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Wie beeinflusst durch Windkraftanlagenen produzierter Schall den Menschen?

Details

Neuer Beitrag von Alec Salt & Jeffrey Lichtenhan, Washington University
Übersetzt von Dr. Christian Rohrbacher - mit Dank!

Liegen Sie 24 Std. des Tages mit dem Kopf im Kühlschrank?

Dr. Salt: "Großbritanniens Bundesministerium für Verteidigung hat Windkraftanlagen im Umkreis von 50 km des Eskdalemuir Seismic Array (Anm.: eine seismologische Messstation von nationaler Bedeutung) verboten. Verbote des Ministeriums, in dieser Region Kühlschränke zu betreiben, sind uns hingegen nicht bekannt, was darauf schliessen lässt, dass der Schall, den Windkraftanlagen und Kühlschränke emittieren, durchaus unterschiedlich ist."

So lautet die Reaktion von Prof. Salt auf das von Windkraftprofiteuren und Behördenmitarbeitern gebetsmühlenartig wiederholte Totschlagargument, Kühlschränke emittierten ebenso viel Infraschall wie WKA.
Fast möchte man hinzufügen: Liegen Sie 24 Std. des Tages mit dem Kopf im Kühlschrank?

Kontakt E-mail
Alec Salt : salta@ent.wustl.edu
Jeffery Lichtenhan: lichtenhanj@ent.wustl.edu

Pull-Quote

"Fast alle Messungen des von Windkraftanlagen erzeugten Schalls sind A-bewertet, wobei die ungerechtfertigte Annahme entsteht, dass das Hören der einzige Weg sei, über welchen Infraschall physiologische Effekte erzeugt."

Teaser

Die vielen Möglichkeiten, durch welche durch WKA emittierter Infraschall sowie niederfrequenter Schall nahe Anwohner schädigen können, werden im Artikel beschrieben.

Wie beeinflusst durch Windkraftanlagenen produzierter Schall den Menschen?

Einführung

Aktuelle Artikel in Acoustics Today haben eine Reihe schwieriger Fragen des durch Windenkraftanlagen erzeugten Schalls/Lärms und wie er nahe Anwohner betreffen kann, überprüft (Leventhall 2013, Schomer 2013, Timmerman 2013). Hier präsentieren wir potentielle Mechanismen, durch welche diese Effekte auftreten können.

Wesentlich an der aktuellen Debatte ist, dass es auf der einen Seite die gut finanzierte Windindustrie gibt,

  1. die sich dafür ausspricht, dass Infraschall ignoriert wird, indem sie sich einerseits darauf beruft, dass die gemessenen Pegel unter der Hörschwelle des Menschen liegen und andererseits behauptet, Lärmpegel seien durch A-gewichtete Messungen ausreichend dokumentiert,
  2. und so die Möglichkeit der Existenz des Wind-Turbinen-Syndroms (Peripont 2009) gänzlich zurückweist, und dies obwohl Ärzte (wie z.B. Steven D. Rauch, M.D. an der Harvard Medical School) die Symptome etlicher Patienten nicht anders erklären können
  3. und behauptet, dass es nicht notwendig sei, auf Grund gegebener Schallpegel Mindestabstände von WKA zu Wohnstätten einzuhalten.

Auf der anderen Seite gibt es viele Menschen, die aussagen, durch die Auswirkungen des Lärms von Windkraftanlagen so verzweifelt zu sein, dass sie es nicht länger ertragen können, in ihren Häusern zu leben. Einige ziehen fort, entweder mit finanziellen Verlusten oder sie werden von den Anlagebetreibern freigekauft. Andere versuchen, mit diesen „Unannehmlichkeiten“ zu leben, benötigen aber häufig medizinische Behandlung, um mit ihren Symptomen zurecht zu kommen. Einige, sogar Mitglieder der gleichen Familie, können hingegen davon gänzlich unbeeinflusst bleiben.

Es folgt eine Schilderung einer Frau aus Europa, die wir vor ein paar Wochen als Teil einer spontanen E-Mail erhalten haben:

"Von dem Moment an, als die Turbinen eingesetzt wurden, erlebte ich kontinuierliche Schwindel artige Symptome. In vielerlei Hinsicht ist das, was ich jetzt erlebe, eigentlich noch schlimmer als dieser Schwindel. Manchmal ist die damit verbundene Übelkeit ganz extrem und übersteigt dann sogar die Schwindelgefühle an Intensität. Für mich ist dieser pulsierende, brummende Lärm, der von den Turbinen ausgeht, etwas, das ich nicht ausblenden kann, etwas, das sich in der Tat massiv auf mich auszuwirken scheint. Während der Chief Scientist [die Person, welche die Schallmessungen in ihrem Haus durchführte] mir sagte, dass er das niederfrequente Brummen der Energieanlagen selbst auch wahrnahm (er lebt selbst in der Nähe eines Windparks und hatte die Brummgeräusche im Innenbereich seines eigenen Hauses ebenfalls aufgezeichnet), wies er gleichzeitig darauf hin, dass ich dieses Rauschen ignorieren könne und etwaige negative Symptome, die ich erlebe, einfach nur psychosomatisch seien."

