Die wichtigsten Fachbegriffe
biologischer Mobilfunkstudien

von Dr. Giulia Ratto

Fachliche Laien sollten sich nicht anmaßen, wissenschaftliche Studien öffentlich beurteilen zu wollen. Denn eine kompetente Beurteilung erfordert mehr, als sich im Internet mit Suchmaschinen ein bisschen schlau zu machen. Dies bedeutet aber nicht, dass Laien Studien für Hexenwerk halten müssen. Im Gegenteil. Wer die wichtigsten Fachbegriffe biologischer Mobilfunkstudien kennt, kann »Papers« für seine persönliche Meinungsbildung besser einordnen und muss bei Diskussionen nicht mehr alles glauben, was andere behaupten (13.12.2015).

agar-60571_1280Laien können sich heute mit wissenschaftlicher Literatur auseinandersetzen, ohne jemals den Fuß in eine Universitätsbibliothek gesetzt zu haben: Das Internet erlaubt jedem vom Wohnzimmer aus den Zugriff auf wissenschaftliche Veröffentlichungen (Papers). Besonders Mobilfunkstudien wecken das Interesse von Laien. Denn wegen der weltweiten Durchdringung sehen sich zahllose Menschen Mobilfunkfeldern ausgesetzt und weil diese Technik noch jung ist, kursieren Gerüchte über unerwünschte Nebenwirkungen. Dieser Artikel wird für Laien die Kluft zwischen dem Lesen und dem richtigen Verstehen eines Papers nicht schließen, ein gutes Stück verkleinern kann er diese Kluft mit dem Erklären häufig genutzter Fachbegriffe aber schon.

STUDIENTYPEN

Die wichtigsten Mobilfunkstudien sind epidemiologische und experimentelle Studien. Unter diesen beiden Oberbegriffen finden sich mehrere Studientypen.

Epidemiologische Studien

Beobachtungsstudien an menschlichen Populationen. Einflussfaktoren (z.B. Umwelteinflüsse) werden in Zusammenhang mit dem Auftreten von Krankheiten gebracht. Hohe Aussagekraft, da ganze Populationen untersucht werden. Einflüsse sind nicht kontrollierbar, sie werden nur registriert. Kein Nachweis eines ursächlichen Zusammenhangs möglich (Kausalzusammenhang), es wird lediglich ein statistischer Zusammenhang zwischen Einflussfaktor und Erkrankung hergestellt. Ob eine Ursache-Wirkung-Beziehung vorliegt oder zumindest wahrscheinlich ist, wird mit Hilfe der Bradford-Hill-Kriterien geprüft.

Das Problem bei epidemiologischen Studien ist die Expositionsbestimmung, die bei elektromagnetischen Feldern meistens nur grob abgeschätzt werden kann, z.B. anhand der Handynutzung oder am Wohnsitz in Bezug zur nächsten Mobilfunk-Basisstation. Messungen sind aufwendig und werden deshalb bestenfalls bei kleinen Untergruppen durchgeführt.

• Ökologische Studien

Darstellung örtlicher und zeitlicher Zusammenhänge mit einem bestimmten (vermuteten) Risikofaktor, andere Einflussfaktoren werden ignoriert. Kann als erster Hinweis oder zur Entwicklung von Hypothesen dienen, ist aber fehleranfällig. Die Naila-Studie und die Belo-Horizonte-Studie sind Beispiele für ökologische Mobilfunkstudien. Die Ergebnisse müssen durch hochwertigere epidemiologische Studien bestätigt werden. Gelingt dies nicht, sind weitere ökologische Studien überflüssig.

• Querschnittsstudien

Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird der Gesundheitszustand oder die Befindlichkeit in einer repräsentativen Stichprobe der Bevölkerung abgefragt und die Exposition (z.B. durch Basisstationen) so gut wie möglich bestimmt. Mit statistischen Methoden werden die Exposition und die Angaben zur Gesundheit in Zusammenhang gebracht. Solche Studien sind nur bei relativ häufigen und akuten Erkrankungen sinnvoll (z.B. Querschnittsstudie im Umkreis um eine Mobilfunk-Basisstation).

