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Ionisierende Strahlung

Umweltradioaktivität - Medizin - Beruflicher Strahlenschutz - Nuklear-spezifische Gefahrenabwehr

Ionisierende Strahlung

Herzschrittmacher mit radioaktiven Isotopenbatterien

  • Die Implantation von Herzschrittmachern ist seit Jahrzehnten eine etablierte Methode zur Behandlung von Patienten, bei denen die Reizleitung oder Reizbildung des Herzens schwer gestört ist. Um häufige operative Eingriffe zu vermeiden, müssen die Batterien in den Herzschrittmachern möglichst langlebig sein.
  • Zwischen 1970 und Mitte der 1980er Jahre wurden weltweit auch Herzschrittmacher mit radioaktiven Isotopenbatterien verwendet. In der Bundesrepublik Deutschland wurden nur im Zeitraum zwischen 1971 und 1976 Herzschrittmacher mit Radionuklidbatterien in Patienten implantiert, insgesamt waren es 284 Implantationen.
  • Die Patienten wurden im "Herzschrittmacher-Register" des Bundesamtes für Strahlenschutz erfasst. Das Register verzeichnete 2014 noch zwei lebende Personen, denen 1972 Herzschrittmacher mit Plutonium-238 implantiert wurden und die diese noch in sich trugen.
  • Im Jahr 2009 untersuchte das BfS, ob von unsachgemäß entsorgten Herzschrittmachern eine Gefahr ausgehen könnte. Ergebnis: Es besteht keine akute Gesundheitsgefahr für die Bevölkerung.

Bis Anfang der 1970er Jahre in Herzschrittmachern genutzte Batterien enthielten keine radioaktiven Stoffe. Sie hatten Lebensdauern von bis zu zwei Jahren, zudem waren sie häufig fehlerhaft. Um diesen Zustand zu verbessern, wurden zwischen 1970 und Mitte der 1980er Jahre weltweit auch Herzschrittmacher mit radioaktiven Isotopenbatterien verwendet. Der Einsatz von Radioisotopen in Herzschrittmachern erforderte hohe Anforderungen an die Sicherheit der Energiequelle. Daher wurde 1970 von einer Arbeitsgruppe der OECD/NEA eine Richtlinie mit technischen Mindestanforderungen verabschiedet, in der auch Bestimmungen über Bauartmusterprüfungen und ein Qualitätsüberwachungsprogramm enthalten waren. Umfangreiche administrative Kontrollmaßnahmen begleiteten die Anwendung der radioaktiven Stoffe.

Herzschrittmacher: genutzte Radioisotope

PromethiumEinklappen / Ausklappen

Bekannt ist die Verwendung von Promethium (Pm-147) in Herzschrittmacherbatterien der ersten Generation. Promethium ist ein Betastrahler mit einer Halbwertszeit von 2,6 Jahren. Durch kontinuierliche Abgabe von Betateilchen an eine umgebende Halbleiterschicht wurde die Strahlungsenergie des radioaktiven Zerfalls direkt in elektrische Energie umgewandelt ("betavoltaisches Konversionsprinzip"). Diese Batterien erreichten Betriebsdauern um circa vier bis fünf Jahre, teilweise auch darüber. Wegen ihrer geringen Halbwertszeit ist ein Großteil der bis Ende der 1970er Jahre eingesetzten radioaktiven Stoffe seitdem "zerfallen" und stellt heute kein Problem dar.

PlutoniumEinklappen / Ausklappen

Etwa gleichzeitig wurden Batterien mit dem radioaktiven Plutonium-Isotop Pu-238 entwickelt, die als thermoelektrische Generatoren konzipiert wurden. Plutonium-238 ist ein Alphastrahler mit einer bedeutend längeren Halbwertzeit von 87,7 Jahren. Es war anfangs in metallischer Form in den Batterien enthalten, wurde aber zunehmend durch Plutoniumdioxid (PuO2) abgelöst, ein keramisches Material mit hohem Schmelzpunkt. Die elektrische Energiegewinnung erfolgt in einem zweistufigen Prozess: Die Zerfallswärme des eingekapselten radioaktiven Stoffs bewirkte eine ständige Erwärmung des umgebenden Materials auf circa 75 Grad Celsius, was eine Temperaturdifferenz gegenüber einer mittleren Körpertemperatur von circa 37 Grad Celsius darstellt. Über den thermoelektrischen Effekt erfolgt die Umwandlung in elektrische Energie zur Ansteuerung des Herzschrittmachers.

Die Menge des eingesetzten Plutonium-238 betrug bei dem in Deutschland am häufigsten eingesetzten Modell "Laurens-Alcatel Modell 9000" der Firma Medtronic rund 0,2 Gramm Plutoniumdioxid, dies entspricht einer Aktivität von circa 100 Gigabecquerel (GBq). Besonderes Augenmerk musste bei der Herstellung der Herzschrittmacher auf die Fixierung des radioaktiven Stoffs sowie die Dichtheit und Belastbarkeit seiner Umschließung gelegt werden, um Freisetzungen des hochgiftigen Pu-238 in den Körper auszuschließen.