Wir fragten, wie sie sich fühle, wenn sie von der Windkraftanlage entfernt ist, worauf sie antwortete:

„Ich habe es geschafft, gegen Ende August Urlaub zu nehmen und für diese zwei Wochen, in denen wir weg waren, ging es mir rundum gut.“

Das Ziel unserer Arbeit in diesem Bereich ist, zu verstehen, ob die Physiologie des Ohres die Symptome, welche die Betroffenen den Windturbinengeräuschen zuschreiben, erklären kann oder nicht. Wie es allgemein der Fall ist, wenn eine Debatte die finanziellen Interessen der Industrie und deren Rechtswohlbefinden (legal well-being) beeinflusst, kann auch hierbei die wissenschaftliche Objektivität der Personen, die mit der Industrie verbunden sind, durchaus in Frage gestellt werden. Haftungsfragen, Schadensersatzansprüche und große Mengen an Geld können die Ergebnisbilanz empirischer Studien deutlich beeinflussen. Ob es sich dabei um die chemische Industrie handelt, der die Verunreinigung des Grundwassers mit krebserregendem Dioxin angelastet wird, die Tabakindustrie, der die Erzeugung von Lungenkrebs vorgeworfen wird oder Athleten der National Football League (NFL), die Gehirnschädigungen davongetragen haben sollen, es kann äußerst schwierig sein, die Wahrheit herauszufinden, wenn einige die Ansicht vertreten, den Status quo schützen zu müssen. Nur wenn ausreichend wissenschaftliche Erkenntnisse von denen, die nicht für die Industrie arbeiten, zusammengetragen werden, erst dann kann die Sache ernsthaft beurteilt werden.

Woher stammt unser Engagement zum Thema „Windkraftanlagen und Infraschall“ ?

Was brachte uns dazu, anzunehmen, dass Infraschall entscheidend an den mit Windkraftanlagen verknüpften Problemen beteiligt ist und wie kamen wir dazu, uns an der darüber geführten Debatte zu beteiligen? Wir sind eine kleine Gruppe von Menschen, die sich Grundlagen-basierten und angewandten Wissenschaften verschrieben haben, was bedeutet, dass sich unsere Arbeit mit den grundlegenden Fragen, wie das Ohr in normalen und erkrankten Zuständen funktioniert, befasst. Bei der Entwicklung von Paradigmen (theoretischen Leitlinien/Grundlagen) für unsere Studien haben wir eine klassische Methode namens Niederfrequenz-Vorspannung („low-frequency biasing“) benutzt - Messungen der Reaktionen des Ohrapparates auf ein Testgeräusch im hörbaren Bereich bei gleichzeitiger Applikation eines niederfrequenten Tons (z.B. 4,8 bis 50 Hz), um damit die Sinneswahrnehmung durch das Innenohrs zu unterdrücken/verlagern (displace). Einige Reaktionen des Gehörs zeigten einen Sättigungsverlauf (saturate), wenn sie durch den Vorspannungs-Ton (bias-tone) unterdrückt wurden, der verwendet werden kann, um festzustellen, ob das Sinnesorgan symmetrisch vibriert, oder ob es etwa durch eine Störung im Flüssigkeitshaushalt einseitig unterdrückt/verdrängt (displace) wurde. Ein Zustand namens "Endolymphatischer Hydrops", der bei Menschen mit Morbus Menière gefunden werden kann, kann die Wahrnehmungsfunktion durch das Sinnesorgan verdrängen / verlagern / unterdrücken (displace), indem der Raum, der die Flüssigkeit namens Endolymphe enthält, anschwillt. In unseren Tierversuchen verwendeten wir zunächst 20 bis 50 Hz Bias-Töne, aber aus vielen Gründen, zum großen Teil basierend auf einer Studie, in der wir feststellten, dass das Ohr auf Frequenzen bis herunter zu 1 Hz reagiert (Salt und DeMott, 1999), benutzten wir dann die niedrigste Frequenz, die unsere Hardware erzeugen konnte, 4,8 Hz, eine Frequenz, die in den unteren Infraschallbereich fällt. Im Laufe von Hunderten von Experimenten haben wir zahlreiche Beeinflussungseffekte bei 4,8 Hz Tönen auf einem Niveau von 80 bis 90 dB SPL (sound pressure level = Schalldruckpegel) gefunden (d.h. -13 bis -3 dBA). Wir konnten dabei zeigen, dass das Ohr um etwa 20 dB empfindlicher auf Vorspannungs-Töne (bias tones) im Infraschallbereich reagierte, wenn die Flüssigkeitsräume in der Cochleaspitze teilweise verschlossen waren, wie es beim Endolymphatischen Hydrops der Fall ist.

Ende 2009 erhielt der erste darüber forschende Autor einen Bericht von einer Frau mit Morbus Menière, deren Symptome - vor allem Schwindel und Übelkeit - sich stark verschlimmerten, wenn sie in der Nähe von Windkraftanlagen war. Aus unseren Tierversuchen wussten wir: diese Frau war wahrscheinlich überempfindlich für stark niederfrequente Töne. Unsere anschließende Sichtung der Literatur über Windkraftrauschen ergab zwei Aspekte, die absolut erstaunlich waren:

