Archiv "Strahlenrisiko im niedrigen Dosisbereich – Wie ist der Wissensstand?" (24.06.1991)

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DEUTSCHES ÄRZTEBLATT

Strahlenrisiko

im niedrigen Dosisbereich Wie ist der Wissensstand?

Christian Streffer

ach den grausamen Atombombenabwür- fen in Japan, den verschiedenen Reaktor- unfällen und insbeson- dere der Reaktorkatastrophe in Tschernobyl ist die Sorge und Angst vor den Auswirkungen ionisierender Strahlen in der Bevölkerung ständig gewachsen. Unbedachte und wissenschaftlich nicht belegbare Äußerun- gen, die über die tatsächlichen Schä- digungen weit hinausgehen und die von den Medien häufig begierig auf- gegriffen werden, haben die Furcht erheblich gesteigert, so daß auch die Anwendung ionisierender Strahlen in der Medizin von dieser Diskussion betroffen ist. Andererseits sind gera- de die Strahlenrisiken von interdiszi- plinär und international zusammen- gesetzten Wissenschaftlergremien in einem Maße abgeschätzt worden, wie das für andere Umweltnoxen oder toxische Agentien in der Medi- zin nicht der Fall ist. Es soll versucht werden, hier die wesentlichen Fak- ten und die Basis der Risikoabschät- zung darzustellen. In früheren Bei- trägen ist auf diese Problematik in dieser Zeitschrift eingegangen worden (5, 6).

Strahlendosis und ihre Einheiten

Die Absorption von ionisieren- den Strahlen führt zu Anregung und Ionisation von Atomen und Molekü- len. Die Dichte dieser Ereignisse hängt von der Qualität (Art und Energie) der Strahlung ab. Man un- terscheidet daher locker ionisierende Strahlung mit niedrigem „line-

Die mutagene und karzinogene Wirkung ionisierender Strahlen stehen bei der Betrachtung des Strahlenrisikos im niedrigen Do- sisbereich im Vordergrund. Für die Abschätzung des genetischen Strahlenrisikos werden Untersu- chungen an Mäusen herangezo- gen. Leukämie und Krebs nach Strahlendosen von 0,2 Sv und hö- her sind beim Menschen gut un- tersucht. Die Risikofaktoren liegen heute etwa um den Faktor 4 höher als frühere Abschätzungen. Für den niedrigen Dosisbereich kann das Risiko nur durch Extrapola- tion angegeben werden. Eine Ganzkörperdosis von 10 mSv er- höht die „spontane" Krebstodesra- te um einige Promille.

aren Energietransfer" (LET) (zum Beispiel Beta-, Gammastrahlung) und dicht ionisierende Strahlung mit hohem LET (zum Beispiel Alpha- strahlung; Neutronen).

Die Anregungs- und Ionisations- prozesse führen zu molekularen Veränderungen, die den Ausgangs- punkt für die Entwicklung biolo- gisch-medizinischer Strahlenschäden bilden. Die Energiedosis, die exakt physikalisch meßbare Dosisgröße,

Institut für Medizinische Strahlenbiologie (Direktor: Professor Dr. rer. nat. Christian Streffer), Radiologisches Zentrum, Universi- tätsklinikum Essen

gibt die auf die Materie übertragene Energie an, bezogen auf die Masse der bestrahlten Materie. Die Dosis- einheit ist das Gray (Gy). Ein Gy entspricht der Energieabsorption von einem Joule pro kg Materie.

Früher wurde das Rad (rd) verwendet (1 Gy = 100 rd). Beim Vergleich verschiedener Strahlenarten hat sich gezeigt, daß dicht ionisierende Strahlen bei gleicher Energiedosis eine höhere biologische Wirkung haben als locker ionisierende Strahlen.

Für die Abschätzung von Strahlenri- siken ist es daher notwendig, neben der Energiedosis die Strahlenquali- tät zu kennen. Für Strahlenschutz- zwecke ist deshalb neben der Ener- giedosis D die Äquivalentdosis H eingeführt worden. Sie ergibt sich durch Multiplikation der Energiedo- sis mit dem jeweiligen Bewertungs- faktor Q, der die Unterschiede der Strahlenwirkungen der verschiedenen Strahlenqualitäten berücksich- tigt. Die Dosiseinheit für die Äquiva- lentdosis ist das Sievert (Sv). Früher wurde das Rem verwendet (1 Sv =

100 rem) (ICRP 1977).

