Strahlen, Gene und Krebs

Die durchschnittliche Belastung der Bundesbürger nach Tschernobyl ist relativ gering. Aber manche Kranke und Kinder sind stärker gefährdet

Von Henning Engeln

Genetische Beratungsstellen und strahlenmedizinische Institute ertrinken in einer Flut von Anfragen. Geigerzähler sind bundesweit ausverkauft. Und noch Wochen nach dem Super-GAU von Tschernobyl zögern Eltern, ihre Sprößlinge in die Sandkiste zu schicken: Strahlenhysterie oder berechtigte Sorge beunruhigter Bürger?

Eine verwirrende Vielzahl von Meßwerten in verschiedenen Einheiten, abweichende Grenzwerte sowie unterschiedliche Bewertungen der Folgen schüren die allgemeine Verunsicherung (siehe auch ZEIT Nr. 21: "Lexikon der Strahlenmedizin"). Zweifel und Mißtrauen bündeln sich in Fragen: Was ist wirklich über die Wirkung kleinster Mengen an Radioaktivität bekannt? Wer ist gefährdet? Und lassen sich die Folgen überhaupt verläßlich einschätzen?

Kaum ein Phänomen haben Genetiker so gründlich untersucht wie die Wirkung von Strahlen auf das Erbgut. Schon 1927 hatte der amerikanische Genetiker Herman Muller an der Fruchtfliege Drosophila herausgefunden, daß Röntgenstrahlen Mutationen erzeugen, wofür er 1946 den Nobelpreis für Physiologie und Medizin erhielt. Dennoch herrscht auch heute noch Unsicherheit darüber, welche Strahlenmenge welche Schäden beim Menschen verursacht. Das gilt besonders für geringe Strahlendosen. Die Mehrzahl der Studien gibt Zahlen an, die zwischen 100 und 500 zusätzlichen Krebstoten pro einer Million Menschen nach einer effektiven Strahlendosis von einem rem liegen (ein rem = 1000 Millirem; die Einheit zeigt die biologische Wirkung einer Strahlenmenge an). Die Dosis, bei der sich die natürliche Rate an Genmutationen verdoppelt, schätzen Fachleute auf 50 bis 250 rem.

Vier Wochen nach der Reaktorkatastrophe beziffert die deutsche Stahlenschutzkommission die gesamte durchschnittliche Strahlenbelastung durch den fallout von Tschernobyl mit 90 Millirem pro Kleinkind und 70 Millirem pro Erwachsenem. Andere Experten machen ähnliche Angaben, die zwischen 50 und 150 Millirem liegen. Ein erträgliches Risiko also, vergleichbar der durchschnittlichen natürlichen Strahlenbelastung von 110 Millirem pro Jahr und Bundesbürger?

Die Wirklichkeit ist komplizierter:

Strahlen, Gene und Krebs

  • Eine durchschnittliche Strahlenbelastung besagt nichts darüber, ob ein einzelner nicht doch erheblich größeren Strahlendosen ausgesetzt sein kann.
  • Die zugrunde gelegten Annahmen über die Wirkung geringer Strahlenmengen sind keineswegs unumstritten.
  • Es gibt individuelle Unterschiede sowie Risikogruppen, die auf dieselbe Strahlendosis – gemessen in rad oder Gray – empfindlicher reagieren als der Durchschnitt der Bevölkerung.
  • Schließlich kennen Forscher Substanzen, die die Wirkung der Strahlen verstärken, die also einen "synergistischen Effekt" haben können.

Im Grunde gibt es für den Menschen keinerlei statistisch gesicherte Daten über die Krebsrate nach geringen Strahlendosen. Denn um einige hundert zusätzliche Krebstote pro Million Einwohner sicher nachzuweisen, brauchten die Epidemiologen eine riesige Personengruppe, deren Strahlendosis genau bekannt ist, sowie eine entsprechend große "strahlenfreie" Vergleichsgruppe. Da das Krebsrisiko von einer Vielzahl von Umwelt- und genetischen Faktoren abhängt, dürfte es unmöglich sein, zwei derartige Kollektive zu finden. Hinzu käme das Problem, daß die Gruppen wegen der langen Latenzzeit der meisten Tumoren über Jahrzehnte beobachtet werden müßten.

