Archiv "Was wissen wir über die Wirkung „kleiner“ Dosen ionisierender Strahlung?" (18.05.1984)

(1)

DEUTSCHES ÄRZTEBLATT

EDITORIAL

Was wissen wir über die Wirkung

„kleiner" Dosen ionisierender Strahlung?

Emil Heinz Graul

D

ie im Titel zum Ausdruck gebrachte Frage kann man auch unter dem Satz subsu- mieren „Was wir wissen und was wir (noch) nicht wissen können!"

In den letzten Jahren sind nicht von ungefähr nationale und inter- nationale Tagungen über das Problem der biologischen Wir- kung kleiner Dosen ionisierender Strahlen auf den Menschen ver- anstaltet worden. Als Fazit muß festgestellt werden, daß trotz der vorliegenden umfangreichen (Tier-)experimentellen und klini- schen Forschungsergebnisse (einschließlich der Analysen von Hiroshima und Nagasaki) und deren Auswertungen mit den raffi- niertesten statistischen Metho- den keine hieb- und stichfesten Ergebnisse über die Wirkung von

„kleinen" Strahlendosen beim Menschen vorliegen. Das gilt für strahleninduzierte Späteffekte, wie Leukämieinduktion und Inzi- denz solider Tumoren ebenso wie für Änderungen im geneti- schen Material. Die Wissen- schaftler haben höchst unter- schiedliche Vorstellungen über die Quantifizierung dessen, was sie als kleine Dosen bezeichnen.

Für die einen sind 20 rem (=

20 000 mrem) für andere ist 1 rem 1 ) eine „kleine" Dosis. Wenn 1000 mrem bis 20 000 mrem noch kleine Dosen sind, dann kann man bei 10 mrem (0,01 rem) und darunter von Kleinst-

und/oder Mikro-Dosen sprechen.

Was diese Kleinst- und Mikrodo- sen nun beim Menschen bewir- ken, kann man beim derzeitigen radiobiologischen Wissen nur ra- ten.

Wo das Problem liegt, geht am besten aus der Betrachtung ex- perimentell gemessener und hy- pothetisch postulierter Dosis-Wir- kungs-Beziehungen hervor:

1. Wir wissen, daß von — 20 000 mrem (Einschlagdosis) an mit steigender Dosis die Schädigung linear zunimmt, ob aber darunter die Kurve linear nach Null extra- poliert werden kann und darf, ist unbekannt. Dieses Problem wird noch eklatanter bei chronischer Strahlenexposition, insbesondere auch von strahlensensiblen Ge- weben und Entwicklungsphasen (z. B. beim Embryo). Jedenfalls verfährt man so im Strahlen- schutz und glaubt, sich damit auf der „sicheren Seite" zu befinden.

2. Ein anderer Verlauf der Dosis- Wirkungs-Kurve impliziert die Möglichkeit, daß im Kleinstdosis- Bereich die Strahlendosen relativ effektiver sind als im höheren Dosisbereich.

3. Wiederum ein anderer Kur- venverlauf soll zum Ausdruck bringen, daß kleine und Kleinst- dosen ohne (negative) Effekte sind. Erst nach Überschreitung eines (nicht bekannten) Schwel- lenwertes steigt dann die (negative) Strahlenwirkung etwa dosis- proportional an.

4. Eine andere postulierte Dosis- Wirkungs-Beziehung geht davon aus, daß Kleinstdosen biopositive Wirkungen entfalten und erst in höheren Dosisbereichen die (ne- gativen) Effekte der Strahlenwir- kung zum Zuge kommen.

5. Schließlich ist noch ein anderer Dosis-Wirkungs-Verlauf denk-

bar, der unter dem Begriff

„Strahlen-Hormesis" diskutiert wird. Ohne ionisierende Strahlen fehlt das „Hormon" (die „Anre- gung") für biopositive Wirkung ionisierender Strahlen. Erst im Bereich der Background-Strah- lung sind biopositive Wirkungen zu erwarten, welche mit anstei- gender Dosis einem Optimum zustreben, nach deren Über- schreiten ab einer (unbekannten) Dosis bionegative Effekte den Kurvenverlauf bestimmen.

110 mrem/anno beträgt die Strahlenexposition in unserem Breitengrad mit Schwankungs- breiten zwischen — 30 mrem/a (Meereshöhe, Holzhaus) und — 300 mrem/a (im Gebirge und/

oder in Lagen mit Radium oder Thoriumvorkommen) 2). Das ist unser natürliches Milieu ionisierender Strahlen. In jedem

Gramm Gewebe unseres Körpers werden demnach pro Jahr — 10 11 lonenpaare gebildet. Ohne uns einmal um „frustrane" Ionisatio- nen (z. B. im [zellosen] Knochen- bestandteil) zu kümmern, bedeu- tet dies, daß im Körper im „Stan- dardmenschen" (70 000 g) 10 16

lonenpaare gebildet werden. Mit dieser Zahl muß nicht nur der Mensch seit Beginn seiner Evolu- tion leben.