Strahlenexposition für die Träger von Herzschrittmachern

Der Höchstwert der Äquivalentdosisleistung unmittelbar am Herzschrittmacher betrug bei dem in Deutschland am häufigsten implantierten Modell etwa 50 Mikrosievert pro Stunde (µSv/h). Durch den radioaktiven Zerfall des Plutonium-238 sowie geringer Verunreinigungen mit Plutonium-236 und die Bildung radioaktiver Folgenuklide änderte sich die Äquivalentdosisleistung mit der Zeit. Sie stieg zunächst etwa zwölf Jahren lang um circa 20 Prozent an und fiel danach langsam wieder ab.

Trotz der Strahlenexposition in dieser Höhe wurde und wird eine vorzeitige Explantation des Geräts nicht befürwortet, da das Risiko eines operativen Eingriffs größer eingestuft wird als das Risiko eines Strahlenschadens durch den betreffenden Herzschrittmacher.

Herzschrittmacher-Register in Deutschland

In der Bundesrepublik Deutschland wurden nur im Zeitraum zwischen 1971 und 1976 Herzschrittmacher mit Radionuklidbatterien in Patienten implantiert, insgesamt waren es 284 Implantationen. Sie alle wurden im "Herzschrittmacher-Register" erfasst, das sich im Bundesamt für Strahlenschutz befindet. Der zuständige Arzt eines Patienten mit einem entsprechenden Herzschrittmacher informiert das Register jährlich über den Status des Herzschrittmachers. Seit 1977 gab es im Westen Deutschlands keine Implantationen von Herzschrittmachern mit radioaktiven Isotopenbatterien mehr. Das Register verzeichnete 2014 noch zwei lebende Personen, denen 1972 Herzschrittmacher mit Plutonium-238 implantiert wurden und die diese noch in sich trugen.

Entsorgung explantierter Herzschrittmacher

Nach dem Ableben eines Patienten oder auf Grund medizinischer Indikationen wurden die Herzschrittmacher mit Radionuklidbatterien explantiert und geordnet entsorgt. Auch dies musste und muss dem Herzschrittmacher-Register mitgeteilt werden. Der Verbleib der im Register erfassten 282 explantierten Herzschrittmacher wurde 2011 vom BfS in einem Statusbericht zusammengefasst.

Durch die Änderung gesetzlicher Grundlagen erfolgt die Entsorgung von Herzschrittmachern mit radioaktiven Isotopenbatterien heute nicht mehr wie in der Vergangenheit über die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig. Die Herzschrittmacher werden in einem Typ-B-Verpackungsbehälter direkt von der Klinik an den Hersteller beziehungsweise an eine Landessammelstelle für radioaktive Abfälle übersandt. In jedem Fall sind dabei die zuständigen Aufsichtsbehörden des jeweiligen Bundeslandes einzubeziehen und die geltenden Transportvorschriften einzuhalten.

Zusätzlich zu den in Deutschland registrierten Personen gibt es eine unbekannte Zahl von Einwanderern nach Deutschland, denen Herzschrittmacher mit radioaktiven Isotopenbatterien implantiert wurden. Bekannt ist, dass in einigen Staaten noch bis Mitte der 1980er Jahre Implantationen vorgenommen wurden, insbesondere von Herzschrittmachern sowjetischer Bauart, die ebenfalls Plutonium-238 Batterien enthalten. Diese Herzschrittmacher waren in aller Regel ähnlich harten Stresstests unterworfen worden wie die in Deutschland verwendeten Geräte. Personen, die derartige Implantate in sich tragen, sind jedoch nicht im Herzschrittmacher-Register erfasst.

Untersuchung: Mögliche Folgen unsachgemäßer Entsorgung von Herzschrittmachern

Das BfS untersuchte im Auftrag des Bundesumweltministeriums im Jahr 2009, welche Gefahren von einer unkontrollierten oder unsachgemäßen Entsorgung der Herzschrittmacher ausgehen könnten.

Folgende Möglichkeiten wurden untersucht:

  • Feuerbestattung,
  • Entsorgung in einer Müllverbrennungsanlage,
  • Einschmelzen mit Metallschrott,
  • Erdbestattung beziehungsweise Entsorgung auf einer Deponie.

Ergebnis der Untersuchung

In keinem Fall geht von diesen Herzschrittmachern durch unsachgemäße Entsorgung eine akute Gesundheitsgefahr für die Bevölkerung aus.

Im Detail wurden dazu folgende Pfade einer möglichen Strahlenexposition betrachtet:

Direktstrahlung beim Umgang mit HerzschrittmacherEinklappen / Ausklappen

Die Strahlenexposition von Personen durch die Direktstrahlung eines Verstorbenen mit implantiertem Herzschrittmacher beträgt in 0,5 Meter Abstand circa 0,2 Millisievert (mSv) pro Jahr bei dem in Deutschland am häufigsten verwendeten Herzschrittmachermodell. Wegen der kurzen Zeiträume, in denen Einzelpersonen mit explantierten Herzschrittmachern umgehen oder sich in unmittelbarer Nähe des Verstorbenen aufhalten, ist die Direktstrahlung eines plutoniumhaltigen Herzschrittmachers von untergeordneter Bedeutung.