  1. Fast alle Messungen von Windkraftanlagenlärm/-schall sind A-bewertet, wobei zu Unrecht vorausgesetzt wird, dass das Hören der einzige Weg ist, auf dem Infraschall physiologische Effekte erzeugt. Die wenigen Studien, die unbewertete Messungen von Windkraftrauschen enthalten oder auch neu berechnete Spektren, in denen die A-Gewichtung aus bereits veröffentlichten A-bewerteten Spektren wieder herausgerechnet wurde, zeigten eindeutig ansteigende Energiepegel hin zu niedrigeren Frequenzen, mit höchstem Energieniveau im Infraschallbereich. Wir waren überrascht, dass objektive Vollfrequenzmessungen zeigten, dass Windkraftanlagen Infraschall auf einem Niveau erzeugen, durch welches das Ohr, und das auf durchaus verschiedene Weise, stimuliert werden kann. Unter diesen Umständen wären rein A-gewichtete Messungen der Turbinengeräusche höchst irreführend.
  2. Internetseiten der Windindustrie und von dieser veröffentliche Literatur enthalten oft klare Aussagen, dass der von Windkraftanlagen ausgehende Infraschall von keinerlei Bedeutung sei. Diese Ansicht basiert weitgehend auf Leventhalls Publikationen (2006, 2007). Windkraftanlagenlärm/-schall wurde mit Geräuschen von raschelnden Blättern, fliessendem Wasser, oder auch dem Lärm von Klimaanlagen (z.B. in Büros) oder Kühlschränken, selbst aus dem Nebenzimmer stammend, verglichen. Wenn Windkraftanlagenlärm/-schall wirklich mit solchen Quellen vergleichbar wäre, dann wären keinerlei Beschwerden zu erwarten. In der Tat sind Turbinengeräusche nur dann mit diesen Quellen vergleichbar, wenn die ultra-tiefen Frequenzen, die von den Turbinen ausgesandt werden, infolge ausschließlich A-gewichteter Messungen ignoriert werden. Messstationen, die Infraschall oder niederfrequenten seismisch erzeugten Schall für andere Zwecke aufzeichnen (zum Nachweis von Explosionen, Meteoren, vulkanischer oder atmosphärischer Aktivität, etc.), sind sich darüber sehr wohl bewusst, dass alle niederfrequenten Töne, die von fernen Windparks ausgehen oder in Form von Körperschall über den Boden übertragen werden, ihre Messwerte beeinflussen können. Großbritanniens Bundesministerium für Verteidigung hat Windkraftanlagen im Umkreis von 50 km des Eskdalemuir Seismic Array (Anm.: eine seismologische Messstation von nationaler Bedeutung) verboten. Verbote des Ministeriums, in dieser Region Kühlschränke zu betreiben, sind uns hingegen nicht bekannt, was darauf schliessen lässt, dass der Schall, den Windkraftanlagen und Kühlschränke emittieren, durchaus unterschiedlich ist. Daher war und ist es ziemlich erstaunlich, dass der Großteil der WKA - Schallmessungen den Bereich niederfrequenten Rauschens ausschließt. Angesichts der Erkenntnis, dass das Ohr auf niederfrequente Töne und Infraschall reagiert, ist uns bewusst, dass Vergleiche mit harmlosen Infraschallquellen unzulässig sind, und die stringente Tendenz zu A-gewichteten Schallmessungen wissenschaftlich betrachtet völlig in die Irre führt.

Wie das Ohr auf Infraschall reagiert

Experimentelle Messungen zeigen stabile elektrische Reaktionen der Cochlea auf Infraschall (Salt & DeMott, 1999, Salt & Lichtenhan, 2013). Diese Erkenntnis war zunächst schwierig in Einklang zu bringen mit Messungen, welche zeigten, dass das Gehör gegenüber solchen Tönen besonders unempfindlich war, aber die Erklärung fand sich in den zwischenzeitlich etablierten physiologischen Untersuchungen des Ohres, die zeigen, dass in der Cochlea zwei unterschiedliche Arten von Sinneszellen mit jeweils sehr unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften existieren (Cheatham & Dallos 2001).

Salt Fig1Abb.1 Das Sinnesorgan der Cochlea, welches die inneren und äußeren Haarzellen und die neuronale Anatomie darstellt.

Der für das Hören zuständige Teil des Innenohrs, die Cochlea, hat zwei Arten von Sinneszellen. Die inneren Haarzellen (IHC, in Abb. 1 grün dargestellt) sind innoviert von afferenten Nervenfasern vom Typ I, welche für das Hören zuständig sind. Die Stereozilien (Sinneshärchen) der IHCs sind frei schwebend und nicht in Berührung mit der darüber liegenden gallertartigen Tektorialmembran (grau dargestellt). Sie werden mechanisch durch Flüssigkeitsbewegungen im Raum unterhalb dieser Membran verschoben. Da ihr Zugang zu den Schwingungen des Sinnesorgans Flüssigkeitsgekoppelt ist, weisen sie „Geschwindigkeits-empfindliche" Resonanzen auf. Da die Geschwindigkeit der Bewegungen bei niederfrequenten Tönen abnimmt (Anm.: Flüssigkeit reagiert träger als ein Festkörper), macht deren Flüssigkeits-gekoppelter Zugang die IHCs sehr niedrigen Frequenzen gegenüber unempfindlich.

Die andere Art von Sinneszellen, die äußeren Haarzellen (OHC, in Abb. 1 rot dargestellt) werden von afferenten Nervenfasern des Typs II innerviert, die nicht so gut wie Typ-I-Fasern erforscht sind. Typ II Fasern vermitteln bewusstes Hören wahrscheinlich nicht per se. Im Gegensatz zu den IHC sind die Stereozilien der OHC mit der Tektorialmembran fest verbunden. Diese direkte mechanische Kopplung verleiht ihnen „Auslenkungs-empfindliche“ Eigenschaften, was bedeutet, dass sie gut auf niedrige Frequenzen und Infraschall reagieren. Die elektrischen Resonanzen des Ohres, die wir aufgezeichnet und untersucht hatten, stammen von genau diesen sensiblen OHCs. Nach unserem Verständnis sind ausgesprochen niedrigfrequente Töne und Infraschall, also Schall weit unter dem Niveau dessen, was normalerweise gehört werden kann, ohne Weiteres fähig, die Cochlea zu stimulieren. Also können auch niederfrequente Töne und Infraschall von Windkraftanlagen das Ohr auf einem Niveau weit unterhalb des Niveaus des Hörens stimulieren.

