Dosis und Wirkung radioaktiver Strahlung: Attacke auf das Erbgut

In Japan wächst die Gefahr eines radioaktiven Niederschlags. Und in Deutschland werden Erinnerungen an das Jahr 1986 wach. Damals breitete sich nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl am 26. April 1986 eine radioaktive Wolke nach Westen aus. Die entscheidende Frage lautete, wie groß die Gesundheitsgefahr durch den Fallout sein würde. Rückblickend zeigte sich, dass Mitteleuropa noch einmal glimpflich davongekommen war. Nach Angaben des Bundesamts für Strahlenschutz fiel die Strahlenbelastung verhältnismäßig gering aus.

Im ersten Jahr nach Tschernobyl betrug sie bis zu 50 Prozent der ohnehin vorhandenen natürlichen Strahlendosis von 2,1 Milli-Sievert (mSv). Auf 50 Jahre hochgerechnet werde sie insgesamt 4 mSv nicht überschreiten. „Es gibt bisher keinen Nachweis, dass in Deutschland oder anderen Ländern Mittel- oder Nordeuropas negative gesundheitliche Strahleneffekte durch den Tschernobyl-Unfall verursacht wurden“, heißt es von Seiten des Bundesamts.

Kann die Akte Tschernobyl also geschlossen werden, zumindest für Deutschland? Nicht ganz. Denn eine vergleichsweise niedrige Strahlenbelastung kann Folgen für die Gesundheit haben, auch wenn diese statistisch nicht oder kaum nachweisbar sind. So wird das Risiko, an einem strahlenbedingten Krebsleiden zu sterben, mit etwa 1,2 Prozent pro 100 mSv angegeben. Rechnerisch muss also davon ausgegangen werden, dass es in Deutschland infolge von Tschernobyl zu zusätzlichen Krebstodesfällen kommt, auch wenn sie in der allgemeinen Krebssterblichkeit untergehen und nicht von „normalen“ Tumorleiden zu unterscheiden sind.

Unterhalb von 100 mSv sprechen Experten von Niedrigdosis-Strahlung. Ihre Folgen für den Organismus werden intensiv erforscht und sind das Thema heftiger Debatten. Zu verstehen, welche Auswirkungen vergleichsweise geringe Dosen haben, ist nicht nur wegen Reaktorunfällen von großer Bedeutung. Bedeutsamer im Alltag ist die zur natürlichen Belastung hinzukommende durch medizinische Anwendungen wie Röntgenaufnahmen, Mammographien und Computertomographien. Mit rund 2 mSv haben sie die gleiche Größenordnung wie die Dosis durch natürliche Radioaktivität. Auch deswegen ist es wichtig, Folgen der Niedrigstrahlung besser zu verstehen.

Je mehr man von einem Gift zu sich nimmt, umso größeren Schaden richtet es an. Diese Regel gilt auch für radioaktive Strahlung: je höher die Dosis, umso eindeutiger und schwerwiegender die Folgen. Eine Dosis von 1 bis 2 Sv löst eine leichte Strahlenkrankheit aus, 2 bis 3 Sv führen bereits zu einer schweren Strahlenkrankheit und 6 Sv sind meist tödlich. Hochdosierte Strahlung zerstört die Blutbildung, das Immunsystem und schädigt viele andere Organe.

Wie sieht es mit geringen Dosen aus? Steigt das Risiko von Strahlenschäden langsam und kontinuierlich mit der Dosis an, verläuft es also linear? Gibt es eine Schwelle, unterhalb derer keine Gefahr droht? Oder sind bei einer niedrigen Dosis sogar größere Schäden zu gewärtigen?

Das BEIR-VII-Gutachten des amerikanischen Nationalen Forschungsrats (www.nap.edu) befasste sich bereits vor einigen Jahren mit diesem Thema. Ergebnis des 700-Seiten-Berichts: Es gibt keine „sichere“ Strahlendosis, also auch keine Gefahrenschwelle. Das Risiko geringer Dosen mag klein sein, aber es existiert, so die Experten. Denn im Prinzip kann auch ein einziger radioaktiver Zerfall oder eine minimale Dosis große Folgen haben, wenn dadurch die Erbsubstanz im Zellkern geschädigt wird, auch wenn das nur sehr selten der Fall ist.

Ob sich eine geringe Dosis verhängnisvoll auswirkt, ist zufallsabhängig. Je höher die Dosis, umso wahrscheinlicher und weniger zufällig sind Schäden. Man spricht bei niedrigen Dosen von „stochastischen“ Strahlenschäden im Gegensatz zu „deterministischen“ Strahlenschäden bei hohen Dosen, die gewiss sind. In der Praxis wird von den bekannten Risiken hoher Dosen auf die Gefahr kleiner Dosen zurück geschlossen, „extrapoliert“.