• Kohortenstudien

Eine Gruppe von Personen wird festgelegt (etwa ein kompletter Jahrgang aus einer Region, wie bei der dänischen Geburtskohorte) und über lange Zeiträume gesundheitlich beobachtet. Es können viele Einflussfaktoren erfasst werden (Rauchen, UV-Einwirkung, Funkfeldeinwirkung ...) und z.B. alle fünf oder zehn Jahre mit Erkrankungen (Befragung, Krebsregister) oder Todesfällen verglichen werden. Große Kohorten über viele Jahrzehnte zu verfolgen ist immens aufwendig, die Aussagekraft ist jedoch sehr hoch. Bekannte Mobilfunk-Kohortenstudien sind “Cosmos” und “Airwave”.

• Fall-Kontroll-Studien

Erkrankte Personen (Fälle) werden mit Gesunden (Kontrollen) gleichen Alters und Geschlechts aus derselben Region verglichen. Es wird untersucht, ob Kranke einem gewissen Risikofaktor häufiger ausgesetzt waren als Gesunde. Typische Fall-Kontroll-Studien (Mobilfunk) sind “Interphone”, “Cefalo” und “Mobi-Kids”.

Weitere Informationen zur Epidemiologie:

http://www.bfs.de/DE/themen/ion/wirkung/epidemiologie/epidemiologie.html

http://www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/redir.htm

http://www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/biologie/forschung.htm

https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/epidemiologie

Experimentelle Studien

Im Gegensatz zur Epidemiologie wird nicht nur beobachtet, sondern ein Versuch durchgeführt, in dem der untersuchte Einflussfaktor genau bestimmt und verändert werden kann. Auf diesem Wege ist ein ursächlicher Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung nachweisbar.

• Untersuchungen an Menschen (Humanstudien, Probandenstudien)

Experimentelle Laborstudien an freiwilligen Testpersonen, in der Durchführung oft an klinische Studien angelehnt. Es müssen deutlich weniger Personen untersucht werden als in epidemiologischen Studien. Die Aussagekraft ist begrenzt auf die untersuchte Gruppe (z.B. Männer oder Frauen eines bestimmten Alters), sie gilt nicht für die gesamte Population.

• Tierstudien

rat-440987_1280Untersuchungen an Tieren, überwiegend an Labornagern (Mäuse und Ratten). Es sind Versuchsbedingungen möglich, die beim Menschen aus ethischen Gründen nicht zulässig wären, wie Exposition weit oberhalb der Grenzwerte und Entnahme von Gewebe. Teilweise ist es sogar möglich nicht nur die Wirkung zu untersuchen, sondern auch Wirkmechanismen. Auch genetisch veränderte Tiere, die Gene für bestimmte menschliche Erkrankungen in sich tragen, können als Modellsysteme untersucht werden. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Menschen ist eingeschränkt.

Humanstudien und Tierstudien werden an lebenden Organismen durchgeführt (lateinisch: in vivo).

• Studien im Reagenzglas (in vitro)

Gewebeproben (z.B. Hirnschnitte) oder Zellkulturen werden erst exponiert (Funkfeldern ausgesetzt) und danach untersucht. Dabei geht es vor allem um die Suche nach Wirkmechanismen bei einem Verdacht auf bestimmte Wirkungen oder Erkrankungen. Bei Verdacht auf Krebs schaut man sich DNA-Schäden an, bei Verdacht auf Störungen des Nervensystems die Signalwege in Nervenzellen. Ohne eine plausible Hypothese sind Versuche in vitro ein weitgehend sinnloses Stochern im Dunkeln. Die Studienergebnisse sind nicht direkt auf Menschen übertragbar (auch nicht auf Tiere), da viele Schäden, die sich in Zellkulturen beobachten lassen, von einem gesunden Organismus repariert werden können, ohne dass die Betroffenen davon etwas bemerken. Auf diese Reparaturmechanismen darf man sich jedoch nicht verlassen, deshalb muss Verdachtsmomenten aus der In-vitro-Forschung auf anderer Ebene (in vivo) nachgegangen werden.