FeuerbestattungEinklappen / Ausklappen

Plutoniumdioxid ist ein schwer lösliches keramisches Material mit einem sehr hohen Schmelzpunkt von etwa 2.400 Grad Celsius. Die in Deutschland üblicherweise implantierten Herzschrittmacher sind zusätzlich mit einer hitzebeständigen Schutzhülle versehen. Tests haben ergeben, dass diese Umhüllung auch bei einer Verbrennung in einem Krematorium (Temperatur bis etwa 1.200 Grad Celsius, Dauer etwa 90 Minuten) intakt bleiben würde.

Für im Ausland implantierte Herzschrittmacher ist nicht mit Sicherheit festzustellen, ob diese alle mit einer solchen zusätzlichen Umhüllung versehen sind. Aufgrund des hohen Schmelzpunktes verändert sich das darin enthaltene Plutoniumdioxid im Krematorium jedoch fast nicht, sondern bleibt größtenteils in der Schlacke.

Nur sehr geringe Mengen Plutonium könnten über die Abluft in die Umwelt gelangen. Die Strahlenbelastung, der eine Einzelperson dabei ausgesetzt sein könnte, liegt unterhalb von einem Millisievert (effektive Dosis). Dies entspricht dem gesetzlichen Grenzwert zum Schutz der Bevölkerung bei der zielgerichteten Nutzung radioaktiver Stoffe und ionisierender Strahlung (mit Ausnahme der beruflichen und medizinischen Strahlenexposition). Realistische Werte liegen jedoch deutlich darunter, weil der Berechnung sehr ungünstige Rahmenbedingungen zugrunde gelegt wurden.

Müllverbrennungsanlage/Einschmelzen mit MetallschrottEinklappen / Ausklappen

Beim Verbrennen in einer Müllverbrennungsanlage - typischerweise mit Temperaturen um 1.000 Grad Celsius - oder beim versehentlichen Einschmelzen mit Metallschrott bei Temperaturen bis etwa 1.600 Grad Celsius bleibt das Plutoniumdioxid wegen seiner Temperaturstabilität fast vollständig in der Schlacke zurück. Das recycelte Metall ist praktisch nicht kontaminiert. Der geringe Plutoniumdioxid -Anteil, der in das Abgas übergeht, wird zu 90 bis 95 Prozent in der Filteranlage zurück gehalten. Diese Filterabfälle sind in der Regel auch ohne Plutoniumrückstände extrem giftig und werden als Sondermüll geordnet entsorgt.

Deponierung von Schlacke oder Erdbestattung Einklappen / Ausklappen

Bei der Deponierung der Schlacke kann langfristig Plutoniumdioxid aus der Schlacke in das Grundwasser gelangen. Dies ist vergleichbar mit dem Fall, dass eine Person mit Plutonium-Herzschrittmacher bestattet wird: Unter Wassereinfluss kann das schwerlösliche Plutoniumdioxid in eine leichter lösliche und mobilere chemische Form umgewandelt werden und langfristig in das Grundwasser gelangen.

Dies geschieht jedoch nur in sehr geringen Mengen. Selbst wenn sich der Friedhof im Einzugsgebiet eines Trinkwasserbrunnens befinden würde, läge die Belastung einer Einzelperson, die über ein Jahr lang große Mengen dieses Wassers trinkt, im Bereich von einem Mikrosievert pro Jahr. Zum Vergleich: Der Richtwert der deutschen Trinkwasserverordnung liegt bei 100 Mikrosievert pro Jahr.

Weitere Informationen finden Sie in folgenden Literaturstellen:

  • Strahlenschutzberichte 1977, 1989
  • "Herzschrittmacher mit Pu-238-haltigen Batterien", Statusbericht des Herzschrittmacherregisters vom 22.11.2011 an den BMU, SG 2.4-23250-2011-002
  • Medtronic Implantable Demans, Isotopic Pulse Generator, Laurens Alcatel Model 9000, Technical Manual 1975
  • RADIATION DOSES FROM THE MEDTRONIC LAURENS-ALCATEL MODEL 9000 PULSE GENERATOR, Medtronic Inc., LW. Brackenbush and G. W. R. Endres, Battelle-Northwest, B. I. Griffin, Medtronic lnc., October 1973
  • K. Donat, M. Kleinert, J. Meißner, "Herzschrittmacher mit nuklearen Batterien", Symposion im Forschungsinstitut Borstel, Institut für experimentelle Biologie und Medizin, 2. November 1973, Verlag Gerhard Witzstrock GmbH, Baden-Baden, 1974
Stand: 19.08.2016

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