Seit dem Reaktorunfall in Tschernobyl ist das Becquerel (Bq) in aller Munde. Das Bq ist keine Do- siseinheit, sondern gibt die Zahl der Kernzerfälle einer radioaktiven Sub- stanz pro Sekunde an. Früher wurde das Curie (Ci) verwendet (1 Ci = 3,7 x 1010 B_ \. q) Für jedes Radionuklid kann die Strahlendosis durch Multi- plikation der Radioaktivität (Bq) mit einem Dosisfaktor abgeschätzt werden, wenn der Expositionspfad bekannt ist. So führt die Aufnahme von 1000 Bq Caesium-137 (Cs-137), dem dominierenden Radionuklid nach Tschernobyl, mit der Nahrung beim

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Strahleneffekt

nichtstochastische Effekte

stochastische Effekte

Strahlendosis

Abbildung 1: Schematische Darstellung von Dosiseffektkurven für stochastische und nicht stochastische Strahleneffekte

Erwachsenen zu einer Dosis von etwa 15 i.t.Sv (1,5 mrem). Für weitere Erläuterungen wird auf einen frühe- ren Beitrag in dieser Zeitschrift ver- wiesen (5).

Für die Bewertung des Strahlen- risikos in niedrigen Dosisbereichen ist die räumliche Verteilung der Do- sis im Gewebe von Interesse. Wäh- rend bei einer Strahlendosis von 1 Gy (100 kV Röntgenstrahlen) alle Zellkerne des bestrahlten Gewebes homogen exponiert werden, tritt bei Strahlendosen von 1 mSv (100 mrem) und kleiner nur noch in weni- gen Zellkernen eine Bestrahlung auf. Die Dosis pro getroffenem Zell- kern bleibt aber konstant. Wird diese Dosis schließlich über einen länge- ren Zeitraum verteilt, so wird das In- tervall zwischen den Strahlen-Tref- fern in gleichen oder auch in benach- barten Zellkernen entsprechend groß (1).

Stochastische

und nichtstochastische Effekte

Um die Strahlenrisiken abschät- zen zu können, muß die Abhängig- keit der Strahlenwirkung von der Strahlendosis durch experimentelle oder epidemiologische Untersuchun- gen bekannt sein. Im Strahlenschutz werden stochastische und nichtstochastische Strahlenwirkungen unterschieden (ICRP 1977). Beide Kate- gorien von Schadenstypen haben grundsätzlich verschiedene Dosis- wirkungsbeziehungen. Bei den nicht- stochastischen Strahlenwirkungen wird postuliert, daß zunächst eine Schwellendosis überschritten werden muß, bevor die beschriebenen Effek- te induziert werden können. Nach Überschreiten dieser Schwellendosis steigt die Zahl der Effekte und der Schweregrad des Effektes mit steigender Dosis an (Abbildung 1). Für die Entwicklung von Strahlenwir- kungen liegt ein multizellulärer Me- chanismus vor. Es müssen viele Zel- len geschädigt werden, um zu einer Manifestation derartiger Defekte zu kommen. Zu diesen Strahlenwirkun- gen zählen zum Beispiel alle akuten Strahleneffekte, die Entwicklungsan- omalien, aber auch Späteffekte wie

die Linsentrübung (Katarakt) und fribrotische Prozesse.

In Abbildung 2 sind Bereiche für die Schwellendosen der nichtstocha- stischen Effekte angegeben (13). Al- le Schwellendosen liegen in Dosisbe- reichen erheblich oberhalb von 10 mSv (1 rem), diese Strahlenwirkun- gen scheiden also für Risikobetrach- tungen im niedrigen Dosisbereich aus. Die Daten beruhen auf tierexperimentellen Untersuchungen und vielfältigen klinischen Erfahrungen beim Menschen. Eine gewisse Unsi- cherheit ergibt sich für zentralnervö- se Entwicklungsanomalien nach prä- nataler Bestrahlung. Die epidemiologischen Untersuchungen bei den Exponierten nach den Atombom- benabwürfen in Hiroshima und Na- gasaki lassen keine eindeutige Aus- sage zu, ob eine Schwellendosis für diesen Strahlenschaden auftritt. Die höchste Strahlenempfindlichkeit für die geistige Entwicklung besteht, wenn die Bestrahlung in der 8.-15.

Schwangerschaftswoche stattfindet.

In den niedrigen Dosisbereichen (kleiner als 0,25 Gy) traten jedoch nur vier Fälle mit schwerer geistiger Retardierung in Japan auf (UNSCE- AR 1988). Diese geringe Zahl der Fälle gestattet keine Klärung der Frage nach der Existenz einer Schwellendosis, tierexperimentelle

Untersuchungen und Arbeiten zum Mechanismus sprechen allerdings für eine solche Schwelle. Die bisher vorliegenden Daten in der Bundes- republik Deutschland nach der Re- aktorkatastrophe in Tschernobyl und die klinischen Erfahrungen nach röntgendiagnostischen Expositionen (Dosisbereich von etwa 1 bis 50 mSv) geben keinerlei Hinweise, daß Fehlentwicklungen nach pränatalen Strahlenexpositionen im Dosisbe- reich von 50 mSv (5 rem) und darunter auftreten.