H

aben diese Mikro- oder Kleinstdosen durch strahleninduzierte Mutationen die Evolution der Lebewesen und damit auch des Menschen über- haupt erst ermöglicht (biopositi- ver Aspekt der Strahlenwir- kung)?! Induzieren diese 10 16

1) Anmerkung: „Da den Ärzten die Einheiten

„Röntgen", rad und rem geläufig sind, wurden bei diesen Betrachtungen die neuen internationalen Einheiten wie „Gray",

„Sievert" und „OF" nicht verwendet. Sie können durch Vergleichstabellen leicht umgerechnet werden.

2) In die Zahlen von 110 mrem/a eingeschlos- sen sind u. a. Expositiorien durch kosmi- sche Strahlung, inkorporierte, natürlich vorkommende Radionuklide und Erdstrah- lung (einschl. Baumaterial der Häuser).

Ausgabe A 81. Jahrgang Heft 20 vom 18. Mai 1984 (53) 1617

(2)

DEUTSCHES ÄRZTEBLATT

Strahlenwirkung

lonenpaare pro Jahr in einem Menschen „im Laufe der Jahre"

bösartige Tumoren (bionegative Aspekte der Strahlenwirkung)?!

Durch das onkologische Schrift- tum geistert die Zahl von 150 000 Krebszellen, die pro Tag in einem Menschen gebildet und of- fenbar weitgehendst eliminiert werden. Gehen die vielleicht auch ä conto dieser natürlichen Strahlenexposition? — Zwei ein- ander entgegengesetzte Frage- stellungen zum Komplex „Hypo- thesen der Wirkungen ionisierender Strahlen im „Klein"- oder besser „Kleinstdosenbereich".

N

un werden viele — von ih- rem Standpunkt aus gese- hen mit Recht — fragen:

warum weiß man auf humanme- dizinischem Gebiet so wenig über die Wirkung der Kleinstdo- sen, gibt uns doch das furchtba- re Massen-„Experiment" von Hi- roshima und Nagasaki mit Hun- derttausenden von Toten und Überlebenden genug Information zum Thema?

Dem ist leider nicht so, zumindest was die Strahlenexpositio- nen im Klein- und Kleinstdosis- bereich betrifft; d. h. gegen- über den Dosen, denen solche Menschen exponiert worden sind, die in größerer Entfernung vom Hypozentrum von den A- Bomben-Explosionen überrascht wurden. Nach den Explosionen herrscht in den Städten das gro- ße Chaos. Zu Hilfsmaßnahmen eingesetzte Menschen (Physiker, Radiochemiker, Ärzte u. a.) wuß- ten in den ersten Tagen nach den A-Bomben-Angriffen zu- nächst wenig über die kernphysi- kalische Natur der beiden Bom- ben. Die insbesondere in den Randbezirken der zerbombten Städte mit totaler Vernichtung der Infrastrukturen lebenden Menschen verließen den Ort des Geschehens, andere kamen von außen zum Helfen in die Städte.

Nur mühsam ließ sich daher eine Dosisabschätzung bei den Men- schen durchführen, die den hier in Rede stehenden Kleinstdosen ausgesetzt waren 3). Es waren grobe Dosisabschätzungen,

Nenn nicht das ganze überhaupt eine Art ,,Schätzometrie" dar- stellte. Solche Dosisanalysen dif- ferierten nicht selten um Zehner- potenzen. Später folgten geist- reiche Dosisberechnungshypo- thesen, die aber auch zu recht divergierenden Dosisabschätzun- gen führten.

Auch heute, fast 40 Jahre nach dem atomaren Überfall in Japan,

„berechnen" die Wissenschaftler in der Welt, vor allem in USA, aufgrund neuer Schätzungen die damals freigesetzten Strahlen- mengen. Dabei werden raffinier- te statistisch-mathematische Me- thoden angewandt. Bisher ohne großen Erfolg nicht nur, was die damals exponierten Kollektive anbetrifft, sondern vor allem auch, was das „strahleninduzierte" Schicksal einzelner angeht.