Die Eine-Millionen-Dollar-Frage lautet, ob die Stimulation durch WKA erzeugten Infraschall und damit dessen Auswirkungen auf das Ohr beschränkt bleiben und somit keinen weiteren Einfluss auf Mensch oder Tier haben. Derzeit ist die Haltung der Windindustrie und deren akustischer Berater, dass keine Auswirkungen durch langfristige niederfrequente Beschallung und Stimulation durch Infraschall existieren. Dies ist keineswegs durch Studien belegt, die etwa zeigen könnten, dass langfristige Stimulation durch Infraschall von geringer Lautstärke (low-level infrasound) keinen Einfluss auf Mensch und Tier hat. Studien dieser Art sind noch nie durchgeführt worden. Diese enge Sicht der Dinge zeigt einen bemerkenswerten Mangel an Verständnis für die Komplexität biologischer Systeme und ist höchstwahrscheinlich inkorrekt. Wie wir weiter unten zeigen, existieren mehrere physiologische Mechanismen, durch welche eine langfristige Infraschall-Stimulation Auswirkungen auf die Cochlea haben könnte.

Ein bedeutsamer Aspekt von Windkraftanlagenschall und -lärm, - relevant für dessen physiologische Konsequenzen -, ist folgender: die Dauer der Exposition kann extrem lang sein kann, 24 Stunden am Tag, für etliche Tage oder sogar länger andauernd, je nach Windverhältnissen. Dies unterscheidet sich deutlich vom meisten Industrielärm, wo etwa 8 Stunden Einsätze typisch sind, mit längeren Zeiträumen von Stillstand und Ruhe (z.B. Ruhe für 16 Stunden pro Tag und am Wochenende). Es gibt zahlreiche Studien zur Exposition von Infraschall mit höheren Schalldruckpegeln für die Dauer einiger Stunden, aber es gibt bisher keine systematische Studie zur dauerhaften Exposition von Infraschall über einen längeren Zeitraum. Der Grad an niederfrequenter Cochlea-Stimulation, der durch WKA-Schall erzeugt wird, ist bemerkenswert schwer zu ermessen, weil eben fast ausschließlich A-bewertete Schallpegel-Messungen vorliegen. Es kann sicher nicht davon ausgegangen werden, dass diese Art der Cochlea-Stimulation unerheblich ist, nur weil sie durch A-gewichtete Pegelmessung nicht ausreichend dargestellt wird (because A-weighted level measurements are low). Beispielsweise fallen durch eine 5 Hz Stimulation Cochlea Reaktionen um 30 dBA niedriger/geringer aus (cochlear responses are generated at -30 dBA) und diese Stimulation reicht aus, um bei den Reaktionen bei etwa 20 dBA eine Sättigung zu erzeugen (was bedeutet, dass die Signalwandlung an ihre Grenzen stößt) (Salt & Lichtenhan 2012; Salz et al., 2013). Wir konnten ebenso zeigen, dass 125 Hz Tiefpass-gefiltertes Rauschen (Rauschen bei dem alle Frequenzen größer 125 Hz herausgefiltert wurden) bei nur 45 dBA größere Resonanzen/Reaktionen erzeugt als Breitbandrauschen mit gleichem Niederfrequenzgehalt bei 90 dBA (Salt & Lichtenhan 2012).

Wir fassen zusammen:

Die für niedrige Frequenzen zuständigen Bereiche des Ohres werden durch den von WKA ausgehenden Lärm/Schall anhaltend mäßig bis stark stimuliert. Es gibt eine Anzahl plausibler Mechanismen, welche die Wirksamkeit dieser Stimulation auf das System erklären können.

Salt Fig2

Abb.2 Demonstration von biologisch erzeugter Amplitudenmodulation an einen nicht-modulierten Stimulus (grün), bestehend aus einem hörbaren Ton von 500 Hz plus einem Ton von 4,8 Hz (Infraschall). Das cochleäre Mikrophonpotential (blau), erzeugt durch OHCs, enthält niedrige und hohe Frequenzkomponenten. Die IHCs erfassen nur die Hochfrequenzkomponente, im Falle des hier eingesetzten Stimulus Amplituden-moduliert mit der doppelten Infraschallfrequenz.

1) Amplitudenmodulation: Niederfrequenz-Vorspannung hörbarer Töne

Die Modulation der biomechanisch-elektrischen Signalwandlung des Innenohrs durch Infraschall ist etwas völlig anderes als die Amplitudenmodulation hörbarer Töne, die mit einem Schallpegelmeter in der Nähe von Windkraftanlagen unter bestimmten Bedingungen gemessen werden kann. Dies kann man zeigen durch die Zuhilfenahme niederfrequenter Einflussgrößen, wobei ein niederfrequenter und ein höherfrequenter, hörbarer Ton gleichzeitig angewandt werden.

