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Wirkung von Strahlung

Wirkung ionisierender Strahlen

Bei der Wirkung ionisierender Strahlung muss man unterscheiden zwischen deterministischen (nicht-stochastischen) und stochastischen Effekten.

Deterministische (nicht stochastische) Effekte

Bei sehr hohen Strahlendosen, die in kurzer Zeit einwirken werden durch die energiereiche Strahlung so viel Zellen im Gewebe abgetötet oder zerstört, dass es zu OrganschĂ€den kommt. FĂŒr diese SchĂ€den besteht eine klar definierbare Schwellendosis, unterhalb derer solche SchĂ€den nicht auftreten. Werden lebenswichtige Organe so schwer geschĂ€digt, dass Organversagen eintritt, nennt man die Dosis letal (tödlich).

Tabelle: Deterministische Effekte durch die Einwirkung ionisierender Strahlung

Betroffenes Organ/Gewebe

Nicht-stochastische bzw. deterministische Wirkung

Schwellendosis in mGy*

Ganzkörper

BlutbildverÀnderung

200

Ganzkörper

Erbrechen

500

Knochenmark

Tod

1000

Haut

VorĂŒbergehende Rötung, vorĂŒbergehender Haarausfall

3000

Lunge

Pneumonitis (LungenentzĂŒndung)

5000

SchilddrĂŒse

Unterfunktion

10000

*: mGy: Milligray, fĂŒr locker ionisierende Strahlung ist das gleich mSv, bei deterministischen Effekten ist die Energiedosis entscheidend.

 

Solche hohen Dosen treten nur bei ArbeitsunfĂ€llen oder in der medizinischen Strahlentherapie auf. Bei letzterer wird dieser zellzerstörende Effekt gewollt herbeigefĂŒhrt um Tumorzellen zu zerstören. Deterministische Effekte traten bei Bewohnern von Hiroshima und Nagasaki bei den Atombombenexplosionen auf. Die meisten TodesfĂ€lle wurden aber durch die Explosionsdruckwelle, die Hitzestrahlung und den daraus entstehenden FeuerstĂŒrmen verursacht.

 

Stochastische Effekte

In der Regel werden die Schwellendosen fĂŒr deterministische Effekte nicht erreicht. Unterhalb dieser Schwellendosen gibt es stochastische Effekte. Ionisierende Strahlung kann die Informationsstruktur in einer Zelle (Chromosom, DNA) schĂ€digen, wird diese SchĂ€digung durch die Reparatursysteme der Zellen nicht erfolgreich repariert, kann es zu einer Entartung mit unkontrolliertem Zellwachstum (Krebstumor) oder LeukĂ€mie kommen.

Schon vor dem zweiten Weltkrieg waren solche Folgen von ionisierenden Strahlen bekannt geworden. Durch die Beobachtung der Überlebenden der AtombombenabwĂŒrfe in Japan (Japanisch-USAmerikanische Strahlenwirkungs-Forschungsstiftung, RERF) ist es gelungen Risikofaktoren fĂŒr ionisierende Strahlung abzuleiten. Man ermittelte nachtrĂ€glich die Dosis, der die einzelnen Bewohner durch die Atombomben ausgesetzt waren. Dann verglich man das Auftreten von Krebserkrankungen und LeukĂ€mie bei diesen Personen mit dem bei nichtexponierten Japanern. Diese war ein sehr aufwendiges und schwieriges Forschungsvorhaben, das noch nicht beendet ist. Man fand heraus, dass außer den Menschen, die wegen der Folgen der Explosionsdruckwelle, der Verbrennungen und der deterministischen StrahlenschĂ€den verstarben (etwa 200.000 z. grĂ¶ĂŸten Teil unmittelbar nach dem Abwurf, weitere in den ersten Monaten danach) bis 1986 weitere 400 von etwa 70.000 Überlebenden an stochastischen Strahlenfolgen verstarben.

Die internationale Strahlenschutzkommission (ICRP) leitete daraus einen Risikobeiwert ab, berĂŒcksichtigte dabei auch, dass eine Strahlenexposition, die mit niedrigerer Dosisleistung ĂŒber eine lĂ€ngere Zeit einwirkt schwĂ€chere Auswirkungen zeigt, als die gleiche Strahlenexposition bei hoher Dosisleistung. Dieser Risikofaktor gemittelt ĂŒber alle Lebensalter und beide Geschlechter betrĂ€gt 0,05/Sv. Das heißt, werden 100 000 Menschen mit einer zusĂ€tzlichen Strahlenexposition von 1mSv belastet, dann könnten (rein theoretisch) etwa 5 davon durch diese Strahlenexposition eine tödlich verlaufende Krebserkrankung erleiden. Da aber alle 100.000 irgendwann sterben werden und davon etwa 30.000 an Krebs, wĂŒrde es aussichtslos sein, die vorgenannten 5 zu erfassen.

