Wie verlässlich sind die Grenzwerte?
Neue Erkenntnisse über die Wirkung inkorporierter Radioaktivität

Inge Schmitz-Feuerhake, Otto Hug Strahleninstitut e.V., Köln

Im letzten Jahr hat sich - nicht ohne wütende Attacken von Vertretern der Atomlobby - die Fachwelt dazu durchgerungen, eine erhöhte Lungenkrebsrate durch normale Radonkonzentrationen in Häusern als real anzunehmen. Wie Leuten bekannt ist, die sich mit Bergwerken und Strahlenschutz beschäftigen, ist Radon das natürlich vorkommende alphastrahlende Edelgas, Folgeprodukt von Uran bzw. Thorium und Radium, das in der Atmosphäre vorkommnt. In Wohnungen staut es sich auf und führt zu einer nicht unwesentlichen Strahlenbelastung, da es mit der Atemluft in den Körper gelangt.

Der Sinneswandel in der offiziellen Einschätzung erfolgte, nachdem in einer Gemeinschaftsanalyse 13 europäische epidemiologische Studien ausgewertet wurden (Darby et al., Brit. Med. J. 330, 2005, 223) und in einer nordamerikanischen Verbundauswertung 7 epidemiologische Studien (Krewski et al., Epidemiology 16, 2005, 137-145). Dabei ist seit etwa 80 Jahren bekannt, dass Alphastrahlen mutagen und karzinogen sind. Die Erkenntnis, dass Bergleute Lungenkrebs durch Radon bekommen, ist über 40 Jahre alt. Die erste Veröffentlichung über Lungenkrebs durch Radon in Wohnhäusern durch Axelson und Mitarbeiter liegt 25 Jahre zurück.

Dieses Zeitraster ist leider ein typisches Beispiel dafür, welch eines absurden Aufwandes es bedarf, um notwendige Verbesserungen im Strahlenschutz lediglich zu benennen und zu fordern – geschweige denn durchzusetzen - , die der betroffenen Bevölkerung lange wider besseres Wissen vorenthalten werden.

In den 50er Jahren hatte die englische Epidemiologin Alice Stewart entdeckt, dass diagnostisches Röntgen bei Schwangerschaften (das hat man früher gemacht bei Zwillingsverdacht oder Lageanomalien) zu Leukämie bei den später geborenen Kindern führt. Auch dieses ist – nach 50 Jahren - ebenfalls Stand der Wissenschaft geworden, nach unzähligen Versuchen, es zu widerlegen mit großenteils abenteuerlichen Ersatzhypothesen. Auch die Internationale Strahlenschutzkommission ICRP hat das akzeptiert. Die ICRP ist das maßgebliche Gutachtergremium, an dessen Empfehlungen sich die Industrienationen in ihrer Gesetzgebung halten. Sie hat den Begriff des „stochastischen„ Schadens eingeführt. Das ist der Schaden, der bei niedriger Dosis zu erwarten ist. Wenn eine Bevölkerung mit einer niedrigen Dosis bestrahlt wird wie z. B. durch diagnostisches Röntgen oder durch Umweltradioaktivität, dann werden Mutationen und Krebserkrankungen erzeugt. Es trifft nicht jeden und man weiss auch nicht, wen es trifft. Aber man kann eine Wahrscheinlichkeit dafür angeben, die mit steigender Dosis größer wird. Mit abnehmender Dosis sinkt die Wahrscheinlichkeit, aber bei der halben Dosis gibt es immer noch den halben Effekt, und das Risiko geht erst auf Null herunter, wenn die Dosis Null wird.

Ein Dosisgrenzwert für eine zusätzliche Strahlenbelastung von Personen bedeutet somit die Inkaufnahme realer und konkreter Todesfälle. Es wird gern behauptet, dass die Grenzwerte so niedrig sind, dass statistisch erkennbare Strahlenschäden – also solche, die in den ohnehin vorhandenen messbar sein würden – nicht auftreten.

