Abschätzung des Gesundheitsrisikos durch ionisierende Strahlung

Wenn ionisierende Strahlung auf den menschlichen Körper trifft, können Schäden in einzelnen Zellen oder Geweben entstehen. Bei den Strahlenschäden unterscheidet man grundsätzlich zwischen deterministischen und stochastischen Schäden. Deterministische Strahlenschäden (z. B. Hautrötungen oder Haarausfall) treten auf, wenn jemand eine Strahlendosis von mehr als ca. 500 Millisievert (mSv) erhalten hat. Bereits unterhalb dieses Schwellenwertes können stochastische Strahlenschäden auftreten. Dabei handelt es sich um Erkrankungen (z.B Krebs) und Schäden, die nur mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit entstehen.

Im Folgenden wird beschrieben, wie man solche Wahrscheinlichkeiten – in der Epidemiologie auch "Risiken" genannt – schätzen kann. Eine große Herausforderung besteht darin, dass sich solche strahlenbedingten Erkrankungen (z.B. Krebs) vom Krankheitsbild her nicht von Erkrankungen unterscheiden, die spontan oder durch andere Ursachen entstanden sind. Eine mögliche Verursachung durch Strahlung kann daher nur festgestellt werden, wenn die Erkrankungen bei strahlenexponierten Personengruppen statistisch signifikant und über verschiedene Personengruppen hinweg konsistent häufiger auftreten als bei nicht exponierten Kontrollgruppen und sich ein Zusammenhang zwischen der Dosis und der Höhe des Erkrankungsrisikos (Dosis-Wirkungs-Beziehung) nachweisen lässt.

Abschätzung des Krebsrisikos

Zur Bestimmung des strahlenbedingten Krebsrisikos wurden wichtige epidemiologische Studien vor allem bei folgenden Personengruppen durchgeführt:

• Überlebende der Atombombenexplosionen von Hiroshima und Nagasaki,
• Patienten, die zur Diagnostik und Therapie bestrahlt wurden (z.B. die kanadische Fluoroskopie-Kohorte),
• beruflich strahlenexponierte Personen (z.B. die Wismut Uranbergarbeiter-Kohorte),
• Bewohner in der Umgebung kerntechnischer Anlagen (z.B. Hanford (USA), Mayak (Russland)),
• Bewohner aus der Umgebung havarierter Kernkraftwerke (Tschornobyl (russ.: Tschernobyl) und Fukushima) und Personen, die bei den Aufräumarbeiten eingesetzt wurden oder werden,
• Personen, die von oberirdischen Atombombentests betroffen waren (z.B. Bewohner in der Nähe des ehem. Atomwaffentestgeländes Semipalatinsk (Kasachstan)).

Die wichtigsten Daten für die Abschätzungen des strahlenbedingten Krebsrisikos sind die Daten der japanischen Atombombenüberlebenden. Diese Gruppe war mit einer hohen Dosisrate exponiert (die gesamte Dosis im Bruchteil einer Sekunde), die Dosis war aber nur bei einem kleinen Prozentsatz der Betroffenen hoch.

Das Krebsrisiko lässt sich anhand der oben genannten Studienpopulationen schätzen. Es setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: dem "spontanen" Krebsrisiko in einer Population, also dem allgemeinen Risiko ohne Strahlenexposition an Krebs zu erkranken, und dem strahleninduzierten Krebsrisiko. Letzteres beschreibt Krebsfälle, die ohne Strahlenexposition nicht entstanden wären. Für beide Komponenten werden Modelle angenommen und geschätzt. Für die Schätzung der Dosis-Wirkungs-Beziehung wird typischerweise ein lineares Modell ohne Schwellenwert angenommen. D. h. man nimmt an, dass mit einer Erhöhung der Strahlendosis sich auch das Krebsrisiko proportional erhöht und dass es keinen Schwellenwert gibt, unterhalb dessen Strahlung nicht schädlich ist.

Oft will man Aussagen zum Strahlenrisiko nicht nur für eine Studienpopulation (z.B. die Atombombenüberlebenden), sondern auch für andere Populationen (z.B. die deutsche Bevölkerung) treffen. Dann muss das in einer Studienpopulation ermittelte Strahlenrisiko auf das Strahlenrisiko der Zielpopulation übertragen werden. Für die relativ niedrigen Strahlenbelastungen, wie sie heute in der Umwelt und am Arbeitsplatz auftreten, ist eine weitere Extrapolation von den Befunden bei den japanischen Atombombenüberlebenden notwendig: Die epidemiologischen Befunde, die hauptsächlich für hohe Dosisraten vorliegen, werden auf die Expositionssituationen bei niedrigen Dosen und chronischer Exposition übertragen.

