Mobil­telefonen (Smartphones) und in Form von diversen anderen elektronischen Geräten (Laptop Computer, Tablets, Breitbandmodems für Internetzugang etc.) mit integrierten 5G-Funkmodulen in Erscheinung. Im Zuge der Verbreitung und Etablierung der 5G-Technologie werden jedoch weitere Formen von 5G-tauglichen Endgeräten hinzukommen. Grundsätzlich sind diesbezüglich der Phantasie hinsichtlich anwendungsspezifischer 5G-Endgeräte keine Grenzen gesetzt. Wie auch schon bei den früheren Mobilfunkgenerationen kann jedes Objekt, dessen Einbindung in ein 5G-Netzwerk sinnvoll ist, mit einem 5G-Funkmodul ausgestattet werden und wäre demnach als 5G-Endgerät zu bezeichnen. Beispiele für gegenwärtig bereits absehbare Formen von 5G-tauglichen Endgeräten sind mit entsprechenden Funk­modulen ausgestattete Fahrzeuge, diverse elektronische und elektrische (Haushalts-)Geräte, Roboter und diverse Komponenten von Produktionsanlagen. Auf den Aspekt der Immissionen durch Endgeräte wird in Abschnitt 2.5 eingegangen.

In diesem Kapitel werden, basierend auf den Ausführungen im Kapitel 1, wichtige immissionsrelevante Parameter der aktuell in Deutschland im Ausbau befindlichen 5G-Netze zusammengefasst und in ihren Auswirkungen auf die Immission und Exposition im Vergleich zu den etablierten Mobilfunktechniken 2G (GSM), 3G (UMTS) und 4G (LTE) diskutiert. Die expositionsrelevanten Parameter umfassen dabei die folgenden Punkte:

–

Frequenzen

–

Sende- und Strahlungsleistungen

–

Verteilung der abgestrahlten Leistung (Abstrahlcharakteristik)

–

Netzausbau in Deutschland.

2.1 Frequenzen

Derzeit ist in Deutschland der Betrieb von öffentlichen Mobilfunknetzen auf mehreren durch die Bundesnetzagentur zugeteilten Frequenzbändern im Bereich von 700 MHz bis 3,7 GHz zugelassen, der einen Teil des 5G-Frequenzbereiches FR1 umfasst. Die Frequenzen sind dabei technologieneutral zugeteilt worden, d. h. in der Regel ist eine spezielle Mobilfunktechnik nicht an ein spezielles Frequenzband gebunden. Die deutschen Mobilfunkbetreiber werden die 5G-Technik jedoch zunächst in den Frequenzbereichen um 2,1 GHz (derzeitiger UMTS-Bereich) und 3,4 GHz bis 3,7 GHz ausrollen, in denen nach Abschluss der Frequenzauktion am 2. August 2019 von der Bundesnetzagentur über die Vergabe von Frequenzblöcken entschieden wurde. Darüber hinaus ist auch die Nutzung des Bereichs bei 700 MHz und 1,8 GHz bereits gestartet worden. Neben der Vergabe von Lizenzen an Mobilfunknetzbetreiber wurde auch die Vergabe von Frequenzblöcken zum Betrieb lokaler Netze (3,7 GHz bis 3,8 GHz) gestartet, um Firmen die Einrichtung autarker Kommunikationslösungen zu ermöglichen.

Die genannten Frequenzen werden schon seit langem für Funkanwendungen eingesetzt: Der Bereich bei 700 MHz wurde bis 2019 durch Fernsehrundfunk genutzt, bei 2,1 GHz werden die UMTS-Netze betrieben, und der Frequenzbereich zwischen 3,4 GHz und 3,7 GHz war ursprünglich für WiMAX-Mobilfunknutzung freigegeben.

Daraus ergibt sich, dass die für diese Frequenzbereiche bereits vorliegenden Erkenntnisse zu möglichen biologischen und gesundheitlichen Auswirkungen auch bei einer neuen Nutzung durch 5G relevant bleiben. Hierauf wird detailliert in Teil II der vorliegenden Stellungnahme eingegangen.

Eine Besonderheit bei der Frequenznutzung von 5G ist das „Dynamic Spectrum Sharing“ (DSS). Hierbei wird ein gemeinsamer Frequenzbereich gleichzeitig durch LTE und 5G genutzt und damit die wertvolle Ressource Frequenz effizienter genutzt. Die Zuteilung erfolgt dabei dynamisch, d. h. je nach Nachfrage durch den Nutzer. DSS wird derzeit beispielsweise von der Deutschen Telekom bei 2,1 GHz und von Vodafone bei 1,8 GHz eingesetzt.

Grundsätzlich ist bei Befriedigung des Bedarfs steigender Datenbandbreite mit Mobilfunktechnik auch eine Zunahme der Immission durch Basisstationen zu erwarten. Hierbei sind grundsätzlich folgende Fälle zu unterscheiden:

–

Es werden neue 5G-Basisstationen in Regionen errichtet, die bislang unterversorgt waren oder in denen die Kapazität erhöht werden soll. Ein Vergleich der zu erwartenden Immissionsveränderung sollte vor dem Hintergrund eines alternativen Mobilfunkausbaus mit einer etablierten Mobilfunktechnik (z. B. LTE) erfolgen. Hierbei sind folgende Fälle zu unterscheiden:

–

Errichtung von neuen 5G-Basisstationen mit Massive-MIMO-Antennen (Beamforming); dies erfolgt derzeit in Deutschland im Frequenzbereich 3,4 GHz bis 3,8 GHz. Da dieser Frequenzbereich bislang nur lokal mit WiMAX, aber nicht flächendeckend genutzt wurde, ist dieser Fall generell mit einer Erhöhung der elektromagnetischen Immission verbunden, die aber auch durch den Mobilfunkausbau mit einer alternativen Technologie (4G) stattfinden würde. Durch das eingesetzte Beamforming bei 5G sind die maximal möglichen EIRP-Werte höher als im Fall der etablierten Mobilfunknetze, d. h. die maximal möglichen Immissionen an einem definierten Ort werden sich im Vergleich zum Ausbau mit etablierten Mobilfunktechniken ohne Beamforming erhöhen. Es ist hier allerdings zu diskutieren, ob bzw. wie häufig diese theoretische maximale Immission an einem Ort überhaupt relevant ist, da sie nur dann auftritt, wenn sich ein einzelner Nutzer in der Zelle befindet und dieser alle Ressourcen auf sich bündelt. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass Beamforming vom Standard her auch bei LTE möglich wäre. Bei der zeitlich und örtlich gemittelten Immission ist hingegen gegenüber einem Ausbau mit z. B. LTE (ohne Beamforming) eine Immissionsreduzierung möglich, da die Immission durch das Beamforming zielgerichtet auf die Orte gelenkt wird, an denen eine aktive Verbindung zu einem Endgerät besteht, und umliegende Orte quasi „ausgespart“ werden.

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Errichtung von neuen 5G-Basisstationen ohne Massive-MIMO-Antennen; dies erfolgt derzeit in Deutschland im Frequenzbereich 700 MHz. Da dieser Frequenzbereich bislang in Deutschland nicht flächendeckend für DVB-T genutzt wurde, ist auch dieser Fall zwar generell ebenfalls mit einer Erhöhung der elektromagnetischen Immission verbunden. Da jedoch Antennen mit statischem Beam, d. h. ohne Beamforming eingesetzt werden, sind die maximal und zeitlich bzw. örtlich gemittelten Immissionen vergleichbar zu einem Ausbau mit einer etablierten Mobilfunktechnik. Wie noch im Abschnitt 4.2 detailliert erörtert wird, könnte die Reduzierung des permanent abgestrahlten Signalisierungsanteils bei 5G sogar zu einer geringfügigen Verringerung der mittleren Immission führen, die vor allem in Zeiten geringer Auslastung der Basisstation deutlich wird.

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Umwidmung bislang genutzter Mobilfunkfrequenzbereiche, d. h. 5G ersetzt eine bislang am Standort betriebene etablierte Mobilfunktechnologie. Dies erfolgt in Deutschland derzeit beispielsweise in den Frequenzbereichen 1,8 GHz und 2,1 GHz, bei dem 5G (ggf. zusammen mit 4G als DSS) die bislang dort eingesetzte GSM- oder UMTS-Technik ersetzt. Sofern sich die verwendeten Sendeleistungen gegenüber dem vorangegangenen Zustand nicht verändern, kommt es in diesem Fall nicht zu einer Veränderung der maximalen sowie mittleren Immission, da auch dieselben Antennen eingesetzt werden wie vor der Umwidmung des Frequenzbereiches.

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Integration von 5G in Kleinzellen: Zukünftig wird die 5G-Technologie auch in Kleinzellen eingesetzt werden. Allerdings ist hier davon auszugehen, dass Kleinzellen nicht exklusiv für eine 5G-Versorgung errichtet werden, sondern bei neuen Kleinzellen 5G zusätzlich zu bereits etablierten Technologien (z. B. LTE) integriert wird bzw. bei schon bestehenden Kleinzellen 5G eine andere Technologie ersetzt (z. B. UMTS). Da bei Kleinzellen die EIRP auf 10 W begrenzt ist, wird sich bei bestehenden Kleinzelleninstallationen die Immission nicht wesentlich ändern. Durch neue Kleinzellen kommt es zwar insgesamt zu einem entsprechenden Anstieg der Immission; dies betrifft aber gleichermaßen alle in die Kleinzelle integrierten Funkdienste und ist somit nicht 5G-spezifisch.

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High-Power-High-Tower (HPHT)-Anwendungen: Zusätzlich zu Mobilfunkanwendungen werden derzeit auch Möglichkeiten erforscht, mit Hilfe des 5G-Standards terrestrischen Rundfunk (Downlink-only-Modus) zu verbreiten. Dafür werden bestehende Rundfunksendetürme (High-Tower, z. B. Wendelstein) genutzt, über die mit dem 5G-Standard Rundfunkdienste mit zu etablierten Techniken vergleichbaren Strahlungsleistungen (100 kW effektive Strahlungsleistung (ERP), High-Power) über konventionelle Rundfunkantennen abgestrahlt werden. Da sich diese Projekte aber noch in einem experimentellen Stadium befinden, werden sie hier nicht weiter betrachtet (Non­konform 2019, IRT 2021).

Generell ist zu beachten, dass die persönliche Gesamtimmission nicht nur aus der Immission durch Basisstationen besteht, sondern bei aktivem Endgerätegebrauch auch aus der Immission durch das Endgerät und im Regelfall von dieser dominiert wird (siehe Abschnitt 2.5).

2.2 Sende- und Strahlungsleistungen

Aufgrund des zu 4G identischen verwendeten OFDMA-Verfahrens ist die spektrale Sendeleistung von 5G-Basis­stationen ähnlich der von 4G-Basisstationen. In Abhängigkeit vom genutzten Frequenzbereich bzw. den hierbei maximal verfügbaren Bandbreiten pro Betreiber von z. B. 10 MHz bei 700 MHz, 20 MHz bei 2,1 GHz, 90 MHz bei 3,4 GHz bis 3,7 GHz und 100 MHz bei 3,7 GHz bis 3,8 GHz ist auch die Kanalsendeleistung (d. h. die in einem Funkkanal innerhalb eines definierten Frequenzintervalls abgestrahlte Sendeleistung) vergleichbar zu 4G oder steigt entsprechend der genutzten Bandbreite an; diesem Anstieg sind aber durch die immissionsschutzrechtliche Gesetzgebung (Standortbescheinigungsverfahren) Grenzen gesetzt.

Im Gegensatz zur Sendeleistung beinhaltet die für die Immissionsbetrachtung relevantere äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) neben der Sendeleistung auch den die Bündelungsfähigkeit der Antennen beschreibenden Antennengewinn. Während der Antennengewinn bei den unter etwa 2,5 GHz eingesetzten 5G-Antennen identisch zu dem der etablierten Mobilfunktechniken im selben Frequenzbereich ist, kann der Gewinn bei den im Frequenzbereich 3,4 GHz bis 3,8 GHz eingesetzten Massive-MIMO-Antennen mit etwa 23 dBi bis 25 dBi (Ericsson 2019) um bis zu fünffach größer sein als bei konventionellen Antennen im vergleichbaren Frequenzbereich (typisch 12 dBi bis 18 dBi für Sektorantennen). Bei diesen Massive-MIMO-Antennen kann also die EIRP bei 5G durch das Beamforming entsprechend der Differenz von 25 dBi bis 18 dBi bei gleicher Sendeleistung um bis zu fünfmal größer werden als bei Basisstationen ohne Beamforming. Immissionsrelevant ist in dem Zusammenhang allerdings auch, ob und wenn ja wie häufig und in welchen zeitlichen Abständen die maximale Sendeleistung und der maximale Antennengewinn gleichzeitig auftreten und auf denselben Immissionsort einwirken (siehe auch Abschnitt 4.1).

Kleinzelleninstallationen werden in Deutschland pro Standort hingegen typisch mit einer EIRP von kleiner als 10 W betrieben; hierbei werden jedoch primär Antennen ohne Beamforming eingesetzt.

Bezüglich der technischen Spezifikationen von 5G sind in 3GPP (3GPP 2019) und ETSI (ETSI 2020) Angaben zur maximalen EIRP verschiedener Basisstationsklassen festgelegt: Bei Pikozellen für die Versorgung innerhalb von Gebäuden beträgt die maximale EIRP 2 W und bei Mikrozellen 50 W. Für Makrozellen ist die maximale EIRP nicht begrenzt. Unabhängig davon sind natürlich die durch die immissionsschutzrechtliche Gesetzgebung (Standort­bescheinigungsverfahren, siehe Abschnitt 3.2) vorgegebenen Grenzen einzuhalten.

2.3 Abstrahlcharakteristik

Der größte Unterschied von 5G zu den herkömmlichen Mobilfunktechniken ergibt sich in der Abstrahlcharakteristik der verwendeten Basisstationsantennen. Nach derzeitigem Stand werden im Frequenzbereich von 3,4 GHz bis 3,8 GHz Massive-MIMO-Antennen verwendet, die über Strahlformungs- (Beamforming) und Strahlschwenkmechanismen (Beamsweeping) verfügen. Über die Strahlformung und Strahlschwenkung hinaus ergeben sich durch die Massive-MIMO-Technik folgende immissionsrelevante Unterschiede zu 2G/​3G/​4G-Basisstationen hinsichtlich einer Aufteilung des Abstrahlungsdiagramms in einen Signalisierungsteil und einen Verkehrsdatenteil:

Bei konventionellen 2G/​3G/​4G-Basisstationen und 5G-Basisstationen unterhalb etwa 2,5 GHz sind Signalisierung und Verkehrsdaten in einem Strahl (Beam) konzentriert, dessen Abstrahlverhalten sich zeitlich nicht ändert. Bei 5G-Massive-MIMO-Basisstationen im Frequenzbereich 3,4 GHz bis 3,8 GHz hingegen wird das Abstrahldiagramm in einen Teil mit Signalisierungsdaten (Broadcast Beam) und einen Teil mit Verkehrsdaten unterteilt (Traffic Beams). Der Broadcast Beam sendet Steuersignale aus und wird entweder zyklisch durch mehrere Ausrichtungen geschaltet oder ist statisch. Die Traffic Beams werden dynamisch auf die Endgeräte ausgerichtet, wobei je nach Anzahl der Nutzer bzw. Ausbreitungsbedingungen mehrere räumlich getrennte Beams gebildet werden können. Daher ist die zeitlich gemittelte Immission an einem definierten Immissionsort in hohem Maße davon abhängig,

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ob auf den Immissionsort gerade ein Traffic Beam ausgerichtet wird und wie viele funktechnische Ressourcen (d. h. Frequenzträger und Zeiteinheiten) diesem Beam zugewiesen sind

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wie viele Traffic Beams gleichzeitig in andere Richtungen gesendet werden

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wie lange der Traffic Beam in einem normativen Sechs-Minuten-Zeitraum auf den Immissionsort ausgerichtet ist.

Aufgrund von Beamforming und Beamsweeping kann die verfügbare Sendeleistung also deutlich selektiver und bedarfsorientierter auf bestimmte Bereiche konzentriert werden, als dies bei den früheren Mobilfunktechniken der Fall war. Dies bedeutet, dass eine Zunahme der Immission nur dort zu erwarten ist, wo eine große Dichte an aktiven Endgeräten besteht. In anderen örtlichen Bereichen, die nicht durch den Beam erfasst werden, wird die mittlere Immission hingegen sinken. Insgesamt kommt es hier also zu einer Verschiebung der Immission im Vergleich zu konventionellen Mobilfunktechniken. Wie in Abschnitt 2.5 näher beschrieben ist jedoch zu beachten, dass in diesen Bereichen nicht nur die Immissionen durch die Basisstationen (Downlink), sondern auch jene durch die Endgeräte selbst (Uplink) relevant sein können. An welchen Orten sich in welchem Ausmaß die Mobilfunkimmissionen im Zuge des 5G-Ausbaus verändern werden, ist daher stark abhängig von der Dichte, der Verteilung und dem Verhalten der Nutzer*innen und damit nur schwer allgemeingültig vorherzusagen.

Die maximale Immission am Immissionsort wird bei Massive-MIMO-Antennen dann erzeugt, wenn nur ein einziger Traffic Beam mit maximalem Gewinn und maximaler Sendeleistung ausgebildet und auf den Immissionsort ausgerichtet wird. Im Gegensatz zu konventionellen 2G-4G-Basisstationen und 5G-Basisstationen unterhalb von etwa 2,5 GHz ergibt sich bei 5G-Massive-MIMO-Antennen im Frequenzbereich von 3,4 GHz bis 3,8 GHz also eine entsprechend der erhöhten Bandbreite und des erhöhten Antennengewinns vergrößerte maximale Immission. So lässt sich beispielsweise bei einer 5G-Basisstation im Frequenzbereich von 3,4 GHz bis 3,8 GHz durch Bandbreitenerhöhung eine etwa 22fach größere maximale Leistungsflussdichte in Hauptstrahlrichtung erwarten als bei einer LTE-Basisstation im Frequenzbereich 1 800 MHz⁹. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass aufgrund der technologieneutralen Vergabe eine Erhöhung der maximalen Immission in vergleichbarem Umfang generell auch mit einem Aufbau durch eine andere Technologie (z. B. 4G mit Beamforming) als 5G zu beobachten wäre.

Über die konkreten durch 5G erzeugten mittleren und maximalen Immissionen liegen derzeit noch keine belastbaren messtechnischen Daten vor. Erste Ergebnisse wird ein durch das Bundesamt für Strahlenschutz betreutes Forschungsvorhaben „Berücksichtigung aktueller Mobilfunkantennentechnik bei der HF-EMF-Expositionsbestimmung“ liefern.

2.4 Netzausbau in Deutschland

Die deutschen Mobilfunknetzbetreiber haben unterschiedliche Strategien im Auf- und Ausbau des 5G-Basisstationsnetzwerkes; dabei sind jedoch auch die bei der Versteigerung der 5G-Frequenzen vorgegebenen Versorgungsauflagen zu beachten. In der Entscheidung der Präsidentenkammer der Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen vom 26. November 2018 (BNetzA 2018b) sind prozentuale Versorgungsauflagen für Haushalte, Straßen und Schienenwege mit einer Mindestdatenrate (50 MBit/​s bis 100 MBit/​s) und einer maximalen Latenz (10 ms) definiert. Darüber hinaus fordert (BNetzA 2018a) von den Teilnehmern der Frequenzauktion, bis Ende 2022 1 000 „5G-Basisstationen“ zu errichten. Diese Auflagen gelten für alle Bieter, die im Rahmen der vorgenannten Frequenzauktion Frequenzen erworben haben.

Neben typischen Dach- oder Maststandorten (Makrozellen) können 5G-Basisstationen prinzipiell auch als Kleinzellenstandorte zur Erhöhung der Kapazität in flächenmäßig begrenzten Versorgungsbereichen errichtet werden.

Obwohl Kleinzellen eine Strahlungsleistung von nur einigen Watt aufweisen, befinden sie sich aufgrund ihrer gerin­geren Installationshöhe (typische Integration in „Stadtmöbel“, siehe Abschnitt 1.4) näher an Personen. Erste systematische Untersuchungen bei 4G (Kopacz et al. 2018, Menzel und Wuschek 2018) zeigen, dass die Immissionen durch Kleinzellen zwar grundsätzlich unterhalb der Grenzwerte (BImSchV 2013) bleiben, in allgemein zugänglichen Bereichen bei Kleinzellen aber kleinräumig durchaus größer sein können als bei typischen Dach- oder Maststandorten.

Wie bereits im Abschnitt 2.1 beschrieben, ist die realistischerweise zu erwartende Zunahme der Mobilfunkimmis­sionen eine Folge des steigenden Bedarfs an Datenbandbreite und nicht eine Folge der 5G-Technik selbst. Ein Versuch, den steigenden Datenbandbreitenbedarf mittels der herkömmlichen Mobilfunktechnologien (4G) zu befriedigen, würde aufgrund deren gegenüber 5G schlechteren Effizienz mit großer Wahrscheinlichkeit zu einer stärkeren Zunahme der Mobilfunkimmissionen führen, als dies mit der Einführung von 5G der Fall ist. Diese Aussage bleibt höchstwahrscheinlich auch unter der Annahme gültig, dass die Verfügbarkeit von 5G den Bandbreitenbedarf zusätzlich etwas steigern wird (Reboundeffekt).

2.5 Immission durch Endgeräte

Gemäß 5G-Spezifikationen beträgt die maximale Sendeleistung der Endgeräte im Frequenzbereich von 3,4 GHz bis 3,8 GHz 200 mW. In anderen in Deutschland mit 5G nutzbaren Frequenzbändern sind theoretisch auch 400 mW (2,5 GHz bis 2,7 GHz) bzw. 1 250 mW (700 MHz Band) möglich, wobei die letztgenannte Leistungsklasse mit großer Wahrscheinlichkeit nur für spezielle Anwendungen und nicht für körpernah betriebene mobile Endgeräte zum Einsatz kommen wird. Die maximalen, zeitlich gemittelten Sendeleistungen typischer Endgeräte liegen somit bei 5G in etwa in der gleichen Größenordnung wie auch bei den früheren Mobilfunkgenerationen. Bei 3G und 4G sind größere zeitliche Schwankungen der abgegebenen effektiven Sendeleistung der Endgeräte ausschließlich durch die Sendeleistungsregelung bedingt, da die eigentliche Signalform aufgrund der Modulation bzw. des Zugriffsverfahrens (CDMA bzw. OFDMA) stochastischen Charakter aufweist und praktisch ausschließlich FDD als Duplexverfahren zur Anwendung kommt. 5G-Endgeräte können aufgrund des bei 5G in einigen Frequenzbereichen (z. B. 3,4 GHz bis 3,8 GHz) verwendeten TDD dagegen die Sendeleistung auch „pulsartig“, d. h. in Form von Schwingungspaketen („Bursts“) ab­geben, wobei die Dauer der Schwingungspakete, je nach zugewiesenen Ressourcen, im Bereich von 0,25 ms bis zu mehreren Millisekunden variieren kann. Ähnlich wie bei GSM (2G) ist dieser gepulsten Sendeleistungsabstrahlung die Sendeleistungsregelung überlagert. Aufgrund der Kombination von variabler Schwingungspaket-Länge und gleichzeitig effizienterer Sendeleistungsregelung ist der Dynamikbereich der abgestrahlten Sendeleistung von 5G-Endgeräten aber größer zu erwarten als bei 2G-Endgeräten. Erste Daten aus urbanen 5G-Netzwerken im kommerziellen Betrieb in Australien und Südkorea (Joshi et al. 2020) zeigen zeitlich gemittelte Sendeleistungen der Endgeräte bis zu maximal 21 mW, bei einem Uplink/​Downlink Verhältnis von 1/​3. Der Mittelwert und das 95. Perzentil der zeitlich gemittelten Sendeleistung aller betrachteter Endgeräte lagen bei weniger als 1 mW bzw. weniger als 4 mW. Der Spitzenwert der Sendeleistung der 5G-Endgeräte lag im Uplink-Burst in 50 % aller gesammelten Datenpunkte unterhalb von 100 mW. Diese Werte sind um einen zirka Faktor 2 größer als vergleichbare Werte aus 4G-Netzwerken (Joshi et al. 2017) und damit in der gleichen Größenordnung. Anzumerken ist, dass den Daten aus den 4G-Netzwerken in Joshi et al. 2017 naturgemäß eine wesentlich größere Stichprobe zugrunde liegt als den Daten aus den 5G-Netzwerken in (Joshi et al. 2020).

