Welche Schäden ruft radioaktive Strahlung hervor?

Strahlenbelastung

Radioaktive Strahlung führt zu Strahlenschäden in den Körperzellen. Es gibt zwei Arten von Schäden: Frühschäden und Spätschäden. Die Frühschäden treten nur bei hohen Dosen auf, dann aber schnell je nach Dosis innerhalb von Stunden bis Tagen. Spätschäden können hingegen noch Jahrzehnte nach einer weniger starken Strahlenbelastung auftreten. Das Krankheitsbild ist in beiden Fällen unterschiedlich und hängt von der Art der Strahlenbelastung, dem Gesundheitszustand des Patienten, seiner Anfälligkeit für Strahlung, seiner genetischen Disposition für Krebs und eventuellen Gegenmaßnahmen ab.

Die Strahlenbelastung wird in Sievert (Sv) gemessen. Diese Einheit gibt die biologische Wirksamkeit radioaktiver Strahlung an. Sie ermittelt sich aus der Art, Stärke und Dauer der Strahlung sowie dem betroffenen Gewebe. Man unterscheidet zwischen natürlicher und künstlicher Strahlenbelastung.

Die natürliche Strahlenbelastung beträgt zirka 2 Milli-Sievert, also 2 Tausendstel Sievert, pro Jahr. Sie stammt aus verschiedenen Quellen und ist abhängig vom Untergrund, den Nahrungsgewohnheiten und der Höhe des Wohnorts. Aus dem Boden dringt Radon in Wohnräume ein. Dies macht im Durchschnitt den größten Teil der natürlichen Strahlenbelastung aus. Aus dem Kosmos trifft extrem starke Strahlung auf die Erde. Zum größten Teil wird sie vom Erdmagnetfeld und der Atmosphäre abgeschirmt; eine gewisse Menge dringt aber bis zum Boden durch. Auch im Boden befinden sich einige radioaktive Atomsorten. Ihre Strahlung wirkt entweder direkt auf Lebewesen an der Oberfläche oder sie werden von Pflanzen verstoffwechselt und geraten dadurch in die Nahrungskette.

Die künstliche Strahlenbelastung stammt größtenteils aus der medizinischen Diagnostik, d.h. von Röntgenuntersuchungen und Computertomographien. Sie ist im Bevölkerungsmittel ähnlich hoch wie die natürliche Strahlenbelastung. Ein Mensch erfährt also eine durchschnittliche jährliche Gesamt-Strahlenbelastung von 4 Milli-Sievert.

Auch geringe Dosen an Radioaktivität führen zu Schäden in Zellen. Die körpereigenen Reparaturmechanismen können mit diesen allerdings gut umgehen. Solange keine wesentlich höheren Dosen als die natürliche Strahlenbelastung auftreten, besteht keine nachweisbare Gesundheitsgefährdung. Zwar gibt es nach heutigem wissenschaftlichem Kenntnisstand keine untere Grenze, ab der Radioaktivität gänzlich ungefährlich ist. Aber der Schadenseffekt ist so gering, dass er von bloßem Zufall und anderen Faktoren praktisch nicht zu unterscheiden ist.

 

Die natürliche (rot) und künstliche (blau) Strahlenbelastung im europäischen Mittel (Bild: de.wikipedia.org, Golden arms)

Die natürliche (rot) und künstliche (blau) Strahlenbelastung im europäischen Mittel (Bild: de.wikipedia.org, Golden arms)

Frühschäden

Hohe Dosen an Radioaktivität, die die natürliche Jahresdosis um das Mehrhundertfache übersteigen, rufen sowohl Früh- als auch Spätschäden hervor. Die Frühschäden haben als Ursache, dass durch die starke Strahlung so viele Zellen in ihrer Funktion so stark geschädigt sind, dass innerhalb weniger Tage oder Wochen schwere Gesundheitsschäden eintreten können oder sie sogar zum Tod führen.