Bei einem zweiten Typ von Strahlenwirkungen, den sogenann- ten stochastischen Effekten, wird angenommen, daß keine Schwellendo- sis besteht und daß die Wahrschein- lichkeit des Eintretens solcher Effek- te mit steigender Strahlendosis zu- nimmt. Für den Strahlenschutz sind diese stochastischen Strahlenwirkun- gen daher von entscheidender Be- deutung. Ihr Auftreten unterliegt einer Zufallsverteilung. Werden meh- rere Personen gleich exponiert, so kann für die Einzelperson nur die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer stochastischen Strahlenwir- kung angegeben werden. Diese Wahrscheinlichkeit wird als „Risiko"

bezeichnet, den Quotienten Risiko pro Dosis nennt man „Risikokoeffi- zient". In diese Kategorie von Strah-

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Dosisbereiche für Strahlenwirkungen, Dosisgrenzwerte und natürliche Strahlenexposition

1 piSv 1 mSv 1 Sv

Stochastische Effekte Leukämie/Krebs genetische Mutation ZNS-Fehlentwicklung makro-anatomische Mißbildung akute Effekte Hämopoese/I mmunsystem Darm nichtstochastische Späteffekte Katarakt Fibrotischer Prozeß

Grenzwerte und natürliche Exposition (mSv) 0,3 2,3 50 400

Abbildung 2: Dosisbereiche, in denen die betreffenden Strahlenwirkungen auftreten. Ausgezogene horizontale Linien: Dosisbereiche mit Meßdaten; gestrichelte horizontale Linien: Dosisbereiche mit unsicheren Daten beziehungsweise Daten werden nur durch Extrapolation erhalten. Begrenzungen der horizontalen Linien geben Schwellendosen für die betreffenden Effekte an. Vertikale punktierte Linien geben Do- sisgrenzwerte (effektive Aquivalentdosis) für Personen der Bevölkerung (0,3 mSv pro Jahr) und für berufliche Strahlenexpositionen bei Be- schäftigten (50 mSv pro Jahr, 400 mSv pro Berufsleben) an. Ferner wird die mittlere effektive Äquivalentdosis der natürlichen Strahlenexposi- tion (2,3 mSv pro Jahr) angegeben

lenwirkungen zählen die Induktion von vererbbaren Defekten und die Induktion von malignen Erkrankun- gen (Leukämie und Krebs). Man geht davon aus, daß es sich hier um unizelluläre Prozesse handelt.

Induktion

genetisch vererbbarer Defekte

Bei Untersuchungen an Kindern der Überlebenden nach den Atom- bombenabwürfen in Hiroshima und Nagasaki hat man einen Trend zu er- höhten Mutationsraten mit steigender Dosis festgestellt. Diese Effekte waren jedoch nicht statistisch signifi- kant. Für die quantitative Risikoab- schätzung werden aus diesen Grün- den experimentelle Untersuchungen vornehmlich an Mäusen herangezo- gen. Nach lokalen Bestrahlungen der Gonaden mit unterschiedlichen Strahlendosen werden Dosiswir- kungsbeziehungen für verschiedene Mutationstypen erhalten, die jedoch auch ohne Bestrahlung bei den Tie- ren auftreten.

Im allgemeinen werden lineare Dosiswirkungsbeziehungen erhalten.

Aus diesen Beziehungen können Verdopplungsdosen ermittelt werden. Als Verdopplungsdosis ist die- jenige Strahlendosis definiert, durch die ebenso viele Mutationen induziert werden, wie ohne Strahlenex- position „spontan" auftreten. Die ge- samte Mutationsrate ist also verdop- pelt. Die experimentellen Daten mit Umrechnungen auf den Menschen ergeben eine Verdopplungsdosis von 0,5 Sv bei kurzzeitiger Bestrahlung mit hoher Dosisleistung und von 1,0 Sv bei chronischer Bestrahlung (fraktionierte Exposition oder niedrige Dosisleistung) mit locker ioni- sierenden Strahlen (3). Die höhere Verdopplungsdosis bei chronischen Expositionen ergibt sich aufgrund von Reparaturprozessen, die außer- ordentlich wirksam Strahlenschäden der DNA reparieren und auch bei der Induktion genetischer Mutatio- nen beobachtet worden sind. Aus dem genannten Trend bei den Un- tersuchungen in Japan ist eine Ver- dopplungsdosis von etwa 1,5 Sv abge- schätzt worden. Auf der Basis der

tierexperimentellen Untersuchungen ist also das genetische Strahlenrisiko beim Menschen nicht unterschätzt worden.