Die Dosisgrenzwerte, die angeblich bei beruflich Strahlenexponierten nie ausgenutzt worden sind, haben aber zu messbaren signifikanten Erhöhungen von Krebserkrankungen geführt. Das war in den 90er Jahren klar, als man zwei sehr umfangreiche Untersuchungen an Beschäftigten in kerntechnischen Anlagen gemacht hatte, eine in den USA im Oak Ridge National Laboratory, und eine britische Verbundstudie aus allen dortigen Anlagen. Beide zeigten erhebliche Unterschätzungen der Strahlenfolgen, wenn man die registrierten Dosiswerte und die Risikowerte der ICRP einsetzt.

Ich will nicht das ganze zähe Ringen um die Dosiswirkungsbeziehungen – also wie groß der Schaden bei welcher Dosis ist – hier betrachten, sondern auf ein zu Unrecht sehr stark vernachlässigtes Problem eingehen: die Schäden bei vorgeburtlicher Exposition.

Die ICRP nimmt an, dass für Schäden bei vorgeburtlicher Bestrahlung eine Schwellwertdosis von 100 mSv existiert, d.h. bei Bestrahlung der Frucht unterhalb einer Dosis von 100 mSv soll gar nichts passieren. Diese Dosis liegt weit oberhalb jedweden Grenzwertes. Diese Auffassung wird von der ICRP in ihrer Publikation 90 aus dem Jahre 2003 vertreten. Danach wäre also das ungeborene Leben gar kein Problem für den Strahlenschutz bei üblichen zivilisatorischen Expositionen.

Diese Auffassung steht im Gegensatz dazu, dass die Entwicklungsphase der Lebewesen in den frühen Zeiten der Strahlenforschung und noch lange danach als die empfindlichste angesehen wurde. Wie man sich vorstellen kann, sind die biologischen Folgen einer Bestrahlung von Embryonen und Feten sehr stark vom Stadium der Entwicklung abhängig. Beobachtet werden zwei Klassen von Schädigungen: a) das vorzeitige Absterben der Frucht, b) Missbildungen von Organen oder des Körperbaus und fehlerhafte Organfunktionen.

Ein Schema der Entwicklungsstörungen in ihrer Häufigkeit in den wesentlichen drei Entwicklungsperioden zeigt Abb.1.

Abb.1 Entwicklungsstörungen nach Bestrahlung von Säugetieren in utero (aus Fritz-Niggli 1997);
d days (Tage)

In den 60er Jahren wurden durch Rugh und andere Forscher sehr viele Tierversuche gemacht und ein sehr breites Spektrum an Missbildungen gefunden. Eine Aufstellung damals bekannter Effekte beim Menschen zeigt Tabelle 1. Diese wurden teils nach höheren Strahlendosen erhalten (Strahlentherapie), teils auch nach Röntgendiagnostik.

Tab.1 Beim Menschen beobachtete Effekte nach vorgeburtlicher Röntgenbestrahlung
aus Rugh (1962)

Zur Frage, welche Effekte schon bei wie niedriger Dosis auftreten können, stützte man sich zunächst auf Tierversuche, dann auf die Überlebenden der Atombombenüberlebenden von Hiroshima und Nagasaki.

Tabelle 2 zeigt minimale Dosen an, bei denen noch Defekte im Tierversuch beobachtet wurden. Sie beginnen bei 10 mSv, liegen also bis zu 10fach niedriger als der ICRP-Schwellen-wert. (Sie bedeuten nicht, dass unter diesen Werten keine Effekte auftreten können.)

Erst ca. 40 Jahre nach der Atombombenexplosion in Hiroschima und Nagasaki bildete sich die heute bestehende Lehrmeinung über vorgeburtlich erzeugte Entwicklungsstörungen beim Menschen heraus, wonach signifikante Effekte bei mittleren Strahlendosen nur auf Schädelbildung und Zentralnervensystem zu erwarten sind. Letztere äußern sich als Minderungen der Intelligenz bis hin zum Schwachsinn, wobei sich als empfindlichste Bestrahlungsperiode die 8.-15. Schwangerschaftswoche ergab (Miller 90, Yamasaki 90). Nach Exposition vor der 8. Woche wurden keine Effekte registriert.