Strahlendosis Auswirkungen und Symptome
1 bis 5 Milli-Sievert (mSv) pro Jahr Durchschnittliche jährliche radioaktive Belastung.
ab 100 mSv (0,1 Sv) Leicht erhöhtes Krebsrisiko nachweisbar.
0,5 bis 1 Sv Strahlenkater“: Kopfschmerzen, Übelkeit, Abgeschlagenheit und erhöhtes Infektionsrisiko.
1 bis 2 Sv ab 1 Sv: Akute Strahlenkrankheit: 10 % Todesfälle nach 30 Tagen, mittlere Übelkeit, Erbrechen, verzögerte Wundheilung, Ermüdung, Verlust von weißen Blutkörperchen, stark gestiegenes Infektionsrisiko.
2 bis 3 Sv 35 % Todesfälle nach 30 Tagen: schwere Übelkeit, häufiges Erbrechen, massiver Verlust von weißen Blutkörperchen, stark gestiegenes Infektionsrisiko, Haarausfall am ganzen Körper. Genesung dauert bis zu mehreren Monaten.
3 bis 4 Sv 50 % Todesfälle nach 30 Tagen: zusätzliche Symptome Durchfall, unkontrollierte Blutungen im Mund, unter der Haut und in den Nieren.
4 bis 6 Sv Bis zu 90 % Todesfälle nach 30 Tagen: Symptome wie oben, aber verstärkt. Todesursache nach wenigen Wochen durch Infektionen und Blutungen.
über 6 Sv 100 % Todesfälle nach 14 Tagen: nach Anfangssymptomen kurze Erholungsphase (Walking-Ghost-Phase), dann Sterbephase mit schnellem Zelltod im Magen-Darm-Trakt, massiver Durchfall, Darmblutungen und Wasserverlust, Fieberdelirium, Koma und Kreislaufversagen.

Spätschäden

Im Fall einer radioaktiven Kontamination treten – zumindest wenn grundlegende Sicherheitsregeln eingehalten werden – normalerweise kaum Belastungen auf, die bei einer größeren Zahl von Menschen zu Frühschäden führt. Sie können aber Spätschäden hervorrufen, die sich unter Umständen erst nach Jahrzehnten bemerkbar machen. Sie äußern sich vor allem in einem erhöhten Krebsrisiko, können aber auch zu einer reduzierten Effektivität des Immunsystems führen. Als grobe Merkregel gilt: Eine Belastung von 100 Milli-Sievert, also die 50-fache natürliche Jahresdosis, erhöht das absolute Krebsrisiko um 1 %.

Die Steigerung des Krebsrisikos ist ein statistischer Effekt. Bevor eine Zelle zu einer Krebszelle entartet, muss sie eine Reihe von Mutationen durchmachen, bei der die zelleigenen Abwehr- und Selbstzerstörungsmechanismen ausgeschaltet werden. Solche Mutationen, bei denen der genetische Code der DNA geändert wird, treten auch – und üblicherweise in sehr viel höherer Zahl – durch chemische und andere Einwirkungen auf. Radioaktive Strahlung erhöht diese Mutationsrate aber und damit auch die Wahrscheinlichkeit für eine Krebserkrankung.

Ein Beispiel für die Gefährlichkeit radioaktiver Strahlung

In Industriestaaten sterben durchschnittlich ungefähr 20 % der Bevölkerung an Krebs. Wenn bei einer größeren Nuklearkatastrophe rund 10.000 Menschen einer Strahlenbelastung von 100 Milli-Sievert ausgesetzt sind, so steigt das absolute Krebsrisiko für diese Menschen um 1 % auf 21 %. Von diesen 10.000 Menschen werden im Lauf der nächsten Jahrzehnte also nicht, wie natürlicherweise zu erwarten, 2000, sondern 2100 an Krebs sterben. Aus dieser Statistik lässt sich also herauslesen, dass der Krebstod von 100 Menschen durch Radioaktivität verursacht wurde. Es ist aber nicht möglich festzustellen, welche 100 von den 2100 gestorbenen Personen an den Auswirkungen der Radioaktivität gestorben sind. Einem Krebs sieht man seine Ursachen nicht an.

Spätschäden gehen nach heutigem Wissen mehr oder weniger linear mit der Strahlenbelastung einher, wobei für Belastungen unter 100 Milli-Sievert aber der Effekt so gering wird, dass er statistisch immer schwieriger nachweisbar ist. Der Einfachheit halber gehen wir für dieses Beispiel aber von dieser Annahme aus. Sind nun statt 10.000 Menschen hundertmal mehr Menschen betroffen, also eine Million, diese aber nur mit einem Zehntel der Dosis, so würden rund zehnmal so viele Todesfälle auftreten und dementsprechend 1000 Menschen zusätzlich an Krebs sterben. Statt 200.000 werden also 201.000 Krebstote zu verzeichnen sein. Dies ist statistisch gegenüber anderen Risikofaktoren wie Alkohol, Nikotin und sonstigen Lebensgewohnheiten sehr schwer nachzuweisen.