Da eine lineare Dosiswirkungs- beziehung ohne Schwellendosis angenommen wird, kann das genetische Strahlenrisiko nach niedrigen Strahlendosen rechnerisch für den niedrigen Dosisbereich ermittelt werden, obwohl keine Messungen mit einer Erhöhung der Mutations- rate in diesem Bereich vorliegen: Ei- ne Dosis von 10 mSv (1 rem) führt dann zu einer Erhöhung um ein Pro- zent und eine Dosis von 1 mSv um ein Promille der „spontanen" Muta- tionsrate.

Induktion von

Leukämie und Krebs

Bereits wenige Jahre nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen und der natürlichen Radioaktivität (1895/96) ist beobachtet worden, daß ionisierende Strahlen Leukämien und andere Krebsformen induzieren.

Jedoch erst, nachdem bei den Über-

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2Gy

•

• 1Gy 4

relatives Risiko-Modell

Exposition 0 0

Leukämie

2'0 40 6b 8b Alte ir (Jahre)

••2Gy

•

• Exposition : 1 ••.

;sp.o...

4'0 6b 80 Alter (Jahre)

, 20

• •

_•

•

• •

•

absolutes Risiko-Modell 0,1

0,05

Krebs Todesfälle (% pro Jahr)

lebenden der Atombombenabwürfe vermehrt Leukämien gefunden wurden, wurden quantitative Untersu- chungen aufgenommen. Strahlenbe- dingte Leukämien und Krebse kön- nen bisher nicht von „spontanen"

malignen Erkrankungen durch ihren klinischen Verlauf oder biologische Charakteristika unterschieden werden. Nur durch sorgfältige epidemiologische Vergleiche von strahlen- exponierten mit nichtexponierten Personen kann ermittelt werden, ob und in welchem Ausmaß bei den exponierten Personen Leukämie und Krebs vermehrt auftreten.

Es kann also aufgrund des heutigen Wissens keine Aussage gemacht werden, ob eine individuelle Krebs- erkrankung durch ionisierende Strahlung hervorgerufen worden ist.

Es kann allerdings die Wahrschein- lichkeit abgeschätzt werden, mit der die Krebserkrankung durch Strahlen verursacht worden ist (UNSCEAR

1977, 1988).

Erschwert werden die epidemiologischen Untersuchungen auch dadurch, daß strahlenbedingte solide Tumoren häufig erst nach Latenzzei- ten von einigen Jahrzehnten auftreten. So sind Magenkrebs und Karzi- nome des Darmes nach den Atom- bombenabwürfen in Japan erst Ende der siebziger Jahre vermehrt beobachtet worden. Leukämien haben dagegen Latenzzeiten von nur fünf bis zehn Jahren.

Da diese relativ seltenen malignen Erkrankungen nach Bestrahlung rasch und im Verhältnis zur „spontanen" Rate in größeren Zahlen auftreten, gilt die Leukämie als eine Art

Abbildung 3: Sche- matische Darstellung für die Krebsletalität entsprechend dem relativen Risiko-Mo- dell und dem absoluten Risiko-Modell in Abhängigkeit vom Lebensalter. (—)

„spontane Krebsleta- lität"; (...) strahlenbedingte Erhöhung der Krebsletalität (nach Kellerer 1988)

Indikatorerkrankung nach Bestrah- lung. In Japan sind etwa 120 000 Überlebende nach den Atombom- benabwürfen insgesamt in die Studie aufgenommen worden, in den Jah- ren 1950 bis 1985 sind von etwa 76 000 Personen mit individuellen Dosisabschätzungen 5936 Personen an Krebs gestorben, davon 202 an einer Leukämie (9, 10). Auf die Strah- lung werden 340 (5,7 Prozent) dieser Krebs-Todesfälle zurückgeführt (9).

Nach Ganzkörper-Strahlendo- sen von 0,2 bis 0,5 Gy und höher ist die Leukämierate angestiegen. Mit steigender Strahlendosis nimmt die

Leukämierate zu. Auch bei Patienten mit Morbus Bechterew und großvolu- miger Strahlentherapie sowie bei bri- tischen Radiologen, die vor 1921 mit ihrer Tätigkeit begannen und hohe Strahlendosen erhielten, wurden vermehrt Leukämien beobachtet.