VOHCs reagieren sowohl auf Nieder- als auch auf Hochfrequenzkomponenten und modulieren die Hochfrequenzkomponente entweder durch Sättigung der biomechanisch-elektrischen Signalwandlung oder durch zyklische Veränderung der mechanischen Verstärkung der hohen Frequenzen. IHCs, unempfindlich gegenüber niederfrequenten Tönen, hingegen nehmen eine Hochpass gefilterte Abbildung der OHC-Antwort wahr, eine amplitudenmodulierte Version des akustischen Testtons, wie in Abb. 2 dargestellt. Da Hören durch die IHCs, deren Innervation etwa 90-95% der afferenten Bahnen des Hörnervs ausmachen, vermittelt wird, hört die Versuchsperson den höherfrequenten Testton mit schwankender Amplitude, d.h. nimmt diesen impulshaft wahr. Eine ähnliche Beeinflussung der cochleären Reaktion, verursacht durch low-level tone pips, konnte durch die Wirkung des niederfrequenten Beeinflussungs-Tons, der wiederum den OHC-basierten Cochlea-Verstärkungsfaktor veränderte (Lichtenhan 2012), erklärt werden. Dieselbe Studie zeigte zudem, dass die für den niederfrequenten Bereich zuständigen apikalen Regionen des Ohres niederfrequenten Beeinflussungen gegenüber äußerst empfindlich waren. Studien wie diese weisen darauf hin, dass die Amplitudenmodulation (Anm.: entspricht einer Impulshaftigkeit) von Geräuschen, welche Menschen, die in der Nähe von Windkraftanlagen leben, als besonders störend empfinden, nicht so einfach durch Messungen mit einem A-gewichteten Schallpegelmeter erklärt werden können. Vielmehr müssen die wirksamen niederfrequenten Schallanteile sowie der Infraschall selbst als wichtiger Teil des wahrgenommenen Phänomens betrachtet werden. Subjektiv gesehen ist die wahrgenommene Schwankung eines amplitudenmodulierten Tons und eines niederfrequenten biased-Tons (ein Ton, dessen Wahrnehmung durch den gleichzeitigen Einfluss niederer Frequenzen verändert wurde) identisch, obwohl ihre Entstehungsmechanismen völlig unterschiedlich sind. Für das Subjekt tragen die summierten Effekte beider Arten von Amplitudenmodulation zur Wahrnehmung der Impulshaftigkeit bei. Akustiker müssen sich von daher bewusst sein, dass der Grad der Modulation, der von Menschen und Tieren in der Nähe von Windkraftanlagen wahrgenommen wird, den von einem Schallpegelmeter erfassten Grad durchaus überschreiten kann.

2) Endolymphatischer Hydrops, induziert durch niederfrequete Töne

Wie breits erwähnt, stellt sich Endolymphatischer Hydrops als Schwellung des innersten, membrangebundenen Flüssigkeitsraums des Innenohrs dar. Niederfrequente Töne - mässiger bis mäßig-intensiver Natur - für nur 1,5 bis 3 Minuten gegeben, können Hydrops (Abbildung 3), Tinnitus (Ohrgeräusche) und Änderungen der Gehörpotentiale und der akustische Emissionen, die physiologische Kennzeichen des Endolymphatischen Hydrops sind, induzieren (Salt, 2004, Drexl et al. 2013).

Im Gegensatz zum Hörverlust, der durch laute Geräusche verursacht wird, sind die durch Endolymphatischen Hydrops bedingten Symptome, nicht dauerhaft und können sich zurückbilden oder zumindest schwanken, wenn sich der Grad des Hydrops verändert. Rückkehr zur Ruhe (wie in Abb. 3) oder eine Verlagerung weg von der niederfrequenten Beschallung ermöglicht es, den Hydrops und die damit einhergehenden Symptome aufzulösen. Das würde übereinstimmen mit der Symtombeschreibung der Dame aus Deutschland (s.o.). Da Hydrops eine mechanische Schwellung des membrangebundenen Endolymphatischen Raums ist, wirkt er sich auf die meisten dehnbaren Regionen aus, in erster Linie die Cochleaspitze und den vestibulären Sacculus. Patienten mit Problemen im Bereich des Sacculus empfinden in der Regel ein Gefühl subjektiven Schwindels, der durch Gangunsicherheit und Übelkeit begleitet ist. Wie bereits oben erwähnt, reagiert ein Ohr, das einen Endolymphatischen Hydrops entwickelt hat, um mehr als 20 dB empfindlicher auf Infraschall, weil das Helicotrema (= die Cochleaspitze) teilweise blockiert ist (Salt et al. 2009). Die Möglichkeit eines Rückkopplungseffekt muss erwogen werden: ein durch niederfrequente Beschallung induzierter Hydrops macht das Ohr für niedrige Frequenzen noch empfindlicher.

Salt Fig3

Abb. 3: bereits die kurze Expostion niederfrequenter Töne verursacht Endolymphatischen Hydrops bei Tieren (Salz, 2004) und Tinnitus sowie Schallemissionsänderungen einhergehend mit Endolymphatischem Hydrops bei Menschen (Drexel et al, 2013). Die anatomischen Abbildungen auf der rechten Seite zeigen den Unterschied zwischen der normalen (oberen) und hydroptischen (unteren) Cochlea. Der endolymphatische Raum (blau dargestellt) ist in der hydroptischen Cochlea vergrößert, in diesem Fall operativ erzeugt.

Bisher wurde in allen Studien zu einem durch niederfrequente Beschallung induzierten Hydrops eine sehr kurze Expostionsdauer (1-2 min) verwendet. Beim Menschen liegt dies zum Teil an ethischen Bedenken über die möglichen langfristigen Folgen längerer Exposition (Drexel et al., 2013). Dass Endolymphatischer Hydrops durch längere Exposition niederfrequenen Schalls auch bei mässiger Lautstärke erzeugt werden kann, ist indes höchstwahrscheinlich.