Tab.2 Kleinste Dosis, bei der Effekte im Tierversuch nach Bestrahlung in utero gefunden wur den (aus Fritz-Niggli 1997; Zitate s. dort)

Abb.2 Häufigkeit schwerer geistiger Behinderung bei in utero exponierten Überlebenden von Hiroschima und Nagasaki in Abhängigkeit von der Dosis und vom Entwicklungsstadium bei Bestrahlung, (aus Yamasaki 90).
Die vertikalen Linien stellen die 90 %-Vertrauensbereiche der Werte dar.

Auch in der niedrigsten Dosisgruppe unterhalb 10 mSv wurden zwei Fälle von Schwachsinn registriert, s. Abb.2. Der Dosiswirkungszusammenhang könnte aus diesen Messwerten nach der 8.-15.Schwangerschaftswoche ebenso gut ohne Schwelle als mit Schwelle konstruiert werden. Daher halten die Autoren die Schwellwertfrage anhand der Daten nicht für entscheidbar.

Die Verminderung des IQ mit der Dosis wird zu 21-29 Punkten pro Sv angegeben (Miller 90). Für diesen Effekt wurde ein dosisproportionaler Zusammenhang gefunden, ohne erkennbare Schwelle.

Es ist daher nicht nachvollziehbar, wie die ICRP anhand dieser Datenlage zu ihrer Schwellwertfeststellung kommt. Die japanischen Überlebenden stellen ohnehin keine geeignete Vergleichsgruppe zu einer Normalbevölkerung dar, da sie nicht nur unter einer Strahlenbelastung zu leiden hatten sondern unter Verletzungen, dem Zusammenbruch der gesamten zivilen Ordnung für Wochen und Monate, dem Verlust von Verwandten, Wohnung, Nahrung und einer medizinischen Versorgung.

Man muss daher annehmen, dass bei den Schwangerschaften nach dem Atombombenfall erheblich mehr Todesfälle bei Müttern, Feten und Neugeborenen auftraten als normalerweise, und dass dadurch u.a. nur eine vergleichsweise geringe Anzahl von strahleninduzierten Fehlbildungen evident wurde und eine vergleichsweise geringe spätere Kindersterblichkeit. Auch wurden sich die Forscher der Tatsache bewusst, dass die Auskünfte der Überlebenden nur eingeschränkt verlässlich waren, da diese Personen gesellschaftlich diskriminiert wurden und insbesondere Schädigungen ihrer Kinder nicht angaben, um die Heiratschancen der Geschwister nicht zu gefährden (Yamasaki 90).

Besonders gravierend ist aber darüberhinaus, dass die Exposition bereits fünf Jahre zurücklag, als die Erfassung der Schwangerschafts- und Geburtsdefekte begann. Das amerikanisch-japanische Forschungsinstitut in Hiroschima, auf dessen langjährige Untersuchungen sich die Angaben der ICRP beziehen, nahm erst 1950 seine Arbeit auf.

Der Schwellwerthypothese widersprechen eine Reihe von Beobachtungen an anderen menschlichen Kollektiven, die nach diagnostischen Massnahmen oder nach radioaktiven Umweltverseuchungen gemacht wurden. Besonders auffällige Folgen zeigte der Tschernobylunfall.

Am 29.April 1986 kam es zu einem Super-GAU in einem Block des Kernenergiekomplexes Tschernobyl in der Ukraine, aufgrund dessen radioaktive Wolken bis nach Westeuropa gelangten. Nach Auffassung internationaler Strahlenschutzgremien sind in den kontaminierten Bevölkerungen – außer Schilddrüsenkrebs – keine Strahlenschäden zu beobachten. Teratogene Effekte hält man a priori wegen der Schwellwertthese für ausgeschlossen, da die geschätzten Uterusdosen im allgemeinen darunter liegen.

Tabelle 3 enthält eine Zusammenstellung publizierter Ergebnisse. Außer in den direkten Anrainerländern Ukraine und Weißrussland wurden im zum Teil hochkontaminierten Nachbarland Türkei Fehlbildungen gemeldet. Erstaunlich sind die Effekte in weit entfernten europäischen Ländern. Es bestätigen sich die besonders hohen Wirkungen auf das Zentralnervensystem, die auch in Hiroschima und Nagasaki auftraten. Darüberhinaus zeigt sich ein breites Spektrum weiterer Fehlbildungen und Defekte.