Ähnliche Befunde sind auch für solide Krebse erhoben worden. Es hat sich gezeigt, daß in nahezu allen Geweben und Organen Krebs durch ionisierende Strahlen induziert werden kann. In besonders empfindlicher Weise reagieren neben dem Knochenmark (Leukämie) die weib- liche Brust, der Magen, das Colon,

Tabelle 1: Abgeschätzte Risikowerte (nicht exponierte Personen: 1,0) in Abhängigkeit von den absorbierten Organdosen. Es sind ferner die 90-Prozent-Vertrauensbereiche und in den Klammern die Zahl der Todesfälle angegeben (Shimizu et al. 1988)

Dosisbereich (Gy)

Leukämie Krebs, außer Leukämie

0,01-0,05 0,06-0,09 0,10-0,19 0,20-0,49 0,50-0,99 1,0-1,9

> 2,0

0,99 0,68-1,40 (33) 0,61 0,25-1,22 ( 5) 1,08 0,61-1,82 (11) 1,79 1,18-2,68 (23) 4,15 2,76-6,19 (24) 8,01 5,34-11,94 (24) 18,57 12,09-28,20 (21)

1,06 1,0-1,12 (1394) 1,08 0,98-1,19 ( 341) 1,06 0,97-1,16 ( 410) 1,12 1,03-1,21 ( 529) 1,36 1,23-1,51 ( 273) 1,66 1,45-1,90 ( 158) 2,05 1,66-2,50 ( 67)

Heft 25/26, 24. Juni 1991

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Leukämie und Krebs-Todesfälle pro 10 6 Personen

„spontane" Leukämie und Krebs-Todesfälle

16-4 16-3 10-2 10-1 16. 16 , 162 163 104 Strahlendosis (mSv)

Abbildung 4: Strah- lenbedingte Todes- fälle durch Leukämie und Krebs nach Ganzkörperexpositi- on pro 106 Personen bei Risikofaktoren von 2 x 10 -2 bis 10 -1xSv - 1 . „Sponta- ne" Leukämie- und Krebstodesfälle:

2 x 105 pro 106 Perso- nen (20 Prozent; _ _ _) die Lunge beziehungsweise Bronchi-

alepithelien und die Schilddrüse. Bei den Überlebenden nach den Atom- bombenabwürfen in Hiroshima und Nagasaki sind nach Strahlendosen von etwa 0,2 bis 0,5 Gy und höher signifikante Erhöhungen der Krebs- raten beobachtet worden. Daten über Lungenkrebs wurden auch bei Bergarbeitern erhoben, deren Atem- trakt besonders hoch durch das ra- dioaktive Edelgas Radon exponiert wurde (Schneeberger Lungenkrebs).

Epidemiologische Untersuchun- gen über Brustkrebs wurden bei Frauen nach Bestrahlung wegen einer Mastitis postpartum und nach häufigen Thoraxdurchleuchtungen nach Tuberkulose und über Schild- drüsentumoren nach Bestrahlung des Thymus bei Kindern durchge- führt. Weitere Beispiele lassen sich aufzählen (UNSCEAR 1988).

Extrapolation des Strahlenrisikos im niedrigen Dosisbereich

Signifikante Zunahmen der Krebsraten bei Personengruppen aller Altersklassen treten nach Ganz- körperdosen von etwa 200 mSv und höher auf. Kinder und auch Jugend- liche reagieren empfindlicher auf eine Strahlenexposition als Erwachse- ne. Expositionen von Kindern kön- nen daher bei einigen Krebsformen bereits im Dosisbereich von etwa 50 bis 100 mSv zu signifikanten Erhö- hungen führen. Will man das strah- lenbedingte Krebsrisiko im niedrigen Dosisbereich, der für Expositionen aus Kernkraftwerken (etwa 0,01 bis 0,1 mSv pro Jahr an ungünstigen Orten) oder Expositionen durch Röntgendiagnostik sowie Nuklear- medizin (etwa 0,1 bis 10 mSv) von Bedeutung ist, abschätzen, so muß eine Extrapolation von den gemesse- nen Daten im Bereich von 200 mSv bis einigen Sv zu den entsprechen- den niedrigen Dosisbereichen vorge- nommen werden. Für die Extrapola- tion wird eine lineare oder eine leicht gekrümmte (linear-quadrati- sche) Dosiswirkungsbeziehung ohne Schwellendosis angenommen.