Zwei Phänomene deuten jedoch in eine je andere Richtung. In Zell- und Tierversuchen sind Wissenschaftler auf den Zuschauereffekt gestoßen. Er besagt, dass von einem Strahlenschaden in einer Zelle auch benachbartes Gewebe „informiert“ wird und sich entsprechend verändert. Das kann bedeuten, dass das Krebsrisiko bei niedrigen Dosen in manchen Fällen unterschätzt wird.

Auf der anderen Seite hat sich wiederholt gezeigt, dass geringe Strahlendosen vor den Gefahren höherer Dosen schützen können. Reparaturprozesse im Organismus lassen sich offenbar trainieren – ein als Hormesis bezeichneter Effekt, der auch bei vielen Schadstoffen zu beobachten ist. Jedoch ist für die meisten Fachleute die Beweislage noch zu dünn, sowohl was den Zuschauereffekt als auch was die Hormesis angeht. Weitere Forschung sei erforderlich, urteilen der Strahlenexperte Leon Mullenders von der Universität Leiden und seine Mitarbeiter im Fachblatt „Nature Reviews Cancer“ (Band 9, Seite 596). Auch Mullenders hält an der Grundregel fest, dass die Wirkung mit der Dosis gleichmäßig (linear) zunimmt.

Niedrige Strahlendosen betreffen den ganzen Organismus, das Immunsystem ebenso wie Herz oder Hirn. Aber im Zentrum der Risikobetrachtung steht Krebs als potenziell tödliche und häufige Krankheit. Das zerstörerische Wuchern von Krebszellen ist das Ergebnis tiefgreifender genetischer Veränderungen, von Mutationen im Erbgut, die natürliche Wachstumsbremsen der Zellen entfernen und dazu führen, dass diese sich explosionsartig vermehren. Krebs beruht auf Schäden in der Erbsubstanz DNS und ist eine Art GAU in der Zelle.

Der Begriff „radioaktive Strahlung“ ist nicht ganz zutreffend, denn nicht die Strahlung ist radioaktiv, sondern der Stoff, der sie aussendet. Genauer ist die Bezeichnung „ionisierende“ Strahlung. Er beruht darauf, dass die Energie der Strahlung so hoch ist, dass sie Elektronen aus Atomen oder Molekülen „heraussprengen“ kann und so elektrisch geladene Teilchen, Ionen, erzeugt. Dieser Prozess kann die DNS direkt schädigen oder aber ein chemisch aggressives Atom oder Molekül erzeugen, ein „freies Radikal“, das seinerseits gefährlich werden kann. Strahlung kann auf diese Weise genetische Veränderungen erzeugen. Nicht ohne Grund setzen Pflanzenzüchter ionisierende Strahlen ein – allerdings nicht, um die Pflanze zu schädigen, sondern um „produktive“ Mutationen hervorzurufen und neue Sorten zu erzeugen.

Niedrigdosis-Strahlung kann die DNS auf verschiedene Weise angreifen, wobei die Schäden denen durch aggressive Moleküle ähneln. Eine große Rolle bei der Krebsentstehung spielen Doppelstrangbrüche, bei denen beide Fäden des Strickleitermoleküls DNS durchtrennt werden.

Seit jeher muss sich das Leben mit Strahlung auseinandersetzen, die aus dem Kosmos, dem Boden oder dem Organismus selbst stammt. Im Lauf der Evolution entwickelten sich hochwirksame molekulare Reparaturmechanismen. Mit ihnen werden Schäden durch Strahlen oder aggressive Verbindungen wie die freien Radikale ebenso wie Kopierfehler im Erbgut in Schach gehalten. Bei Doppelstrangbrüchen im Erbgut wird eine ganze Kaskade von Reaktionen von der Zelle in Gang gesetzt. Der Schaden wird häufig repariert, die DNS also wieder zusammengefügt. Die Zelle kann aber auch biochemisch „eingefroren“ werden oder eine kontrollierte Selbstzerstörung, Apoptose genannt, einleiten. Bleibt der DNS-Defekt dagegen unentdeckt, kann das zur Krebsentstehung beitragen.

Die molekulargenetische Forschung hat in den letzten Jahren erhellt, wie kompliziert, ausgefeilt und teilweise widersprüchlich die Reaktionen der Zelle auf Niedrigdosis-Strahlung sind. Dabei stellte sich heraus, dass die Anfälligkeit für Strahlen damit zusammenhängt, wie gut die molekularen Reparaturtrupps arbeiten. Mit anderen Worten: Die genetische Veranlagung entscheidet mit, ob jemand an einem strahlenbedingten Tumor erkrankt. Und trotz aller Fortschritte gibt es noch immer Wissenslücken. Erst wenn sie geschlossen sind, wird man das Gesundheitsrisiko durch niedrige Strahlendosen mit noch größerer Zuverlässigkeit abschätzen und vielleicht auch den Schutz verbessern können.