Im Hinblick auf die Gesamtexposition der Bevölkerung ist anzumerken, dass die von den Endgeräten verursachten Hochfrequenzimmissionen einen erheblichen Anteil an der Gesamtexposition der Bevölkerung ausmachen, da die Endgeräte typischerweise körpernah betrieben werden. Basierend auf einem kumulativen Dosismaß zeigen Daten aus dem EU-Projekt GERONIMO, dass mehr als 88 % der Exposition des Gehirns eine Folge des Mobiltelefongebrauchs (inklusive Mobiltelefone anderer Benutzer) sind, und dass Mobiltelefone auch für mehr als 41 % der Ganzkörperexposition verantwortlich sind. Mobilfunk-Basisstationen tragen demgegenüber nur ca. 4 % zur Gehirndosis bzw. ca. 8 % zur Ganzkörperdosis bei (van Wel et al. 2021). Insofern sollte in der Diskussion über mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Mobilfunkstrahlung bzw. über die Immissionsminderung der von den Endgeräten verursachten Exposition besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden, zumal der Anteil der Personen, die keine Mobilfunkgeräte nutzen, zunehmend verschwindend klein wird. Physikalisch zu erwarten und auch durch Messungen in kommerziellen Netzwerken bestätigt (Joshi et al. 2017) sinkt die mittlere von den Endgeräten abgestrahlte Sendeleistung, je größer die Dichte an Basisstationen ist. Der Grund dafür ist, dass das Netzwerk die Sendeleistung der Endgeräte auf das für die störungsfreie Kommunikation notwendige Mindestmaß zurückregelt, um die Akkulaufzeit der Endgeräte zu erhöhen und Funkstörungen in anderen Teilen des Funknetzwerks zu minimieren. Durch ein dichteres Netz an Basisstationen sinkt die mittlere Distanz zwischen Endgeräten und Basisstationen, und damit steigt gleichzeitig die funktechnische Qualität des Übertragungskanals, was ein Absenken der Endgeräte-Sendeleistung erlaubt, ohne signifikante Qualitätseinbußen der Übertragung zu erleiden. Auch wenn gegenwärtig aufgrund des noch frühen Ausbaustadiums der 5G-Netzwerke valide Daten aus der Praxis noch nicht vorliegen, deuten Modellrechnungen darauf hin, dass sich durch einen Vollausbau von 5G-Netzwerken die Gesamtexposition (im Sinne eines kumulativen Dosismaßes) für Mobiltelefonnutzer deutlich verringert, während sie für Nichtnutzer nur geringfügig (auf geringem Niveau) zunimmt (UVEK 2019, Kühn et al. 2020).

In Deutschland liefert das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG 2020) die rechtliche Grundlage für die Festlegung von Grenzwerten für elektromagnetische Felder in der 26. BImSchV (Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes, BImSchV 2013). Die Verordnung enthält unter anderem Vorgaben für die Errichtung und den Betrieb von ortsfesten Hochfrequenzanlagen (Frequenzbereich: 9 kHz bis 300 GHz), zu denen grundsätzlich auch ortsfeste Funkanlagen und damit auch 5G-Basisstationen zählen. In der Verordnung über das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder (BEMFV 2002) werden die Vorgehensweisen zur Prüfung der Einhaltung der Grenzwerte der 26. BImSchV für ortsfeste Funkanlagen im Detail geregelt. Zur Konkretisierung der 26. BImSchV existieren ferner Durchführungshinweise der Bund/​Länder-Arbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI 2014).

3.1 Grenzwerte

Für den Hochfrequenzbereich (9 kHz bis 300 GHz) werden in der 26. BImSchV die Referenzwerte und Summationsvorschriften aus den ICNIRP-Empfehlungen von 1998 (ICNIRP 1998) bzw. der EU-Ratsempfehlung 1999/​519/​EG übernommen (EG 1999).

Die Grenzwerte für ortsfeste Hochfrequenzanlagen sind gemäß den Vorgaben der 26. BImSchV bei höchster betrieblicher Anlagenauslastung der verursachenden Anlagen unter Einbeziehung der Hochfrequenz-Vorbelastung durch andere ortsfeste Hochfrequenzanlagen an allen Orten einzuhalten, die zum dauerhaften oder vorübergehenden Aufenthalt von Menschen bestimmt sind. Sie gelten, sofern an einem Anlagenstandort eine Strahlungsleistung von 10 W EIRP erreicht oder überschritten wird.

Nach § 3 BEMFV sind darüber hinaus für ortsfeste Funkanlagen im Frequenzbereich von 9 kHz bis 50 MHz die zulässigen Werte für aktive Körperhilfen (wie z. B. Herzschrittmacher) nach den Normen DIN EN 50527-1 (Ausgabe Januar 2011) und DIN EN 50527-2-1 (Ausgabe Mai 2012) zu berücksichtigen.

3.2 Genehmigung und Kontrolle von ortsfesten Funkanlagen

Die Überprüfung der Einhaltung der BEMFV erfolgt für ortsfeste Funkanlagen durch die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (BNetzA), welche dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie untersteht.

Die Inbetriebnahme oder wesentliche Änderung einer ortsfesten Funkanlage mit mehr als 10 W EIRP (z. B. einer Mobilfunkbasisstation) ist vom Betreiber bei der BNetzA zwei Wochen vor Inbetriebnahme anzuzeigen. Die Außerbetriebnahme ist unverzüglich anzuzeigen.

Der Zeitpunkt der Inbetriebnahme bzw. der Außerbetriebnahme einer ortsfesten Funkanlage in öffentlichen Funk­netzen, die eine EIRP von mehr als 0,1 W und weniger als 10 W aufweist (z. B. eine Kleinzellen-Basisstation), ist der BNetzA innerhalb von vier Wochen nach der In- oder Außerbetriebnahme zu melden.

Obwohl formal die Länder für die Sicherstellung der Einhaltung der 26. BImSchV zuständig sind, wurde durch die BEMFV festgelegt, dass bei Funkanlagen in der Praxis die Überprüfung der Grenzwerteinhaltung durch die BNetzA erfolgt. Diese findet bereits vor Inbetriebnahme der Anlage statt. Zusätzliche Kontrollen bei bereits in Betrieb befindlichen Anlagen sind in gewissem Umfang sowie bei Mitteilung Dritter oder bei erkannten Auffälligkeiten vorgesehen.

Die Einhaltung der Vorgaben der 26. BImSchV wird bei ortsfesten Funkanlagen mit mehr als 10 W EIRP (also auch bei den hier relevanten 5G-Basisstationen) durch das „Standortbescheinigungsverfahren“ der BNetzA sichergestellt. Bei Neuerrichtung oder wesentlicher Änderung einer Funkanlage muss der Betreiber der BNetzA alle für die Berechnung der in der Umgebung der Anlage auftretenden elektromagnetischen Felder notwendigen technischen und sonstigen Anlagendaten (z. B. Werkpläne) zur Verfügung stellen. Die BNetzA errechnet anschließend aus diesen Daten unter Einbeziehung aller weiteren am Standort vorhandenen Anlagen und unter Berücksichtigung der Hochfrequenz-Hintergrundimmission, die durch in der näheren Umgebung befindliche Funkanlagenstandorte verursacht werden, einen „standortbezogenen Sicherheitsabstand“ für die höchste betriebliche Anlagenauslastung.

Die Standortbescheinigung wird erteilt, wenn der standortbezogene Sicherheitsabstand innerhalb des „kontrollier­baren Bereichs“ liegt (d. h. der Bereich, bei dem der Zugang nicht allgemein, sondern nur unterwiesenen Personen möglich ist). Die Anlage darf also nur dann betrieben werden, wenn sich innerhalb des standortbezogenen Sicherheitsabstands keine Personen aufhalten können, es sei denn, es handelt sich um bezüglich der Exposition gegenüber Hochfrequenzfeldern unterwiesene Personen, die sich z. B. aufgrund beruflicher Tätigkeiten (z. B. Wartungspersonal, Dachdecker) innerhalb des Sicherheitsabstandes aufhalten müssen.

Es ist auch möglich, die endgültige Standortbescheinigung erst nach vor Ort durchgeführten Messungen zu erteilen. In diesem Fall wird durch Messungen überprüft, ob an allen unbeschränkt zugänglichen Orten um die Anlage die Vorgaben der 26. BImSchV eingehalten werden. Daher werden in Standortbescheinigungen, die auf messtechnischen Untersuchungen basieren, keine Sicherheitsabstände explizit ausgewiesen.

Die Messvorschriften der BNetzA wurden auf 5G-Anlagen erweitert (BNetzA 2020a). Zusätzlich führt die BNetzA stichprobenartige Überprüfungsmessungen bzw. Messungen auf Anforderung durch.

Die Standortbescheinigung wird für die vom Betreiber beantragte Anlagenkonfiguration erteilt. Sofern durch technische Veränderungen an den Anlagen des Standortes von dieser beantragten Betriebsweise wesentlich abgewichen wird (insbesondere dann, wenn die vorgesehenen Änderungen zu einer Vergrößerung des standortbezogenen Sicherheitsabstandes führen könnten), ist für den weiteren Betrieb zunächst notwendig, dass der Betreiber bei der BNetzA eine neue Standortbescheinigung beantragt. Ohne diese ist der Betrieb des Standortes mit den veränderten Para­metern nicht zulässig.

Nach aktueller Aussage der BNetzA sind für die Bewertung des Schutzes von Personen in elektromagnetischen Feldern die in 5G-Netzen eingesetzten Techniken selbst zweitrangig (BNetzA 2020b). Wie bei jeder anderen Funkanlage auch ist vielmehr die beantragte maximale Anlagenauslastung mit den damit verbundenen Immissionen maßgeblich. Eine Sonderstellung nimmt deshalb die 5G-Technik in Bezug auf den Personenschutz nicht ein.

Auch eine ausschließliche Bewertung von 5G-Anlagen macht in Bezug auf den Personenschutz wenig Sinn, da zur Gewährleistung des Schutzes in elektromagnetischen Feldern von Funkanlagen alle relevanten Immissionen durch Funkanlagen zu betrachten sind (Summenimmission). Die erteilten Standortbescheinigungen der BNetzA beziehen sich immer auf alle relevanten Aussendungen der am Standort vorhandenen Anlagen (BNetzA 2020b).

Weiterhin stellt die BNetzA fest, dass sämtliche technische Parameter der Anlagen im Sinne des Schutzes von Personen in elektromagnetischen Feldern grundsätzlich zu Ungunsten des Antragstellers angenommen werden, was impliziert, dass auch die besonderen Eigenschaften von 5G-Beamforming-Antennen auf die in der Umgebung entstehenden Immissionen mittels sehr konservativer Annahmen berücksichtigt werden.

Aufgrund der in Deutschland aktuell geltenden Durchführungspraxis kann also davon ausgegangen werden, dass auch an Funkanlagenstandorten, die mit 5G-Basisstationsantennen ausgestattet oder erweitert werden, die Einhaltung der Schutzvorgaben der 26. BImSchV für die Allgemeinbevölkerung sichergestellt ist.

Bezüglich den bei 5G erstmals vorgeschlagenen Strategien zum Einbezug statistischer Parameter in die Immissionsbetrachtungen bei Verwendung von Beamforming-Antennen und den sich als Konsequenz daraus ergebenden Sicherheitsvorkehrungen (dynamische Leistungsbegrenzung; Smart-Power-Lock) sei auf die Ausführungen in Abschnitt 4.1 verwiesen.

4.1 Zeitliche Emissionsbegrenzung bei Massive-MIMO-Antennen (Smart-Power-Lock)

Die valide strahlenschutztechnische Bewertung von Mobilfunkimmissionen stellt relativ große Anforderungen an die Mess- und Bewertungsmethodik. Hauptgrund dafür sind die im Allgemeinen zeitlich schnell veränderlichen Immissionsgrößen aufgrund von Sendeleistungsregelung, Übertragungsprotokoll, variablem Datenverkehrsaufkommen, Veränderungen im Wellenausbreitungspfad (z. B. durch bewegliche Objekte) und, insbesondere bei 5G, die dynamisch veränderliche Antennencharakteristik (Beamforming, Beamsweeping). All diese Einflussgrößen führen am betrachteten Immissionsort im Allgemeinen zu zeitlich stark fluktuierenden Immissionsgrößen, deren Sechs-Minuten-Mittelwert mit dem Grenzwert zu vergleichen ist. Da das Erzwingen der maximalen Anlagenauslastung von außen nicht ohne weiteres möglich ist, stellt eine Immissionsmessung in der Praxis aus den genannten Gründen immer nur eine Momentaufnahme der Immissionssituation dar. In den vergangenen Jahren wurden daher, spezifisch für die unterschiedlichen Mobilfunktechnologien, spezielle Mess- und Bewertungsmethoden entwickelt, die es erlauben, aus vor Ort ermittelten Immissionsmesswerten auf die maximal zu erwartenden Immissionsspitzenwerte hochzurechnen (DIN EN 62232). In Anbetracht der Tatsache, dass der zugrundeliegende Grenzwert jedoch mit dem maximal zu erwartenden Sechs-Minuten-Mittelwert der Immissionen zu vergleichen ist, führt eine Bewertung des hochgerech­neten Immissionsspitzenwertes zwar zur korrekten Worst-Case-Betrachtung, zwangsläufig aber auch zu einer Überschätzung der typisch auftretenden Immission und damit zu sehr großen Sicherheitsabständen zu den Antennen des Anlagenstandortes. Eine Abhilfe stellen auf Basis realistischer Annahmen bzw. Messungen entwickelte statistische Modelle dar. Speziell für 5G mit Massive-MIMO-Antennen zeigen plausible und nachvollziehbare Simulationsrechnungen eines Mobilfunk-Komponentenherstellers, dass in 95 % aller denkbaren Szenarien die von der Basisstation abgestrahlte Sendeleistung (EIRP) weniger als 25 % des theoretischen Maximalwertes beträgt (Thors et al. 2017). Der für die unterschiedlichen betrachteten Szenarien definierte Parameterraum umfasste dabei alle Expositions-relevanten Größen, wie z. B. räumliche Verteilung der Endgeräte in der Funkzelle, Download-Verhalten der Benutzer, Antennenparameter, Sendeleistungsregelung etc. Geht man von diesen Ergebnissen aus, dann würden die aufgrund der üblichen Worst-Case-Betrachtungen ermittelten Sicherheitsabstände um etwa den Faktor 2 größer sein als bei der in Thors et al. abgeleiteten Sendeleistung (95 %-Perzentil) von 25 % der maximalen Sendeleistung¹⁰. Bezieht man die genannten Simulationsergebnisse in die Betrachtungen ein, könnten die Sicherheitsabstände um die Antennen verkleinert (und die Standortgenehmigung vereinfacht) werden, vorausgesetzt, dass auch in den verbleibenden 5 % aller möglichen Szenarien die gesetzlich vorgegebenen Immissionsgrenzwerte nicht überschritten werden. Aus diesem Grund wird seitens der Netzbetreiber und Komponentenhersteller die Implementierung eines sogenannten Safe-Power-Lock bzw. Smart-Power-Lock vorgesehen. Darunter versteht man einen Regelkreis in der Software der adaptiven Antennensysteme, der die abgestrahlte Sendeleistung, unter Berücksichtigung der Sechs-Minuten-Mittelwertbildung, derart steuert, dass die geringeren Sicherheitsabstände ausreichend sind. Als einfaches Beispiel sei eine Basisstationsantenne mit maximaler Sendeleistung P_max angenommen, für die sich bei Worst-Case-Betrachtung ein Sicherheitsabstand von 20 m ergeben würde. Bei Zugrundelegung der oben genannten Simulationsergebnisse kann ein Betreiber für die Standortbescheinigung eine Sendeleistung von nur 0,25 ∙ P_max beantragen, wenn er gleichzeitig sicherstellt, dass der Smart-Power-Lock dafür sorgt, dass der Sechs-Minuten-Mittelwert der Immissionen auch in 10 m Abstand die gesetzlich festgelegten Immissionsgrenzwerte nicht überschreitet, auch wenn die Anlage kurzfristig deutlich mehr als nur 0,25 ∙ P_max abstrahlt.

Aus technischer Sicht stellt der Smart-Power-Lock daher grundsätzlich ein plausibles Instrument zur Begrenzung der Exposition von Personen dar.

Kürzlich veröffentlichte Dokumente (Adda et al. 2020, BAKOM 2021) zeigen anhand von Einzelpunktmessungen an ausgewählten 5G-Basisstationen im kommerziellen Betrieb, dass das Konzept Smart-Power-Lock grundsätzlich funktioniert. Eine erschöpfende und flächendeckende messtechnische Validierung des Smart-Power-Lock im gesamten zugänglichen Bereich in der Umgebung einer Basisstation ist jedoch aufgrund der Vielzahl relevanter und dynamisch veränderlicher Systemparameter in der Praxis nicht machbar. Es erscheint daher empfehlenswert, den 5G-Ausbau mit entsprechenden Messkampagnen im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Smart-Power-Lock zu begleiten, um eine belastbare Stichprobe von Messergebnissen in möglichst vielen unterschiedlichen Situationen zu erhalten. In diesem Zusammenhang existieren noch offene Fragen im Hinblick auf die Entwicklung von Messmethoden zur effizienten und unabhängigen Validierung des Smart-Power-Locks.

Eine weitere Fragestellung betrifft die Überlagerung der Immissionen verursacht von unterschiedlichen Basisstationen (Antennen). Diese Frage ist grundsätzlich allgemein zu stellen und nicht spezifisch für 5G, erlangt jedoch im Zusammenhang mit Smart-Power-Lock weitere Bedeutung. Hintergrund ist die Tatsache, dass der Gesetzgeber in Deutschland den Schutz der Bevölkerung vor elektromagnetischen Feldern gegenwärtig auf Immissionsgrenzwerten aufsetzt und nicht auf Expositionsgrenzwerten für Personen. Zweifellos ist gegenwärtig bei Einhaltung der Immis­sionsgrenzwerte in nahezu allen praktisch relevanten Expositionsszenarien sichergestellt, dass auch die Exposition von Personen unterhalb der Grenzwerte bleibt. Sofern bei der Festlegung von Sicherheitsabständen zu Sendeanlagen die Immissionsanteile aller anderen Sendeanlagen, die an den betrachteten Orten noch relevante Immissionsanteile erzeugen, ausreichend berücksichtigt werden, wird auch in Zukunft eine immissionsbasierte Grenzwertsetzung als ausreichend angesehen werden können. Aufgrund der steigenden Dichte von Hochfrequenzquellen mit immer komplexeren Abstrahleigenschaften wird es in der Praxis aber zunehmend komplizierter, bei der Bewertung der Immissionen einer konkreten Anlage auch alle von anderen Quellen stammenden Immissionsanteile adäquat zu berücksichtigen. Ein Netzwerk von 5G-Basisstationen mit adaptiver Antennentechnik mit Smart-Power-Lock ist ein eindrucksvolles Beispiel für derartig komplexe Hochfrequenzquellen hoher Dichte. Selbst wenn jede Basisstation für sich einen einwandfrei funktionierenden Smart-Power-Lock implementiert hat, verbleibt die Frage, ob dies in der Praxis ausreichend ist, um sicherzustellen, dass Personen, die sich im Bereich mehrerer solcher Basisstationen bewegen, nicht oberhalb der Grenzwerte exponiert werden. Auch im Hinblick auf diesen Aspekt gibt es weitere offene Fragen in Zusammenhang mit dem Smart-Power-Lock.

4.2 Einfluss von nationalem Roaming auf die Immission durch Mobilfunk-Basisstationen

Gemäß Beratungsauftrag soll in dieser Stellungnahme auch darauf eingegangen werden, ob und ggf. wie stark die von Mobilfunkbasisstationen verursachten Hochfrequenzimmissionen bei Einführung eines nationalen Roamings verringert werden könnten, falls dies durch den Gesetzgeber zugelassen würde.

Unter nationalem Roaming versteht man die Erlaubnis, dass über die Basisstationen eines Netzbetreibers auch Verbindungen zu Teilnehmern fremder inländischer Netze aufgebaut werden dürfen, so dass eine bestimmte Region bereits dann für alle Netzbetreiber eines Landes versorgt ist, wenn dort nur einer der Betreiber eine Funkinfrastruktur errichtet hat. Nationales Roaming ist derzeit in Europa nur im Ausnahmefall zulässig, was in der Praxis dazu führt, dass alle Netzbetreiber landesweit jeweils eine eigene Netzinfrastruktur errichten müssen.

Nationales Roaming darf nicht verwechselt werden mit der häufig praktizierten gemeinsamen Nutzung von Anlagenstandorten (Site Sharing). In diesem Fall baut jeder Betreiber weiterhin komplett eigene Funkinfrastruktur auf. Selbst wenn Betreiber sich nicht nur den Anlagenstandort, sondern auch die Funkinfrastruktur (Sender, Antennen) teilen (was unter bestimmten Umständen zulässig ist), werden von jedem Netz eigene Funksignale erzeugt und abgestrahlt, so dass die Immissionssituation unverändert bleibt.

Um die Auswirkungen eines nationalen Roamings auf die Immissionssituation beurteilen zu können, muss man zunächst verstehen, welche Signale von einer Basisstation in die Funkzelle abgestrahlt werden. Hierbei unterscheidet man die folgenden beiden Klassen von Signalen:

–

„Signalisierungssignale“, die unabhängig von der aktuellen Auslastung der Anlage permanent (Always-on-Signale) abgestrahlt werden, und

–

„Verkehrssignale“, die nur bei Bestehen einer Kommunikationsverbindung zu einem Endgerät in die Zelle abgestrahlt werden.

Die permanenten Signalisierungssignale stellen also die unvermeidliche Grundimmission dar, die durch die Basis­station in der Funkzelle erzeugt wird.

Im Folgenden wird zunächst vereinfachend von einer Funknetzkonfiguration ausgegangen, die nur aus Basisstationsstandorten besteht, von denen mehr als ein Netzbetreiber Mobilfunksignale in eine Funkzelle abstrahlt. Zudem wird angenommen, dass jeder Betreiber den gleichen Mobilfunkstandard sowie identische Systemtechnikparameter (Sendeleistung, Antennentyp und -ausrichtung, Montagehöhe der Antenne etc.) verwendet. Betrachtet man zunächst die Signalisierungssignale, ergibt sich eine Summation der Beiträge von den Systemen der einzelnen Betreiber. Sind am Standort also beispielsweise immer drei Betreiber (z. B. die in Deutschland aktuell operierenden Netzbetreiber Deutsche Telekom, Vodafone und Telefónica) mit ihren Anlagen vertreten, verdreifacht sich durch die parallel aufgebauten Netze die permanent in die Zelle abgestrahlte Signalisierungsleistung und damit auch die von ihr verursachte Immission.

Bei Zulassung von nationalem Roaming würde in der Funkzelle die Immission durch die Signalisierungssignale im Idealfall um den Faktor 3 (leistungsbezogen) zurückgehen.

Bei den Verkehrssignalen ist die Situation anders: Die Grundgesetze der Nachrichtenübertragung besagen, dass zur Übertragung einer bestimmten Informationsmenge in einem Frequenzkanal mit gegebener Bandbreite eine bestimmte Signalleistung notwendig ist. Verwenden die einzelnen Betreiber individuelle Systemtechnik, strahlen sie die zur Versorgung ihrer aktuell vorhandenen Kommunikationsverbindungen notwendige Leistung separat über ihre Antennen ab.

Würde hingegen im Rahmen eines nationalen Roamings ein Betreiber dies für die anderen beiden Anbieter mit übernehmen, müsste er in seinem Frequenzkanal die für die Versorgung aller Teilnehmer notwendige Summenleistung abstrahlen. Für die Immission in der Umgebung würde sich also bei den Verkehrssignalen keine Verringerung ergeben, es bleibt also nur die Reduktion der Signalisierungsimmission.

Realistisch erscheint dieses Szenario allerdings nur für ländliche Gebiete mit vergleichsweise geringem Verkehrsaufkommen. Hier ist es zumindest denkbar, dass ein Anlagenstandort auch die Verkehrslast der anderen beiden Betreiber ohne Kapazitätsprobleme mit übernehmen kann.

Insbesondere in Funkzellen mit größerem Verkehrsaufkommen (Ortskerne, Städte, Gewerbegebiete, Verkehrswege etc.) ist die Anlage eines einzelnen Betreibers zumindest in Zeiten großen Verkehrsaufkommens (Busy Hours) nicht mehr in der Lage, den zu übertragenden Verkehr abzuwickeln, d. h. sie ist überlastet. Damit es zu keinen Abweisungen von Verbindungswünschen oder einer Reduktion der Übertragungsgeschwindigkeit kommt, muss die Kapazität des einzigen noch vorhandenen Netzes gesteigert werden. Hierzu stehen dem Betreiber folgende Optionen zur Verfügung:

–

Kapazitätserhöhung durch Abstrahlung zusätzlicher Funksignale über den vorhandenen Basisstationsstandort (Erhöhung der verfügbaren Übertragungsbandbreite). Die zusätzlich in Betrieb genommenen Funksysteme strahlen jedoch wiederum eigene Signalisierungssignale ab, was den Erfolg der durch das Roaming erzielten Immissionsverringerung teilweise bzw. im Extremfall komplett egalisieren kann.

–

Kapazitätssteigerung durch Aufteilung einer Funkzelle in beispielsweise zwei oder drei kleinere Zellen mit jeweils eigenen Sendeanlagen. Jedoch müssen die in den zusätzlichen Zellen installierten Sender wieder individuelle Signalisierungssignale abstrahlen, was letztlich genauso zu einer Verringerung des Minimierungserfolgs führt, wie es bei der ersten Option der Fall ist.