Weitere Informationen zu Studientypen:

http://www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/biologie/forschung.htm

Grundregel zur Bewertung des Wissensstandes

Um eine eindeutige Aussage zur Wirkung eines Einflussfaktors (z.B. elektromagnetische Felder) machen zu können, müssen die Ergebnisse von Studien auf allen Ebenen übereinstimmen. Wären die Funkfelder von Handys krebserregend, darf man erwarten, dass in epidemiologischen Studien zumindest ein kleiner Anstieg von Hirntumoren sichtbar wird. Zugleich müssten Versuchstiere zumindest bei Expositionen nahe der Grenzwerte oder darüber Tumore bekommen – und zwar dieselben wie die epidemiologisch gefundenen, nicht Hirntumor beim Menschen und Leberkrebs bei Ratten. In Zellkulturen müssten sich dann Schäden der DNA oder der DNA-Reparaturmechanismen nachweisen lassen. Bei Verdacht auf Hirntumore wäre so ein Nachweis vorzugsweise an Nervenzellen zu erbringen und nicht an Lymphozyten oder Fibroblasten. Allerdings sind in unterschiedlichen Zellen die Mechanismen oft ähnlich und vor allem Lymphozyten sind ein etabliertes Modellsystem in der Radiologie.

Da es auf Plausibilität und Widerspruchsfreiheit aller Studienergebnisse zu einer wissenschaftlichen Fragestellung ankommt, darf man auch nicht sagen, ein bestimmter Studientyp sei besonders hochwertig und ein anderer nicht. Alle Studientypen haben Vor- und Nachteile. Fachleute müssen diese kennen und bei der Bewertung einer Studie kompetent gegeneinander abwägen.

Studien an Menschen sind besonders wichtig. Doch epidemiologische Studien können keinen Nachweis eines Kausalzusammenhangs erbringen und Experimente an Menschen sind nur eingeschränkt möglich. Die Ergebnisse von Versuchen mit Tieren und Zellkulturen sind hingegen nicht 1:1 auf Menschen übertragbar, können aber Hinweise auf Wirkmechanismen liefern. WHO und IARC stützen sich bei der Bewertung der “Karzinogenität” vor allem auf epidemiologische Studien und Tierstudien. Andere (mechanistische) Studien werden nur teilweise berücksichtigt.

METHODISCHES VORGEHEN

Exposition

Bei experimentellen Studien sind technisch aufwendige Expositionsanlagen und die Berechnung des SAR-Wertes notwendig (SAR: Spezifische Absorptionsrate; nennt die Energie in W/kg, die ein Körper einem Funkfeld entzieht, das ihn umgibt). Ein handelsübliches Handy ist eine billige jedoch für wissenschaftliche Studien untaugliche Expositionsquelle. Wegen bauartbedingter Emissionseigenschaften (z.B. Richtwirkung der internen Antenne) erlaubt so eine Quelle nur ungenaue Aussagen, wie viel Energie von welchem Körpergewebe (Haut, Muskel, Fett, Hirn ...) absorbiert wird. Die Nennung von SAR-Werten auf zwei Nachkommastellen suggeriert bei solchen Studien eine Genauigkeit, die tatsächlich nicht gegeben ist. Die Ergebnisse derartiger Low-Cost-Studien sind wertlos.

Professionelle Expositionsapparaturen sind technisch weitaus aufwendiger. So muss bei Tierstudien häufig gewährleistet sein, dass Versuchstiere möglichst homogen befeldet werden. Dies lässt sich z.B. erreichen, indem eine Hochfrequenz-Expositionsquelle im Brennpunkt eines großen Parabolspiegels angebracht wird. Dann spielt es keine Rolle mehr, ob ein Käfig mit Versuchstier mittig vor dem Zentrum der Parabolantenne steht oder eher am Rand der Antenne, die Tiere werden weitgehend gleich exponiert. Dies wäre mit einer einfachen Stabantenne als Expositionsquelle nicht so.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist: Sind die Tiere fixiert oder können sie sich frei bewegen? Bei fixierten Tiere kann die Exposition auch für einzelne Organe relativ genau berechnet werden, die Tiere sind aber starkem Stress ausgesetzt, der die Ergebnisse verfälschen kann. Frei bewegliche Tiere sind weniger gestresst, die Exposition kann jedoch nicht so genau bestimmt werden.