Unter Bewertung aller epidemiologischen Daten hat im Jahre

1977 eine wissenschaftliche Kommis- sion der UNO (UNSCEAR) einen Risikofaktor von 250 x 10 -6xrem für die Letalität durch strahlenbedingte Leukämien und Krebs angegeben. Das bedeutet: bei einer Be- strahlung von einer Million Men- schen mit einer Ganzkörperdosis von einem rem müssen 250 zusätzliche Todesfälle durch Leukämie und Krebs erwartet werden. Im Jahre 1988 hat dieselbe Kommission die Daten erneut bewertet und ist unter überwiegender Berücksichtigung der epidemiologischen Ergebnisse aus Japan zu einem Risikofaktor von 5-10 x 10 -2xSv -1 gekommen (UNSCEAR 1988). Dieser neuere Wert liegt um den Faktor 2 bis 4 hö- her als die frühere Bewertung. Fol- gende Umstände haben zu diesem Ergebnis beigetragen:

• Neue Rechnungen zur Dosi- metrie nach den Atombombenexplo- sionen haben zu neuen Dosisab- schätzungen geführt.

Q Es sind neue, weiterführende Daten zu den Todesfällen (bis zum Jahre 1985 einschließlich) durch Leukämie und Krebs in Japan erhoben worden. Vor allem bei den im jungen Alter exponierten Personen sind zusätzliche Todesfälle beobachtet worden.

• Diese Befunde haben zu dem Konzept des relativen Risikos

für solide Krebse geführt. Damit wird das Strahlenrisiko nicht nur auf der Basis der beobachteten Todes- fälle bewertet, sondern auch durch Projektion in die Zukunft für die noch lebenden exponierten Perso- nen abgeschätzt. Die noch zu erwar- tenden Krebstodesfälle werden unter Annahme einer konstanten strahlenbedingten Erhöhung des relativen Risikos mit Hilfe der Altersabhän- gigkeit der Krebsmortalität von nicht exponierten Personen ermittelt (Ab- bildung 3).

Während der erste Punkt den Risikofaktor nicht wesentlich beein- flußt hat, tragen die Punkte 2 und 3 in erheblichem Maße zu der Erhö- hung bei. Der Punkt 3 beinhaltet eine extreme Abschätzung, und erst die folgenden Jahrzehnte werden zeigen, ob die Annahme des relativen Risikokonzeptes mit der Projek- tion einer konstanten Risikoerhö- hung bis zum Lebensende berechtigt ist. Andere wichtige Studien (zum Beispiel M.-Bechterew-Patienten) führen zwar nicht zu dem hohen Ri- sikofaktor, die Werte liegen aber in derselben Größenordnung. Auch hier muß die Fortführung der Studi- en weitere Aufschlüsse bringen.

Eine Angabe des Strahlenrisikos mit absoluten Todesfallzahlen ohne entsprechende Bezugswerte (Be- völkerungszahl, Zeitraum etc.) er-

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Zelle mit Mutation

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Zell-

Proliferation

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bestrahlte Zellen mit DNA-Schaden

Immun- Abwehr

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klinisch manifester Tumor

Abbildung 5: Mechanismus des karzinogenen Effektes ionisierender Strahlen; Entwick lungsstadien eines Tumors (Streffer und Müller 1984)

scheint im niedrigen Dosisbereich nicht sinnvoll und erweckt falsche Vorstellungen. Selbst sehr niedrige Individualdosen (zum Beispiel p,Sv) geben bei hohen Personenzahlen (zum Beispiel 108 Personen) rechnerisch noch fünf bis zehn strahlenbedingte Krebstote. Ermittelt man das Strahlenrisiko mit Hilfe der genannten Risikofaktoren und bezieht die strahlenbedingten Krebstodesfall- zahlen auf die „spontanen" Leuk- ämie- und Krebstodesfälle, so erhöht eine Strahlendosis von 10 mSv dieses

„spontane" Risiko um etwa zwei bis fünf Promille (Abbildung 4). Eine Ganzkörperstrahlendosis von 0,2 mSv, wie sie in den hochbelaste- ten Gebieten der Bundesrepublik Deutschland (Südbayern) von Mai 1986 bis April 1987 zusätzlich durch die Reaktorkatastrophe Tschernobyl aufgetreten ist, beinhaltet dann rechnerisch eine Risikozunahme um etwa 0,1 Promille.

Es ist wohl leicht einsehbar, daß derartig niedrige Risikoerhöhungen durch epidemiologische Untersu- chungen nicht mehr meßbar sind, da sie von dem „Grundrauschen" der

„spontanen" Krebsraten überdeckt werden. So haben auch die Untersu- chungen der Krebsraten in Regionen mit unterschiedlichen natürlichen Strahlenexpositionen (Jahresdosen von einigen mSv) allgemein keine Unterschiede erbracht. Nicht nur durch genetische und endogene Fak- toren, zum Beispiel hormoneller Art, auch durch exogene Faktoren wie Lebensgewohnheiten, Nahrung etc., wird die Krebsrate wesentlich stär- ker beeinflußt als durch Strahlendo- sen in diesem Dosisbereich von einigen mSv und darunter.