Da eine Netzverdichtung, d. h. eine zusätzliche Inbetriebnahme von Senderstandorten, mit erheblichen Kosten verbunden ist, erscheint es wenig realistisch, dass bei Zulassung des nationalen Roamings die Betreiber in Regionen mit hohem Verkehrsaufkommen auf den Ausbau unabhängiger Netze verzichten würden.

Um einen Eindruck zu geben, welches Immissions-Einsparungspotenzial sich bezüglich der permanent abgestrahlten Signalisierungssignale absolut gesehen ergibt, finden sich in folgender Tabelle Angaben darüber, wieviel Prozent der verfügbaren Sendeleistung von den vier aktuell gebräuchlichen Mobilfunkstandards typisch als permanente (Always-on-)Signalisierungssignale abgestrahlt wird. Dieser Anteil ist in gewissen Grenzen variabel, da er insbesondere von der Signalbandbreite abhängig ist.

Tab. 4-2:

Vergleichende Gegenüberstellung des typisch permanent in die Funkzelle durch die Always-on-Signali­sierungssignale abgestrahlten prozentualen Anteils der gesamten verfügbaren Sendeleistung für die vier aktuell gebräuchlichen Mobilfunkstandards.

Aus Tab. 4-2 können folgende Erkenntnisse gewonnen werden:

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Der prozentuale Anteil der als Always-on-Signalisierungsleistung permanent in die Funkzelle abgestrahlten Leistung nimmt bei den neueren Mobilfunkstandards gegenüber den älteren in der Tendenz ab. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, dass mit abnehmendem Anteil an Signalisierungsleistung mehr Leistung für die Nutzdatenübertragung zur Verfügung steht, was die Übertragungskapazität der Funkzelle vergrößert. Die Verringerung des Anteils der permanent abgestrahlten Signalisierungsleistung war und ist also immer ein Ziel bei der Weiterentwicklung der Mobilfunktechnologie.

–

Besonders gering (nochmals um etwa den Faktor 10 gegenüber 3G/​4G) ist die von 5G-Systemen permanent in die Zelle abgestrahlte Always-on-Signalisierungsleistung. Darunter versteht man den Anteil der Gesamtleistung, die von einer Mobilfunkanlage u. a. zum Zweck der Signalisierung und Synchronisation der Endgeräte permanent, d. h. unabhängig von der aktuellen Auslastung der Anlage in die Funkzelle abgestrahlt wird. Werden also in einem Frequenzband beispielsweise 3G/​4G- durch 5G-Systeme ersetzt (bei gleichbleibenden Sendeleistungen und Antennenparametern), resultiert daraus nicht nur eine Verbesserung der Übertragungskapazität, sondern zu Zeiten mit geringer Anlagenauslastung (also z. B. nachts) eine kleinere Immission in der Umgebung. Der Ersatz von Anlagen der älteren Mobilfunkgenerationen durch 5G-Systeme ist also aus Sicht der Immissionsminimierung durchaus positiv zu bewerten.

An den oben diskutierten Folgen eines nationalen Roamings auf die von Basisstationen verursachten Immissionen würde sich im Wesen nichts ändern, wenn man anstatt von einer Konzentration der Anlagen der einzelnen Betreiber auf jeweils gemeinsame Standorte vom umgekehrten Extremfall ausgeht, dass die Betreiber grundsätzlich nur eigene Standorte besitzen und keine gemeinsame Nutzung praktiziert wird. In diesem Fall könnten dann bei nationalem Roaming zwar Anlagenstandorte komplett aufgegeben werden, die für die Versorgung einer bestimmten Region notwendige abgestrahlte Leistung würde hingegen nicht anders ausfallen. Die aktuell existierenden Netze besitzen eine Struktur zwischen den beiden oben betrachteten Extremfällen, d. h. an manchen Anlagenstandorten ist aktuell nur ein Betreiber vertreten, es existieren jedoch auch eine Vielzahl von Standorten mit Anlagen von zwei oder allen drei Betreibern.

Der absolute Erfolg einer Immissionsminimierung durch nationales Roaming ist also sehr stark davon abhängig, welchen Mobilfunkstandard man betrachtet. Bei einem GSM-Netz könnte durch nationales Roaming prinzipiell die permanente Abstrahlung einer nennenswerten Menge an Hochfrequenzleistung eingespart werden. Bei 5G-Anlagen hingegen führt das Roaming absolut gesehen nur zu einer sehr geringen Verringerung der Immission. Die Immissionseinsparung ist hier deutlich kleiner als die typische Streubreite der Ausgangsleistung von Basisstationssendern und somit mehr oder weniger vernachlässigbar.

Aus Sicht der Minimierung von Mobilfunkimmissionen ist daher die Umrüstung von Anlagen älterer Mobilfunksysteme (GSM, UMTS, LTE) auf den 5G-Standard wegen einer dann deutlich geringeren Leistung der permanent in die Zelle gesendeten Signalisierungssignale effizienter als die Minimierung der Anlagenanzahl durch nationales Roaming.

4.3 Technische Normung und Qualitätssicherung

Die internationale Normung im Bereich der Mess- und Berechnungsverfahren zur Ermittlung von Sicherheitsabständen um Mobilfunkbasisstationen muss permanent an die technischen Weiterentwicklungen im Bereich des Mobilfunks angepasst werden. Dies gilt insbesondere für die neue Mobilfunkgeneration 5G.

Die für Standardisierung des Mobilfunksystems 5G verantwortliche Organisation (3GPP) schenkt dem Immissions- und Personenschutz keine nennenswerte Bedeutung, da sie dies als nicht zu ihrem Aufgabenbereich zählend ansieht. Man kann daher beobachten, dass erst im Rahmen der Einführung der neuen Technologie auf Druck von staatlichen Institutionen bzw. den Netzbetreibern entsprechende Verfahren – zum Teil im Nachgang – durch die Systemtechnik­lieferanten entwickelt werden (z. B. Smart-Power-Lock). Dies führt zu Technologieunterschieden bei Produkten verschiedener Hersteller und damit zu größeren Aufwendungen zur Sicherstellung einer verlässlichen Immissionsermittlung.

Zudem wird bei 5G noch deutlicher, als es bei früheren Mobilfunksystemen der Fall war, dass Softwaresteuerung einen immer größeren Einfluss auf die Ausprägung der Signalabstrahlung einer Mobilfunkbasisstation ausübt, was sich stark auf die Überprüfbarkeit von immissionsrelevanten technischen Parametern einer Anlage auswirkt. Beispielsweise waren im GSM-Zeitalter die Sender noch sehr hardwaredominiert aufgebaut, so dass es beispielsweise keines großen technischen Aufwands bedurfte, vor Ort die Ausgangsleistung eines Senders zu messen oder die Abstrahlrichtung einer Basisstationsantenne zu kontrollieren. Das Abstrahlverhalten einer 5G-Beamforming-Antenne kann hingegen durch Software in weiten Grenzen verändert werden. Dadurch wird es einer kontrollierenden Instanz erschwert, die aktuelle Konfiguration einer Anlage ohne Zugriff auf die Betriebssoftware einzuschätzen. Auch die von einer 5G-Antenne mit Beamforming abgestrahlte Gesamtleistung ist vor Ort nicht mit einfachen Mitteln bestimmbar, da keine Schnittstelle mehr existiert, an der die Leistung für Messzwecke abgegriffen werden kann.

Aus Sicht des Strahlenschutzes ist daher zu fordern, dass Aspekte und Lösungsansätze insbesondere zur softwaregestützten Überwachung von Anlageparametern oder für die messtechnische Bestimmung von Hochfrequenzimmissionen durch die betreffenden Mobilfunksendeanlagen bereits frühzeitig in der Standardisierung des Funksystems mit eingebracht werden, so dass für Vollzugsbehörden Schnittstellen zur Überwachung von Anlagenparametern verfügbar werden oder beispielsweise Hersteller früher mit der Entwicklung geeigneter Messgeräte und -verfahren beginnen können.

Für die Netzbetreiber werden zumindest bei mit Beamforming-Antennen ausgestatteten 5G-Anlagen geeignete, nachvollziehbare Qualitätssicherungsmaßnahmen und -prozesse zunehmend bedeutsam, denn nur dadurch wird es möglich sein, bei derart stark durch Softwareeinstellung in ihren Emissionseigenschaften veränderbaren Antennen eine seriöse Systemüberwachung sicherstellen zu können.

Die Ergebnisse des technischen Teils dieser Stellungnahme können wie folgt zusammengefasst werden:

–

Bezüglich Frequenzbereichs und Signalstruktur (Modulationsverfahren, zeitliche Charakteristika) besteht bei den Anlagen der aktuell in Deutschland im Aufbau befindlichen 5G-Netze (Frequenzbereich FR1) kein grundsätzlicher Unterschied zu Sendeanlagen des LTE-Mobilfunkstandards (4G). Auch bezüglich der von Endgeräten erzeugten Hochfrequenzimmission sind keine nennenswerten Unterschiede im Vergleich zum 4G-Standard zu erkennen.

–

Eine Zunahme der von Basisstationen verursachten Mobilfunkimmissionen ist überall dort zu erwarten, wo gegenwärtig die Versorgungssituation als nicht zufriedenstellend angesehen wird („Funklöcher“ oder nicht zufriedenstellende Übertragungsraten) bzw. Kapazitätsengpässe auftreten und daher neue Anlagenstandorte notwendig sind, oder an vorhandenen Standorten zur Kapazitätssteigerung zusätzliche Systeme (beispielsweise im 3,6-GHz-Band) in Betrieb genommen werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass aufgrund der technologieneutralen Vergabe der Funkfrequenzen eine daraus resultierende Immissionserhöhung generell auch mit einem Netzausbau durch eine andere Technologie als 5G zu erwarten wäre. Infolge der höheren Effizienz von 5G kann sogar erwartet werden, dass die Zunahme der Immissionen weniger deutlich ausfällt als beim Ausbau mit einer älteren Mobilfunktechnik.

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Bislang nur im Frequenzbereich um 3,6 GHz verwendete Beamforming-Techniken bei 5G-Basisstationsantennen können zu einer lokalen Zunahme der maximal möglichen Immission an denjenigen Orten führen, die sich im Abdeckungsbereich eines aktuell ausgebildeten Beams befinden. Gleichermaßen wird die Immission aber in den von der Antennenabstrahlung „ausgesparten“ Orten sinken. Die Beamforming-Technik sorgt erstmalig dafür, dass die Hochfrequenzfelder und damit auch die Immissionen hauptsächlich dort in der Funkzelle auftreten, wo sie auch für die Kommunikation gebraucht werden. Orte, zu denen im Versorgungsbereich der Anlage meist kein nennenswerter Datenverkehr erfolgt, werden auch weniger exponiert.

–

Für die persönliche Gesamtexposition sind auch beim 5G-Mobilfunk nicht die Basisstationen, sondern in der Regel die eigenen Endgeräte maßgeblich. Eine Verbesserung der Funkversorgung führt zu einer verringerten Sendeleistung der Endgeräte und damit zu einer effektiven Reduzierung der persönlichen Gesamtimmission. Entscheidend für diese Reduzierung wäre die mit verminderter Energie durchgeführte Kommunikation der Endgeräte mit den Basisstationen.

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Die in Deutschland geltenden Rechtsvorschriften zum Schutz der Allgemeinbevölkerung vor Hochfrequenzimmissionen der 26. BImSchV in Verbindung mit der BEMFV sind grundsätzlich geeignet, die Sicherheit in der Umgebung der aktuell im Aufbau befindlichen 5G-Mobilfunkbasisstationen zu gewährleisten. Durch die Vorschriften der Produktsicherheit gilt dies in vergleichbarer Weise auch für die Endgeräte.

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Die durch die Einführung von neuartigen Sendeantennen (Beamforming) bei 5G-Anlagen notwendige Aktualisierung der Mess-, Berechnungs- und Bewertungsvorschriften wurde durch die BNetzA umgesetzt. Es kann also auch zukünftig davon ausgegangen werden, dass Personen der Allgemeinbevölkerung in Deutschland keinen von Mobilfunksendeanlagen ausgehenden Hochfrequenzimmissionen ausgesetzt sind, welche die Vorgaben der 26. BImSchV überschreiten.

–

Mit Blick auf die Minimierung von Mobilfunkimmissionen erscheint es effizienter, die Anlagen älterer Mobilfunksysteme (GSM, UMTS, LTE) auf den 5G-Standard umzurüsten, als die Anzahl der Anlagen durch nationales Roaming zu reduzieren, d. h. alle Teilnehmer fremder Netzbetreiber an den Basisstationen zuzulassen. Der Grund ist, dass beim 5G-Standard die Leistung der permanent (d. h. unabhängig von der aktuell herrschenden Auslastung der Anlage) in die Zelle gesendeten Always-on-Signalisierungssignale deutlich niedriger ausfällt.

–

Mit 5G gewinnt die softwaregesteuerte Leistungsregelung von Anlagen im Vergleich zur Steuerung durch die Hardware noch mehr an Bedeutung. Es sollten daher frühzeitig Aspekte und Lösungsansätze zur softwaregestützten Überwachung von Anlageparametern oder für die messtechnische Bestimmung von Hochfrequenzimmissionen durch die betreffenden Mobilfunksendeanlagen in der Standardisierung eines Funksystems eingebracht werden. Damit könnten den Vollzugsbehörden Schnittstellen zur Überwachung von Anlagenparametern verfügbar gemacht werden oder Hersteller früher mit der Entwicklung geeigneter Messgeräte und -verfahren zur Bestimmung der Immission durch diese Systeme beginnen.

Aus den im technischen Teil diskutierten Aspekten ergeben sich folgende Themen, bei denen die Datenlage noch verbesserungswürdig erscheint, weshalb sie durch zukünftige Forschungsprojekte bearbeitet werden sollten:

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Aufbau einer Datenbank mit belastbaren Daten zu den durch 5G erzeugten mittleren und maximalen Immissionen sowie der Exposition der Bevölkerung.

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Untersuchungen zur Funktion und Verlässlichkeit der Verfahren zur adaptiven Leistungsregelung (Power-Lock) bei 5G-Anlagen mit Beamforming-Antennen einschließlich der Prüfung der Einführung von Nachweisverfahren zum sicheren Betrieb des Power-Lock.

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Die Entwicklung zukünftiger Mobilfunktechnologien (z. B. 6G) sollte frühzeitig mit Forschungsprojekten begleitet werden, die sich mit möglicherweise resultierenden Immissionsveränderung beschäftigen. Zudem sind frühzeitig Verfahren zu entwickeln und zu erproben, mit denen die Immissionen durch diese neuen Systeme bestimmt werden können.

1 Einleitung

2 Stellungnahme der SSK von 2011

3 Stellungnahmen von Expertengremien nach 2011

4 Zusammenfassende Darstellung der aktuell vorliegenden Literatur zu biologischen und gesundheitlichen Auswirkungen hochfrequenter Felder

4.1 Aussagekraft verschiedener Studienarten

4.2 Krebs

4.2.1 Epidemiologie

4.2.2 Tier- und zellexperimentelle Studien

4.3 Gehirn und Nervensystem

4.3.1 Verhalten und kognitive Funktionen

4.3.1.1 Epidemiologie

4.3.1.2 Humanexperimentelle Studien

4.3.1.3 Tierexperimentelle Studien

4.3.2 Zerebraler Blutfluss und Hirnstoffwechsel

4.3.2.1 Humanexperimentelle Studien

4.3.2.2 Tierexperimentelle Studien

4.3.3 Ereigniskorrelierte und evozierte Potenziale

4.3.3.1 Humanexperimentelle Studien

4.3.3.2 Tierexperimentelle Studien

4.3.4 Ruhe-EEG im Wachzustand (Humanexperimentelle Studien)

4.3.5 Schlaf-EEG (Humanexperimentelle Studien)

4.3.6 Autonomes Nervensystem und kardiovaskuläres System (Humanexperimentelle Studien)

4.3.7 Neurodegenerative Erkrankungen

4.3.7.1 Epidemiologie

4.3.7.2 Tier- und zellexperimentelle Studien

4.4 Symptome und Wohlbefinden

4.4.1 Epidemiologie

4.4.2 Experimentelle Humanstudien

4.5 Immunsystem und Hämatologie (tier- und zellexperimentelle Studien)

4.6 Fertilität und Fortpflanzung

4.6.1 Epidemiologie

4.6.2 Tier- und zellexperimentelle Studien

4.7 Andere Organsysteme

4.7.1 Experimentelle Humanstudien

4.7.2 Tierexperimentelle Studien

4.8 Gentoxikologie

4.8.1 Tierexperimentelle Studien

4.8.2 Zellexperimentelle Studien

4.9 Oxidativer Stress

4.9.1 Tierexperimentelle Studien

4.9.2 Zellexperimentelle Studien

4.10 Mechanistische Untersuchungen

5 Bewertung der Studienlage

5.1 Methodische Aspekte bei der Bewertung von Studien zur Mobilfunktechnologie in den verschiedenen Forschungsbereichen

5.1.1 Epidemiologie

5.1.2 Experimentelle Humanstudien

5.1.3 Tier- und zellexperimentelle Studien

5.1.4 Interpretation der statistischen Kenngrößen

5.1.5 Unterschied zwischen Gefährdung und Risiko

5.2 Zusammenfassende Bewertung der SSK

6 Stellungnahme der SSK zu biologischen und gesundheitlichen Auswirkungen von Mobilfunksignalen

7 Offene Fragen

Anhang

Detaillierte Betrachtung neuerer Studien im Zeitraum 2018-2020

A-1 Krebs

A-1.1 Epidemiologie (Details zu Abschnitt 9.2.1)

A-1.2 Tierexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.2.2)

A-1.3 Zellexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.2.2)

A-2 Gehirn und Nervensystem

A-2.1 Verhalten und kognitive Funktionen (Details zu Abschnitt 9.3.1)

A-2.1.1 Epidemiologie

A-2.1.2 Humanexperimentelle Studien

A-2.1.3 Tierexperimentelle Studien

A-2.2 Zerebraler Blutfluss und Hirnstoffwechsel (Details zu Abschnitt 9.3.2)

A-2.2.1 Humanexperimentelle Studien

A-2.2.2 Tierexperimentelle Studien

A-2.3 Ereigniskorrelierte und evozierte Potenziale (Details zu Abschnitt 9.3.3)

A-2.3.1 Humanexperimentelle Studien

A-2.3.2 Tierexperimentelle Studien

A-2.4 Ruhe-EEG im Wachzustand (Details zu Abschnitt 9.3.4)

A-2.4.1 Humanexperimentelle Studien

A-2.5 Schlaf-EEG (Details zu Abschnitt 9.3.5)

A-2.5.1 Humanexperimentelle Studien

A-2.6 Autonomes Nervensystem und kardiovaskuläres System (Details zu Abschnitt 9.3.6)

A-2.6.1 Humanexperimentelle Studien

A-2.7 Neurodegenerative Erkrankungen (Details zu Abschnitt 9.3.7)

A-2.7.1 Epidemiologie

A-2.7.2 Tier- und zellexperimentelle Studien

A-3 Symptome und Wohlbefinden

A-3.1 Epidemiologie (Details zu Abschnitt 9.4.1)

A-3.2 Experimentelle Humanstudien (Details zu Abschnitt 9.4.2)

A-4 Immunsystem und Hämatologie (Tier- und zellexperimentelle Studien, Details zu Abschnitt 9.5)

A-5 Fertilität und Fortpflanzung

A-5.1 Epidemiologie (Details zu Abschnitt 9.6.1)

A-5.2 Tierexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.6.2)

A-5.2.1 Embryonalentwicklung

A-5.2.2 Weibliche Fertilität

A-5.2.3 Männliche Fertilität

A-5.3 Zellexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.6.2)

A-6 Andere Organsysteme

A-6.1 Experimentelle Humanstudien (Details zu Abschnitt 9.7.1)

A-6.2 Tierexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.7.2)

A-7 Gentoxikologie

A-7.1 Tierexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.8.1)

A-7.2 Zellexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.8.2)

A-8 Oxidativer Stress

A-8.1 Tierexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.9.1)

A-8.2 Zellexperimentelle Studien (Details zu Abschnitt 9.9.2)

A-9 Mechanistische Untersuchungen (Details zu Abschnitt 9.10)

Hintergrund

Im zweiten Teil der vorliegenden Stellungnahme soll eine Aktualisierung des wissenschaftlichen Erkenntnisstandes bezüglich biologischer und gesundheitlicher Auswirkungen von Hochfrequenzfeldern im bisher bereits intensiv für die Mobilkommunikation genutzten Frequenzbereich bis etwa 7 GHz erfolgen. Daher wurde eine Sichtung der aktuellen Literatur vorgenommen. Allerdings ist die Literatur wegen erheblicher Forschungsanstrengungen auf diesem Gebiet in den vergangenen 20 Jahren sehr umfangreich geworden, eine Einzelanalyse und Darstellung aller aktuell verfügbaren wissenschaftlichen Arbeiten hätten daher den Umfang dieser Stellungnahme gesprengt.

Der Beratungsauftrag erbittet zu diesem Punkt zwar eine Aktualisierung des wissenschaftlichen Erkenntnisstandes, stellt aber hierbei insbesondere auf den Vergleich mit früheren Mobilfunkstandards ab. Es soll also insbesondere die Frage beantwortet werden, ob 5G-Mobilfunksysteme bezüglich ihrer möglichen biologischen und gesundheitlichen Auswirkungen anders beurteilt werden müssen, als es bei den bisherigen Mobilfunksystemen der Fall ist.

Ebenso wie der technische Teil beschränkt sich auch der zweite Abschnitt dieser Stellungnahme ausschließlich auf den Frequenzbereich der aktuell in Deutschland im Aufbau befindlichen 5G-Basisstationen (FR1; d. h. bis etwa 7 GHz). Die technische, biologische und gesundheitliche Bewertung von 5G-Anwendungen im zukünftig erstmals im Bereich der Mobilkommunikation intensiver genutzten Millimeterwellenbereich oberhalb 20 GHz (FR2) wird in einer separaten Stellungnahme der SSK vorgenommen werden.

Wie im technischen Teil dieser Stellungnahme bereits erläutert, wird durch das Standortbescheinigungsverfahren der Bundesnetzagentur sichergestellt, dass auch bei Betrieb von Mobilfunksendeanlagen nach dem 5G-Standard an allgemein zugänglichen Bereichen um die Antennen die Grenzwerte der 26. BImSchV eingehalten werden. Es kann also auch zukünftig davon ausgegangen werden, dass Personen der Allgemeinbevölkerung in Deutschland keinen von Mobilfunksendeanlagen ausgehenden Hochfrequenzimmissionen ausgesetzt sind, welche die Vorgaben der 26. BImSchV überschreiten. Vergleichbares gilt für die Endgeräte: Durch die geltenden Vorgaben der Produktsicherheit wird für diese Geräte ebenfalls gewährleistet, dass der Nutzer durch die emittierten Hochfrequenzfelder nicht oberhalb der Grenzwerte exponiert wird.

Im technischen Teil dieser Stellungnahme wurde zudem bereits festgestellt, dass bezüglich des Frequenzbereichs und der Signalstruktur (z. B. Modulationsverfahren, zeitliche Charakteristika) bei den aktuell in Deutschland im Aufbau befindlichen 5G-Basisstationen kein grundsätzlicher Unterschied insbesondere zu den Sendeanlagen des LTE-Mobilfunkstandards (4G) besteht.

Gestufte Vorgehensweise

Durchgeführt wird die Bewertung des aktuellen Standes der Forschung im Bereich biologischer und gesundheitlicher Auswirkungen von Hochfrequenzfeldern in den folgenden drei Schritten:

–

Da die vorliegende Stellungnahme die letzte umfassende Bewertung der SSK aktualisieren soll, werden zunächst die wesentlichen Aussagen der Empfehlung der SSK aus dem Jahr 2011 nochmals vorgestellt (Kapitel 2).

–

Wegen der ausgeprägten gesellschaftlichen Diskussion zum Thema „Mobilfunk und Gesundheit“ hat in den letzten etwa zehn Jahren eine Reihe von internationalen Kommissionen, Expertengruppen und Organisationen zusammenfassende Bewertungen oder Empfehlungen vorgelegt, die jeweils ihrerseits auf Analysen der zum Zeitpunkt ihrer Erstellung vorhandenen wissenschaftlichen Literatur basieren. Daher erfolgt im zweiten Schritt zunächst eine Zusammenstellung der Ergebnisse und Schlussfolgerungen dieser Expertengutachten, sofern sie auf einer Bewertung von Originalliteratur basieren (Kapitel 3).

–

Im dritten Schritt (Kapitel 4) werden für alle wichtigen biologischen Endpunkte die Bewertungen aus den seit 2011 publizierten Expertenberichten vorgestellt. Damit ist der Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis bis zum Jahr 2017 abgedeckt. Zusätzlich werden diese ergänzt durch die Resultate aus neueren Studien, die ab 2018 veröffentlicht wurden, so dass diese in die vorliegenden zusammenfassenden nationalen und internationalen Expertenbewertungen teilweise noch nicht einbezogen werden konnten. Damit ist in der Gesamtschau der komplette, aktuell verfügbare wissenschaftliche Kenntnisstand in die Betrachtungen eingeflossen. Details zu den einbezogenen Studien ab 2018 finden sich im Anhang der vorliegenden Stellungnahme.