Die in der Literatur angeführten wissenschaftlichen Studien verdanken viele wichtige Erkenntnisse langjährigen medizinischen Untersuchungen an den Überlebenden der Atombombenabwürfe in Hiroshima und Nagasaki. Sonst gibt es leider nur wenige groß angelegte radio-epidemiologische Langzeitstudien, obwohl etwa Untersuchungen an indigenen Völkern in Uranabbau-Gebieten viele interessante wissenschaftliche Erkenntnisse liefern könnten. Aber selbst die großen Nuklearmächte, die bei der Atomwaffenproduktion einige Gebiete schwer kontaminiert haben, bringen erst seit einigen Jahren umfangreichere Studien auf den Weg.

Für Dosen unter 100 Milli-Sievert besitzt man derzeit aber noch keine guten Statistiken, um die Gefährlichkeit von Radioaktivität klar dokumentieren zu können. Der minimale statistische Anstieg beim obigen Beispiel mit einer Million Menschen ließe sich aus den Daten kaum herauslesen und auf Radioaktivität zurückführen. Dennoch wären 1000 Menschen davon betroffen. Die ethische Bewertung solcher statistisch schwer nachweisbarer, aber dennoch für einige Menschen lebensentscheidender Effekte ist hochgradig kontrovers. Jede Generation steht deshalb aufs Neue vor der Aufgabe, Sicherheit und Freiheit, Risiko und Profit in einem gesellschaftlichen Entscheidungsprozess gegeneinander abzuwägen.

Insgesamt lässt sich jedoch sagen, dass die heute geltenden Grenzwerte für radioaktive Strahlung sehr restriktiv sind. Eine beruflich strahlenexponierte Person darf etwa in Deutschland im Jahr nur einer Belastung von 20 Milli-Sievert ausgesetzt sein. Dies betrifft nicht nur Mitarbeiter in Kernkraftwerken oder Forschungslabors, sondern zum Beispiel auch viele Beschäftigte in Krankenhäusern. Wohlgemerkt gelten diese Dosen für gesundheitlich unbedenkliche Ganzkörperbestrahlung. Bei einer Strahlentherapie etwa, bei der Tumorzellen (die aufgrund ihrer hohen Teilungsrate empfindlicher als normale Zellen auf Strahlung reagieren) lokal bestrahlt werden, muss man massiv höhere Dosen einsetzen. Dabei wird das umliegende Gewebe mitgeschädigt, was man in einem solchen Fall natürlich in Kauf nimmt.

Veröffentlicht von

Dirk Eidemüller studierte Physik und Philosophie in Darmstadt, Heidelberg, Rom und Berlin. Nach einem Diplom in der Astroteilchenphysik und Promotion in Wissenschafts- und Erkenntnistheorie führte ihn die Lust am Schreiben zum Wissenschaftsjournalismus.

14 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Gute lesbare Übersicht!

    Leider fehlt eine Gegenüberstellung der im Artikel implizit unterstellten LNT-Hypothese zu deren Alternativen. Das Linear-No-Threshold-Modell (LNT) geht von einem linearen Zusammenhang zwischen Strahlendosis und Krebsrisiko aus und behauptet, es gebe keine Dosis, unterhalb derer Strahlung ungefährlich sei. Überdies würden sich sämtlich Strahlendosen im Körper immer weiter aufaddieren.

    Für die Existenz einer Grenze (Threshold), unterhalb derer Strahlung unschädlich ist, gibt es jedoch viele wissenschaftliche Nachweise. Vertreter der Hormesis gehen sogar noch einen Schritt weiter und nehmen an, daß geringe Strahlendosen die Reparaturmechanismen der Zellen aktivieren und stärken, so daß die Zellen mit nachfolgenden höheren Dosen besser fertigwerden können.