Hierzu gibt es verschiedene Ansätze: Die ICRP empfiehlt im Bereich niedriger Dosen und chronischer Belastungen die Risikokoeffizienten durch den Faktor 2 zu teilen. Die ICRP geht nämlich davon aus, dass eine über einen längeren Zeitraum verteilte Dosis weniger wirksam ist als eine gleich hohe Dosis, die aus kurzzeitiger Belastung resultiert. Damit soll insbesondere die Reparatur- und Erholungskapazität von bestrahlten Zellen bei niedrigen Werten der Dosis und der Dosisleistung berücksichtigt werden. Die Reduktion ergibt sich nicht unmittelbar aus den Beobachtungsdaten für Krebserkrankungen bei Menschen und beruht auf Modellannahmen, aufbauend auf laborexperimentellen Erkenntnissen. Das BfS sieht die wissenschaftliche Begründung für diese Reduktion der Risikokoeffizienten für niedrige Dosen und chronische Expositionen als nicht ausreichend an.

Risikoschätzungen sind grundsätzlich mit Unsicherheiten behaftet. Dies hat mehrere Gründe: Zum einen handelt es sich bei einer Studienpopulation nur um einen begrenzten Personenkreis, der nicht zwangsläufig repräsentativ für die interessierende Zielpopulation sein muss. Zum anderen werden für die Modelle und die Risikoübertragungen viele Annahmen getroffen. Des Weiteren ist die Erfassung der Strahlendosis häufig mit großen Unsicherheiten verbunden.

Mehr Informationen zu strahleninduzierten Krebserkrankungen und deren Risiken finden Sie im Artikel "Krebserkrankungen".

Abschätzung des Risikos für andere Krankheiten als Krebs

Eine Abschätzung des Risikos, nach Strahlenbelastung an anderen Krankheiten als Krebs zu erkranken, ist zurzeit nicht zuverlässig möglich. Auswertungen bei den Überlebenden der Atombombenabwürfe in Japan, bei exponierten Bevölkerungsgruppen in der ehemaligen Sowjetunion und bei Strahlentherapie-Patienten weisen darauf hin, dass auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen nicht wie lange angenommen erst ab 0,5 Gray als späte deterministische Strahlenschäden auftreten können, sondern bereits bei niedrigeren Dosen. Die Annahme, dass Katarakte (Linsentrübungen des Auges) zu den deterministischen Strahlenschäden zählen, wird zurzeit ebenfalls in Frage gestellt. Auch hier gibt es neue Erkenntnisse, die darauf hinweisen, dass Katarakte bereits bei zehnfach niedrigerer Dosis auftreten als bis vor kurzem noch angenommen (0,5 Gray gegenüber fünf Gray). Es wird diskutiert, dass für diese Erkrankungen möglicherweise keine Schwellendosis existiert, sie also wie bösartige Neubildungen als stochastische Strahlenschäden anzusehen sind.

Abschätzung des Risikos für genetische Schäden

Für genetische Strahlenschäden gibt es keine gesicherten, am Menschen gewonnenen Erkenntnisse. In Hiroshima und Nagasaki konnte bisher bei Nachkommen der bestrahlten Atombomben-Überlebenden keine erhöhte Rate von vererbbaren Strahlenschäden im Vergleich zur übrigen japanischen Bevölkerung festgestellt werden. Aus experimentellen Untersuchungen an Tieren ist aber bekannt, dass Strahlung genetische Veränderungen, sogenannte Mutationen, in Keimzellen auslösen kann. Daher stammen die Abschätzungen des genetischen Strahlenrisikos für den Menschen aus diesen tierexperimentellen Untersuchungen.

Mehr Informationen zu strahleninduzierten genetischen Schäden und deren Risiken können Sie im Artikel "Vererbbare Strahlenschäden" nachlesen.

Risikobewertung

Die obigen Ausführungen zeigen, wie für einzelne Erkrankungen auf Basis einzelner Studien Strahlenrisiken ermittelt werden können. Eine fundierte Risikobewertung auf Basis eines einzigen Tierexperiments oder einer einzelnen epidemiologischen Studie am Menschen ist allerdings kaum möglich. Für die Bewertung gesundheitsbezogener Risiken durch Strahlung ist es erforderlich, die Ergebnisse aus mehreren Studien heranzuziehen und in einer zusammenfassenden Gesamtschau zu bewerten. Ein StrahlenschutzStandpunkt des Bundesamtes für Strahlenschutz thematisiert die Bewertung gesundheitsbezogener Risiken im Detail.