Zur Thematik von möglichen biologischen Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder des Mobilfunks unterhalb der geltenden Grenzwerte hat die SSK im Jahr 2011 eine Stellungnahme „Biologische Auswirkungen des Mobilfunks – Gesamtschau –“ abgegeben (SSK 2011). In dieser Stellungnahme werden die Ergebnisse des Deutschen Mobilfunk Forschungsprogramms (DMF) zusammengefasst und in einen internationalen Zusammenhang gestellt.

Das Deutsche Mobilfunk Forschungsprogramm wurde in den Jahren 2002 bis 2008 durchgeführt und umfasste 54 Forschungsprojekte aus den Themenbereichen Biologie, Epidemiologie, Dosimetrie und Risikokommunikation. Die Strahlenschutzkommission hatte im Vorfeld des DMF Forschungsbedarf zu verschiedenen Themengebieten festgestellt und den folgenden Fragenkatalog erstellt, der durch die Projekte des DMF aufgegriffen wurde. Die Fragen sowie die diesbezüglichen Einschätzungen der SSK aus der Stellungnahme (SSK 2011) sind in nachfolgender Tabelle dargestellt:

Tab. 2-3:

Fragen und Antworten zu gesundheitsrelevanten Auswirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder aus der Stellungnahme der SSK von 2011 (SSK 2011).

Ferner wurde zur Untersuchung der Frage, ob Hochfrequenzfelder gentoxische Effekte hervorrufen, im Rahmen des Deutschen Mobilfunk Forschungsprogramms ein Ringversuch zur Abklärung methodischer Schwierigkeiten durchgeführt. Der Vergleich ergab signifikante Unterschiede zwischen den Laboren. Es wurde daher festgehalten, dass die Evidenz für das Vorliegen gentoxischer Wirkungen als sehr gering einzustufen ist, allerdings wird die Aussagekraft dieser Schlussfolgerung durch die methodisch begründbare Variabilität der experimentellen Daten der vorliegenden Studie abgeschwächt.

Aufgrund der oben dokumentierten Ergebnisse hat die SSK in ihrer Stellungnahme festgestellt, dass die den bestehenden Grenzwerten zugrunde liegenden Schutzkonzepte nicht in Frage gestellt sind. Zusätzlich wurde angemerkt, dass die Gesamtproblematik der biologisch-medizinischen Wirkungen der Felder des Mobilfunks noch nicht abschließend geklärt werden konnte, so dass aufgrund der weiterhin dynamischen Entwicklung neuer Funktechnologien noch begleitender Forschungsbedarf besteht.

Die seit der SSK-Bewertung im Jahr 2011 publizierten Bewertungen der möglichen gesundheitlichen Auswirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder durch nationale und internationale wissenschaftliche Komitees sind in Tab. 3-4 zusammengefasst. Hierbei wurden nur Gremien berücksichtigt, die von öffentlichen Institutionen ein Mandat bekamen und deren Zusammensetzung von den Institutionen bestimmt wurde. Diese Stellungnahmen unterscheiden sich hinsichtlich

–

des Zeitraums, aus dem Studien berücksichtigt wurden,

–

der berücksichtigten biologischen Endpunkte sowie

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hinsichtlich des Ausmaßes, in dem Originalliteratur gesichtet wurde (siehe Tab. 3-4).

Auch wenn es Unterschiede in der Herangehensweise bei der Erarbeitung der Stellungnahmen gibt – beispielsweise wegen unterschiedlicher Aufgabenstellungen – ist dennoch festzuhalten, dass grundsätzlich alle Gremien die zum jeweiligen Zeitpunkt öffentlich verfügbare wissenschaftliche Literatur nutzten. Dabei legten sie jeweils ihre eigenen Qualitätskriterien für die Auswahl fest. Die Qualitätskriterien sind in den einzelnen Stellungnahmen beschrieben.

Einige der Bewertungsgremien führten explizit eine Evidenzklassifizierung durch (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks, SCENIHR, der Europäischen Kommission; Arbeitsgruppe Mobilfunk und Strahlung im Auftrag des Eidgenössischen Departements für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, UVEK). Dabei wurde vom UVEK (UVEK 2019) die Terminologie und Definition des EU-Projekts EFHRAN (European Health Risk Assessment Network on Electromagnetic Fields Exposure, 2009-2012) verwendet (vgl. Sienkiewicz et al. 2012), die auch für die vorliegende Stellungnahme übernommen wird. Der Vorteil dieser Klassifizierung liegt darin, dass sie breit gefasst ist und für alle biologischen und gesundheitlichen Effekte und Disziplinen angewendet werden kann. Die bisher von der SSK genutzte Klassifizierung (SSK 2011) ist dagegen, wie die IARC-Klassifizierung (IARC 2013), explizit auf die Bewertung der Evidenz für Kanzerogenität entwickelt und angewendet worden. Die EFHRAN-Klassifizierung umfasst vier Stufen der Evidenz:

–

„Ausreichende Evidenz“ für einen Zusammenhang bedeutet, dass ein Zusammenhang zwischen Exposition und Effekt in mehreren Studien von unabhängigen Forschenden oder mit verschiedenen Untersuchungsprotokollen bestätigt wurde. Die Expositions-Wirkungs-Beziehung ist übereinstimmend und andere Einflussfaktoren (Confounder) können mit zufriedenstellender Sicherheit ausgeschlossen werden.

–

„Begrenzte Evidenz“ liegt vor, wenn der beobachtete Effekt nur auf wenigen Studien beruht oder ungeklärte Fragen hinsichtlich Studiendesign, Durchführung oder Interpretation der Studien bestehen. Andere Einflussfaktoren können in den vorliegenden Studien nicht mit zufriedenstellender Sicherheit ausgeschlossen werden.

–

Bei „unzureichender Evidenz“ lassen die Qualität, Übereinstimmung oder statistische Aussagekraft der vorliegenden Studien keine eindeutigen Schlussfolgerungen zu.

–

„Evidenz für Abwesenheit eines Effekts“ besteht, wenn in mehreren Studien von unabhängigen Forschenden mit unterschiedlichen Untersuchungsprotokollen an mindestens zwei Spezies oder zwei Zelltypen und bezogen auf einen ausreichenden Bereich von Feldintensitäten keine Effekte beobachtet wurden.

Die Schlussfolgerungen der in Tab. 3-4 aufgelisteten Berichte werden im Kapitel 4 noch detaillierter beschrieben. Insgesamt kommen die einzelnen Gremien zu sehr ähnlichen Schlussfolgerungen bezüglich der Evidenz bei den betrachteten Effekten. Übereinstimmend wurde festgestellt, dass die von Mobiltelefonen und anderen mobilen Kommunikationsgeräten sowie von den dazugehörigen Sendeanlagen ausgehenden Hochfrequenzfelder keine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen, solange die Exposition auf Maximalwerte begrenzt wird, die den ICNIRP-Empfehlungen (ICNIRP 2020a) entsprechen oder vergleichbar zu diesen sind (z. B. lokale SAR für Kopf/​Rumpf < 1,6 W kg^-1 bzw. 2 W kg^-1 bzw. Ganzkörper-SAR < 0,08 W kg^-1). Zwar sehen einige Bewertungen mögliche biologische Auswirkungen durch Hochfrequenzexposition in der Größenordnung der Grenzwerte, insbesondere Auswirkungen auf das Gehirn sowie in Zellen auf den oxidativen Stress und die Zellmembran. Jedoch kommt keines der Gremien zum Schluss, dass damit negative gesundheitliche Auswirkungen verbunden sind. Allerdings betonen mehrere Berichte, dass bei diesen Effekten noch Unsicherheiten bezüglich langfristiger Auswirkungen der Handynutzung vorhanden sind. Darüber hinaus sind die zugrundeliegenden zellulären Wirkmechanismen für solche Effekte noch nicht abschließend geklärt. Daher wird darauf hingewiesen, dass zumindest bei bestimmten Effekten (z. B. mögliche Kanzerogenität, mögliche Gentoxizität) weitere Forschung erforderlich ist. Zudem wird von den Gremien häufig darauf hingewiesen, dass zwar insgesamt eine große Anzahl an veröffentlichten Studien vorliegt, jedoch können viele davon nicht in die Bewertung einbezogen werden, da der Studienansatz und/​oder die Qualität der Durchführung nicht den wissenschaftlichen Mindestanforderungen genügen (vgl. Abschnitt 5.1).

Tab. 3-4:

Seit 2011 veröffentlichte Expertenberichte zum Themenbereich „Biologische und gesundheitliche Effekte durch Hochfrequenz-Exposition“, die auf Originalpublikationen basieren.

In diesem Abschnitt folgt für jeden evaluierten Endpunkt ein Überblick über den aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand. Dieser basiert auf den in Kapitel 3 aufgelisteten, nach 2011 veröffentlichten Expertenbewertungen sowie zusätzlich den ab 2018 neu publizierten Studien, die in den Expertenberichten mehrheitlich noch nicht berücksichtigt wurden. Damit ist in der Gesamtschau der komplette, aktuell verfügbare Kenntnisstand in die Betrachtungen eingeflossen.

Um dem interessierten Laien die Lesbarkeit dieses Kapitels zu erleichtern, werden die betrachteten neueren Studien hier nicht zu detailliert vorgestellt, dies erfolgt erst im Anhang dieser Stellungnahme.

4.1 Aussagekraft verschiedener Studienarten

Für die Bewertung gesundheitsbezogener Auswirkungen eines chemischen Stoffes oder einer physikalischen Einwirkung werden in der Regel Studienergebnisse aus verschiedenen Bereichen herangezogen: Studien an Menschen (Epidemiologie, experimentelle Humanstudien), Tieren („in vivo“), Zellen („in vitro“) und In-silico-Studien („in silico“). Die Daten aus den unterschiedlichen Bereichen ermöglichen eine integrative Bewertung, wobei alle Arten der Studien gewisse Einschränkungen haben. Die verschiedenen Bereiche der Studien sind wie folgt charakterisiert:

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Epidemiologie Studien untersuchen das Auftreten und die Verteilung von Krankheiten in Populationen, um die zugrunde liegenden Risikofaktoren zu ermitteln, aus denen vorbeugende Maßnahmen abgeleitet werden können. Langzeitrisiken am Menschen können nur mit epidemiologischen Studien empirisch untersucht werden. Der Vorteil von epidemiologischen Studien liegt in der hohen ökologischen Validität. Das heißt, dass beispielsweise Umweltrisiken bei realistisch auftretenden Expositionen und im Zusammenspiel mit anderen Faktoren untersucht werden können. Das bedeutet aber auch, dass Expositionen oberhalb von Grenzwerten nicht untersucht werden können. Aus ethischen und praktischen Gründen sind epidemiologische Studien zu Umweltrisiken in der Regel beobachtend und daher anfällig für Bias (Confounding, umgekehrte Kausalität, Fehler in der Expositionsabschätzung etc.).

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Humanexperimentelle Studien untersuchen Effekte von Exposition unter kontrollierten Versuchsbedingungen. Sie können als randomisierte kontrollierte Studien (RCT) durchgeführt werden, was im klinischen Kontext als Goldstandard eines Forschungsdesigns angesehen wird, da damit der Einfluss von anderen Faktoren weitgehend kontrolliert werden kann. Da humanexperimentelle Studien ausschließlich Akuteffekte von Exposition untersuchen können, ergänzen sie epidemiologische Studien und können zur Aufklärung von Mechanismen beitragen. Aus ethischen Gründen werden Expositionen oberhalb von Grenzwerten in der Regel nicht untersucht.

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Tierexperimentelle Studien (In-vivo-Studien) liefern Informationen über die Auswirkungen auf einen ganzen lebenden Tierorganismus und zeigen das gesamte Repertoire an Körperstrukturen und -funktionen wie Nervensystem, endokrinen Systemen und Immunantworten. In-vivo-Studien sind für die Beurteilung von Gesundheits­risiken von großer Bedeutung, insbesondere wenn sie epidemiologische Befunde bestätigen. Es gibt jedoch Extrapolationsprobleme mit inter- und intraspezifischen Variationen, d. h. die Übertragung der Ergebnisse von einer Spezies auf eine andere, insbesondere auf den Menschen, ist mit Unsicherheiten behaftet.

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Zellexperimentelle Studien (In-vitro-Studien) untersuchen toxikologische, mechanistische und andere relevante Effekte auf zellulärer und molekularer Ebene. Damit soll zum Verständnis der Entwicklung von Krankheiten oder zellulärer Veränderungen anhand einer Vielzahl biologischer Endpunkte beigetragen werden. In-vitro-Tests erlauben die Untersuchung von biologischen Prozessen unter kontrollierten Bedingungen. Sie können zur Identifizierung von Gefahrstoffen verwendet werden, ihre Nützlichkeit für die Bewertung eines Gesundheitseffektes ist jedoch begrenzt (SCENIHR 2009).

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In-silico-Studien sind in erster Linie Computersimulationen biologischer Experimente, die immer mehr an Bedeutung gewinnen. Durch computergestützte Simulation, z. B. von biochemischen Prozessen in lebenden Organismen, können nun Experimente im Computer simuliert werden und die errechneten Resultate wie andere experimentelle Beobachtungen gehandhabt werden. Der Vorteil liegt in ihrer Effizienz und dass dadurch Tierversuche ersetzt werden können. Jedoch sind die nötigen Modellannahmen immer mit Unsicherheiten verbunden.

Es soll darauf hingewiesen werden, dass epidemiologisch ermittelte Befunde eine stärkere Rolle bei der Bewertung gesundheitlicher Risiken spielen als humanexperimentelle Studien bzw. In-vivo-,In-vitro- und/​oder In-silico-Ergebnisse. Das gilt jedoch nur, wenn die Evidenzqualität von epidemiologischen Studien als hoch eingestuft wird und mögliche Fehlerquellen von untergeordneter Bedeutung sind. Die Ergebnisse aus einem Studientyp (bzw. einer Evidenzlinie) allein, also ohne untermauernde Ergebnisse aus den anderen Bereichen, werden in der Bewertung geringer eingeschätzt.

4.2 Krebs

4.2.1 Epidemiologie

Die IARC hat im Jahr 2011 hochfrequente elektromagnetische Felder als möglicherweise krebserzeugend für den Menschen (Gruppe 2B) klassifiziert (IARC 2013). In INTERPHONE und schwedischen Studien wurden positive Zusammenhänge zwischen der langjährigen, intensiven Nutzung von drahtlosen Telefonen und Gliomen sowie Akustikusneurinomen beobachtet. Aufgrund der Inkonsistenz der verschiedenen Studienresultate und möglichem Selektions- sowie Informationsbias wurde die Evidenz aus epidemiologischen Studien von der Arbeitsgruppe der IARC nur als begrenzt eingeschätzt. Die Evidenz aus In-vitro-Studien war ebenfalls begrenzt. Seither erschienene Expertenberichte kamen zu dem Schluss, dass es wenig Evidenz für die Entstehung von Tumoren im Kopfbereich im Zusammenhang mit der Nutzung von Mobiltelefonen gibt. Die FDA (FDA 2020) schrieb in ihrem Bericht, dass epidemiologische Daten vom 1. Januar 2008 bis 8. Mai 2018 weiterhin ihre frühere Schlussfolgerung unterstützten, dass es keinen quantifizierbaren kausalen Zusammenhang zwischen HF-EMF und Tumorentwicklung gebe. Der niederländische Bericht (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) kam zu dem Schluss, dass ein Zusammenhang zwischen langfristiger Mobiltelefonnutzung und Tumoren im Kopf- und Halsbereich nicht nachgewiesen sei, aber auch nicht ausgeschlossen werden könne. Der UVEK-Bericht (UVEK 2019) bewertete die Evidenz als „begrenzt“. Ähnliche Aussagen finden sich in anderen, früher publizierten Expertenberichten.

Die Resultate von epidemiologischen Studien zu bösartigen Hirntumoren im Zusammenhang mit Mobiltelefonnutzung zeigten mehrheitlich kein erhöhtes Risiko (Roosli et al. 2019). Vereinzelt beobachtete erhöhte Risiken in Fall-Kontrollstudien könnten methodisch bedingt sein und auf eine systematische Überschätzung der retrospektiv erhobenen Telefonnutzungsdauer von Hirntumorpatienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen zurückzuführen sein bzw. auf eine Unterschätzung bei Gesunden. Andererseits könnten zufällige Fehler in der Expositionsabschätzung bei Kohortenstudien zu einer Unterschätzung eines eventuellen Risikos führen. Angesichts dieser Unsicherheiten wurden in den letzten Jahren zeitliche Trends in den Erkrankungsraten in mehreren Ländern untersucht und mit der Zunahme der Mobiltelefonnutzung verglichen.

Der neueste Bericht der Expertengruppe der Schwedischen Strahlenschutzbehörde (SSM 2020) betonte, dass Analysen der zeitlichen Trends in den Erkrankungsraten in mehreren Ländern keine Hinweise fanden, dass die Inzidenz¹² der Tumoren mit einer gewissen Verzögerung angestiegen sei, nachdem die Mehrheit der Bevölkerung in den entsprechenden Ländern begonnen habe, Mobiltelefone zu benutzen.

Zusätzlich ist anzumerken, dass der Vergleich der zeitlichen Entwicklung von Krankheitsraten mit anderen Faktoren als schwaches epidemiologisches Studiendesign gilt, da diese von anderen Faktoren beeinflusst werden können. Aus mehreren Gründen sind solche Zeitreihenanalysen aber für den spezifischen Zusammenhang zwischen Handynutzung und Hirntumoren aussagekräftig: Erstens kann die zeitliche Entwicklung von Hirntumoren in vielen Ländern anhand etablierter Krebsregisterdaten evaluiert werden. Zweitens braucht es für solche Analysen im Gegensatz zu Kohorten- und Fall-/​Kontrollstudien keine individuellen Expositionsabschätzungen mit entsprechenden Fehlerquellen. Auf Populationsebene lässt sich die Veränderung des Mobiltelefongebrauchs mit kleiner Fehlerquote bestimmen. Da sich der Mobiltelefongebrauch in den letzten 30 Jahren praktisch in der ganzen Bevölkerung durchgesetzt hat, müsste sich ein potenzielles Risiko in den Krebshäufigkeiten manifestieren. Drittens gibt es keinen anderen bekannten Umweltrisikofaktor für Hirntumoren, der sich in den letzten Jahren ebenfalls stark verändert hätte und damit eine Zunahme wegen Mobilfunknutzung verschleiern könnte. Der wichtigste externe Faktor sind Dosen von ionisierender Strahlung, wie sie beispielsweise bei CT-Scans oder therapeutischer Bestrahlung (Mathews et al. 2013, Pearce et al. 2012) zur Anwendung kommen. Dieser Faktor hat in den letzten Dekaden ebenfalls zugenommen.

Ein limitierender Faktor für solche Zeitreihenanalysen sind jedoch zeitliche Veränderungen der Diagnostik und Kodierungspraxis. Durch den vermehrten Einsatz von bildgebenden Verfahren werden heutzutage mehr Erkrankungen diagnostiziert als früher. Dies gilt es bei der Interpretation von solchen Studien zu berücksichtigen. Von daher ist die Aussagekraft solcher Zeitreihenanalyse asymmetrisch. Das Fehlen einer nachweisbaren Zunahme von Hirntumoren in der letzten Dekade bedeutet mit großer Sicherheit, dass ein potenzielles Risiko der Mobilfunkstrahlung klein sein muss oder sich nur bei seltenen Tumortypen oder spezifischen Bevölkerungsgruppen manifestiert. Umgekehrt könnte eine Zunahme der Erkrankungsraten neben Mobilfunknutzung auch auf eine Zunahme der Exposition gegenüber ionisierender Strahlung oder Veränderung der Screening- oder Diagnosepraxis zurückgeführt werden. Das kann dazu führen, dass Tumore entdeckt werden, die sonst unentdeckt geblieben wären. Zum Beispiel besteht kein Zweifel, dass die Zunahme von Schilddrüsentumoren in vielen Ländern auf veränderte Screening-Praktiken zurückzuführen ist (Li et al. 2020b). So sind auch vereinzelte Beobachtungen einer Zunahme von Glioblastomen mit großer Wahrscheinlichkeit auf eine Änderung in der diagnostischen Kodierungspraxis zurückzuführen, da gleichzeitig andere Arten von Hirntumoren abgenommen haben, jedoch die Gesamtzahl konstant blieb (vgl. A-1.1, Absatz 7).

Zu Tumoren im Zusammenhang mit Sendeanlagen gibt es nur wenige Studien, und diese hauptsächlich zu TV- und Radiosendern, welche konsistent keinen Effekt fanden. Die Höhe der Exposition in diesen Studien lag deutlich unterhalb der ICNIRP-Richtwerte (ICNIRP 2020a) und war erheblich kleiner als bei Nutzung von EMF-emittierenden Geräten in Körpernähe.

4.2.2 Tier- und zellexperimentelle Studien

In den ausgewerteten Tierversuchen fanden die Expertengremien keine überzeugenden Hinweise auf krebserzeugende Wirkungen aus den HF-Feldern. Die Gesamtbewertung der überwiegend negativen (keine Auswirkungen) Tierversuche wurde von SCENIHR mit „starker Evidenz für das Fehlen einer Wirkung“ („strong evidence for the absence of an effect“) bewertet (SCENIHR 2015). Die Bewertung durch ANSES (ANSES 2019) (SAR-Werte über 2 W kg^-1) ergab, dass bei erwachsenen Tieren keine Auswirkungen beobachtet wurden, während die Tumorentwicklung nach lebenslanger Exposition der Tiere aufgrund fehlender Daten nicht bewertet werden konnte. Die FDA bewertete alle Daten bis August 2018 (inklusive der unten diskutierten NTP-Studie) auf das Krebsrisiko durch HF-EMF in vivo (ca. 125 Veröffentlichungen) und fand keinen kausalen Zusammenhang zwischen HF-Exposition und Tumorentwicklung. Der Health Council of the Netherlands (2020) wertete kürzlich vier neuere Tierstudien für den Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz aus, die zu unterschiedlichen Ergebnisse führten. Das Gremium kam zu dem Schluss, dass sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die Kanzerogenität von HF-Feldern möglich sind: Eine der Tierstudien zeigte nämlich keine Wirkung von HF-EMF auf implantierte Hirntumore (Smith-Roe et al. 2020), zwei Studien zeigten ein erhöhtes Risiko (NTP 2018b, Falcioni et al. 2018), während eine Studie eine positive Wirkung der Exposition zeigte (verzögertes Wachstum von implantierten Tumorzellen; Kryukova et al. 2016).

Im Jahr 2018 wurden zwei Tierstudien zu den langfristigen krebserzeugenden Wirkungen von HF-EMF veröffentlicht. Eine Studie stammt vom US National Toxicology Program (NTP 2018a, 2018b) und die andere vom italienischen Cesare Maltoni Cancer Research Center, Ramazzini-Institut (RI; Falcioni et al. 2018). Die NTP-Studie (Ratten und Mäuse) untersuchte Auswirkungen von Expositionen, wie sie für den menschlichen Kopf beim Gebrauch von Mobiltelefonen maximal zulässig sind (1,6 W kg^-1 bzw. 2 W kg^-1) und auch noch deutlich darüber (bis zu 6 W kg^-1). Im Unterschied zum Menschen wurde bei den Tieren jedoch nicht nur der Kopf exponiert, sondern der Gesamtkörper, so dass hier eine Expositionssituation vorliegt, die sich deutlich oberhalb der für den Menschen zulässigen Ganzkörperexposition (0,08 W kg^-1) bewegt. Die Studie des Ramazzini-Instituts untersuchte den Einfluss von GSM-Ganzkörperimmissionen auf Ratten bis etwa zu einer Größenordnung, wie sie als Ganzkörpergrenzwerte in der Nähe von Sendeanlagen maximal zulässig sind (0,1 W kg^-1). Ein zentraler Befund der Studien ist eine Erhöhung der Anzahl von bösartigen Herzschwannomen¹³ bei männlichen, aber nicht bei weiblichen Ratten. Diese Tumoren waren in der RI-Studie bei 50 V m^-1 (geschätzte SAR 0,1 W kg^-1) und in der NTP-Rattenstudie bei allen SAR-Werten häufiger. In einigen Fällen traten bei männlichen Ratten in der NTP-Studie Hirngliome auf, bei allen drei SAR-Werten bei Tieren, die einem GSM-Feld ausgesetzt waren, und bei 6 W kg^-1 (d. h. weit über den Teilkörpergrenzwerten für Kopf und Rumpf von 2 W kg^-1) bei Tieren, die einem CDMA-Feld ausgesetzt waren. Einige Einzelbefunde verschiedener anderer Tumorarten (Phäochromozytom, Haut- und Lungentumore, Lymphome, Lebertumore) wurden dokumentiert, waren aber im Vergleich zu Kontrollbedingungen nicht statistisch signifikant erhöht und wurden von NTP als „mehrdeutiger Befund“ erfasst.