Auch der weitaus größte Teil der heutigen röntgendiagnostischen und nuklearmedizinischen Verfah- ren bedingt Strahlenexpositionen, die in diesem niedrigen Bereich liegen. Risikowerte oder Krebstodes- fallraten, die in Zusammenhang mit diesen medizinischen Untersu- chungsmethoden angegeben werden, basieren daher immer nur auf rech- nerischen Extrapolationen unter der Annahme des Fehlens einer Schwel- lendosis. Diese Annahme ist bisher wissenschaftlich nicht bewiesen, ist aber auf der Basis unseres heutigen

Verständnisses über die Krebsent- stehung (Abbildung 5) vernünftig.

Das Fehlen der Schwellendosis setzt voraus, daß jede maligne transfor- mierte Zelle (Abbildung 5, „fixed Transformation") einen Tumor bilden kann (UNSCEAR 1986). Die Wahrscheinlichkeit für diese Mög- lichkeit des Tumorwachstums aus einer einzelnen Zelle ist allerdings sehr gering. Grobe Abschätzungen ergeben Wahrscheinlichkeiten von 10-10_10-16 pro Zelle (11).

Wie eingangs beschrieben, werden bei kleinen Strahlendosen nur wenige Zellkerne getroffen, daher setzt das Fehlen der Schwellendosis ferner voraus, daß die Zelltransfor- mation ohne Interaktion von mehr als einer strahlengeschädigten Zelle stattfinden muß. Der Prozeß muß unizellulär sein. Zur Klärung dieser Fragen ist ein besseres Verständnis des Mechanismus der Krebsentste- hung notwendig.

Zytogenetische Untersuchungen und molekularbiologische Studien unter anderem über die Genexpres- sion von Tumorzellen geben Hinwei- se auf ein monoklonales Wachstum.

Arbeiten über die Zelltransformati- on in vitro haben gezeigt, daß auch nach Strahlendosen kleiner als 10

mSv maligne Transformationen von Zellen gemessen werden können.

Über das Tumorwachstum und seine Entwicklung in den späteren Stadien (Proliferation, Progression und Pro- motion, Abbildung 5), ist jedoch bis- her wenig bekannt.

Leukämie bei Kindern in der Umgebung

kerntechnischer Anlagen Mehrfach ist berichtet worden, daß die Leukämierate bei Kindern in der Umgebung von Kernkraftwerken in der Bundesrepublik Deutschland erhöht ist. Sorgfältige Nachuntersu- chungen haben ergeben, daß die Er- hebungen unvollständig oder mit in- adäquaten epidemiologischen Me- thoden durchgeführt worden sind, oder die Leukämieraten haben in einem Bereich gelegen, der auch in Regionen ohne kerntechnische An- lagen gefunden wird.

Sehr sorgfältige Studien in Großbritannien haben jedoch ergeben, daß in der Umgebung von kerntechnischen Anlagen in den Jahren 1969 bis 1978 erhöhte Raten an Leukämien und Lymphomen bei Kindern aufgetreten sind. Diese Zu- Heft 25/26, 24. Juni 1991

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nahme der malignen Erkrankungen kann wegen der niedrigen Strahlen- dosen mit den bisherigen strahlen- biologischen Erfahrungen nicht er- klärt werden. Bemerkenswert ist allerdings, daß in der Umgebung von geplanten kerntechnischen Anlagen oder Anlagen, die erst nach 1978 in Betrieb gegangen sind, diese Erkran- kungen ebenfalls in demselben Zeit- raum (1969 bis 1978) erhöht sind (2).

Im letzteren Falle kann die Zunah- me der Malignome nicht durch ionisierende Strahlen aus den Anlagen verursacht sein. Ähnliche Beobach- tungen sind an anderen Standorten mit erheblichen Fluktuationen der Bevölkerung gemacht worden.

In einer neueren Untersuchung ist eine Assoziation zwischen dem Auftreten kindlicher Leukämien und der beruflichen Strahlenexposition der Väter in der Wiederaufarbei- tungsanlage Sellafield berichtet worden (4). Damit würde eine strahlen- genetische Komponente hineinkom- men, die bei 31 150 Kindern von exponierten Überlebenden der Atom- bombenexplosionen nicht gesehen worden ist (16). Hier besteht eine Reihe offener Fragen, die zum Teil wohl den kleinen Fallzahlen zuzu- rechnen sind, die aber weiterer Klä- rung bedürfen.