3) Die Erregung der afferenten Nervenbahnen der OHCs

Etwa 5-10% der afferenten Nervenfasern (die Signale von der Cochlea an das Gehirn senden - die oben erwähnten Typ II Fasern) bilden eine Synapse mit den OHCs. Diese Fasern reagieren kaum auf Geräusche im üblichen hörbaren Bereich, und werden nicht mit bewusstem Hören in Verbindung gebracht. Die Erregung dieser Fasern kann jedoch andere Wahrnehmungen, wie etwa Gefühle eines verstopften Ohres oder auch Tinnitus erzeugen. Darüber hinaus scheint in Anbetracht dessen, was man über diese Neuronen durch in vitro Aufzeichnungen gelernt hat, Infraschall der ideale Stimulus zu sein, um OHC-afferente Fasern zu erregen (Weisz et al 2012; Lichtenhan & Salz, 2013). In vivo Erregung von OHC-Afferenzen mit Infraschall muss erst noch im Versuch durchgeführt werden, aber vergleichbare Fasern haben sich bei Vögeln bereits als auf Infraschall hochempfindlich erwiesen (Schermuly & Klinke, 1990) erwiesen. OHC-Afferenzen (die von den OHCs zum Gehirn aufsteigenden Nervenbahnen) innervieren Zellen des Nucleus cochlearis, der eine wichtige Rolle spielt im Zusammenhang mit selektiver Aufmerksamkeit und Alarmreaktionen, was wiederum die Schlafstörungen, die etliche Menschen, die in der Nähe von Windkraftanlagen-Bericht leben, erklären kann (Nissenbaum et al., 2012). Die Wahrscheinlichkeit, dass OHC-Afferenzen mit den Auswirkungen niederfrequenten Schalls in direkter Verbindung stehen, werden zudem gestützt durch die Beobachtung, dass die Typ-II-Innervation in den Niederfrequenz-Cochlea-Regionen, also den Regionen, welche auf Infraschall ganz besonders empfindlich reagieren, am deutlichsten ausgeprägt ist (Liberman et al. 1990, Salt et al. 2009).

4) Verschlimmerung von Lärmschwerhörigkeit

Vor einigen Jahren haben wir Experimente durchgeführt, um die Hypothese, dass Infraschall vor Lärm bedingten Hörschäden schützen soll, auf ihre Richtigkeit zu überprüfen (Harding et al. 2007). Wir schlussfolgerten, dass niederfrequente Vorspannung periodisch die biomechanisch-elektrischen Signalwandlungskanäle des Sinnesorgans zu schließen vermag (um elektrische Resonanzen zu verringern, wie es in den Vorspann Studien oben gezeigt wurde), um damit die Dauer schädlicher Überstimulierung der Haarzellen durch Lärmbelastung zu verkürzen. Die experimentelle Studie ergab, dass genau das Gegenteil der Fall ist. Wir fanden heraus, dass die simultane Beschallung mit Infraschall sowie Lärm in der Tat das Ausmaß lärmbedingter Schädigung verstärkte, im Vergleich zur reinen Lärmbeschallung, ohne den Infraschallanteil. Wir schlossen daraus, dass tieffrequenter Schall eine Verwirbelung von Flüssigkeiten (Endolymphe und Perilymphe) im Bereich des Haarzellverlustes erzeugte, was zu größeren Läsionen führte. Daraus kann wiederum geschlussfolgert werden, dass langfristige Belastung durch Infraschall durch Windkraftanlagen sowohl Alters- wie Lärmschwerhörigkeit zu verschlimmern vermag. Da diese Formen von Hörverlusten sich sehr langsam, über Jahrzehnte entwickeln bzw. fortschreiten, könnte dies bei nahen Anwohnern eine schleichende Folgeerscheinung der Infraschalleinwirkungen darstellen, welche schlichtweg Jahre braucht, um offensichtlich zu werden.

5) Infraschall Stimulation der vestibulären Sinnesorgane

Der jüngste Austausch in diesem Journal von Drs. Leventhall und Schomer über die direkte Stimulation der vestibulären Rezeptoren durch Infraschall und niederfrequenten Schall sind bemerkenswert. Dr Leventhall behauptet, dass sowohl Dr. Schomer als auch Dr. Pierpont in ihrer Annahme falsch liegen, dass WEA erzeugter Infraschall vestibuläre Rezeptoren stimulieren kann, unter Berufung auf Arbeiten von Todd, in welchen die Sensibilität des Gehörs als Reaktion auf mechanische niederfrequente Stimulation durch Knochenleitung gemessen wurde. Leventhall vergisst zu erwähnen, dass es keinerlei Studien gibt, die von vestibulären Reaktionen oder besser gesagt vestibulären Nicht-Reaktionen auf akustische Beeinflussung durch Infraschall berichten. Dies bedeutet, dass Leventhall sich mit all seinen starken Behauptungen auf keine einzige Studie berufen kann, die schlüssig nachweisen kann, dass vestibuläre Rezeptoren des Ohres nicht auf Infraschall reagieren. In zahlreiche Studien konnten Resonanzen/Reaktionen von Sacculus und Utrikulus auf hörbaren Tone gemessen werden. In der Tat sind solche Messungen die Grundlage klinischer Funktionsuntersuchungen der Maculaorgane (Sacculus und Utrikulus) durch VEMP (vestibuläre evozierte Muskelpotentiale). Einige dieser Untersuchungen haben gezeigt, dass die Empfindlichkeit auf akustische Stimulation zunächst abnimmt, wenn die Frequenz verringert wird. Andererseits zeigen in vitro Experimente, dass vestibuläre Haarzellen für Infraschallfrequenzen (~ 1 - 10 Hz) maximal empfindlich sind. So kann sich die Empfindlichkeit auf akustische Stimulation (wieder) erhöhen, wenn die Stimulusfrequenz in den Infraschallbereich abgesenkt wird. Direkte in vivo vestibuläre Erregung stellt daher eine Option dar, bis gezeigt werden konnte, dass sacculäre und andere vestibuläre Rezeptoren ausdrücklich nicht auf diese Stimulation reagieren. ??