Beide Studien wurden sehr gut durchgeführt, denn sie verwendeten beide den sogenannten „Good Laboratory Practice“-Standard, und in beiden Studien wurde eine ausreichend hohe Anzahl von Tieren in die Untersuchungen einbezogen. Dennoch bestehen auch wichtige Mängel in diesen Studien. So wurde zum Beispiel von der ICNIRP (ICNIRP 2020b) kommentiert, dass es keine Verblindung¹⁴ am Anfang der pathologischen Untersuchungen gegeben hätte. Darüber hinaus gebe es Schwächen bei der Interpretation der statistischen Analysen. Die Möglichkeit, dass die aufgetretenen Effekte zufälliger Natur gewesen sein könnten, sei nicht diskutiert worden (keine Korrektur für multiples Testen). Außerdem widersprächen sich die Ergebnisse der beiden Studien in Bezug auf die Expositions-Wirkungs-Beziehung. Weiterhin wurde in Kuhne et al. (Kuhne et al. 2020) diskutiert, dass in der NTP-Studie offene Fragen zu den Auswirkungen durch die Exposition auf die Körpertemperatur bestünden. Berechnungen dieser Autoren legen nahe, dass die Temperaturmessungen in einer Pilotstudie an jüngeren (leichteren) Tieren durchgeführt wurden, was zu einer Unterschätzung der durch die Exposition verursachten Temperaturschwankungen bei den älteren (schwereren) Tieren in der Hauptstudie geführt habe. Diese Unterschätzung werde bei älteren Tieren aufgrund ihrer größeren Körpermasse sogar noch größer. Die Temperaturschwankungen nähmen zu, wenn die Tiere größer würden (um ≥ 1,4 K bei älteren männlichen Ratten), was zu thermischem Stress führen könne, welcher wiederum ein beeinflussender Faktor für das Studienergebnis gewesen sein könne.

In-vitro-Studien, die speziell für die Karzinogenese relevant sind, wurden selten durchgeführt. Diese Studientypen wurden auch nur von einzelnen Gremien bewertet. Zwei kürzlich durchgeführte Studien weisen nach Ansicht der SSK Schwächen in verschiedenen Qualitätsaspekten auf und liefern daher fragwürdige Ergebnisse (Details siehe Anhang A-1.3).

4.3 Gehirn und Nervensystem

4.3.1 Verhalten und kognitive Funktionen

4.3.1.1 Epidemiologie

Gemäß den Expertenberichten gibt es wenig Hinweise für einen Einfluss von HF-EMF auf das Verhalten. Während Zusammenhänge mit Fernfeldquellen nur sporadisch aufgetreten sind und kein einheitliches Muster zeigten, fanden einige epidemiologische Studien einen Zusammenhang zwischen Verhaltensproblemen und Mobiltelefonnutzung vor allem bei Jugendlichen. Solche Zusammenhänge wurden aber vor allem in Querschnittsstudien beobachtet. Das SCENIHR (SCENIHR 2015) schrieb zum Beispiel, dass diese Studien methodische Schwächen hätten. Der UVEK-Bericht (UVEK 2019) schätzte die Evidenz für einen Zusammenhang als „unzureichend“ ein. Der niederländische Bericht (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) kam zum Schluss, dass weder positive noch negative Effekte ausgeschlossen werden könnten, und ANSES (ANSES 2016) schrieb, dass es nicht möglich sei, eine Schlussfolgerung zu ziehen, ob ein Zusammenhang bestehe oder nicht. Die wenigen neuesten Längsschnittstudien¹⁵, welche nicht nur die Nutzungsdauer, sondern auch die damit verbundenen Emissionen in die Auswertung miteinbeziehen, deuteten jedoch darauf hin, dass solche Zusammenhänge eher nicht auf HF-EMF zurückzuführen sind, sondern auf andere Aspekte der Mobiltelefonnutzung, wie problematischer (d. h. zum Beispiel exzessiver) Gebrauch, Abhängigkeit und Schlafdeprivation bei übermäßiger Nutzung. Es gibt auch Hinweise für umgekehrte Kausalität, das heißt, Verhaltensprobleme bei Kindern und Jugendlichen führen zu einer häufigeren Mobiltelefonnutzung, und nicht umgekehrt.

Die epidemiologische Evidenz für einen Einfluss von HF-EMF auf kognitive Funktionen ist gemäß dem ANSES-Bericht „inadequate“ (ANSES 2013) oder „limited“ (ANSES 2016). In den anderen Berichten wurde die Evidenz in erster Linie anhand von experimentellen Studien beurteilt, da es bisher nur wenige Längsschnittstudien zu kognitiven Effekten gibt und die Aussagekraft von Querschnittsstudien einschränkt ist. Entsprechend machen die Berichte kaum Aussagen zu möglichen Langzeitwirkungen. In den wenigen neuesten Längsschnittstudien wurde mehrheitlich keine Assoziation zwischen HF-EMF und kognitiven Funktionen beobachtet. Eine Ausnahme bilden die Resultate einer prospektiven Kohortenstudie an 843 Jugendlichen aus der Schweiz (Foerster et al. 2018). In dieser Untersuchung war die Entwicklung des räumlichen Gedächtnisses über ein Jahr negativ mit der kumulativen HF-EMF Gehirndosis assoziiert, nicht aber mit sogenannten Negativ-Kontrollexpositionsvariablen, wie die Anzahl von Textnachrichten oder Online-Gaming. In den Querschnittstudien waren vereinzelt signifikant aufgetretene Zusammenhänge sowohl positiv wie negativ. Insgesamt lässt sich daraus schließen, dass es „unzureichende Evidenz“ für einen Zusammenhang gibt sowohl in Bezug auf Fernfeld- wie auch auf Nahfeldexpositionen von körpernahbetriebenen Kommunikationsgeräten.

4.3.1.2 Humanexperimentelle Studien

In ihrer Stellungnahme aus dem Jahr 2011 kam die SSK (SSK 2011) zu dem Schluss, dass es keine belastbaren Hinweise darauf gebe, dass eine Exposition mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern einen Einfluss auf kognitive Funktionen hat. Zu einer ähnlichen Einschätzung kamen auch AGNIR (AGNIR 2012), das Norwegian Institute of Public Health (NIPH 2012), ANSES (ANSES 2013), SSM (SSM 2013, 2014, 2016, 2018) sowie UVEK (UVEK 2019). ANSES (ANSES 2016) stellte darüber hinaus fest, dass es auch für Kinder nur wenige Anhaltspunkte gebe, die auf Effekte durch Hochfrequenzexposition auf kognitive Prozesse schließen lassen. Auch SCENIHR (SCENIHR 2015) bewertete die Literatur zusammenfassend dahingehend, dass es „keine Evidenz“ für eine Beeinflussung kognitiver Funktionen beim Menschen gebe. Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) bewertete 46 humanexperimentelle Studien. Die Mehrheit der Studien (31) fand keinen Effekt. In sieben Studien wurde eine Beeinträchtigung der kognitiven Leistung unter HF-Exposition beobachtet, während in acht Studien eine verbesserte kognitive Leistung unter Exposition beobachtet wurde. Basierend auf dieser Datenlage kam das Gremium zu dem Schluss, dass für die Frequenzbereiche 700 MHz bis 2 200 MHz und 2,2 GHz bis 5,0 GHz sowohl positive als auch negative Effekte auf die Kognition möglich seien.

Zwei der drei in Abschnitt A-2.1.2 ausführlicher beschriebenen Studien, die seit 2018 zum Einfluss von HF-EMF auf kognitive Funktionen publiziert wurden und die in der Bewertung durch den Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) nicht berücksichtigt sind, untersuchten die selektive Aufmerksamkeit. In beiden Studien (mit variierender Expositionsdauer 3 Stunden bzw. 20 Minuten vor Durchführung des Tests und ähnlichen SAR-Werten einer GSM- und LTE-Exposition: 1,8 W kg^-1 bzw. 1,6 W kg^-1) waren die Testergebnisse nicht durch HF-Exposition beeinflusst. Eine negative Beeinflussung der schlafbezogenen Konsolidierung des emotionalen, prozeduralen und deklarativen Gedächtnisses¹⁶ durch WLAN-Exposition (2,45 GHz, maximale SAR: < 25 mW kg^-1, Sechs-Minuten-Mittelwert: < 6,4 mW kg^-1) wurde ebenfalls nicht beobachtet. Die statistisch signifikant verbesserte deklarative Gedächtnisleistung am Morgen nach WLAN-Exposition ist vermutlich als Zufallsbefund zu werten. Da auch die neueren Studien keinen Anhalt für akute Effekte, insbesondere keinen Anhalt für negative Effekte erkennen ließen, hat die Bewertung durch die SSK (SSK 2011) nach wie vor Gültigkeit.

4.3.1.3 Tierexperimentelle Studien

SCENIHR (SCENIHR 2015) kam zu dem Schluss, dass einige Studien zwar einen Effekt bei nichtthermischer Exposition auf Lernen, Gedächtnis oder Verhalten nahe legten, derzeit jedoch keine schlüssigen Beweise vorlägen. Einige der Ergebnisse seien widersprüchlich und in vielen Fällen bestünden Fragezeichen in Bezug auf Exposition, Verblindung, ordnungsgemäße Kontrollen und Dosimetrie.

ANSES (ANSES 2013) fand „begrenzte Evidenz“ („limited evidence“) für eine verbesserte kognitive Funktion (verbesserte Gedächtnisfunktion in einem Y-Labyrinth-Test, verbesserte Ergebnisse in einem kognitiven Interferenztest), insbesondere bei sehr alten Mäusen, aber „unzureichende Evidenz“ („inadequate evidence“) für Auswirkungen auf Angstzustände und motorische Aktivität. Die jüngste ANSES-Bewertung (ANSES 2019), die nur Studien mit SAR-Werten > 2 W kg^-1 umfasste, konnte weder bei jungen noch bei erwachsenen Tieren Wirkungen dokumentieren.

Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) hat seit 1992 insgesamt fast einhundert In-vivo-Studien für die Frequenzbereiche 700 MHz bis 2 200 MHz und 2,2 GHz bis 5,0 GHz ausgewertet. Die Schlussfolgerung dieses Gremiums war, dass sowohl positive als auch negative oder gar keine Auswirkungen auf Verhalten und Kognition aufträten, d. h. die Ergebnisse seien inkonsistent.

Auch einige neue Studien zeigten Expositionseffekte in Tierversuchen (Details: siehe Anhang A-2.1.3). Viele Ergebnisse sind jedoch widersprüchlich bzw. mehrdeutig und lassen keine weiteren Schlussfolgerungen auf Gesundheitsauswirkungen zu.

4.3.2 Zerebraler Blutfluss und Hirnstoffwechsel

4.3.2.1 Humanexperimentelle Studien

In der Stellungnahme der SSK (SSK 2011) wurden Studien zum zerebralen Blutfluss und zum Hirnstoffwechsel als Ergebnisparameter nicht diskutiert. Dies gilt auch für die meisten anderen in Tab. 3-4 aufgelisteten Expertenberichte. AGNIR (AGNIR 2012) erwähnte eine Studie mit unklaren Expositionsangaben, die an einer größeren Stichprobe durchgeführt wurde. Das Norwegian Institute of Public Health (NIPH 2012) sowie SSM (SSM 2013, 2015) und SCENIHR (SCENIHR 2015) wiesen auf inkonsistente Ergebnisse aus den wenigen vorliegenden Studien hin. SSM (SSM 2013) diskutierte zwei PET-Studien, von denen eine Effekte beobachtet hatte und eine nicht. Neuere Studien liegen zu diesen Endpunkten nicht vor.

4.3.2.2 Tierexperimentelle Studien

Gemäß den Expertenberichten lieferten Studien zum Einfluss von HF-EMF-Exposition auf den Hirnstoffwechsel inkonsistente Ergebnisse, auf neurotoxische Effekte ließe sich aus den biologischen Veränderungen jedoch nicht schließen. Relevante neuere Studien fehlten.

Zuvor hatten einige Studien zur Blut-Hirn-Schranke in Ratten und Mäusen darauf hingewiesen, dass diese Struktur selbst bei niedrigen SAR-Werten beschädigt werden könne, was zu einer erhöhten Permeabilität führen könne. Es wurden zahlreiche Replikationsstudien durchgeführt, von denen die überwiegende Mehrheit selbst bei höheren SAR-Werten (mehr als 2 W kg^-1) keine Veränderungen der Permeabilität feststellte. Relevante neuere Studien fehlen.

4.3.3 Ereigniskorrelierte und evozierte Potenziale

4.3.3.1 Humanexperimentelle Studien

Es gibt vergleichsweise wenige Studien, welche einen Einfluss hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf im EEG als ereigniskorrelierte (EKP) oder evozierte Potenziale (ERP) ablesbare Reaktionen des Gehirns auf externe Reize (z. B. visuelle oder akustische Stimuli) untersucht haben. Die in der Stellungnahme der SSK (SSK 2011) zusammenfassend diskutierten Arbeiten ließen keinen Einfluss elektromagnetischer Felder auf entsprechende Ergebnisparameter erkennen. SCENIHR (SCENIHR 2015) und SSM (SSM 2013, 2016, 2018) kamen zu dem Schluss, dass Ergebnisse hierzu inkonsistent seien. Im Bericht des Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) wurden Studien zu evozierten Potenzialen leider nicht gesondert diskutiert, sondern sind unter der Überschrift Elektrische Hirnaktivität zusammen mit anderen EEG-Studien subsummiert. Der tabellarischen Zusammenstellung von Studien ist zu entnehmen, dass insgesamt 27 Studien für den Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz berücksichtigt wurden, davon drei Studien an Kindern und fünf Studien an Patient*innen mit neurologischen Erkrankungen (Narkolepsie mit Kataplexie, Multiple Sklerose und Epilepsie). Von den an Kindern und Patient*innen durchgeführten Studien ließ sich in jeweils einer Studie kein Effekt beobachten, während die übrigen einen Effekt zeigten, der jedoch nicht eindeutig in seiner Bedeutung als ungünstig oder günstig eingeordnet werden konnte. Von den übrigen 19 an gesunden Erwachsenen durchgeführten Studien zeigten elf keine Beeinflussung der evozierten Potenziale durch HF-Exposition, bei den acht Studien, in denen Effekte beobachtet wurden, ist die gesundheitliche Relevanz nicht eindeutig zu bewerten. Die signifikanten Ergebnisse der einzigen neueren Studie (Dalecki et al. 2018), in der vereinzelt statistisch signifikante Ergebnisse für Amplituden und Latenzen visuell evozierter Potenziale für unterschiedliche GSM-Expositionen (geringere [SAR: 1 W kg^-1] und höhere [SAR: 2 W kg^-1] im Vergleich untereinander und im Vergleich zu Sham) sowie leichte und schwierige Zielreize untersucht wurden, wurden von den Autoren angesichts mangelnder Konsistenz innerhalb der Studie sowie angesichts multipler Testungen als Zufallsbefunde gewertet.

4.3.3.2 Tierexperimentelle Studien

Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) bewertete 23 Studien im Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz und 20 Studien im Frequenzbereich 2,2 GHz bis 5,0 GHz in den Kategorien elektrische Gehirnaktivität und Signalübertragung im Gehirn. Nur wenige dieser Studien haben evozierte Potenziale untersucht. Das Gremium gelangte zu dem Schluss, dass die Auswirkungen von HF-EMF auf die elektrische Aktivität des Gehirns, einschließlich evozierter Potenziale, wahrscheinlich seien. Zusätzliche neuere Studien an Ratten zeigten auch Auswirkungen auf akustisch evozierte und visuell evozierte Potenziale mit SAR-Werten unter 2 W kg^-1.

4.3.4 Ruhe-EEG im Wachzustand (Humanexperimentelle Studien)

Einer der zwei am häufigsten untersuchten Ergebnisparameter in humanexperimentellen Studien ist neben dem Schlaf-EEG (siehe Abschnitt 4.3.5) das Ruhe-EEG. Hier wird untersucht, welchen Einfluss eine HF-EMF-Exposition auf die Aktivität des Gehirns hat, wenn es keinen externen Stimuli ausgesetzt ist. Es muss jedoch unterschieden werden, ob das Ruhe-EEG mit geöffneten oder geschlossenen Augen abgeleitet wird. Bei geöffneten Augen ist ein in der Regel standardisierter visueller Input vorhanden, während bei geschlossenen Augen kein externer Stimulus verarbeitet wird. Die SSK (SSK 2011) stellte weiteren Forschungsbedarf insbesondere hinsichtlich der Altersabhängigkeit von Effekten heraus sowie die Notwendigkeit zur Verwendung stringenter Versuchsprotokolle. Die Bewertung der Ergebnisse zum Einfluss von Hochfrequenzexposition auf das Ruhe-EEG variiert in den Expertenberichten seit 2011. AGNIR (AGNIR 2012) wies darauf hin, dass Effekte klein und inkonsistent seien (ohne dass dabei explizit zwischen Studien zum Ruhe- und zum Schlaf-EEG unterschieden wird). Das Norwegian Institute of Public Health (NIPH 2012) stellte heraus, dass Effekte klein und transient sowie darüber hinaus nicht von Symptomen begleitet seien. Im Bericht von SCENIHR (SCENIHR 2015) wurden Aussagen zum Einfluss auf das EEG nicht immer explizit nach Schlaf- und Wach-EEG differenziert. Es wurde darauf hingewiesen, dass beobachtete Effekte klein seien und von unklarer physiologischer Relevanz. Der UVEK-Bericht (UVEK 2019) kam zu dem Schluss, dass es „ausreichende Evidenz“ für einen Einfluss von Mobilfunkexposition auf Hirnströme gebe, wobei nicht zwischen Schlaf- und Wach-EEG unterschieden wird. Im Bericht des Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) wurde ebenfalls nicht strikt zwischen Schlaf- und Wach-EEG unterschieden. Von den 64 bewerteten humanexperimentellen Studien für den Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz beschäftigen sich 27, wie unter Abschnitt 4.3.3.1 bereits erwähnt, mit evozierten Potenzialen, 18 Studien analysierten die elektrische Hirnaktivität im Schlaf und 19 das im Wachzustand gemessene Ruhe-EEG. Vier der Studien zum Wach-EEG fanden keine Effekte, in den 15 Studien, die Effekte fanden, konnte nicht eindeutig gesagt werden, ob sie als günstig oder ungünstig zu bewerten seien. Ferner wurde die Richtung der Abweichung nicht berücksichtigt, die sich in einer geringeren oder höheren spektralen Power des EEGs¹⁷ unter Exposition ausdrückt. Zwei nahezu zeitgleich erschienene Reviews zum Wach-EEG (Wallace und Selmaoui 2019, Danker-Hopfe et al. 2019) zeigten die Inkonsistenzen in der vermeintlichen Konsistenz von Effekten differenzierter auf. Die Ergebnisse zu diesem Outcome Parameter wurden als konsistent dargestellt, weil sie einfach häufig zu beobachten seien. Inkonsistent wird es u. a. dann, wenn es um die betroffenen Frequenzbänder geht und um die Richtung des Effekts: höhere Power bei Exposition vs. niedrigere Power bei Exposition. Dies wurde auch durch die in den Berichten der SSM (SSM 2015, 2016, 2018, 2019) diskutierten Arbeiten sowie durch die neue Literatur (vgl. Anhang A-2.4.1) nachdrücklich belegt. Drei der vier im Anhang diskutierten Studien untersuchten die Hirnaktivität mittels EEG. Nakatani-Enomoto et al. (Nakatani-Enomoto et al. 2020) fanden bei Exposition mit einem LTE-Signal (1 950 MHz, maximale SAR: 2 W kg^-1) keine Effekte. Loughran et al. (Loughran et al. 2019) fanden bei einer Exposition mit einem GSM-Signal (920 MHz, maximale SAR: 2 W kg^-1) im Vergleich zur Sham Exposition eine (bei Testung mit einseitiger Irrtumswahrscheinlichkeit) signifikant höhere EEG-Power im Alpha-Frequenzbereich¹⁸ (hier 8 Hz bis 12 Hz). Bei Exposition mit einem geringeren SAR-Wert (maximale SAR: 1 W kg^-1) ließen sich in dieser Studie keine signifikanten Unterschiede im Vergleich zur Sham Exposition beobachten. Einen ebenfalls signifikanten Effekt von HF-Exposition (LTE 1 750 MHz, maximale SAR: 1,8 W kg^-1, UMTS 1 947 MHz, durchschnittliche SAR < 2 W kg^-1) auf die EEG-Power in Alpha-Frequenzband wurde von Vecsei et al. (Vecsei et al. 2018a) beobachtet. Im Gegensatz zu Loughran et al. (Loughran et al. 2019) wurde in dieser Studie allerdings eine Reduktion der Power beobachtet. Die in der Stellungnahme der SSK aus dem Jahr 2011 (SSK 2011) bereits geäußerte Notwendigkeit zur Anwendung stringenterer und standardisierter Versuchsprotokolle, die auch im Review von Danker-Hopfe et al. (Danker-Hopfe et al. 2019) geäußert wurde, muss an dieser Stelle noch einmal betont werden. Diese widersprüchlichen Ergebnisse machen deutlich, dass die oft zitierte Homogenität der Ergebnisse bzw. eine „ausreichende Evidenz“ hinsichtlich eines HF-EMF-Effekts auf das Wach-EEG nicht belastbar ist.

4.3.5 Schlaf-EEG (Humanexperimentelle Studien)

Bei Studien zum Einfluss hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf den Schlaf muss zwischen verschiedenen Endpunkten unterschieden werden. Zum einen kann Schlaf auf der Ebene einer subjektiv erlebten Schlafqualität erfasst werden, d. h. auf der Symptomebene (siehe Abschnitt 4.4.2). Zum anderen kann Schlaf mittels einer als Polysomnographie bezeichneten Methode gemessen werden, d. h., es können objektive Maße zur Beschreibung des Schlafes herangezogen werden. Aus dem Elektroenzephalogramm (EEG), dem Elektrookulogramm (EOG) zur Registrierung von Augenbewegungen und dem Elektromyogramm (EMG) zur Registrierung des Muskeltonus können u. a. Informationen zur Schlafinitiierung, zur Schlafkontinuität sowie zur Zusammensetzung des Schlafes nach Schlaf­stadien (Makrostruktur des Schlafes¹⁹) abgeleitet werden. Diese Methode wird u. a. bei schlafgestörten Patient*innen für diagnostische Zwecke eingesetzt. Schließlich lässt sich das im Schlaf abgeleitete EEG auch für eine nach Schlafstadien und Zeitabschnitten in der Nacht differenzierte quantitative Analyse (Powerspektralwerte) heranziehen. Das EEG im Schlaf unterscheidet sich vom Wach-EEG nicht nur hinsichtlich des Vigilanzniveaus²⁰ (unterschiedliche Schlafstadien bzw. Schlaftiefen), sondern auch dadurch, dass externe Einflussfaktoren weitestgehend kontrolliert bzw. ausgeschlossen sind.

Daten zu Effekten auf die Makrostruktur des Schlafes wurden von ANSES (ANSES 2013) als „inadequate“ bewertet. Nach den Expertenberichten von SSM (SSM 2015, 2018) sowie der in Abschnitt A-2.5.1 aufgelisteten Studien sind entsprechende Effekte u. a. vor dem Hintergrund unterschiedlicher Expositionsdauern sowie einer variierenden Zahl betrachteter Ergebnisparameter als inkonsistent einzuordnen.

Bezüglich der quantitativen Aspekte des Schlaf-EEGs kam die SSK (SSK 2011, Seite 25) zu dem Schluss: „Eine abschließende Wertung im Hinblick auf Effekte auf das Schlaf-EEG ist derzeit noch nicht möglich, weiterer Forschungsbedarf ist daher gegeben.“ Zu dieser Einschätzung gelangte auch die Swedish Radiation Safety Authority (SSM 2010). Ein erster Schritt könnte darin bestehen, dass die an dieser Thematik arbeitenden Gruppen zur verstärkten Zusammenarbeit angeregt werden, um vergleichende Paralleluntersuchungen durchzuführen. Darüber hinaus sollte eine mögliche Altersabhängigkeit über die gesamte Lebensspanne, d. h. nicht nur bei Kindern, sondern auch bei älteren Personen untersucht werden. Für die nicht nach Schlaf und Wach differenzierten Aussagen zum EEG von AGNIR (AGNIR 2012), dem Norwegian Institute of Public Health (NIPH 2012) sowie UVEK (UVEK 2019) sei auf Abschnitt 4.3.4 verwiesen. Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) behandelte den Schlaf in einem eigenen Kapitel. Vermutlich beziehen sich die Aussagen in diesem Kapitel allerdings ausschließlich auf die Makrostruktur des Schlafes. Es wurden 23 humanexperimentelle Studien zum Thema Schlaf bewertet, zwölf davon zeigten keine Effekte. Die übrigen elf Studien zeigten Effekte. In vier Studien wurden sowohl schlafbegünstigende Effekte als auch schlafstörende Effekte beobachtet, in sieben Studien ließen sich die beobachteten Effekte nicht eindeutig im Sinne einer schlafstörenden oder schlafbegünstigenden Wirkung interpretieren. Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) kam zu dem Schluss, dass im Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz Effekte möglich seien. Für den Frequenzbereich 2,5 GHz bis 5,0 GHz konnte keine Aussage gemacht werden.