Wir tappen also auch heute noch weitgehend im Dunkeln, ob und welche Schäden Hiroshima-Be- strahlte im Niedrigdosisbereich abbekommen haben. Prinzipiell gilt auch bei den Fragen nach den radiobiologischen Effekten durch Einwirkung kleiner und kleinster Strahlendosen auf den Menschen die alte statistisch-epi- demiologische Erkenntnis, daß, je kleiner der Schädigungsfaktor ist, um so größer die Stichpro- benmasse sein muß und vice versa.

Unter Hinzuziehung verschiede- ner mathematischer Auswer- tungsverfahren hat ein Forscher- team errechnet, wie groß u. a.

das inkludierte Bevölkerungs-

3) Anmerkung: Über die sogenannten großen Dosen und deren Auswirkungen wußte man bald relativ gut Bescheid, da die davon Betroffenen eine entsprechende Symptomatik zeigten.

„Material" sein muß, um gerade bei Klein- und Kleinstdosen zu brauchbaren Analysen und radiobiologischen Aussagen zu kommen. Das Ergebnis war (wie eigentlich zu erwarten) deprimie- rend: Die verwertbare statisti- sche Masse der betroffenen Be- völkerung in Japan war viel zu klein, um irgendetwas Brauchba- res über die Wirkung kleinster Dosen auf den Menschen aussagen zu können. Selbst für höhe- re Dosisbereiche (in der Größen- ordnung von 100 000 mrem) waren die mathematisch-statistischen Aussagen mit großer Unsi- cherheit behaftet und so mit vie- len Fragezeichen zu versehen.

E

inige Wissenschaftler haben sich die Mühe gemacht, vom mathematisch- statistischen Ansatz her etwa 50 entsprechende wissenschaftliche Publikationen (Leukämiestudien) daraufhin zu analysieren, ob sie modernen statistischen Analysen standhalten. Ihr Ergebnis war:

Nur eine einzige Arbeit hielt in etwa solchen Kriterien stand. Der Leser wird bemerkt haben, daß der Verfasser des Editorials im Zusammenhang mit der (hypo- thetischen) Wirkung kleinster Strahlendosen nicht die Bezeich- nung „Strahlenbelastung" verwendet hat, sondern nur wert- neutral von Strahlenexposition gesprochen hat, denn in wel- chem Dosisbereich — falls die eingangs diskutierte Alternative existiert — die Strahlenexposition in eine Strahlenbelastung über- geht, vermag heute noch niemand zu sagen.

Ist eine Aussage schon bei Do- sen in der Größenordnung von 20 000 mrem schwierig, so ste- hen Aussagen in „background"- Nähe (natürlicher Strahlenunter- grund), bei — 100 mrem also, überhaupt zur Disposition. In der Dosis-(Grau-)Zone zwischen 100 mrem und 10 000 mrem ist z. Z.

1618 (54) Heft 20 vom 18. Mai 1984 81. Jahrgang Ausgabe A

(3)

DEUTSCHES ÄRZTEBLATT

Strahlenwirkung

alles denkbar. Die Möglichkeiten

— zumindest was die biologische Relevanz für das Individuum anbetrifft — von nicht erfaßbaren Schädigungen (negative radio- biologische Effekte) bis hin zur

„Hormesis", zu biopositiven Ef- fekten, wie sie seit Jahrzehnten nachgewiesen sein sollen, bzw.

vermutet werden.

W

enn es biopositive Wir- kungen gibt (was zu be- weisen wäre), dann müs- sen unsere ganzen Konzepte über die Wirkung von Mikro- und Kleinstdosen neu überdacht werden, was für Radiobiologie, Ra- diologie und Environtologie ganz neue Hypothesen und Folgerun- gen, insbesondere auch auf dem Gebiet des Strahlenschutzes, mit sich bringen würde. Ob die damit zusammenhängenden Fragen bis zum Jahr 2000 geklärt sind, vermag heutzutage niemand zu be- antworten.

Myriaden von Tierversuchen über die Wirkung auch kleinster Strah- lendosen sind in den letzten 60 Jahren gemacht worden, auch an höheren Säugetieren, ohne daß brauchbare Ergebnisse heraus- kamen — von der Fragwürdigkeit der Übertragung solcher Unter- suchungsergebnisse auf den Menschen ganz zu schweigen.

Obwohl das Agens „ionisierende Strahlung" so intensiv erforscht wurde wie kaum ändere (z. B.

chemische) environtologische Faktoren, sind wir noch weit von dem entfernt, was wir eigentlich wissen müßten. Wir wissen vieles über die Strahleneinwirkung, wir wissen aber leider noch sehr, sehr wenig über die Wirkung kleiner Strahlendosen. Jedenfalls ist die Frage, ob solche Niedrig- dosen bionegative oder biopositive Wirkungen haben, noch offen.