Durch niederfrequente Beschallung induzierter Endolymphathischer Hydrops könnte, wie oben diskutiert, den Grad der Erregung des Sacculus durch akustische Signale erhöhen. Hydrops verursacht die Expansion der dehnbaren sackförmigen Membran, in vielen Fällen in solchem Ausmaß, dass sie direkt mit der Fußplatte des Steigbügels (Stapes) in Kontakt kommt. Dies war die Grundlage für das mittlerweile überholte "tack" Verfahren zur Behandlung der Menière-Krankheit, bei der eine scharfe Prothese in die Stapesfußplatte implantiert wurde, um den Sacculus zu perforieren (Schuknecht et al., 1970). Wenn der Sacculus sich vergrößert, werden Vibrationen auf die Endolymphe, nicht Perilymphe, übertragen und machen die akustische Stimulation des Rezeptors dadurch möglicherweise effektiver. Zudem existieren bestimmte Patientenklientele, deren vestibulären Systeme sehr niederfrequenten Geräuschen und Infraschallstimulation gegenüber überempfindlich sind. Zum Beispiel ist es bekannt, dass bei Patienten mit Bogengangsdehiszenz durch akustische Stimulation Schwindel auftritt. Bei subklinischen Gruppen mit leichter oder unvollständiger Dehiszenz kann sich der Vestibularapparat gegenüber niederfrequenten Töne empfindlicher erweisen als in der Allgemeinbevölkerung.

6) Potenzielle Schutz Therapie gegen Infraschall

Eine häufig angewendete klinische Behandlung könnte das klinische Problem erhöhter Sensibilität auf Infraschall evtl. lösen. Paukenröhrchen sind kleine Gummi "Ösen", die mittels Myringotomy (einem kleinen Schnitt) im Trommelfell platziert werden, um die Perforation offen zu halten. Sie werden routinemäßig benutzt, um Kinder gegen Mittelohrerkrankungen zu behandeln und sind erfolgreich verwendet worden, um Fälle der Menière-Krankheit zu behandeln. Die Platzierung von Paukenröhrchen ist ein einfacher ambulanter Eingriff. Obwohl Tympanostomie-Röhrchen nur unbedeutenden Einfluss auf das Gehör bei Sprachfrequenzen haben, dämpfen sie die Empfindlichkeit gegenüber niederfrequenten Tönen drastisch(Voss et al., 2001), indem sie den Druck zwischen Gehörgang und Mittelohr ausgleichen. Die effektive Höhe des Infraschalls, der das Innenohr erreicht, konnte durch diese Behandlung um 40 dB oder mehr reduziert werden. Paukenröhrchen sind nicht dauerhaft, vielmehr entfernen sie sich typischerweise in einem Zeitraum von wenigen Monaten von selbst oder können auch vom Arzt entfernt werden. Niemand hat jemals beurteilen können, ob Paukenröhrchen die Symptome von Menschen, die in der Nähe von Windkraftanlagen leben, lindern. Aus der Perspektive der Patienten mag dies jedoch dem Auszug aus ihren Häusern oder der medizinischen Behandlungen von Schwindel, Übelkeit und/oder Schlafstörungen vorzuziehen sein. Die Ergebnisse einer solchen Behandlung, egal ob positiv oder negativ, würden wahrscheinlich erheblichen wissenschaftlichen Einfluss nehmen auf die Debatte über die schädigende Wirkung des durch Windkraftanlagen emittierten Lärms und Schalls.

Schlussfolgerungen und Überlegungen

Wir konnten mehrere Möglichkeiten aufzeigen, wie Infraschall und niederfrequenter Schall das Ohr beeinflussen und zu den Symptome führen kann, die etliche nahe Anwohner von Windkraftanlagen berichten. Mit der Zeit wird die physiologische Ursache der Symptome so mancher Anwohner immer deutlicher werden und damit offenbaren, dass die jahrelangen Behauptungen der Windindustrie-Akustiker: „Was man nicht hören kann, kann auch nicht krank machen“ oder auch Unterstellungen wie etwa die, dass Symptome rein psychosomatisch seien oder gar dem so genannten Nocebo-Effekt unterlägen, einer großen Ungerechtigkeit entsprachen.