Insgesamt wurden 18 Studien zur Mikrostruktur des Schlafes (Powerspektralwerte) im Kapitel zur elektrischen Hirnaktivität des Berichts des Health Council of the Netherlands mitberücksichtigt. Von ihnen ließ ein Drittel (sechs Studien) keinen Effekt einer HF-Exposition auf Powerspektralwerte erkennen. Für die zwölf Studien, die einen Effekt beobachtet haben, konnte nicht eindeutig bewertet werden, ob der Effekt ungünstig oder günstig ist. ANSES (ANSES 2013) fasste die bis zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Studien dahingehend zusammen, dass es ausreichend Daten gebe, die einen Anstieg der Powerspektralwerte für den Frequenzbereich von Schlafspindeln bei Kurzzeit­exposition belegen. SCENIHR (SCENIHR 2015) kam dagegen zu der Einschätzung, dass unter Berücksichtigung der Vielfalt der hochfrequenten elektromagnetischen Felder, der Variabilität in der Dauer der Exposition, der Anzahl berücksichtigter Elektroden, der unterschiedlichen statistischen Methoden sowie der

Tatsache, dass Effekte weder auf den NREM-Schlaf noch auf den Spindelfrequenzbereich beschränkt sind, eine abschließende Bewertung nicht möglich sei. Die Inkonsistenz der Ergebnisse wurde auch durch die in den Expertenberichten der SSM (SSM 2015, 2016) diskutierten Arbeiten sowie durch die im Anhang A-2.5.1 aufgelisteten neueren Arbeiten belegt. Lowden et al. (Lowden et al. 2019) fanden bei Exposition mit einem UMTS-Signal (maximale SAR: 1,6 W kg^-1) für die Dauer von drei Stunden vor dem Schlaf eine Reduktion der Power im langsamen Spindelfrequenzbereich im REM-Schlaf. Danker-Hopfe et al. (Danker-Hopfe et al. 2020a) beobachteten dagegen bei einer achtstündigen WLAN-Exposition (2,45 GHz, maximale SAR: < 25 mW kg^-1, Sechs-Minuten-Mittelwert: < 6,4 mW kg^-1) über die gesamte Nacht eine Reduktion der globalen, an 19 Elektroden abgeleiteten EEG-Power im Alpha-Frequenzband im NREM-Schlaf. Es zeigte sich also auch hier – wie beim Ruhe-EEG – eine Inkonsistenz der Ergebnisse, woraus sich nur eine „begrenzte Evidenz“ („limited evidence“) für Effekte auf die Powerspektralwerte des Schlafes ableiten lässt. Danker-Hopfe et al. (Danker-Hopfe et al. 2020b) untersuchten mögliche Geschlechtsunterschiede in Effekten einer HF-Exposition (GSM: maximale SAR: 2 W kg^-1; TETRA maximale SAR: 6 W kg^-1) auf die Makrostruktur des Schlafes bei älteren Personen. Insgesamt fanden sich bei Frauen deutlich mehr signifikante Effekte als bei Männern, die sich jedoch nicht im Sinne eines schlafstörenden Einflusses deuten lassen. Eggert et al. (Eggert et al. 2020) untersuchten für die gleichen Expositionen die Bedeutung des Alters im Hinblick auf Effekte einer HF-Exposition bei Männern. Es ließen sich einige Unterschiede in den Effekten beobachten, jedoch scheinen Geschlechtsunterschiede, insbesondere im Alter, ausgeprägter zu sein als die altersbedingten Unterschiede bei Männern. Vor dem Hintergrund inkonsistenter Ergebnisse ist für die Zukunft eine nach Alter und/​oder Geschlecht stratifizierte Auswertung anzuraten.

4.3.6 Autonomes Nervensystem und kardiovaskuläres System (Humanexperimentelle Studien)

In der Stellungnahme der SSK aus dem Jahr 2011 (SSK 2011) wurden Parameter, die dem autonomen Nervensystem zuzuordnen sind, nicht berücksichtigt. Dies gilt auch für andere in Tab. 3-4 gelistete Expertenberichte. AGNIR (AGNIR 2012) und das Norwegian Institute of Public Health (NIPH 2012) stellten heraus, dass es zu diesem Thema wenige Studien gebe und dass die Studien, die vorliegen, keine Hinweise auf einen negativen Einfluss von HF-EMF-Exposition auf das Herz-Kreislaufsystem lieferten. ANSES (ANSES 2013) bewertete die Evidenz für einen Einfluss auf die Herzratenvariabilität und den Blutdruck als „inadequate“. Mit zwei Ausnahmen ließen die in SCENIHR (SCENIHR 2015) sowie in den SSM Berichten (SSM 2013, 2014, 2015, 2016, 2018, 2019) diskutierten Studien keinen Effekt auf die Herzratenvariabilität und andere Parameter des autonomen Nervensystems erkennen. Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) bewertete insgesamt 24 humanexperimentelle Studien zu HF-Effekten im Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz auf das autonome Nervensystem und das kardiovaskuläre System. Darunter waren zwei Studien an Kindern und sechs Studien an Personen, die sich als elektrosensitiv bezeichnen. In 20 Studien wurde kein Effekt von HF-Exposition beobachtet, drei Studien führten zu Ergebnissen, die auf ein erhöhtes Risiko unter Exposition schließen lassen und bei einer Studie ist der Effekt nicht zu werten. Die Autoren bewerteten die Ergebnisse dahingehend, dass eine Assoziation zwischen HF-Exposition und dem autonomen Nervensystem sowie dem kardiovaskulären System aus diesen Studien nicht abgeleitet werden könne. Für den Frequenzbereich 2,2 GHz bis 5,0 GHz ließen sich ebenfalls keine Effekte erkennen. Die drei Studien aus den Jahren 2018 bis 2020, die unterschiedliche Endpunkte untersuchten, ließen keinen HF-Effekt auf die elektrodermale Aktivität als Reaktion auf einen akustischen Stimulus erkennen. Die zwei Studien, die u. a. die Herzratenvariabilität untersuchten, zeigten inkonsistente Ergebnisse.

4.3.7 Neurodegenerative Erkrankungen

4.3.7.1 Epidemiologie

Zu neurodegenerativen Erkrankungen gibt es praktisch keine epidemiologischen Studien und entsprechend werden solche Auswirkungen kaum explizit in Expertenberichten diskutiert. Gemäß ANSES ist die epidemiologische Evidenz „inadequate“. Im niederländischen Bericht wurde ein Einfluss von HF-EMF auf neurodegenerative Erkrankungen als möglich erachtet. Diese Schlussfolgerung stützt sich aber nur auf In-vitro- und In-vivo-Studien. Neben methodischen Schwierigkeiten ist ein inhärentes Problem für die epidemiologische Forschung, dass in der Anfangsphase der Mobilfunknutzung die Entscheidung, eine solche Technologie zu nutzen, von den kognitiven Fähigkeiten abhing. Es erstaunt daher nicht, dass die größte bisherige Studie zur Thematik vor einigen Jahren sogar für Mobilfunknutzende eine negative Korrelation mit Demenz fand. Dies ist aber kein Beleg für eine protektive Wirkung, sondern mit großer Wahrscheinlichkeit auf umgekehrte Kausalität zurückzuführen. Der kognitive Zustand beeinflusst die Handynutzung, und nicht umgekehrt.

Für andere neurodegerenative Erkrankungen gibt es aus den wenigen vorliegenden Studien kaum Hinweise für Zusammenhänge.

4.3.7.2 Tier- und zellexperimentelle Studien

Die jüngsten Bewertungen von Expertengremien berücksichtigten nur sehr wenige Studien zu neurodegenerativen Erkrankungen, und alle bezogen sich auf die Alzheimer-Krankheit. Die Mehrheit der Studien fand keine Auswirkungen der Exposition. Drei In-vivo-Studien, in denen transgene Mäuse (mit fünf menschlichen Mutationen) verwendet wurden, zeigten eine vorteilhafte Wirkung auf das Gedächtnis, eine Verringerung des Beta-Amyloid-Peptids²¹

(Kenn­zeichen der Alzheimer-Krankheit), eine verringerte Neuroentzündung und einen erhöhten Hirnstoffwechsel nach einer Langzeitexposition von acht Monaten (SAR 5 W kg^-1 oder 6 W kg^-1).

Die wenigen neueren Studien (einschließlich In-vitro-Studien) zeigten inkonsistente Ergebnisse und tragen nicht zu weiteren Schlussfolgerungen bei.

4.4 Symptome und Wohlbefinden

4.4.1 Epidemiologie

Während akute Effekte auf das Befinden mit experimentellen, doppelblinden und randomisierten Studien²² zuverlässig untersucht werden können, braucht es epidemiologische Studien, um mögliche Langzeitauswirkungen zu untersuchen.

In den meisten epidemiologischen Studien mit methodisch guter Expositionsabschätzung wurde keine Beeinträchtigung des Wohlbefindens durch langfristige Exposition gegenüber körperfernen HF-EMF-Quellen beobachtet. So traten bei exponierten Personen unspezifische Symptome wie Kopfschmerzen und Schlafprobleme nicht häufiger auf als bei weniger exponierten Personen. In allen diesen Untersuchungen waren die Expositionsunterschiede jedoch sehr gering. Die Trennschwelle zur höchst exponierten Gruppe lag zwischen 0,07 V m^-1 und 0,2 V m^-1. Entsprechend sind diese Studien nicht aussagekräftig für längerfristige Expositionen gegenüber höheren Werten, zum Beispiel > 1 V m^-1. Jedoch reflektieren diese Studien, dass solche Expositionen mit einem Mittelwert von > 1 V m^-1 in der Umwelt sehr selten sind. Die Expertenberichte kamen relativ konsistent zum Schluss, dass bei guter Evidenzqualität akute Symptome durch EMF unterhalb der Grenzwerte ausgeschlossen werden könnten. Diese Einschätzung beruhte aber in den meisten Berichten auf der kombinierten Evidenz von experimentellen Humanstudien und epidemiologischen Studien. Im UVEK-Bericht (UVEK 2019) wurde die Evidenz explizit separat beurteilt. Für langfristige Auswirkungen wurde die Evidenz als „unzureichend“ bis „Abwesenheit eines Effekts“ eingeschätzt. In Bezug auf die Evidenzeinschätzung „unzureichend“ wurde im Bericht festgehalten, dass es keine Studien zu Langzeitexposition von mehr als 3 V m^-1 bis 6 V m^-1 gebe, um Aussagen über Wirkungen von Fernfeldexpositionen in diesem Expositionsbereich zu machen.

In mehreren Studien wurde eine negative Korrelation zwischen der Dauer der Mobiltelefonnutzung und dem Befinden beobachtet. Vertiefte Abklärungen deuten aber darauf hin, dass dies nicht auf die HF-EMF-Exposition zurückzuführen sei, sondern auf andere Aspekte der Mobiltelefonnutzung oder methodische Unzulänglichkeiten. Dieser Punkt wurde zum Beispiel im neuesten Expertenbericht der schwedischen Strahlenschutzbehörde (SSM 2020) oder im niederländischen Bericht (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) betont.

4.4.2 Experimentelle Humanstudien

In der Stellungnahme der SSK von 2011 (SSK 2011) findet sich keine Aussage zu Symptomen und Wohlbefinden. Die nur ein Jahr später erschienenen Expertenberichte von AGNIR (AGNIR 2012) und vom Norwegian Intitute of Public Health (NIPH 2012) fassten die Ergebnisse der vorliegenden humanexperimentellen Studien dahingehend zusammen, dass zwischen Exposition und Symptomen kein Kausalzusammenhang bestehe. Dies gilt laut SCENIHR (SCENIHR 2015) bei Kurzzeitexposition für die Allgemeinbevölkerung ebenso wie für Kinder und Jugendliche und für Personen, die sich selbst als elektrohypersensitiv bezeichnen. Diese Einschätzung wird für elektrohypersensitive Personen auch von ANSES (ANSES 2018) geteilt. Das UVEK (UVEK 2019) kam zu der Schlussfolgerung, dass seit 2014 kaum mehr Provokationsstudien zu akuten Effekten von Hochfrequenzexposition auf das Befinden durchgeführt worden seien. Sie fassten zusammen, dass es schon damals Evidenz dafür gegeben habe, dass kein diesbezüglicher Zusammenhang bestehe. Obwohl Symptome und Befindlichkeit in Studien, die nach 2014 publiziert wurden, keine primären Ergebnisparameter mehr waren, wurden sie auch in neueren Studien (SSM 2018; Abschnitt A-3.2) vereinzelt mit untersucht. Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) kam basierend auf 36 Studien für den Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz zu dem Schluss, dass HF-Exposition nicht zu kurzfristig auftretenden Symptomen führe. In der einzigen der 36 Studien, in der ein Effekt beobachtet wurde, wirkte sich die Exposition in Richtung einer erhöhten Ruhe/​Gelassenheit aus. Für die höheren Frequenzbereiche liegen keine Daten aus humanexperimentellen Studien vor. In einer neueren Studie zur UMTS-Exposition (SAR: 1,6 W kg^-1) konnten ebenfalls keine Akuteffekte auf Symptome und Schläfrigkeit beobachtet werden. In drei der im Abschnitt A-3.2 beschriebenen vier neueren Studien wurden Auswirkungen von HF-Exposition auf die subjektive Schlafqualität untersucht. Während WLAN-Exposition keinen Einfluss hatte, ließen die bei Exposition mit TETRA (SAR: 6 W kg^-1) bzw. GSM (SAR: 2 W kg^-1) beobachteten Effekte eher auf einen besseren Schlaf unter Exposition schließen.

4.5 Immunsystem und Hämatologie (tier- und zellexperimentelle Studien)

ANSES (ANSES 2019) berücksichtigte vier In-vitro- und In-vivo-Studien an Jungtieren (Ratten oder Mäuse) bezüglich des Immunsystems und fand keine Wirkung durch die Felder. Des Weiteren wurden keine Studien zu diesem Thema bei erwachsenen Tieren gefunden.

Für den Untersuchungszeitraum nach 2019 wurden in Bezug auf das Immunsystem fünf weitere In-vivo- und fünf In-vitro-Studien identifiziert, wobei die Untersuchungen bezüglich der Endpunkte sowie der verwendeten lebenden Systeme sehr heterogen sind. Insbesondere ist die Qualität der Expositions- und experimentellen Bedingungen in einigen Studien sehr fraglich. Daher kann eine Bewertung nicht erfolgen.

4.6 Fertilität und Fortpflanzung

4.6.1 Epidemiologie

Erst kürzlich wurde erstmals eine prospektive Kohortenstudie publiziert (Hatch et al. 2021), welche grundlegende Qualitätsanforderungen erfüllte und bei rund 3 000 Männern keinen Einfluss von einem Mobiltelefon in der vorderen Hosentasche auf die Spermienqualität und die Zeitdauer bis zu einem erfolgreichen Eintritt der Schwangerschaft bei der Partnerin beobachtete. Die Qualität der zuvor publizierten epidemiologischen Studien war durchweg ungenügend, was auch in den Expertenberichten thematisiert wird. Im UVEK-Bericht (UVEK 2019) wurde die Evidenz für einen Effekt auf die Spermienqualität als „unzureichend“ eingeschätzt. ANSES (ANSES 2013) kam zum Schluss, dass die Evidenz „begrenzt“ („limited“) sei. Eine Schwäche der damals vorliegenden Studien war, dass nicht die Exposition der Hoden abgeschätzt wurde, sondern die Analysen stützen sich praktisch ausschließlich auf selbstberichtete Mobil­telefonnutzung. Zudem haben die wenigsten Studien andere Lebensstilfaktoren in die Analyse miteingeschlossen, welche einen Einfluss auf die Spermienqualität haben könnten und mit Handynutzung korrelieren. Weiter sind viele dieser Studie nicht populationsbasiert, sondern mit Freiwilligen von Fertilitätskliniken durchgeführt worden.

In Bezug auf die weibliche Fortpflanzung gibt es keine epidemiologischen Studien von genügender Qualität. Die wenigen Studien zu Embryonalentwicklung und anderen Krankheitsbildern im Zusammenhang mit der Geburt geben schwache Hinweise für einen Zusammenhang zwischen Mobilfunknutzung und fötalem Wachstum, aber nicht zu anderen gesundheitlichen Folgen. In diesen Studien wurde jedoch keine Expositionsabschätzung für den Fötus durchgeführt, und es bleibt unklar, ob andere Lebensstilfaktoren, wie Stress, welche mit der Mobiltelefonnutzung korre­lieren, die Ursache für die beobachteten Zusammenhänge sind. In den Expertenberichten wird das Thema nicht aufgegriffen oder angegeben, dass die Datenlage „inadequate“ für eine Evidenzbewertung sei, obwohl der niederländische Bericht einen Zusammenhang als möglich erachtet – basierend auf einer epidemiologischen Studie, welche Hinweise für ein erhöhtes Risiko für Frühgeburten fand, jedoch keinen Einfluss auf das fötale Wachstum sowie Geburtsgewicht.

4.6.2 Tier- und zellexperimentelle Studien

SCENIHR (SCENIHR 2015) kam zu dem Schluss, dass es insgesamt starke Hinweise auf das Fehlen von Auswirkungen („strong evidence for the absence of an effect“) von HF-Feldern auf die weibliche oder männliche Fertilität sowie auf die Embryonalentwicklung gebe, die sowohl auf menschlichen als auch auf tierischen Daten beruhten. Das UVEK (UVEK 2019) kam mehr oder weniger zu dem gleichen Ergebnis, wies jedoch darauf hin, dass einige Tierstudien selbst bei niedrigen SAR-Werten negative Auswirkungen auf die Spermienqualität festgestellt hätten. Der Health Council of the Netherlands (Health Council of the Netherlands 2020a, 2020b) bewertete In-vivo-Studien so, dass im Frequenzbereich 700 MHz bis 2 200 MHz keine Aussage über die männliche Fertilität möglich sei, während Studien im Frequenzbereich 2,5 GHz bis 5,0 GHz mögliche Auswirkungen auf diesen Endpunkt zeigten. Dieses Komitee stellte fest, dass Auswirkungen auf die Schwangerschaftsergebnisse und die Embryonalentwicklung für beide Frequenz­bereiche möglich seien.

Mehrere neuere In-vivo-Studien wurden auch veröffentlicht. Einige von ihnen zeigten negative Auswirkungen auf verschiedene Endpunkte, selbst bei SAR-Werten unterhalb der üblichen Grenzwertempfehlungen (Details siehe Anhang A-5.2.3). Die Ergebnisse sind inkonsistent und zeigen keine Abhängigkeit von der Expositionsintensität (SAR-Werte) oder der Expositionsdauer.

Kürzlich wurden Studien zu Auswirkungen niedriger (0,15 W kg^-1) und höherer (bis zu 4 W kg^-1) SAR-Werte auf Spermatozyten und Leydig-Zellen²³in vitro von Ratten auf den Testosteronspiegel sowie auf oxidativen Stress und Gentoxizität veröffentlicht. Die Studien sind nach Ansicht der SSK sehr unterschiedlich und aus gesundheitlicher Sicht schwer zu bewerten (Details siehe Anhang A-5.2.3).

4.7 Andere Organsysteme

4.7.1 Experimentelle Humanstudien

In der Stellungnahme der SSK aus dem Jahr 2011 (SSK 2011) wurden keine humanexperimentellen Studien zu Effekten hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf andere Organsysteme bewertet. Das Norwegian Institute of Public Health (NIPH 2012) fasste bis dahin vorliegende Studien zum Einfluss auf die Melatoninsekretion zusammen und kam zu dem Schluss, dass es keine Hinweise auf negative Effekte durch HF-EMF gebe. In den SSM-Berichten aus den Jahren 2015, 2016 sowie aus den Jahren 2018 und 2019 (SSM 2015, 2016, 2018, 2019) wurden einzelne Studien zu den Ergebnisparametern Hautdurchblutung nach einem thermischen Reiz, Kortisol im Speichel, verschiedene Proteine, elektrodermale Aktivität sowie zum Schwellenwert für Schmerzwahrnehmung beschrieben, die vorwiegend keine Effekte gefunden haben. Die zwei neueren im Anhang beschriebenen Studien (siehe Abschnitt A-6) ließen ebenfalls keinen Effekt von HF-Exposition auf den Schwellenwert für einen thermischen Reiz bei gesunden Erwachsenen sowie auf die Konzentration verschiedener im Speichel gemessener Biomarker (Alpha-Amylase, Immunglobulin A und Kortisol) bei elektrohypersensiblen Personen erkennen.

4.7.2 Tierexperimentelle Studien

SCENIHR (SCENIHR 2015) bewertete eine große Anzahl von In-vitro-Studien, wobei die meisten Studien zu nicht gentoxischen Endpunkten keine Effekte im Bereich zulässiger Grenzwerte feststellten, obwohl in einigen Studien DNA-Strangbrüche und Spindelstörungen beobachtet wurden.

In den zehn identifizierten Studien wurden verschiedene Organsysteme nach Exposition durch HF-EMF und SAR-Werte unterhalb der Grenzwerte, hauptsächlich an Ratten, untersucht. Untersucht wurden die Funktionen der Nieren, der Nebennierenaktivität, der Bauchspeicheldrüse, der Leber und des Herzens sowie spezifische Blutparameter und Spermien. In einer Studie wurden die Mikrostruktur und der Knochenstoffwechsel des Oberschenkelknochens von Mäusen analysiert. Einzelne Veröffentlichungen umfassten molekulare Analysen von induziertem oxidativem Stress, relevante Marker für Apoptose oder solche, die mit stressspezifischen Signalkaskaden assoziiert sind (Hitzeschockproteine, HIF-1α, NF-κβ). Zwei Veröffentlichungen können hier nicht berücksichtigt werden, da die Expositionsbedingungen nicht nachvollziehbar sind. In den verbleibenden Studien reichten die Ergebnisse von „ohne Effekte“ bis zu „akute Nierenschäden“, über „adaptive Reaktionen“ auf die HF-EMF-Exposition sowie die „Aktivierung der thermoregulatorischen Signalkaskaden“. Zusammenfassend ergeben diese Studien sowie die Studien der früheren Bewertungen kein einheitliches Bild oder eine Tendenz bezüglich HF-EMF-induzierter Effekte in einzelnen spezifischen Organsystemen in vivo.

4.8 Gentoxikologie

4.8.1 Tierexperimentelle Studien

Die meisten Gremien (FDA 2020, SCENIHR 2015, SSM 2015, 2016, 2018) bewerteten den Kenntnisstand bezüglich der Effekte der gentoxischen In-vivo-Studien nach HF-EMF-Exposition mit „nicht schlüssig“, da die Datenlage aufgrund der unterschiedlichen Studienqualitäten und der Versuchsanordnungen sehr heterogen sei. ANSES (ANSES 2019) beschrieb, dass die analysierten In-vivo-Daten keinen Hinweis auf Gentoxizität lieferten.

Das National Toxicology Program (NTP 2018a, 2018b) testete zwei gängige HF-EMF-Expositionen in einem zwei­jährigen Bioassay auf die Krebsentstehung in Nagetieren, welches auch die Endpunkte der Gentoxizität umfasste (Smith-Roe et al. 2020). Mit der Verwendung des alkalischen Comet-Assays wurden mögliche DNA-Schädigungen in Zellen aus drei Gehirnregionen, Leberzellen und peripheren Blutleukozyten bewertet, während mit Hilfe des Mikronukleus-Assays Chromosomenschädigung in unreifen und reifen peripheren Bluterythrozyten beurteilt wurden. Die Ergebnisse des Comet-Assays zeigten einen signifikanten Anstieg der DNA-Schädigung im Frontalcortex männlicher Mäuse (GSM- und CDMA-Modulation), in Leukozyten weiblicher Mäuse (nur CDMA) und im Hippocampus männlicher Ratten (nur CDMA). Bei Ratten oder Mäusen wurden keine signifikanten Erhöhungen der Mikronuklei in roten Blutkörperchen beobachtet. Die beschriebenen Effekte wurden bei sehr hohen Expositionen identifiziert (Ganzkörper­exposition: 6 W kg^-1 bei Ratten und 10 W kg^-1 bei Mäusen). Diese Werte übersteigen die für die Allgemeinbevölkerung maximal zulässige HF-Ganzkörperexposition um ein Vielfaches.

In einer Studie wurden gentoxische Effekte in Haarfollikelzellen des menschlichen Gehörgangs an Personen untersucht, die sich mit Hilfe einer Selbsterklärung als keine Mobiltelefonnutzer, Nutzung für 0 Minuten bis 30 Minuten pro Tag, Nutzung für 30 Minuten bis 60 Minuten pro Tag und Nutzung länger als 60 Minuten pro Tag identifizierten. Die Autoren untersuchten die DNA-Schädigung in den HF-EMF-Expositionsgruppen, wobei die DNA-Schädigung mit der täglichen Expositionsdauer zunahm.