Ein weiterer Fehler in der Beur- teilung der Wirkung von Kleinst- und Mikrodosen liegt auch darin, daß der Zeitfaktor nicht beachtet

wird. So ist es quoad vitam ein großer Unterschied, ob 600 000 mrem im Sinne einer einmaligen Einschlagdosis wirken oder ob sie z. B. über einen Zeitraum von 30 Jahren mit einer jährlichen Dosisleistung von 20 000 mrem einwirken. Im ersten Fall würde das nach unserem derzeitigen Wissensstand den Tod des (un- behandelten) Menschen zur Fol- ge haben. Bei chronischer Strah- lenexposition (2. Beispiel) würde man mit Strahlenspätfolgen wie Leukämie zu rechnen haben, wenn keine Reparaturmechanis- men auf molekularbiologischer Ebene zum Zuge kommen.

Fragen über Fragen: Was wissen wir über synergistische und/oder potenzierte Effekte bei gleichzei- tiger Einwirkung von Mikro- Strahlendosen und anderen, z. B.

chemischen Schadstoffen, insbesondere bei chronischer Umwelt-

„Belastung” (Fragenkomplex der sogenannten „gesamttoxischen Situation")? Allenfalls können wir auch hier nur die Spitze des Eis- berges anvisieren.

Z

ur Zeit ist der Radongehalt der Wohnhäuser unter Be- schuß. Auf dem Ende des letzten Jahres in Anacapri abge- haltenen internationalen Seminar der Kommission der Europä- ischen Gemeinschaften über „In- door Exposure Risk Assessment"

wurde festgestellt, daß nicht nur in Schweden das natürlich vorkommende radioaktive Edelgas Radon zum Strahlenexpositions- problem für die Bevölkerung werden könnte. Auch in Deutsch- land sind schon in Souterrain- Wohnräumen Radonkonzentra- tionen gemessen worden, wie sie sonst nur in Uranbergwerken vorkommen. Wie hoch ist die hu- manmedizinische Toleranzkon- zentration für Radon für Perso- nen, die in Häusern mit „erhöh- tem" Radongehalt der Luft at- men? Auch das wissen wir nicht.

In Anacapri stellte ein amerikani-

scher Spezialist für Radon-Fra- gen fest, daß 10 Prozent der Bronchialkrebse der nicht- rauchenden Bevölkerung ä conto der Radoninhalation ginge. Vom Editorialisten in der Kongreßpau- se befragt, wie sicher diese Aus- sage ist, antwortete er: Es kann auch „0" Prozent oder 100 Pro- zent sein!! Daß diese für uns es- sentiellen, radiobiologischen Fra- gen nur erfolgreich weiter bear- beitet werden können, wenn gleichzeitig moderne For- schungsgebiete wie Molekular- biologie und Immunologie im Denkansatz und Experiment be- rücksichtigt werden, ist für den Autor dieses Beitrages selbstver- ständlich. Jedenfalls werden die

„neuen" Hypothesen das erstarr- te System radiobiologischer For- schung wieder in Bewegung bringen. Es kann sein, daß wir dann nicht mehr um 1 mrem im Strahlenschutz feilschen müssen.

Wir sehen, daß wir auch auf dem Gebiet der Strahlenexposition vieles wissen und manches noch nicht wissen können!

Literatur

(1) 24. Jahrestagung der Vereinigung Deutscher Strahlenschutzärzte vom 27.

bis 28. Mai 1983 in Geesthacht bei Ham- burg — (2) Internationales Symposium on the Biological Effects of Low-Level Ra- diation with Special Regard to Stochastic and Non-Stochastic Effects, Venedig, Ita- lien, 11. bis 15. April 1983 — (3) Internatio- mies Seminar on Indoor Exposures to Natura) Radiation and Related Risk As- sessment; ENEA und CEC Anacapri, 3.-5.

Oktober 1983 — (4) E. H. Graul; „Was wir wissen und was wir (noch) nicht wissen können" Berichtsband MEDICENALE XIII, Iserlohn 1983 — (5) Luckey, T. D. Horme- sis with ionizing radiation. CRC-Press Bo- ca Raton, Florida USA— L. Rausch:

Mensch und Strahleneinwirkung, Pieper München (1982)

Professor Dr. med. Dr. rer. nat.

Emil Heinz Graul Direktor der Klinik und

Poliklinik für Nuklearmedizin der Philipps-Universität Marburg Lahnstraße 4a

3550 Marburg/Lahn

Ausgabe A 81. Jahrgang Heft 20 vom 18. Mai 1984 (57) ₁₆₁₉