Scheinexposition

Als Kontrolle reicht es nicht, eine Käfigkontrolle oder eine zweite Zellkultur unter ähnlichen Bedingungen in einem Nachbarraum zu halten. Bei Schülerexperimenten ist dies zuweilen zu beobachten. Ein Nachbarraum kann jedoch gegenüber dem Versuchsraum leicht abweichenden Fremdeinflüssen unterliegen, etwa bei Licht, Temperatur, Luftfeuchte, Feldeinwirkungen, Duftstoffen oder Geräuschen. Das Gebot, eine Kontrollgruppe unter identischen Umgebungsbedingungen zu halten, ist dann verletzt und die Ergebnisse einer Studie können infolge Störeinwirkungen verfälscht sein.

Eine Scheinexposition wird besser in der ausgeschalteten Expositionsanlage unter ansonsten identischen Bedingungen durchgeführt. Dann sind exponierte und scheinexponierte Tiere gleichermaßen durch enge Expositionskäfige gestresst, was bei einer Käfigkontrolle nicht der Fall ist.

Elektromagnetische Felder unterhalb der Grenzwerte zeigen, wenn überhaupt, nur sehr schwache Effekte. Dies ist bei der Interpretation eines Studienresultats zu beachten. Denn der Unterschied zwischen Käfigkontrollen und scheinexponierten Tieren ist häufig wesentlich größer als der Unterschied zwischen scheinexponierten und exponierten Tieren. Dies gilt auch bei starker Feldeinwirkung um 4 W/kg, wo Tiere bereits deutliche Verhaltensveränderungen zeigen.

Verblindung

Tierstudien und In-vitro-Studien müssen verblindet durchgeführt und ausgewertet werden. Verblindet bedeutet: Der Forscher weiß nicht welches Tier oder Präparat exponiert oder scheinexponiert war. Ansonsten könnte seine subjektive Erwartungshaltung die Ergebnisse verzerren. Dies passiert auch unbewusst und ohne jegliche betrügerische Absicht, wenngleich eine solche nicht immer ausgeschossen werden kann. Menschen haben die Tendenz, das stärker wahrzunehmen was sie erwarten. Selbst bewusstes Anstrengen, dieser Tendenz nicht zu erliegen, bewirkt keine neutrale Wahrnehmung.

Humanstudien müssen doppelblind durchgeführt werden. Das heißt, weder der Forscher noch die Testperson wissen, wann eine Exposition einwirkt und wann nicht. Wenn nur der Proband “blind“ ist, der Forscher aber nicht (einfach blind), kann es vorkommen, dass der Forscher durch ungewollte Signale (Körpersprache, Mimik, Stimmlage) das Verhalten des Probanden unbeabsichtigt beeinflusst. Proband und Forscher bemerken davon nichts, das Ergebnis kann infolge der Beeinflussung jedoch verzerrt sein. Meint etwa ein überzeugter Elektrosensibler während eines Provokationstests zu erkennen, der Versuchsleiter schaue besorgt drein, könnte er daraus schließen, eine Exposition würde jetzt stattfinden – und schon setzt er in einem Fragebogen sein Kreuz an die entsprechende Stelle.

Wird ein Proband über die Exposition in Kenntnis gesetzt, wirken sich Placebo- und Noceboeffekte massiv verfälschend aus. Und zwar selbst dann, wenn der Versuchsleiter nur behauptet, ein Exposition fände jetzt statt, dies tatsächlich jedoch nicht der Fall ist. Bei therapeutischen Anwendungen (gepulste Magnetfelder, Magnetmatten) führt der Placeboeffekt zu einer Besserung des Befindens, bei überzeugten Elektrosensiblen bewirkt der Noceboeffekt eine Verschlechterung.

Weitere Informationen zu Qualitätskriterien in der Forschung:

http://www.emf-forschungsprogramm.de/int_forschung/wirk_mensch_tier/qualitaet.html

STATISTIK

Grundlagen

grid-871475_1280Mittelwert (arithmetisch): Summe aller Werte geteilt durch deren Anzahl.