Es wurden DNA-Schäden in Mausspermatozoen festgestellt (905 MHz, 2,2 W kg^-1), wobei es keine Hinweise auf histologische Veränderungen gab und kein erhöhter oxidativer Stress in den Zellen nachgewiesen wurde. Im Gegensatz dazu beeinträchtigte die HF-EMF-Exposition die Vitalitäts- und Motilitätsprofile reifer epididymaler Spermien (Epididymis: Nebenhoden, vgl. https:/​/​www.emf-portal.org/​de/​glossary/​1842), während weder die Befruchtungskompetenz der Spermien noch ihre Fähigkeit, die frühe Embryonalentwicklung zu unterstützen, beeinträchtigt waren.

Drei weitere In-vivo-Studien wurden nach HF-EMF-Exposition identifiziert und in allen wurden gentoxische Wirkungen aufgezeigt. In einem Fall wurden die Effekte nur bei sehr hohen SAR-Werten identifiziert. Eine andere Studie basiert auf der Selbstdeklaration von Handynutzern, und in einer wurden Mausspermatozoen untersucht, wobei die Auswirkungen offenbar weder die Befruchtungskompetenz der Spermien noch ihre Fähigkeit zur Unterstützung der frühen Embryonalentwicklung beeinträchtigten.

Es wurden bereits zahlreiche Studien zur Gentoxizität von HF-EMF durchgeführt. Die Datenlage ist aufgrund der unterschiedlichen Qualität der Studien sowie der verwendeten Expositionsparameter (z. B. Expositionen mit sehr hohen SAR) sehr heterogen. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Studien, die die Qualitätskriterien erfüllen, kann festgestellt werden, dass die Induktion von DNA-Schäden durch HF-EMF-Exposition unterhalb der Grenzwertempfehlungen ausgeschlossen werden kann.

4.8.2 Zellexperimentelle Studien

Die meisten Gremien (SCENIHR, SSM) bewerteten den Kenntnisstand bezüglich der Effekte der gentoxischen Studien nach HF-EMF-Exposition mit „begrenzter Evidenz“ („limited evidence“), obwohl direkte DNS-schädigende Effekte nach wie vor kontrovers diskutiert werden. Die Datenlage sei aufgrund der unterschiedlichen Qualitäten und der Versuchsanordnungen der Studien sehr heterogen.

Um die möglichen Mechanismen einer DNA-Schädigung durch HF-EMF zu erkennen, wurden in einer Studie Spermatozoen von Mäusen durch ein HF-EMF mit einer SAR von 4 W kg^-1 exponiert und die induzierte ROS-Produktion, DNA-Schäden sowie die Autophagie bestimmt (vgl. Anhang A-7.2). Autophagie oder Autophagozytose ist ein Prozess, bei dem Zellen eigene Bestandteile (geschädigte Proteine bis zu ganzen Zellorganellen) abbauen und verwerten. Die Ergebnisse zeigten, dass HF-EMF über erhöhte ROS-Produktion DNA-Schäden und Autophagie in den Zellen induziert, wobei die Hemmung der Autophagie zur Erhöhung der DNA-Schädigung führt. Hervorzuheben ist, dass alle beschriebenen Effekte sehr schwach ausgeprägt waren. Eine weitere Untersuchung verwendete ebenfalls einen SAR-Wert von 4 W kg^-1 für die Exposition von primär kultivierten neurogenen Zellen (vgl. Anhang A-7.2). Hier wurden keine DNA-Schädigungen und auch keine Änderungen bestimmter Zytokine detektiert. Allerdings fanden die Autoren eine statistisch signifikant verringerte Phagozytoseaktivität von Mikroglia, und bei primären kortikalen Neuronen hemmte die Exposition die Axon-Astlänge²⁴ und die Astzahl ebenfalls statistisch signifikant. Morphologische Indikatoren von Dendriten²⁵ oder Synapsen wurden nicht gesehen.

In vier weiteren Publikationen mit unterschiedlichen Zellen und Zelllinien wurden keine gentoxischen Wirkungen beschrieben. Eine dieser Veröffentlichungen wird für die vorliegende Stellungnahme aufgrund der unklaren Expositionsbedingungen nicht berücksichtigt (Details siehe Anhang A-7.2).

4.9 Oxidativer Stress

Die meisten Gremien (SCENIHR, SSM) bewerteten den Kenntnisstand bezüglich der Effekte zur Induktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS, oxidativer Stress) nach HF-EMF-Exposition mit „schwache Evidenz“, da in einzelnen Studien die Bildung von ROS festgestellt wurde, was zu Zell- oder DNA-Schädigung führen könnte.

4.9.1 Tierexperimentelle Studien

Drei von sieben Studien zur Induktion von oxidativem Stress (Details siehe Anhang A-8.1) verwendeten Expositionseinrichtungen ohne nachvollziehbare Beschreibung der Expositionsbedingungen. Entweder fehlten die Angaben oder die Verwendung der Einrichtungen ermöglicht keine klare Dosimetrie. Deshalb können diese Arbeiten in die vorliegende Stellungnahme nicht einbezogen werden. Zwei weitere Studien gaben die Expositionsdauer oder die Anzahl der Experimente nicht an. Ebenso fehlte die Angabe, ob die Untersuchung verblindet war oder nicht. Eine fand keine, die andere eine Erhöhung von Stressmarkern in Ratten nach der Exposition. In zwei weiteren Studien an Ratten wurde die Erhöhung an Markern für den oxidativen Stress beschrieben, jedoch ohne Konsequenzen für den eigentlich untersuchten Endpunkt (Stadien der Spermatozyten, Insulin und Blutzuckerwerte).

4.9.2 Zellexperimentelle Studien

Drei Veröffentlichungen zur Induktion von oxidativem Stress in vitro wurden identifiziert, wobei eine der Studien ein Mobiltelefon zur Exposition verwendete, sodass diese Studie aufgrund nicht nachvollziehbarer Expositionsbedingungen hier nicht berücksichtigt wird. In einer Studie wurde eine Verringerung und in der anderen eine Zunahme der Marker für oxidativen Stress festgestellt, wobei die erste keine Informationen über die Expositionsdauer oder die Anzahl der durchgeführten Experimente lieferte.

4.10 Mechanistische Untersuchungen

Bezüglich der Zellproliferation (Zellvermehrung) haben die meisten Gremien (SCENIHR, SSM) die Ergebnisse mit „unzureichender“ („inadequate“) oder „schwacher“ („weak“) Evidenz bewertet, da die Datenlage nicht eindeutig sei. Ähnlich verhält es sich mit der Apoptose (programmierter Zelltod), allerdings bewerteten die Gremien dies mit „begrenzter Evidenz“ („limited evidence“) für das Vorhandensein eines durch HF-EMF-induzierten Effektes in vitro, da in mehreren Studien an verschiedenen Säugetierzellen und menschlichen Zelllinien eine erhöhte Apoptose-Rate beobachtet worden sei.

Zur Gen- und Proteinexpression liegen nur wenige bis keine Bewertungen der Gremien nach HF-EMF vor, da die Datenlage besonders heterogen ist. Da sich viele Arbeiten auf das Beschreiben von Unterschieden zwischen exponierten und nicht-exponierten Zellen beschränken ohne eine nachfolgende funktionelle Validierung, bleibt die Bedeutung der beobachteten Veränderungen unklar.

In den letzten Jahren beschäftigten sich einige Gruppen besonders mit zwei Endpunkten in in-vitro-Untersuchungen, die zuvor wenig Beachtung fanden: der „adaptiven Response“ und sogenannten „nicht zielgerichteten Effekten“ (Non-Targeted Effects, NTEs). Die wenigen Studien zeigten aufgrund statistischer Auswertungen, dass beide Endpunkte durch HF-EMF-Exposition verändert wurden. Weder die biologische und gesundheitliche Relevanz noch die mög­lichen Wirkmechanismen sind jedoch klar. Andere Studien untersuchten die Endpunkte Apoptose, Zellzyklus und Zellvitalität mit sehr heterogenen Ergebnissen. Bisher konnte für keinen dieser Endpunkte ein reproduzierbarer Effekt nachgewiesen werden (Details siehe Anhang A-9).

Die molekularen Untersuchungen konnten ebenfalls kein einheitliches Bild über Effekte und/​oder Mechanismen liefern.

5.1 Methodische Aspekte bei der Bewertung von Studien zur Mobilfunktechnologie in den verschiedenen Forschungsbereichen

5.1.1 Epidemiologie

Die Durchführung und Interpretation epidemiologischer Forschung zu elektromagnetischen Feldern ist aus mehreren Gründen eine Herausforderung und beinhaltet Unsicherheiten, die je nach untersuchtem Gesundheitseffekt oder untersuchter Expositionsquelle unterschiedlich sind. Die wichtigsten Fehlerquellen liegen in der Expositionsabschätzung, der Kontrolle von Störgrößen (Confoundern) und möglicher umgekehrter Kausalität, welche im Folgenden kurz erläutert sind.

Studien zu Langzeiteffekten fokussierten hauptsächlich auf die Mobiltelefonnutzung und Tumoren im Kopfbereich. Da diese Tumoren selten sind, wurden bisher hauptsächlich Fall-Kontrollstudien durchgeführt. Dabei müssen die Studienteilnehmenden rückblickend angeben, wie häufig sie telefoniert haben. Dies ist mit großer Unsicherheit verbunden und es gibt Hinweise, dass Tumorpatient*innen ihren Gebrauch rückblickend höher einschätzen als gesunde Personen. Dadurch wird ein potenzielles Risiko überschätzt (falsch-positiver Befund). Auf der anderen Seite können zufällige Fehler in der Expositionsabschätzung zu erheblicher Missklassifikation der Exposition führen, was eine Unterschätzung eines eventuellen Risikos nach sich zieht (falsch negativer Befund). Zudem weisen Mobiltelefone eine effiziente Leistungsregelung auf, so dass die Dauer der Mobilfunknutzung ein ungenaues Surrogat für die Strahlendosis des Kopfes ist. Zufällige Expositionsmissklassifikation ist insbesondere bei Kohortenstudien von Bedeutung, wenn die Exposition nur zu einem Zeitpunkt erfasst wird.

Bei allen Studien zur Nutzung von Mobiltelefonen ist zudem zu berücksichtigen, dass der Gesundheitszustand die Nutzung beeinflussen kann. So gibt es zum Beispiel Hinweise, dass höhere Mobilfunknutzung nach Diagnose eines Tumors mit höherer Überlebenswahrscheinlichkeit korreliert. Dies ist mit allergrößter Wahrscheinlichkeit nicht kausal auf EMF zurückzuführen, sondern darauf, dass Personen mit wenigen Beschwerden eine bessere Überlebenswahrscheinlichkeit haben und häufiger ein Mobiltelefon nutzen. Sinngemäß ist diese Art von Bias daher bei vielen Gesundheitsauswirkungen zu erwarten (Verhaltensprobleme, Schlafprobleme etc.). Alternativ können einige gemeinsame latente Variablen (Confounder) sowohl die Lebensqualität als auch die Nutzung des Mobiltelefons oder anderer lebensstilbezogenerHF-EMF-Quellen (schnurlose Telefone, WLAN) beeinflussen. Daher sind Querschnittsstudien für diese Art von Gesundheitsauswirkungen wenig aussagekräftig. Längsschnittstudien sind im Allgemeinen weniger anfällig für Confounding.

In Bezug auf Fernfeldquellen wie Mobilfunkbasisstationen ist die Expositionsabschätzung eine besondere Herausforderung. Selbstberichtete Entfernung zur nächsten Basisstation korreliert nicht mit der HF-Exposition und solche Studien sind somit nicht aussagekräftig (oder höchstens für das Auftreten von Nocebo-Effekten²⁶). Zudem ist der Anteil von Fernfeldquellen an der Gesamtexposition im Durchschnitt klein, so dass jede Expositionsabschätzung mit großer Unsicherheit behaftet ist und Expositionsmissklassifikationen unvermeidlich sind. Dies gilt insbesondere bei der Abschätzung von Langzeitexpositionen, wie es für chronische Erkrankungen nötig ist. Da die Sendeleistung von Mobiltelefonen mit abnehmender Signalqualität zunimmt, ist zudem zu erwarten, dass die gesamte HF-EMF-Exposition von Mobilfunknutzenden mit schlechtem Empfangssignal (d. h. niedriger Exposition durch Basisstationen) insgesamt höher sein könnte als bei Personen, welche unmittelbar neben einer Basisstation wohnen und deshalb häufiger mit guter Signalqualität telefonieren. Es gibt aber dazu noch keine systematischen Daten, um diesen Effekt in Abhängigkeit der Mobiltelefonnutzung zu quantifizieren. Im Einzelfall gibt es natürlich noch eine Vielzahl von weiteren methodischen Aspekten, welche zu falsch positiven oder falsch negativen Resultaten, bzw. Unter- und Überschätzung des Risikos führen können. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass epidemiologische Studien mit unterschiedlichen Ansätzen durchgeführt werden, damit sich trotz der jeweiligen Vor- und Nachteile ein Gesamtbild ableiten lässt.

5.1.2 Experimentelle Humanstudien

Eine Schwierigkeit bei der Bewertung von humanexperimentellen Studien zum Einfluss auf die kognitive Leistungsfähigkeit ist z. B., dass die Zahl der betrachteten Bereiche kognitiver Funktionsfähigkeit beträchtlich variiert, ebenso die Anzahl verwendeter Tests zur Untersuchung einzelner kognitiver Funktionen und damit verbunden die Anzahl der betrachteten Ergebnisparameter. Regel und Achermann haben bereits im Jahr 2011 auf mögliche Ursachen für die inkonsistenten Ergebnisse zu Einflüssen auf die kognitive Leistungsfähigkeit hingewiesen und die Notwendigkeit standardisierter Protokolle im Bereich der Forschung zu Effekten hochfrequenter elektromagnetischer Felder betont (Regel und Achermann 2011). Auch im Bereich evozierter Potenziale (visuell, akustisch, somato-sensorisch) gibt es eine Vielzahl von Ergebnisparametern (Latenzen und Amplituden verschiedener Komponenten des jeweiligen Potenzials), die neben methodischen Aspekten zu einer Heterogenität der Ergebnisse beiträgt. Probleme bei der Bewertung quantitativer Analysen des Schlaf-EEGs ergeben sich aus methodischen Aspekten wie Exposition vor vs. während der Nacht; Exposition einer ganzen Hemisphäre vs. lokale – einer Handynutzung ähnelnden – Exposition; der Betrachtung verschiedener Schlafstadien (NREM-Schlaf, REM-Schlaf, Stadium N2-Schlaf); der Betrachtung verschiedener Zeitabschnitte (ganze Nacht, erster Schlafzyklus, die ersten 30 Minuten, 60 Minuten, 120 Minuten NREM-Schlaf etc.), die Anzahl berücksichtigter Elektroden sowie die Betrachtung von Frequenzbändern vs. Betrachtung von einzelnen Frequenzbins (kleinste Einheiten auf der Frequenzachse im EEG-Spektrum, zu denen Powerwerte angegeben werden). All dies kann erheblich zur Inkonsistenz von Ergebnissen beitragen. Einige dieser Parameter (z. B. betrachtete Zeitabschnitte in der Nacht) können allerdings auch genutzt werden, um Ergebnisse konsistenter erscheinen zu lassen. Ähnliches gilt für Effekte auf das Wach-EEG in Ruhe. Wallace und Selmaoui (Wallace und Selmaoui 2019) sowie Danker-Hopfe et al. (Danker-Hopfe et al. 2019) haben unabhängig voneinander mögliche Quellen von Inkonsistenzen in den Ergebnissen aufgezeigt. Danker-Hopfe et al. (Danker-Hopfe et al. 2019) empfehlen für künftige Studien in diesen Forschungsbereich nachdrücklich die Verwendung vergleichbarer und standardisierter Protokolle.

Da alle EEG-basierten Ergebnisparameter mehr oder weniger ausgeprägte alters- und/​oder geschlechtsspezifische Variationen aufweisen, sollten in Studien, in denen Männer und Frauen bzw. ältere und jüngere Personen untersucht werden, stratifizierte bzw. nach Alter und/​oder Geschlecht standardisierte Auswertungen vorgenommen werden, da andernfalls möglicherweise existierende Effekte aufgrund einer deutlich größeren Variabilität in den Daten nicht gefunden werden können.

5.1.3 Tier- und zellexperimentelle Studien

Seit Jahrzehnten werden experimentelle Studien zu möglichen biologischen und gesundheitlichen Auswirkungen durch die Mobilfunktechnologie durchgeführt, und es gibt immer noch Kontroversen, insbesondere weil keine konsistenten Ergebnisse über mögliche nachteilige Auswirkungen unterhalb der Grenzwerte existieren. Darüber hinaus gibt es keine überzeugende Erklärung eines Wirkmechanismus für einen biologischen Effekt.

Viele In-vivo- und In-vitro-Studien zeigen inkonsistente Ergebnisse aufgrund der großen Anzahl der biologischen und physikalischen Variablen (verwendete Tiermodelle, Zelltypen, Frequenzen, SAR-Werte, Expositionsdauer und die beobachteten biologischen Endpunkte). Dadurch existiert eine große Anzahl von Untersuchungen, die nicht miteinander verglichen werden können. Somit fehlt die „kritische Masse“ an Studien zu einzelnen Endpunkten. Hinzu kommen die fehlende Reproduzierbarkeit oder das Fehlen von Reproduktionsstudien. Ein weiterer Aspekt ist die bei vielen Studien mangelnde Qualität der Expositionsbedingungen sowie fehlende Kontrollen (positiv, negativ, sham), die zur Bewertung und Diskussion der Ergebnisse notwendig sind. Ohne positive Kontrollen können Effekte nicht evaluiert werden, da die Vergleichbarkeit fehlt. Die Ergebnisse können dann nicht im richtigen Kontext analysiert und verstanden werden. Daten solcher Publikationen können für die Risikobewertung nicht verwendet werden. Deshalb ist es erforderlich, Experimente unter streng kontrollierten Expositionsbedingungen mit relevanten Kontrollen durchzuführen.

Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit dem Studiendesign liegt darin, dass mehrere Vergleiche durchgeführt werden („multiple comparisons“). In solchen Fällen besteht die statistische Wahrscheinlichkeit, dass eine falsche Schlussfolgerung gezogen wird.

Wie bereits für die Human-Studien erwähnt, sollten geeignete Standardarbeitsverfahren („Standard Operating Procedures“, SOPs) für die EMF-Forschung (zumindest zur Untersuchung nichtthermischer HF-EMF-Effekte) oder eine strenge Definition einer einheitlichen „Best Practice“ verwendet werden.

5.1.4 Interpretation der statistischen Kenngrößen

Der p-Wert (P) wird in Studien meist als Maß für das Vorliegen einer relevanten Wirkung auf den untersuchten Endpunkt verwendet. Der p-Wert sagt aber nichts über die Stärke und die biologische oder gesundheitliche Relevanz eines Effekts aus. Mit zunehmender Größe der untersuchten Stichprobe können auch sehr kleine beobachtete Unterschiede als statistisch bedeutsam herausgearbeitet werden, obwohl sie nicht gesundheitlich relevant sind. Andererseits können in kleinen Stichproben bedeutsame Effekte nicht nachgewiesen werden, weil die sogenannte „Power“ der Studie zu gering ist.

Vereinfacht ausgedrückt ist der p-Wert ein Maß dafür, wie wahrscheinlich ein bestimmtes Resultat zufällig zustande gekommen sein kann. Das bedeutet, dass beim typischen Signifikanzniveau von 5 % zu erwarten ist, dass von 20 Analysen rein zufällig ein statistisch signifikantes Resultat zu erwarten ist. In vielen Studien wird eine Vielzahl von statistischen Tests zu verschiedenen Endpunkten, Expositionsvariablen oder Subgruppen durchgeführt und daher sind Zufallsbefunde häufig zu erwarten. Zudem sind auch kleine Stichproben anfällig für Zufallsbefunde, da häufig grundlegende Annahmen zur Datenverteilung nicht zutreffen. Korrektur für multiples Testen erlaubt auf der Ebene einer einzelnen Studie, das Risiko für einen falsch-positiven Zufallsbefund zu senken (Fehler 1. Art). Natürlich steigt damit das Risiko an, dass man eine tatsächliche Assoziation übersieht (Fehler 2. Art). Von daher ist die korrekte Fallzahlplanung vor Durchführung einer Studie essentiell. Um die Relevanz von Unterschieden in Ergebnissen, die mit und ohne Exposition beobachtet wurden, besser einschätzen zu können, sollte neben der statistischen Signifikanz stets auch ein Maß zur Effektgröße angegeben werden.

Für die Evidenzbeurteilung ist es wichtig, dass man sich nicht auf Einzelbefunde abstützt, sondern alle qualitativ genügenden Studienresultate zu einem Endpunkt berücksichtigt. Mittels Meta-Analyse lässt sich die Stärke des Zusammenhanges inklusive statistischer Unschärfe (Vertrauensintervall) berechnen. Dies erlaubt dann eine Interpretation der Auswirkungen im Hinblick auf die biologische und gesundheitliche Relevanz.

5.1.5 Unterschied zwischen Gefährdung und Risiko

Grundsätzlich ist festzuhalten, dass ein Gesundheitsrisiko nur dann besteht, wenn ein gefährlicher Stoff oder eine gefährliche physikalische Einwirkung vorliegt und diese auch in einer hinreichend hohen Dosis vorhanden ist. Daher müssen im Rahmen einer derartigen Bewertung zwei Analysen durchgeführt werden, nämlich die Beurteilung des Gefährdungspotenzials des Stoffes bzw. der physikalischen Einwirkung und danach die Bewertung des Risikos. Häufig werden diese zwei Bewertungen nicht unterschieden, sondern gleichgesetzt, was zu Fehlinterpretationen führt.

Zunächst wird meist beurteilt, ob die Einwirkung grundsätzlich eine Gefährdung darstellen könnte, ohne die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten dieser Gefährdung bzw. die Stärke der Exposition näher zu betrachten. Wenn sich hierbei ergibt, dass die Einwirkung grundsätzlich nicht in der Lage ist, negative gesundheitliche Gefährdungen zu generieren, können weitergehende Betrachtungen unterbleiben.

Beispielsweise ist das Ziel des IARC-Monographieprogramms, mögliche Krebsgefahren zu identifizieren, nicht jedoch das konkrete Risiko bei einer bestimmten Höhe der Exposition zu quantifizieren (https:/​/​monographs.iarc.who.int/​). Die IARC-Klassifizierungen stellen also nur fest, ob die Einwirkung eines Stoffs oder einer physikalischen Größe prinzipiell in der Lage sein kann, Krebs zu verursachen. In ähnlicher Weise ist eine der Hauptaufgaben des US-amerikanischen „National Toxicology Program“ (NTP), krebserregende Gefahrstoffe bzw. physikalische Einwirkungen für den Menschen zu identifizieren. Eine Einwirkung wird hierbei als krebserregend angesehen, wenn sie grundsätzlich in der Lage sein kann, Krebs zu verursachen, also auch dann, wenn dies nur bei sehr hohen Dosen der Fall ist. Eine Aussage bezüglich des individuellen Risikos einer Krebserkrankung kann aus derartigen Klassifizierungen nicht abgeleitet werden. IARC und NTP identifizieren und charakterisieren das krebserregende Potenzial von Einwirkungen durch einen Stoff oder eine physikalische Größe, quantifizieren aber nicht das Risiko für das Auftreten einer Erkrankung.

Ein Gesundheitsrisiko kann erst dann genauer beziffert werden, wenn zusätzlich bekannt ist, bei welchen Werten einer Dosis bzw. Exposition mit negativen Auswirkungen gerechnet werden muss und in welcher Größenordnung sich im Vergleich dazu die individuelle Dosis bzw. Exposition von Personen bewegt. Werden beispielsweise Personen in der Realität nur Einwirkungen ausgesetzt, deren Dosis sich in einer Größenordnung bewegt, bei der trotz intensiver Forschung die betrachtete negative gesundheitliche Auswirkung nicht festgestellt wurde, kann das Risiko einer individuellen Gefährdung als sehr niedrig oder sogar vernachlässigbar eingestuft werden, auch wenn bei höheren Dosen die negativen Auswirkungen durchaus bekannt sind.