    Mehr zum Beispiel hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_no-threshold_model#Controversy

    Rainer Klute
    Nuklearia e.V. (Vorsitzender)

  2. Zur Ergänzung: Die hier aufgeführte Tabelle der dosisabhängigen Frühschäden gilt für die Ganzkörperbestrahlung. In der Strahlentherapie werden lokal Gesamtdosen bis zu 60 Gray verwendet, was im Falle von Röntgen- und Gammastrahlung 60 Sievert und damit der 10-fach tödlichen Ganzkörperdosis entspricht. Gray ist dabei die Energiedosis, also die pro Kilogramm aufgenomme physikalische Strahlungs-Energie. Aus den verabreichten Gray’s kann man durch Mulitplikation mit einem Strahlungsgewichtungsfaktor die Strahlenbelastung in Sievert berechnen. Die Gewichtungsfaktoren hängen von der Strahlungsart ab und liegen typischerweise zwischen 1 (Photonen, Elektronen, Myonen) und 20 (hochenergetische Neutronen, Alphateilchen und andere Kerne).

  3. Die natürliche Strahlung aus der Umwelt ist wohl noch vernachlässignar. Nicht aber die Anteile, der durch Tschernobyl oder Fukuschima etwa in den Körper aufgenommenen Partikel.

    Wo landen denn diese Kontaminationen im Körper? (Wenn handelsübliche radioaktive Stoffe freiwerden – also durch Supergau´s technischer Anlagen oder Einschläge von Objekten aus dem All).

    • Nein, die Strahlendosis enscheidet über die Folgen nicht der Herkunftsort. Ob sie einen Pilz essen, der radoaktive Stoffe aus dem Fallout von Chernobyl angereichert hat oder die gleiche Strahlendosis in Sievert über eine Computertomographie aufnehmen spielt keine Rolle.

      • Das habe ich wohl missverständlich formuliert.

        Die Belastung aus der Umwelt (ohne Partikelaufnahme in den Körper) ist vernachlässigbar, was die direkten Schäden angeht.

        Wenn ich Strahlung von Außen abbekomme, hat es den Unterschied, dass die real nicht konstant ist. Trage ich das Zeug „in“ mir herum, habe ich eine konstant hohe Belastung.
        Das die eigendliche Ionisierung von Außen, wie von innen letztlich gleiche (dosisabhänige) Wirkungen hat, ist damit nicht bestritten.

        Die Wirklichkeit ist keine Schnittmenge. Schon die Strahlungsart ergibt, dass äußere Belastungen unterschiedlich wirken – alphastrahlung kann mich wegen ihrer kurzen Reichweite gar nicht immer erreichen. Das sieht komplett anders aus, wenn ich das Zeug in mir trage.

        Daher mein Interesse am Verbleib innerhalb des Körpers.

        • Es ist ein Irrtum, anzunehmen, dass durch natürlich Radioaktivität nur von außenb wirkt. Ein wesentlicher Teil der natürlichen Strahlenbelastung kommt durch Inkorporation natürlichen Kalium-40s.

          • Aber nicht mein Irrtum. Ich versuche ja gerade auf Details und Spezialfälle einzugehen.

        • Die Strahlenbelastung durch künstliche Quellen wie Atombomenversuche, medizinische Anwendungen oder Unfälle wie Fukushima muss von Fall zu Fall gemessen und berechnet werden. Zu Fukushima liest man beipielsweise (Wikipedia):

          Vom 24. bis zum 28. April ließ das japanische Gesundheitsministerium Muttermilchproben von 23 Frauen aus Tokio, den Präfekturen Fukushima, Ibaraki und Chiba sowie einer weiteren Präfektur nehmen. In der Milch einer Frau, die sich bis zum 14. März innerhalb der 30-Kilometer-Zone um das Kraftwerk aufgehalten hatte, wurden 3,5 Bq/kg radioaktives Iod und 2,4 Bq/kg radioaktives Caesium festgestellt. Bei sechs weiteren Frauen aus den Präfekturen Ibaraki und Chiba lag die spezifische Aktivität der Muttermilch zwischen 2,2 und 8,0 Bq/kg. Diese Werte sind nach Aussage des Ministeriums ungefährlich für Babys. Der japanische Grenzwert für Säuglingsnahrung liegt bei 100 Bq/kg.[189]

          diese Stichptobennahme ist sicher nicht repräsentativ da zu klein. Es lässt sich aber sagen, dass die betreffenden Frauen keiner signifikanten Strahlenbelastung durch eaufgenommene Radionuklide ausgesetzt waren.

  4. @Klute @Holzherr
    Danke für ihre Anregungen, ich habe noch ein paar entsprechende Ergänzungen hinzugefügt.