Neben den Ergebnissen der RERF wurden auch andere höher exponierte Personengruppen (Strahlentherapie-Patienten, Bergleute, Radium-Zifferblattmaler u.a.) und Tierversuche berĂŒcksichtigt.

 

QualitÀtsfaktoren der verschiedenen Strahlenarten

Da bei den Atombomben von Hiroshima und Nagasaki der grĂ¶ĂŸte Teil der Strahlenexposition durch g-Strahlen verursacht wurde, ermittelte man die Risikofaktoren konservativ, in dem man so tat, als ob die Neutronenstrahlung keine Wirkung gehabt hĂ€tte. Bei Tierversuchen und vor allen Dingen bei der Standardisierung der biologischen Dosimetrie mittels Bestrahlungen von Zellkulturen fand man heraus, dass die verschiedenen Strahlenarten unterschiedliche Wirkung haben. Es ist allerdings nicht  wirklich abschließend geklĂ€rt, ob man die mikroskopischen Effekte in den Zellkulturen (Chromosomenaberrationen) auch auf die Krebsinduktion ĂŒbertragen kann. Die QualitĂ€tsfaktoren fĂŒr a- und Neutronen-Strahlung wurden wesentlich durch diese Zellversuche (in Vitro = im Reagenzglas) ermittelt. Trotz der Vorbehalte, die man gegen die Methodik der Ermittlung der QualitĂ€tsfaktoren haben kann, ist sicher, dass diese QualitĂ€tsfaktoren eher zu vorsichtig (konservativ) bestimmt wurden. WĂŒrden diese QualitĂ€tsfaktoren deutlich grĂ¶ĂŸer ausfallen, mĂŒsste das bei den Folgen natĂŒrlicher Strahlenexposition (die setzt sich aus allen Strahlenarten zusammen) sichtbar werden. Aber es gibt keinen offensichtlichen Unterschied im Gesundheitszustand von Bewohnern höher belasteter und niedriger belasteter Gebiete.

 

Ist ionisierende Strahlung im Niedrigdosisbereich gesund?

DarĂŒber gibt es viele Theorien. Bis heute ist das nicht bewiesen. Tatsache ist, dass sich die Menschheit im natĂŒrlichen Strahlenfeld entwickelt hat und in diesem lebt. Vermutlich haben sich die Spezies durchgesetzt, die optimal an dieses Strahlenfeld angepasst sind. Da das natĂŒrliche Strahlenfeld variiert, kann die Spezies Mensch auch mit leicht erhöhten Strahlenexpositionen gut auskommen. Seit sehr langer Zeit gehen Menschen in HeilbĂ€der, und suchen Linderung in radioaktivitĂ€tshaltigem Wasser. Es ist umstritten ob diese BĂ€der wirklich die Gesundheit fördern. Möglicherweise wird nur ein Krankheitssymptom, der Schmerz gelindert und die Nebenwirkung (der stochastische Strahlenschaden) ist so gering, dass er nicht erkannt wird. Ziemlich sicher ist auch, dass die Reparatursysteme, die die Fehler in den DNA reparieren durch ionisierende Strahlung stimuliert werden (adaptive response). Ob dieser Effekt insgesamt bei niedrigen Dosen (die Verfechter der gesundheitsfördernden Theorie – Hormesis – legen sich meist nicht fest, was niedrige Dosen sind und ob die auch noch bei niedriger Dosisleistung auftreten sollen) zu einem Nutzen fĂŒr Menschen wird, ist sehr umstritten.

 

 

Eine ausfĂŒhrliche BroschĂŒre zum Thema ionisierende Strahlung kann man unter http://www.kernenergie.de  (Seite: http://www.kernenergie.de/public/datas/radioaktivitaet_strahlenschutz1_2.pdf ) runterladen. Man kann dort auch die BroschĂŒre als Druckschrift bestellen.

Oder von der ETH-ZĂŒrich: http://educeth.ethz.ch/physik/leitprog/radio/kap4.html

 

Text: Jörg Brauns