5.2 Zusammenfassende Bewertung der SSK

In Fortschreibung der SSK-Stellungnahme von 2011 (SSK 2011) fasst die SSK die vorliegende Evidenz für biologische und gesundheitliche Wirkungen hochfrequenter, elektromagnetischer Felder wie folgt zusammen (Tab. 5-5):

Tab. 5-5:

Zusammenfassende Bewertung für alle evaluierten Endpunkte nach dem EFHRAN-Schema

Für Krebs besteht gegenwärtig „unzureichende epidemiologische Evidenz“ für einen Zusammenhang mit der Mobiltelefonnutzung oder HF-EMF-Expositionen durch Sendeanlagen. Die große Mehrzahl der epidemiologischen Studien findet keinen Zusammenhang zwischen diesen HF-EMF-Expositionen und verschiedenen Arten von Tumoren im Kopfbereich oder dem Auftreten von Leukämien. Vereinzelt

beobachtete Assoziationen sind nicht kompatibel mit der Tatsache, dass Erkrankungsraten in den letzten Jahren nicht angestiegen sind, wie das zu erwarten wäre, wenn Mobiltelefonnutzung ein Tumorrisiko wäre. Mit den vorhandenen Daten lassen sich jedoch kleine Risiken, insbesondere bei langjähriger und intensiver Mobiltelefonnutzung oder in Bezug auf seltene Tumoren, nicht komplett ausschließen. Die Exposition durch Sendeanlagen ist deutlich geringer als durch Mobiltelefone und entsprechend unwahrscheinlicher ist ein diesbezüglicher Zusammenhang. Auch in den In-vivo- und In-vitro-Studien finden sich keine überzeugenden Hinweise auf krebserzeugende Wirkungen von HF-Feldern. „Begrenzte Evidenz“ kommt aus zwei Tierstudien (Falcioni et al. 2018, NTP 2018a, 2018b), welche jedoch einige wichtige Fragen offenlassen. In beiden Studien wurden bei einer Ganzkörperexposition von männlichen Ratten statistisch signifikant mehr Herzschwannome und tendenziell mehr Gliome beobachtet. Dies wurde hingegen bei weiblichen Ratten und auch bei Mäusen der NTP-Studie nicht festgestellt. Einschränkend für die Interpretation der NTP-Ergebnisse sind die längere Lebensdauer der männlichen Ratten und die Vielzahl an anderen aufgetretenen Tumoren, die keinen Zusammenhang mit HF-EMF-Exposition aufwiesen. Darüber hinaus gibt es Schwierigkeiten bei der Interpretation der statistischen Analysen und unbeantwortete Fragen zu den Auswirkungen der Exposition auf Änderungen der Körpertemperatur. Zudem wurden die beschriebenen Effekte in der NTP-Studie nur bei Expositionen identifiziert, deren Werte die für die Allgemein­bevölkerung maximal zulässige HF-Ganzkörperexposition um ein Vielfaches überstiegen.

Einflüsse auf das Verhalten und kognitive Funktionen gehören neben Krebs zu den am besten untersuchten Endpunkten. Für Einflüsse auf das Verhalten wird die Evidenz für epidemiologische Studien als „unzureichend“ eingeschätzt, wobei es Hinweise dafür gibt, dass Verhaltensprobleme zu erhöhter Mobilfunknutzung führen, und nicht umgekehrt. Für In-vivo-Studien liegt die Evidenz zwischen „unzureichend“ und „begrenzt“. Vereinzelt beobachtete Zusammenhänge sind inkonsistent und gehen sowohl in eine positive wie eine negative Richtung. Insofern bleibt unklar, ob es sich um Zufallsbefunde handelt oder ob Verzerrungen in den Studienergebnissen der Grund für diese vereinzelten Beobachtungen sind.

Für kognitive Funktionen liegt die Evidenzschätzung für die Epidemiologie, Humanstudien und In-Vivo-Studien zwischen „begrenzt“ und „unzureichend“. Es gibt sehr viele experimentelle Humanstudien zu kognitiven Funktionen. Da in nur ca. einem Drittel aller experimentellen Humanstudien ein Effekt auf kognitive Funktionen beobachtet wurde und diese Effekte isoliert unterschiedliche kognitive Domänen betreffen, die mit verschiedenen Tests überprüft wurden, wird die Evidenz als „unzureichend/​begrenzt“ eingestuft. Hinzu kommt, dass Effekte in unterschiedlicher Richtung beobachtet wurden. Etwa die Hälfte der Studien findet eine Beeinträchtigung der kognitiven Leistung, während die andere Hälfte eine Verbesserung beschreibt. Die beobachteten Unterschiede könnten daher auch auf die experimentellen Bedingungen zurückzuführen sein (z. B. Tageszeit der Testdurchführung, Lerneffekte).

Eine Bewertung möglicher Einflüsse von HF-EMF auf die elektrische Hirnaktivität ist für verschiedene Aktivierungszustände des Gehirns getrennt vorzunehmen: (1) die elektrische Aktivität des Gehirns im Ruhezustand, in dem externe Einflüsse weitestgehend ausgeschlossen sind, während gleichzeitig komplexe interne Regulationsmechanismen wirksam sind (Schlaf), (2) die Aktivität des Gehirns im entspannten Wachzustand, die bei Kontrolle externer Stimuli weitestgehend vom allgemeinen Aktivierungsniveau (Vigilanz) abhängt und (3) die reaktive Aktivität des Gehirns auf externe akustische, visuelle und/​oder senso-motorische Reize (ereigniskorrelierte und evozierte Potenziale), welche die Basis für kognitive Leistungen darstellen. In Studien zu den Punkten (1) und (2), welche die Aktivität des Gehirns mittels quantitativer Auswertung des EEGs (Powerspektralanalysen) untersucht haben, ließen sich wiederholt Unterschiede zwischen Schein- und Hochfrequenzexposition beobachten. Dies lässt zunächst auf eine „begrenzte Evidenz“ für das Vorliegen von Effekten schließen. Bei genauerer Betrachtung sind die Ergebnisse jedoch weniger konsistent als auf den ersten Blick erkennbar, weshalb die Evidenz als „begrenzt“ eingestuft wird. Eine dieser Inkonsistenzen ist die unterschiedliche Richtung der Beeinflussung der EEG-Powerspektralwerte. So ließen sich im Wach- wie auch im Schlaf-Zustand unter HF-Exposition sowohl höhere als auch niedrigere Powerspektralwerte beobachten. Für evozierte Potenziale, die durch externe Reize ausgelöst werden, gilt ähnlich wie für kognitive Funktion, dass in etwa einem Drittel der Studien Effekte beobachtet wurden. Aufgrund der Vielzahl isoliert betroffener Ergebnisparameter wird auch hier die Bewertung mit „unzureichende/​begrenzte Evidenz“ vorgenommen. Ebenfalls EEG-basiert sind die Ergebnisse von Studien, in denen der Einfluss von HF-EMF-Exposition auf die Makrostruktur des Schlafes analysiert wird. Die Studien weisen zahlreiche, die Exposition und die Auswertung betreffende methodische Unterschiede auf, welche zu inkonsistenten Ergebnissen geführt haben können, weshalb die Evidenz für die Makrostruktur des Schlafes derzeit als „unzureichend“ eingestuft wird. Eine neuere Studie zeigt, dass insbesondere für ältere Personen Geschlechtsunterschiede in Expositionseffekten auf den Schlaf zu beobachten sind.

Ob die beobachteten Auswirkungen auf das EEG gesundheitsrelevant sind, und falls ja, ob sie positiv oder negativ sind, ist abhängig vom Untersuchungskontext (Schlaf, entspannter Wachzustand bzw. Reaktion auf externe Stimuli). Es können dazu keine klaren Aussagen getroffen werden. Unbestritten ist, dass die mittels EEG gemessene Aktivität des Gehirns ein sehr sensitiver Endpunkt ist, naturgemäß unterliegt sie starken physiologischen Schwankungen.

Die Evidenz für akute Effekte (Humanstudien) auf das autonome Nervensystem und das kardiovaskuläre System ist „abwesend“. Zu langfristigen Wirkungen gibt es nur wenige epidemiologische Studien und die Evidenz ist „unzu­reichend“.

Aufgrund der wenigen epidemiologischen Studien zu neurodegenerativen Erkrankungen wird die Evidenz für ein diesbezügliches Risiko als „unzureichend“ eingestuft. Die In-vivo-Studien fanden mehrheitlich keinen Effekt oder positive Auswirkungen auf das Gedächtnis und verschiedene relevante Biomarker, so dass Evidenz für „Abwesenheit eines Effekts“ besteht.

In humanexperimentellen Studien besteht Evidenz, dass keine akuten Symptome im Zusammenhang mit HF-EMF auftreten. Dieser Zusammenhang wurde in vielen experimentellen Humanstudien untersucht, in die teilweise auch Personen eingeschlossen wurden, die angaben, besonders sensibel auf solche Felder zu reagieren. Vereinzelt beobachtete Zusammenhänge zeigen kein einheitliches Muster in Bezug auf Art der Symptome oder Art der Exposition und sind mit sehr großer Wahrscheinlichkeit auf Zufall zurückzuführen, da in diesen Studien häufig viele verschiedene Symptome abgefragt werden. Unbestritten ist in experimentellen Studien das Auftreten von Nocebo-Effekten. Das heißt, wenn Proband*innen erwarten, exponiert zu sein, geben sie mehr Symptome an. Wären EMF-Effekte so prononciert wie Nocebo–Effekte, hätte man diese zweifelsfrei schon nachweisen können. In Bezug auf langfristige Auswirkungen wird die Evidenz als „unzureichend“ bewertet. Das Auftreten von Symptomen, insbesondere Kopfschmerzen, im Zusammenhang mit Mobiltelefonnutzung wurde mehrfach beobachtet, ist aber eher auf Stress von Mobilfunknutzenden als auf HF-EMF zurückzuführen. Wenige Daten gibt es zu Expositionen von Sendeanlagen im Expositionsbereich oberhalb von 1 V m^-1.

Zur Wirkung von HF-Exposition auf das Immun- und das blutbildende System gibt es kaum Studien. Aus diesem Grund wird auf eine Bewertung verzichtet.

Die epidemiologische Evidenz für einen Effekt auf die Fertilität wurde als „unzureichend“ eingestuft. Zu weiblicher Fertilität gibt es kaum Studien. Zu männlicher Fertilität findet die Mehrheit der Studien einen Zusammenhang, insbesondere mit reduzierter Beweglichkeit der Spermien. Die Qualität dieser Studien ist aber so gering, dass daraus keine Schlüsse gezogen werden können in Bezug auf die Wirkung von HF-EMF. Ebenfalls „unzureichend“ ist die Evidenz aus In-vitro-Studien, während die Evidenz von In-vivo-Studien „unzureichend“ bis „begrenzt“ ist. Unklar ist dabei, wie schnell reversibel beobachtete Effekte sind. Die wenigen epidemiologischen Studien zur Embryonalentwicklung finden keine diesbezüglichen Zusammenhänge. Die Evidenz wird aufgrund der wenigen Daten als „unzu­reichend“ beurteilt.

Die Untersuchungen zur Gentoxizität nach HF-EMF-Exposition zeigt ein inhomogenes Bild. Einige wenige epidemiologische Studien zeigen gentoxische Effekte, allerdings ist die Qualität der Studien häufig unzureichend. Aufgrund der Daten wird die Evidenz als „unzureichend“ beurteilt. Einige In-vivo- wie auch In-vitro-Studien zeigen gentoxische Effekte, wobei diese häufig nur bei Expositionen oberhalb des Grenzwertes detektiert wurden. Da die überwiegende Zahl der vorliegenden, relevanten Studien keinen Zusammenhang zwischen HF-EMF-Exposition unterhalb der Grenzwerte und DNA-Schäden sieht, wird die Evidenz mit „unzureichend“ bis „begrenzt“ bewertet.

Freie Radikale sind hochreaktive Sauerstoffspezies (ROS), die als Zwischenprodukte des Stoffwechsels auftreten. Diese haben ungepaarte Elektronen, mit denen sie sich mit anderen Molekülen oder Atomen im Organismus verbinden wollen. Dies erzeugt eine chemische Kettenreaktion, die neue freie Radikale erzeugt. Die körpereigenen Antioxidantien sind Antagonisten freier Radikale, um sie zu neutralisieren oder abzufangen. Es ist von oxidativem Stress die Rede, wenn das Gleichgewicht zwischen diesen Molekülen nicht mehr besteht und die ROS-Konzentration erhöht wird. Die Konzentration der erhöhten Menge an ROS wird jedoch meist nicht diskutiert, nur das Vorhandensein einer Zunahme wird berichtet. Oxidativer Stress ist ein physiologischer Prozess, bei dem das Gleichgewicht von freien Radikalen und Antioxidantien aus der Balance geraten ist. Dies kann an einer höheren Konzentration von ROS oder einer niedrigeren Konzentration an Antioxidantien als im Normalzustand liegen. Freie Radikale sind relevant für die Aktivierung der Mitochondrien, den programmierten Zelltod (Apoptose) und die Unterstützung des Immunsystems. Kleine Mengen von ROS wirken jedoch als zelluläre Signalmoleküle (Second Messenger) für bestimmte Zellaktivierungsprozesse, wie z. B. die Aktivierung intrazellulärer Signalwege (Sies 2019).

Eine große Anzahl von In-vivo- und In-vitro-Studien gibt Hinweise auf die Veränderung von oxidativem Stress nach HF-EMF-Exposition. Diese Hinweise beziehen sich auf die statistische Auswertung der Experimente, nicht jedoch auf die biologische und gesundheitliche Relevanz dieser Effekte. Meist fehlen Konzentrationsangaben zu den Veränderungen sowie positive Kontrollen, wodurch eine Bewertung dieser Effekte erschwert ist. Da die Qualität und die statistische Aussagekraft vieler Studien sehr gering sind und die biologische bzw. gesundheitliche Relevanz dieser Effekte immer noch unzureichend verstanden ist, wird die Evidenz als „begrenzt“ beurteilt.

Die molekularen Untersuchungen zu den Mechanismen konnten kein einheitliches Bild liefern, daher wird die Evidenz mit „unzureichend“ bewertet.

Auf der Basis des aktuellen Standes der wissenschaftlichen Forschungen bezüglich biologischer Effekte, verursacht durch Hochfrequenzimmissionen in den Frequenzbereichen im FR1, die derzeit für 2G, 3G und 4G und zukünftig vermehrt auch für 5G verwendet werden, folgert die SSK, dass keine belastbaren Hinweise für gesundheitliche Risiken bei Expositionen von Personen unterhalb der in Deutschland gültigen Grenzwertvorgaben für Sendeanlagen und Endgeräte vorliegen. Daraus resultiert die Feststellung, dass auch aus aktueller Sicht der Forschung die in Deutschland derzeit geltenden Grenzwerte für Hochfrequenzimmissionen in ihrer Schutzfunktion ausreichend sind.

Die aktuelle Bewertung der SSK liefert entsprechend der Termini aus Tab. 5-5 folgende Detailerkenntnisse:

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Die Evidenz für alle evaluierten Gesundheitseffekte ist „abwesend“, „unzureichend“ oder sie liegt im Grenzbereich zwischen „unzureichender“ und „begrenzter Evidenz“. Naturgemäß kann ein möglicher Zusammenhang niemals vollständig ausgeschlossen werden. Die vorhandenen Daten erlauben aber zumindest die Schlussfolgerung, dass das Gesundheitsrisiko für das Individuum klein ist, sofern es besteht. Das ist auch darin begründet, dass keiner der bewerteten Endpunkte für alle der jeweils untersuchten Evidenzlinien (Epidemiologie, Humanstudien, in vivo, in vitro) ein einheitliches Bild zeigt.

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„Evidenz für Abwesenheit eines akuten Effekts“ liegt vor für das autonome Nerven- und das kardiovaskuläre System (Humanstudien), unspezifische Symptome wie Kopfschmerzen, Schlafstörungen etc. (Humanstudien), neurodegenerative Erkrankungen (in vivo) sowie zerebraler Blutfluss und Hirnstoffwechsel (in vivo).

–

„Unzureichende Evidenz“ besteht für alle epidemiologisch untersuchten Gesundheitseffekte sowie eine Reihe weiterer Effekte in Human-, In-vivo- oder In-vitro-Studien.

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„Unzureichende“ bis „begrenzte Evidenz“ liegt in einzelnen Evidenzlinien für folgende Endpunkte vor: Krebs (in vivo, in vitro), Verhalten (in vivo), Kognitive Funktionen (Epidemiologie, Humanstudien, in vivo), Ereigniskorrelierte und evozierte Potenziale (Humanstudien, in vivo), Fertilität und Fortpflanzung (in vivo), Gentoxikologie (in vivo, in vitro).

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„Begrenzte Evidenz“ liegt für eine Reihe von biologischen Effekten vor, wie Einflüsse auf die Powerspektralwerte des Schlaf- und des Wach-EEGs (in humanexperimentellen Studien) und den oxidativen Zellstress (in In-vivo- und In-vitro-Studien).

Es ist zu betonen, dass für die beobachteten biologischen Effekte nicht nachgewiesen ist, ob sie gesundheitlich relevant sind und – falls sie es sind – ob sie zu negativen oder positiven gesundheitlichen Folgen führen. Es wurde demzufolge bisher kein möglicher Wirkungsmechanismus identifiziert, der beschreibt, dass und wie derartige biologische Effekte die Gesundheit schädigen könnten. Generell kann aus der Tatsache, dass Umweltreize biologische Auswirkungen haben, nicht unmittelbar auf eine gesundheitliche Schädigung geschlossen werden.

Da infolge der verbreiteten Nutzung von Funktechnologien auch potenziell kleine Risiken gesellschaftlich relevant sein können, ist es gleichwohl unabdingbar, mögliche Gesundheitsrisiken laufend zu evaluieren. Zurzeit führt die Weltgesundheitsorganisation zehn systematische Evaluationen durch, um mögliche Risiken noch genauer zu charakterisieren und zukünftige Forschungsprioritäten zu identifizieren (Verbeek et al. 2021).

Die Literaturübersicht zeigt, dass etliche Aspekte möglicher Auswirkungen von HF-EMF weiter erforscht werden sollten. Konkret sollten nach Meinung der SSK folgende Aspekte vertieft untersucht werden (Reihenfolge spiegelt keine Priorisierung wider):

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Die gesundheitliche Relevanz kleiner messbarer Effekte (siehe Tab. 5-5), wie sie durch HF-EMF in Einzelfällen beobachtet wurden, ist noch nicht geklärt.

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Offene Fragen gibt es auch bei der Dosimetrie bezüglich des Energieeintrages in das biologische Gewebe, insbesondere im Zusammenhang mit der gleichzeitigen Exposition aus mehreren Quellen, und zu neuartigen Expositionssituationen, wie sie bei neuen Anwendungen entstehen können.

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Generell noch nicht restlos geklärt ist die Frage, ob die Signalcharakteristik (z. B. Modulation) für biologische Effekte eine Rolle spielt oder ob nur die aufgenommene Energie maßgebend ist. Während diese Fragestellung in epidemiologischen Studien aufgrund der Vielzahl von HF-EMF-Quellen im Alltag schwierig zu klären ist, kann sie in experimentellen Ansätzen systematisch untersucht werden.

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Ferner sollte näher untersucht werden, inwiefern auch bei niedrigen Expositionen thermische Effekte auftreten, welche subtile biologische Effekte erklären könnten (z. B. ein möglicher Einfluss geringfügiger Temperaturanstiege auf der Hautoberfläche auf die Gehirnaktivität oder die Möglichkeit inhomogener Temperatur- und Feldverteilungen bei In-vitro-Proben).

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In Bezug auf In-vivo-Untersuchungen zur Gentoxizität und Kanzerogenität gibt es offene Fragen zu Dosis-Wirkungs-Beziehungen und dazu, inwiefern thermische Effekte eine Rolle spielen. Zukünftige Studien sollten sich auf Expositionen fokussieren, bei denen ein Einfluss thermischer Effekte auf das Studienresultat ausgeschlossen werden kann.

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Relativ wenig epidemiologische Daten von guter Qualität gibt es zu Einflüssen auf Fortpflanzungsorgane, Neu­geborene und neurodegenerative Erkrankungen, ebenso in Bezug auf langfristige kognitive Auswirkungen bei Kindern und Jugendlichen. Große nationale Kohortenstudien sind geeignet, um prospektiv Veränderungen in der Gesundheit der Bevölkerung zu erfassen und langfristig eine Vielzahl möglicher Gesundheitsauswirkungen und Expositionen zu untersuchen. Neben Gesundheitseffekten sollten im Interesse eines besseren Verständnisses des Krankheitsgeschehens in derartigen Studien auch Biomarker erfasst werden. Wichtig ist hierbei eine kontinuierliche, möglichst genaue Erfassung der HF-Exposition gemeinsam mit anderen Umweltexpositionen sowie gesundheitsrelevanten Lebensstilfaktoren.

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Zu Tumoren im Kopfbereich liegen bereits einige Studien vor, so dass nur große Datensätze diesbezüglich weitere Erkenntnisse liefern können, wie z. B. die laufende COSMOS-Studie (Schüz et al. 2011). Da praktisch die ganze Bevölkerung ein Mobiltelefon benutzt, sollte man erwarten können, dass sich ein eventuelles Tumorrisiko mit einer gewissen Latenzzeit in einer Zunahme von Neuerkrankungen niederschlägt. Daher lohnt es sich, die entsprechenden Daten systematisch im Hinblick auf die Veränderung der HF-EMF-Exposition in der Bevölkerung zu evaluieren. Der Kopf war bisher durch HF-EMF am stärksten exponiert, und Hirntumoren haben wenige andere Risikofaktoren, welche einen Einfluss auf die Zeittrends haben könnten. Damit die Tumorerkrankungen im Hinblick auf die Langzeitwirkung von Mobiltelefonnutzung interpretiert werden können, ist es auch wichtig, statistische Kennzahlen zum durchschnittlichen Mobil- und eventuell Schnurlostelefongebrauch, der mittleren Sendeleistung der Endgeräte sowie den Veränderungen des Nutzerverhaltens in der Bevölkerung zu erheben, idealerweise ergänzt durch Kenndaten zur durchschnittlichen Sendeleistung und zu Umweltexpositionen.

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In großen Bevölkerungsstudien ist zu klären, inwiefern Effekte auf das Verhalten und die Lebensqualität tatsächlich durch verschiedene EMF-Expositionen im Alltag oder durch andere Aspekte der Nutzung elektronischer Medien verursacht werden. In Bezug auf Personen mit elektromagnetischer Hypersensibilität gibt es auch noch offene Fragen. Auch wenn es zurzeit wenig Evidenz für einen Zusammenhang zwischen HF-EMF und dem Auftreten von Symptomen gibt, kann eine derartige Assoziation naturgemäß im Einzelfall nicht absolut ausgeschlossen werden. Es liegen noch immer wenige Studien an einzelnen Individuen vor, zum Beispiel individualisierte Provokations­studien, welche grundlegende qualitative Anforderungen erfüllen und gezielt die von den Betroffenen geäußerten Expositionen untersuchen (Schmiedchen et al. 2019). Bei den bisherigen Studien wurden mehrheitlich alle Teilnehmenden unter gleichen Expositionsbedingungen untersucht und als Gesamtgruppe analysiert. Damit könnten theoretisch Einzelfälle im statistischen Rauschen untergehen. Angesichts der hohen Evidenz, dass bei der Mehrzahl der selbstdeklarierten EHS-Personen EMF für die von ihnen berichteten Störungen nicht verantwortlich sind, sollte erforscht werden, wie man den betreffenden Personen durch geeignete Kommunikation und ggf. Therapie besser gerecht werden könnte.

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Da die EEG-basierten Ergebnisparameter, für die HF-EMF-Effekte mit „begrenzter Evidenz“ nachgewiesen wurden, physiologischen alters- und geschlechtsspezifischen Veränderungen unterliegen und es Hinweise auf Geschlechtsunterschiede bei älteren gesunden Personen gibt, wären Studien zu a) Geschlechtsunterschieden im jüngeren Erwachsenenalter und b) Altersunterschieden bei HF-EMF-Effekten bei Frauen zu empfehlen. In jedem Fall ist bei Studien an jüngeren Frauen der Menstruationszyklus im Studiendesign zu berücksichtigen, da dieser einen Einfluss auf die Ergebnisparameter, wie z. B. Schlaf oder kognitive Funktionen, hat.

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Die meisten der bisher durchgeführten humanexperimentellen Studien wurden an gesunden Versuchspersonen durchgeführt. Nicht untersucht ist bisher, wie sich HF-EMF-Exposition auf erkrankte Personen auswirkt, bei denen die EEG-basierten Ergebnisparameter von Befunden bei Gesunden abweichen, z. B. bei Insomnie, bei der häufig eine Erhöhung der Beta-Power in der Nacht zu beobachten ist, oder bei dementiellen Entwicklungen, bei denen häufig eine Verlangsamung des Ruhe-EEG zu beobachten ist.

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Basierend auf tierexperimentellen Studien, die einen positiven Effekt von HF-EMF-Exposition in Alzheimer Mausmodellen zeigen, wäre auch eine humanexperimentelle Studie zu empfehlen, um zu überprüfen, ob auch beim Menschen ein positiver Effekt zu beobachten ist, z. B. auf die schlafbezogene Gedächtniskonsolidierung.

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Im Hinblick auf den geplanten Einsatz von Millimeterwellen (5G, FR2 bzw. 6G) empfiehlt sich, zukünftige Forschung auch in diesem Frequenzbereich zu intensivieren.

Für alle Forschungsbereiche gilt, dass Studien nur dann zum Erkenntnisgewinn beitragen, wenn sie nach strengen Qualitätskriterien unter Verwendung geeigneter Standardarbeitsverfahren einschließlich geeigneter statistischer Verfahren durchgeführt werden. Ebenso ist bei allen Studientypen darauf zu achten, dass die Stichprobengröße genügend groß gewählt wird, um robuste Aussagen treffen zu können.