Median: Mittlerer Wert, die Hälfte der Ergebnisse liegt darunter, die andere Hälfte darüber. Der Median wird von (irreführenden) Extremwerten weniger geprägt als der Mittelwert. Beispiel: Wenn neun Mitarbeiter 3000 Euro Monatsgehalt haben, ein zehnter jedoch 30’000 Euro, wäre der arithmetische Mittelwert mit 5700 Euro Gehalt irreführend. Der Median trifft mit 3000 Euro mittleres Gehalt den Sachverhalt besser. Regeln, wie der Median zu berechnen ist, finden sich im Internet.

Standardabweichung (Standard Deviation, SD): Gibt die Streuung der Werte um den Mittelwert an. Je größer die SD, desto variabler die Daten (Messwerte). Extrem kleine SD sind verdächtig und deuten darauf hin, dass Extremwerte ausgeschossen wurden. Biologisches Material ist häufig sehr variabel, kleine SD wie in der Physik üblich, sind in der Biologie nicht zu erwarten. Zwei gleich lange und dicke Eisenstangen werden wahrscheinlich eine fast identische Masse haben, zwei Ratten aus derselben Linie höchstwahrscheinlich nicht. Dies liegt daran, dass in der Physik Messfehler eine entscheidende Rolle spielen, in der Biologie aber der Einfluss der individuellen Variabilität überwiegt.

Standardfehler (Standard Error, SE): Maß für die Genauigkeit eines Ergebnisses. Der SE hängt wie die SD von der Variabilität der Daten ab, ist aber auf die Anzahl der Messwerte normiert: Je mehr Werte, um so geringer der SE. Der SE ist immer deutlich kleiner als die SD.

Signifikanz: Der Zusammenhang zwischen einem untersuchten Einflussfaktor und dem Messergebnis ist stärker als durch Zufall zu erwarten ist.

Irrtumswahrscheinlichkeit (p-Wert, Signifikanzniveau): Maß für die Wahrscheinlichkeit, einen beobachteten Unterschied für echt zu halten, obwohl er tatsächlich zufällig ist. Die Irrtumswahrscheinlichkeit sollte unter 5 % liegen (p < 0,05), dann ist ein Unterschied signifikant. Andere Signifikanzniveaus liegen tiefer:

 Signifikant

 p < 0,05

 Hochsignifikant

 p < 0,01

 Höchstsignifikant

 p < 0,001

Ein signifikantes Studienresultat bedeutet nicht nach umgangssprachlichem Verständnis, es sei besonders wichtig oder erheblich, sondern dass es mit einer Wahrscheinlichkeit von weniger als 5 % falsch sein kann. Das ist wenig, aber nicht ausgeschlossen. Deswegen sind Replikationsstudien (Wiederholungsstudien) wichtig, um sicher zu gehen.

Power (Teststärke, ß): Maß für die Aussagekraft einer Studie. Die Power nennt die Wahrscheinlichkeit, einen tatsächlich vorhandenen Effekt nicht zu übersehen. Der Wert sollte mindestens 80 % betragen und ist vor allem bei Negativergebnissen wichtig (Studie findet keinen Effekt). Denn eine Studie, die nichts findet, aber eine so geringe Power hat, dass sie auch nichts finden kann, ist wertlos. Eine Power von 50 % bedeutet nur eine 1:1-Chance einen tatsächlich vorhandenen Effekt zu finden – oder ihn zu übersehen. Demzufolge kann die Bedeutung von Negativstudien, die keine Angaben zur Power machen, nicht eingeordnet werden. Die Power einer Studie steigt mit der Anzahl der untersuchten Proben, Tiere oder Menschen. Negativstudien an kleinen Gruppen sind deswegen nicht aussagekräftig.

Epidemiologische Statistik

Risiko: Anzahl der Betroffenen bezogen auf gesamtes Kollektiv in Prozent (0 % – 100 %) oder als Relativzahl (0 – 1). Wenn jeder fünfte erkrankt, bedeutet das ein Risiko von 20 % oder von 0,2.

Odds: Anzahl der Betroffenen im Verhältnis zu den Gesunden (0 – ∞), wenn jeder fünfte erkrankt hat Odds den Wert 0,25.

