Überschreitet die Strahlendosis einen Schwellenwert, so treten bestimmte Gewebereaktionen im menschlichen Körper auf, sogenannte deterministische Strahlenschäden. Typischerweise liegt der Schwellenwert dafür bei ca. 500 Millisievert (mSv). Deterministische Schäden entstehen durch das massive Absterben von Zellen und den daraus folgenden Funktionsverlust des betreffenden Gewebes oder Organs. Besonders betroffen davon sind

• die Haut,
• die Haare und
• die Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts

Oberhalb der Schwellenwertdosis steigt die Schwere des Schadens mit der Dosis an und bei höherer Dosis treten die Schäden früher auf. Bleibt die Strahlendosis unter dem Schwellenwert, treten zwar keine deterministischen Schäden auf, spätere stochastische Schäden sind jedoch nicht ausgeschlossen.

Entstehung

Deterministische Schäden sind in der Regel die Folge einer massiven Abtötung von Zellen in einem Organ- oder Gewebesystem durch Apoptose oder Nekrose. Werden zu viele Zellen in einem Gewebe oder Organ abgetötet, kommt es zu Funktionseinbußen in dem betroffenen Organ. Deterministische Strahlenschäden werden durch hohe Dosen an ionisierender Strahlung hervorgerufen. Sie treten immer auf, wenn die Dosis einen gewissen Schwellenwert überschreitet.

Akute Strahlenschäden

In der Regel sind deterministische Schäden akute Schäden. Das heißt, sie treten nach einer Strahlenexposition mit hohen Dosen innerhalb von Tagen oder Wochen auf.

Zu den akuten Strahlenschäden zählen unter anderem

• das Erythem der Haut (Rötung, verbrennungsähnliche Erscheinungen),
• Haarausfall,
• Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit und
• Blutarmut (Anämie).

Im Strahlenschutz sind die Dosisgrenzwerte so festgelegt, dass akute Strahlenschäden ausgeschlossen sind.

Späte deterministische Strahlenschäden

Einige deterministische Schäden treten erst später auf, wie beispielsweise die Lungenfibrose (Zunahme des Bindegewebes in der Lunge, führt zu einer Störung der Lungenfunktion). Sie zeigt sich 6 bis 24 Monate nach Bestrahlung.

Unter stochastischen Strahlenschäden versteht man Veränderungen im Erbmaterial von Zellen (DNA), die durch ionisierende Strahlung verursacht wurden und nur mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit auftreten. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens hängt von der Dosis ab. Die Schwere von stochastischen Strahlenschäden ist dagegen von der Dosis unabhängig. Stochastische Schäden sind z.B. Krebserkrankungen und Leukämie.

Entstehung

Durch eine unzureichende oder fehlerhafte Reparatur der DNA kann die genetische Information einer Zelle verändert werden. Beim natürlichen Prozess der Zellteilung vermehren sich dann die veränderten (mutierten) Zellen. Dieser Vorgang kann bei Körperzellen Jahre nach der Strahlenexposition zur Entstehung von Krebs führen.

Wird die Erbinformation in den Keimzellen, die in den Hoden beziehungsweise Eierstöcken produziert werden, verändert, kann dies in den darauf folgenden Generationen zu Erbschäden führen. Das Auftreten von vererbbaren Strahlenschäden (genetische Schäden) wurde allerdings bisher beim Menschen nicht beobachtet, wohl aber in Studien an Tieren.

Stochastische Strahlenschäden können in Körperzellen und in Keimzellen auch bei niedrigen Dosen ionisierender Strahlung auftreten. Das bedeutet, dass sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Dosen ein stochastischer Schaden eintreten kann, aber nicht muss. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein derartiger Strahlenschaden eintritt, wird mit zunehmender Strahlenexposition größer. Zwischen der Einwirkung der Strahlung und der Erkrankung kann eine lange Zeit vergehen (sogenannte Latenzzeit).