Zu dieser derzeit extrem polarisierten Situation kam es, weil unser Verständnis für die Folgen einer Langzeit-Stimulation mit Infraschall auf einem sehr primitiven Niveau stehen geblieben ist. Basierend auf den gut etablierten Prinzipien der Physiologie des Ohres, insbesondere wie es auf sehr niedere Frequenzen reagiert, gibt es ausreichend Begründungen, dieses Problem ernster zu bewerten als dies bis dato der Fall ist. Es existieren viele wichtige wissenschaftliche Fragen, die nur durch sorgfältige und objektive Forschung gelöst werden können. Obwohl die labortechnische Erzeugung von Infraschall technisch schwierig umzusetzen ist, sind bereits etliche Forschungsgruppen dabei, das erforderliche Setting aufzubauen, um kontrollierte Studien am Menschen durchzuführen.
Ein wichtiger Punkt ist die Rolle, welche so manche Akustiker sowie Gesellschaften von Akustikern dabei spielten. Die primäre Aufgabe von Akustikern sollte es sein, die Bevölkerung vor negativen Einflüssen durch Lärmexposition zu (be)schützen und ihr zu dienen. Im Falle des durch Windkraftanlagen erzeugten Schalls und Lärms haben die meisten jedoch wie es aussieht versagt. Jahrelang haben sie sich versteckt hinter mittlerweile als falsch entlarvten Mantren, die wiederholt in so mancher Form aufgesagt wurden:
„Was man nicht hören kann, kann nicht krank machen.“
„Wenn man etwas nicht hören kann, kann man es auch nicht auf andere Art wahrnehmen und es kann deshalb auch nicht krank machen.“
„Infraschall von Windkraftanlagen liegt unter der Hörschwelle und ist deshalb folgenlos.“
„Infraschall ist bei Anlagen (WKA) von dieser Bauart zu vernachlässigen.“
„Ich muss kategorisch feststellen, dass der von derzeit üblichen Windkraftanlagen ausgesandte Infraschall völlig bedeutungslos ist.“

Alle diese Behauptungen gehen davon aus, dass das Hören durch die für Infraschall unsensiblen Inneren Haarzellen (der Cochlea) der einzige Weg der Beeinflussung des Körpers durch niederfrequenten Schall ist. Wir wissen, dass diese Annahme falsch ist, was wiederum durch mangelndes bzw. ungenaues Verständnis der Physiologie des Ohres begründet ist.

Ein weiteres Anliegen, das behandelt werden muss, ist die Entwicklung von WKA-Lärm-/Schallmessungen, die klinische Relevanz haben. Der Einsatz von
A-gewichtete Messmethoden muss neu bewertet werden, da dieser sich auf das (für Infraschall) unempfindliche, durch die Inneren Haarzellen vermittelte Hören bezieht, und damit die Stimulation des Innenohrs durch Schall grob fehlinterpretiert. Wissenschaftlich betrachtet sind A-gewichtete Messungen inakzeptabel, da viele Anteile des Ohrapparates eine höhere Empfindlichkeit zeigen, als bloßes Hören es vermag. Die WindIndustrie sollte sich an dieselben hohen Standard halten müssen. Ein das ganze Spektrum abbildendes Messen, das in etlichen wissenschaftlichen Berichten verwandt wurde, ist unerlässlich.

In den kommenden Jahren werden wir durch weitere Versuche zum besseren Verständnis der Auswirkungen der Langzeitexposition von niederfrequentem Schall auf den Menschen in der Lage sein, die Rollen von Akustikern und anderen professionellen Gruppen, welche der Windindustrie zuspielen, neu zu bewerten. In Anbetracht der vorliegenden Beweise scheint es bestenfalls riskant zu sein, das alte Spiel fortzusetzen, dass durch Infraschall bedingte Stimulation auf das Ohr begrenzt sei und keine weiteren Auswirkungen auf den menschlichen Körper habe. Wenn das wahr wäre, wären alle Mechanismen, die wir aufgezeigt haben

  • die durch niederfrequenten Schall induzierte Amplituden-Modulation
  • die durch ILFN verursachten Änderungen des endolymphatischen Volumens
  • die durch Infraschall hervorgerufene Stimulation der afferenten Nerven vom Typ II
  • die durch Infraschall verursachte Verschlimmerung von Lärmschäden
  • die direkte Stimulation des vestibulären Apparates durch Infraschall)

ohne jegliche Bedeutung.

Wir wissen, dass dies allerhöchst unwahrscheinlich ist.
Und rechnen in den kommenden Jahren mit neuen Erkenntnissen, welche die Debatte weiter beflügeln werden.

Aus unserer Sicht, basierend auf all unserem Wissen über die Physiologie des Ohres, können wir der Einsicht von Nancy Timmerman voll und ganz zustimmen, dass die Zeit gekommen ist „das Problem klar zu erkennen und daran zu arbeiten, es zu beseitigen“.

Alec N. Salt and Jeffery T. Lichtenhan
Department of Otolaryngology, Washington University School of Medicine, St. Louis, Missouri
Acoustics Today, Volume 10, Issue One, Winter 2014
doi: 10.1121/1.4870173

Biosketches

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Alec N. Salt is Professor of Otolaryngology at Washington University. He is a long-term member of the Acoustical Society of America, the Associa- tion for Research in Otolaryngology, and the American Otological Society. His research covers broad aspects of system-level cochlear physiology, with a major focus on the inner ear fluids, drug delivery to the inner ear, and low-frequency sound effects on the ear.

 

 

 

page8image28152Jeffery T. Lichtenhan is Assistant Professor of Otolaryngology at
Washington University in St. Louis.
He recently completed his postdoctoral fellowship in the Eaton-Peabody
Laboratory of Auditory Physiology at Harvard Medical School. His research addresses questions on the mechanics of hearing to low-frequency acoustic sound, and the auditory efferent system. Ultimately, his work aims to improve the differential diagnostics of sensorineural hearing loss.

 

 

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Der Artikel aus Acoustics Today - Winter 2014 im Original:

Download: http://waubrafoundation.org.au/wp-content/uploads/2014/04/Salt-Lichtenhan-How-Does-Wind-Turbine-Noise-Affect-People.pdf

   

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