Relatives Risiko (RR): Verhältnis (Quotient) der Risikos zweier Populationen. RR < 1 bedeutet verringertes Risiko, RR = 1 unverändert, RR > 1 erhöht. RR = 2 bedeutet eine Verdoppelung des Risikos. Dabei muss die Häufigkeit der Erkrankung beachten werden. Bei einer seltenen Krankheit (z.B. 1 Betroffener aus 100’000) bedeutet RR = 2 eine Verdopplung von 1 auf 2 aus 100’000. Das ist noch immer wenig. War aber das Risiko bereits bei 25 %, steigt es mit RR = 2 auf 50 %. Anstatt jeder vierte erkrankt jetzt jeder zweite.

Odds Ratio (OR): Anstatt des Risikos werden die Odds ins Verhältnis gesetzt. Bei seltenen Krankheiten (geringe Risiken) sind RR und OR ähnlich, bei häufigen Krankheiten nicht. Beim obigen Beispiel wäre OR für die seltene Krankheit ebenfalls 2, für die häufige Krankheit aber 3.

Confidence Intervall (CI) (Konfidenzintervall, Vertrauensbereich, Vertrauensintervall, Erwartungsbereich): Gibt eine Spanne an, in der sich das richtige Ergebnis (z.B. ein RR-Wert) mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit befindet. Die Angabe 95 % CI 0,8 – 1,3 neben einem RR-Wert bedeutet, der RR-Wert liegt mit 95 % Wahrscheinlichkeit zwischen 0,8 und 1,3. Die Irrtumswahrscheinlichkeit (Signifikanzniveau) ist 5 % (p = 0,05). Doch dieses Ergebnis ist nicht signifikant, da RR = 1 (bedeutet: unverändert) innerhalb des CI-Bereichs liegt. Schließt der CI-Bereich bei RR oder OR die 1 nicht mit ein, ist das Ergebnis signifikant.

Vorsicht ist geboten bei Angaben wie dieser: RR = 1,8 (95 % CI 0,9 – 2,5). Obwohl dem Risiko RR mit 1,8 ein eindrucksvoller Risikoanstieg um 80 % innewohnt, ist dieses Ergebnis dennoch nicht signifikant.

Prävalenz: Krankheitshäufigkeit, Anzahl der Menschen aus einer bestimmten Gruppe (Population) definierter Größe, die an einer bestimmten Krankheit erkrankt sind.

Inzidenz: Anzahl der Neuerkrankungen über einen bestimmten Zeitraum (üblicherweise 1 Jahr) und eine Bevölkerungsgruppe bestimmter Größe (üblicherweise 100’000).

Morbidität: Häufigkeit einer Krankheit in einer Bevölkerungsgruppe in einem bestimmten Zeitraum. Oberbegriff für Prävalenz und Inzidenz.

Mortalität: Sterblichkeit, Sterblichkeitsrate, meist bezogen auf einen Zeitraum und eine Populationsgröße.

Weitere Information zu Risikoabschätzung in der Epidemiologie:

K. E. von Mühlendahl, M. Otto (2012) Risikokommunikation in der Umweltmedizin,
Monatsschr. Kinderheilkd. 160(5): 441–446, http://link.springer.com/article/10.1007/s00112-011-2575-3

O. Wegwarth, G. Gigerenzer (2011) Risiken und Unsicherheiten richtig verstehen lernen. 108(9):448-451,
http://www.aerzteblatt.de/pdf.asp?id=81152, http://library.mpib-berlin.mpg.de/ft/ow/OW_Risiken_2011.pdf

[Forum ►►]

[Fassung vom 14.12.2015: Mit orthografischen Korrekturen, Berichtigung des Links zu v. Mühlendahl/Otto, Hinzufügen der Informationsquelle Wegwarth/Gigerenzer.]

Dr. Giulia Ratto ist das Pseudonym einer Wissenschaftlerin, die nicht tatenlos zusehen möchte, wie sich Laien in der Elektrosmog-Diskussion in pseudowissenschaftlichen Debatten abenteuerlich versteigen. Hin und wieder rückt Dr. Ratto deshalb Dinge zurecht, die in der Debatte verrückt wurden, oder aus dem Ruder zu laufen drohen.

 

 

 

 

 

 

 

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