Dass die Angaben darüber nicht einem einheitlichen Muster folgen, hat damit zu tun, dass die Registrierung bei den einzelnen Forschern oder Behörden nach unterschiedlicher Auswahl und Klassifizierung erfolgte. Die Effekte wurden im allgemeinen durch Vergleiche der Raten vor und nach dem Unfall festgestellt.

Tabelle 3 Nach dem Tschernobylunfall beobachtete Anstiege teratogener Effekte

*) Die Perinatalsterblichkeit setzt sich zusammen aus den Totgeburten und der Säuglings
sterblichkeit innerhalb der ersten 7 Lebenstage
**)Verminderte Geburtenrate gilt als Maß für spontane Aborte

Abb.3 Totgeburtenrate für Ungarn, Bayern+DDR+West-Berlin (aus Scherb, Weigelt 2003)

Ein Beispiel aus den Arbeiten von Scherb und Mitarbeitern, GSF, die Sterblichkeitsdaten aus verschiedenen europäischen Ländern auswerteten, zeigt Abb.3. Die Verläufe müssen in diesem Fall aus abfallenden Kurven gewonnen werden, da Totgeburten und Säuglingssterblichkeit keine konstanten Raten aufweisen. Ein pikantes Detail ist, dass die Geschäftsführung der GSF den Autoren die Genehmigung zur Veröffentlichung versagen wollte und diese erst nach öffentlichem Druck erfolgen konnte (Südd. Zeitung 98).

Wütende Schmähungen erfuhr auch der Genetiker Sperling, der nach Tschernobyl über einen auffälligen Anstieg der Fälle von Downsyndrom in Westberlin berichtete (Abb.4), exakt 9 Monate nach dem Unfall. Dabei war Downsyndrom als Strahlenfolge in der Literatur seit langem bekannt und schon bei sehr niedriger Dosis beobachtet worden. Da Westberlin zu der Zeit sozusagen eine abgeschiedene Insel war, gibt es keinen plausiblen Grund, den Zusammenhang mit der radioaktiven Wolke abzulehnen.

Trotz ihrer erdrückenden Fülle werden aber alle diese Ergebnisse offiziell nicht zur Kenntnis genommen. Das gängige Argument ist, die Dosis sei viel zu klein, um einen erkennbaren Effekt hervorzurufen. Dabei wird immer davon ausgegangen, dass die Dosis hinreichend genau ermittelbar ist. Bei näherem Hinsehen erweist sich dieses jedoch nicht als stichhaltig.

Die Dosis ist physikalisch eine absorbierte Energie pro kg Gewebe. Bei einer Belastung durch Umweltradioaktivität muss man wissen, auf welchem Wege die Radionuklide in den Körper gelangen, wohin – d.h. in welche Organe und Gewebe – sie sich dort aufgrund ihres Stoffwechselverhaltens begeben und wielange sie sich dort aufhalten. Die ICRP hat für jedes Nuklid Dosisfaktoren entwickelt, die angeben, wieviel Dosis in Sv ein Mensch während seines weiteren Lebens erhält, wenn er ein Bq des radioaktiven Stoffes entweder einatmet oder über den Mund aufnimmt. Dazu hat sie Modellrechnungen vorgenommen. Zugrundegelegt wird das Modell eines Standardmenschen (für verschiedene Altersstufen), in dem die Organe und Gewebe geometrisch nachgebildet werden, um sie mathematisch erfassen zu können (Abb.5).

Abb.4 Anstieg der Fälle von Downsyndrom in Westberlin 9 Monate nach Tschernobyl (aus Sperling u.a. 1994)

Abb.5 Vorderansicht des ICRP-Standardmensch-Modells

Das Stoffwechselverhalten im Körper wird ebenfalls modellmäßig nachgebildet. Man kann sich vorstellen, dass dabei eine große Zahl von Parametern berücksichtigt werden muss, die erheblichen individuellen und umständebedingten Variationen unterliegen.