    Zu den japanischen Frauen: Durch im Körper befindliche Radionuklide, die wir in kleinen Mengen ständig mit der Nahrung aufnehmen, strahlt ein Mensch im Schnitt mit einigen Tausend Becquerel, je nach Wohnort und Ernährungsgewohnheiten. Über den Daumen gepeilt, haben diese Frauen also nur eine absolut unbedenkliche Erhöhung der geringen natürlichen Strahlung in Höhe von unter 10 Prozent erfahren. Das kommt aber natürlich immer auf den Einzelfall an.

  5. LNT-Model – lineares Modell, ohne Nullschadens-Schwelle – ist sehr umstritten, wie man in der Natur sehen kannst, jedoch unter Kernenergie-Gegnern und gesetzlichen Strahlenschützern sehr beliebt

    Auszüge aus dem 103 Bericht der Internationalen Strahlenschutz-Kommission ICRP http://www.icrp.org/docs/P103_German.pdf‎

    Seite 25 „LNT-Modell; Modell der Linearität ohne Schwellendosis
    (linear-non-threshold (LNT) model) Modell der Dosis-Wirkungs-Beziehung, das auf der Annahme beruht, dass im niedrigen Dosisbereich bei Strahlendosen größer als Null das Risiko zusätzlicher Krebsfälle und/oder vererbbarer Erkrankungen direkt proportional zur Dosis ansteigt. …“

    Seite 49 „(66) Die Kommission betont, dass es, obgleich das LNT-Modell ein wissenschaftlich plausibles Element ihres praktischen Strahlenschutzsystems bleibt, unwahrscheinlich ist, dass in naher Zukunft biologische/epidemiologische Daten verfügbar werden, die diese Hypothese eindeutig bestätigen könnten (siehe auch UNSCEAR, 2000, NCRP 2001). Wegen dieser Unsicherheit der gesundheitlichen Wirkungen nach niedrigen Dosen kommt die Kommission zu der Einschätzung, dass es nicht sinnvoll ist, für Zwecke der allgemeinen
    Gesundheitsplanung, die hypothetische Zahl von Krebsfällen und von ererbbaren Erkrankungen, die mit sehr niedrigen Strahlendosen assoziiert sein können, die viele Menschen über sehr lange Zeitspannen erhalten können, zu berechnen (siehe auch Abschnitte 4.4.7 und 5.8).“

    Das möge man sich mal auf der Zunge zergehen. Die LNT-Hypothese ist eigentlich nur im praktischen Strahlenschutz sinnvoll, da es dort den Aufwand reduziert.

    Wer sich frei von politischer Agitation über die biologische Wirkung ionisierender Strahlung informieren möchte, der möge das über die Nuklear-Medizin machen. Hier werden täglich Patienten Teilkörper-Dosen von 1,6 Sv bis 2 Sv pro Therapie verabreicht. Als Beispiel sei hier mal die adjuvante Strahlen-Therapie beim Brustkrebs genannt. Hier wird den Frauen nach OP in etwa 20 bis 40 Einzelsitzungen eine Gesamt-Teilkörperdosis von 40 Sv bis 60 Sv pro Brustregion (mit Lymphknoten) verabreicht.

    Hier kann man ja mal auf den Seiten der Strahlen-Klinik in Lübeck suchen. Einfach bei einer Suchmaschine „kurzvorstellung des uk-sh pdf“ eingeben, oder gleich die Seite „http://www.uksh.de/uksh_media/-p-49020-EGOTEC-23e833669c4446053edcf1d8b0510e27.pdf?rewrite_engine=id“ eingeben.

    • Zustimmung. Zudem: Warum soll man das LNT-Modell nur für Radioaktivität anwenden? Was spricht dagegen es auch auf chemisch wirkende Karzinogene wie Acrylamid anzuwenden, das sich unter anderem in Pommes Frites befindet und bei erhöhten Blutspiegeln zu Mutationen führen kann, die sogar vererbt werden.

  6. Hm … Warum überleben dann so viele Leute die Strahlentherapie? 25 Gray in 3-5 Wochen macht 1-2 Sv pro Sitzung. Laut der Tabelle oben müßte es dann doch allein in Deutschland jedes Jahr Hunderte Todesfälle durch Bestrahlung geben. Gibt es aber nicht.

    Wo ist der Fehler? 🙂

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