Streubereich der Risikofaktoren

Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß die heute akzeptierten Risikofaktoren wesentlich auf den epidemiologischen Untersuchungen an den Überlebenden der Atom- bombenabwürfe basieren. In der Ta- belle 1 ist das relative Risiko für die Krebstodesfälle der exponierten Ja- paner angegeben (10). Die Vertrau- ensbereiche zeigen die beträchtliche Unsicherheit der Werte. Dieses gilt wegen der geringen Fallzahlen vor allem für die Leukämien. Die weite- ren Studien ergänzen diese Ergeb- nisse, die sich daraus ergebenden Ri- sikofaktoren liegen zum Teil niedri- ger, bleiben aber in derselben Grö- ßenordnung. Daher kann wohl zu Recht betont werden, daß trotz aller Unsicherheiten die Risikofaktoren für den Dosisbereich 0,2 bis 2,0 Gy

besser abgeschätzt werden können, als dieses für andere Karzinogene der Fall ist.

Die Probleme der Extrapolation sind bereits diskutiert worden. Die vielfachen Versuche, bei kleineren Strahlendosen (10 mSv und kleiner) oder bei stark unterschiedlichen na- türlichen Strahlenexpositionen epi- demiologisch strahlenbedingte Erhö- hungen der Krebsraten festzustellen, haben bisher nicht zum Erfolg ge- führt, obwohl auf der Basis der neuen Risikofaktoren etwa acht Prozent der „spontanen" Krebsraten und etwa 20 Prozent der „spontanen"

Leukämieraten auf die natürliche Strahlenexposition zurückgehen soll- te. Diese Ergebnisse machen deut- lich, daß die Risikofaktoren und die Extrapolationen im niedrigen Dosis- bereich nicht zu einer Unterschät- zung, aber möglicherweise zu einer Überschätzung des Strahlenrisikos führen. Eine Bedeutung könnte in diesem Zusammenhang darin liegen, daß die Risikofaktoren auf Daten basieren, die bei hohen Strahlendo- sen und Dosisleistungen gewonnen worden sind. Unklar ist, ob und in welchem Ausmaß die Risikofaktoren mit sinkender Dosis und Dosislei- stung abnehmen, da intrazelluläre Erholungsvorgänge dann eine be- deutende Rolle spielen können.

Die Zahlen in Klammem beziehen sich auf das Literaturverzeichnis im Sonder- druck, anzufordem über den Verfasser.

Anschrift des Verfassers:

Prof. Dr. rer. nat.

Christian Streffer

Direktor des Instituts für Medizinische Strahlenbiologie Radiologisches Zentrum des Universitätsklinikums Essen Hufelandstraße 55

W-4300 Essen 1

Antibakterielle Eigenschaften von Joghurt

Joghurt scheint bakterizide und bakteriostatische Eigenschaften zu besitzen, die therapeutisch bei Durchfallerkrankungen durch pa- thogene Koli-Stämme genutzt werden können. Die Autoren um M.

Lewitt, Minneapolis, inkubierten 106Organismen von verschiedenen tier- und menschenpathogenen Koli- Stämmen in Joghurt, Milch, Brühe und anderen Medien. Joghurt erwies sich als bakterizid mit einer Redukti- on von mindestens 5 log io an Bakteri- en, während alle anderen Medien keinen Einfluß auf die Bakterienzahl zeitigten. Der Effekt ist nicht auf das saure pH von Joghurt (pH 4,1-4,4) zurückzuführen, da eine angesäuerte Milch ebenso wenig das Wachstum beeinflußte wie eine pH-Anhebung des Joghurts auf pH 7. Hitzebehan- delter Joghurt oder filtrierter Über- stand (ohne lebensfähige Joghurt- Bakterien) erwiesen sich lediglich als bakteriostatisch.

Die Autoren kommen zu dem Schluß, daß sowohl lebensfähige Jo- ghurtbakterien als auch ein pH um 4,5 für die bakterizide Aktivität von Joghurt notwendig sind. Sie deuten die Möglichkeit an, daß der Genuß von Joghurt vor einer Infektion durch mit pathogenen E. coli infi- zierte Nahrungsmittel schützen könnte.

Kotz, C. M., L. R. Peterson, J. A. Moody, D. A. Savaiano, M. D. Levitt: In vitro anti- bacterial effect of yogurt an Escherichia coli. Dig. Dis. Sci. 35: 630-637, 1990 Research Service and Department of In- fectious Diseases, Veterans Affairs Medi- cal Center, and Department of Food Sciences and Nutrition, University of Min- nesota, Minneapolis, MN 55417.