Die Modelle sind mit der Zeit immer komplizierter geworden. Besonders beim Einatmen radioaktiver Aerosole hat man das Problem, die Ablagerung und den Weitertransport sowie den Lösungsvorgang in den verschiedenen Bereichen der Lunge nachbilden zu wollen. 1994 hat die ICRP ein neues Lungenmodell angegeben, dessen Beschreibung ein Buch von fast 500 Seiten füllt. Seitdem hat in der Literatur eine Diskussion über die Verlässlichkeit der Dosisfaktoren eingesetzt, die ohne Vertrauensbereiche angegeben sind. Es stellt sich heraus, dass die Unsicherheiten einige Zehnerpotenzen betragen können.

Von offizieller Seite wird behauptet, die Dosisfaktoren seien für den Strahlenschutz anwendbar, weil sie „konservativ„ seien, d.h. sie liegen angeblich auf der sicheren Seite. Dafür gibt es jedoch keinerlei Beweis und so sind sie auch nicht gewonnen worden. Was wir aber inzwischen feststellen können, ist, dass die Angaben über die Strahlenbelastung der betroffenen Bevölkerungen, die auf eben diese physikalische Weise gewonnen wurden, viel zu klein sind.

Eine solche Schlussfolgerung ist zwingend, wenn man die Ergebnisse der „Biologischen Dosimetrie„ zur Kenntnis nimmt. Ionisierende Strahlen erzeugen in den Zellen des Menschen sichtbare Chromosomendefekte. Eine bestimmte Sorte davon, „dizentrische„ Chromosomen, die sich in den weißen Blutkörperchen zeigen (Abb.6), sind ein besonders empfindlicher und sicherer Indikator für eine Bestrahlung. Dizentrische Chromosomen entstehen durch Zusammensetzen zweier Chromosomen mit abgebrochenen Enden, sie haben daher zwei Knotenpunkte (Zentromere). Die Bruchstücke ohne Zentromere sind ebenfalls im Präparat zu finden (azentrische Fragmente).

Abb.6 Chromosomenpräparat eines weißen Blutkörperchens mit 3 dizentrischen Chromosomen (schwarze Pfeile) nach Hochdosisbestrahlung (aus Fritz-Niggli 1997).
Leere Pfeile: dazugehörige azentrische Fragmente

Verschiedene Forschergruppen haben solche Untersuchungen nach Tschernobyl durchgeführt. Die physikalisch ermittelten Dosen wurden in den weiter entfernten europäischen Ländern zu kleiner als 1 mSv/Jahr angegeben (zum Vergleich: etwa 1 mSv/Jahr beträgt die natürliche Strahlenbelastung, wenn man das Radon in Häusern nicht mitzählt). Für die weniger betroffenen Gebiete der Länder Weißrussland, Ukraine und Russland wurden Gesamtdosen von einigen mSv ermittelt. Selbst in der hochkontaminierten Region um Gomel nahe dem Reaktor soll die Dosis im Mittel nur 13 mSv betragen haben. Die Rate dizentrischer Chromosomen in Mitgliedern der Bevölkerung war jedoch auch noch in Deutschland und Österreich signifikant erhöht, und zwar bei Berchtesgaden und Salzburg. Das wäre bei den angegebenen physikalischen Dosen nicht möglich. Man kann daraus schließen, dass die wahren Dosen um 1 bis 2 Größenordnungen höher liegen.

Zusammenfassend lässt sich daher sagen, dass die Grenzwerte aus folgenden Gründen nicht verlässlich sind:

1. Es werden unvollständige Annahmen über die zu erwartenden Effekte bei niedriger Dosis gemacht. Die japanischen Atombombenüberlebenden sind keine geeignete Referenzbevölkerung zur Beurteilung der Gesundheitsschäden durch Umweltradioaktivität.

2. Das System zur Sicherung der Einhaltung der Grenzwerte ist fehlerhaft. Anhand der Fülle der zu beobachtenden Effekte durch Umweltradioaktivität ist evident, dass man die Dosis mithilfe der herkömmlichen und amtlich vorgeschriebenen Methodik nicht bestimmen kann.

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(Das Vortragsmanuskript wurde uns freundlicherweise von der Referentin zur Verfügung gestellt.)