Wegen dieser prinzipiellen Schwierigkeit leiten Wissenschaftler die Risiken geringer Strahlenmengen aus den Wirkungen höherer Strahlendosen her. Überwiegend gehen sie dabei von einer sogenannten linearen Dosis-Wirkung-Beziehung aus: Sie nehmen an, daß die halbe Strahlenmenge auch nur halb so viele Tumoren verursacht. Die Internationale Strahlenschutzkommission (ICRP) legt sogar ein "linear-quadratisches" Modell zugrunde, das bei geringen Strahlendosen noch weniger schädliche Wirkungen erwarten läßt. Damit kommt die ICRP zu einem Risiko von rund 100 zusätzlichen Krebstoten pro rem und einer Million Einwohner – zu Unrecht, wie etwa die Bremer Physikprofessorin Inge Schmitz-Feuerhake meint. Sie und ihre Kollegen rechnen mit rund 1000 Krebstoten pro rem unter einer Million Bürger.

Aber auch die Schätzungen des Krebsrisikos nach hohen Strahlendosen sind mit Unsicherheiten behaftet. Als Grundlage dienen vor allem die Atombombenfolgen von Hiroshima und Nagasaki, Fallout-Studien nach amerikanischen Atombombentests in den fünfziger Jahren sowie Untersuchungen nach medizinischer Anwendung von Röntgenstrahlen und radioaktiven Isotopen (das sind strahlende Abarten chemischer Elemente, etwa Jod-131). Für Hiroshima und Nagasaki sowie für die Studien nach Atombombentests gilt zum Beispiel, daß sich einerseits die empfangenen Strahlendosen nur ungefähr schätzen lassen, andererseits hieb- und stichfeste Vergleichsgruppen fehlen.

So ergab eine Studie an Kindern im amerikanischen Bundesstaat Utah, welche den fallout von 26 Atombomben zwischen 1951 und 1958 abbekommen hatten, eine um rund das Zweieinhalbfache gestiegene Sterblichkeit an Leukämie in den besonders verseuchten Gebieten. Allerdings gilt diese Zunahme nur, wenn sie mit den Leukämieraten von Kindern derjenigen Gebiete Utahs verglichen wird, in denen weniger fallout herabgerieselt war. Verglichen mit der amerikanischen Gesamtbevölkerung, ja selbst mit der Bevölkerung angrenzender Bundesstaaten, wiesen die besonders belasteten Kinder keine deutliche Erhöhung der Todesrate an Leukämie auf. Denn die Sterblichkeit an Leukämie war vor den Atomtests in den untersuchten Gebieten Utahs nur halb so groß wie in anderen Teilen der Vereinigten Staaten – aus bislang unbekannten Gründen.

Recht genau sind dagegen die physikalischen und molekularen Effekte von ionisierenden Strahlen bekannt. Die elektrisch neutralen Röntgen- und Gammastrahlen dringen tief ins Gewebe ein, übertragen dabei jedoch wenig Energie auf die Moleküle der Zellen und erzeugen deswegen relativ wenig Ionen (also elektrisch nicht mehr neutrale Atome oder Moleküle). Im Gegensatz dazu haben Teilchenstrahlen aus Neutronen und Alpha-Partikel zwar eine geringe Reichweite, erzeugen jedoch erheblich mehr Ionen. Sie werden deshalb im allgemeinen als schädlicher angesehen, was bei der Umrechnung der absorbierten Strahlendosis (rad – radiation absorbed dose) in die Äquivalentdosis (rem – rad equivalent men, also die biologisch wirksame Dosis) berücksichtigt wird.

Relativ wenig Strahlen schädigen – ionisieren – die Erbsubstanz DNS direkt und führen zu Brüchen. Der größere Teil der Schäden wird durch Ionen und Radikale (chemisch sehr reaktionsfähigen Atomgruppen) anderer Moleküle verursacht, die zunächst in der Zelle entstehen und dann das Erbmolekül im Zellkern attackieren. Es können Einzel- oder Doppelstrangbrüche in der DNS und Veränderungen oder Verluste einzelner genetischer Bausteine ("Nukleotidbasen") auftreten.

Strahlen, Gene und Krebs

Der größte Teil dieser Defekte behebt ein schnelles, höchst wirksames Reparatursystem der Zelle, an dem wahrscheinlich mehr als hundert Erbanlagen direkt oder indirekt beteiligt sind. Wie leistungsfähig dieses natürliche Reparatursystem ist, läßt sich daran ermessen, daß zum Beispiel die Ultraviolett-(UV-)Strahlung nach einem mehrstündigen Sonnenbad Hunderttausende von Veränderungen in der DNS der Hautzellen bewirkt – ohne daß der oder die Sonnenhungrige sogleich an Hautkrebs erkrankt. Ähnliche genetische Schäden richten die Chemomutagene einer einzigen Zigarette an: sie verursachen rund 10 000 DNS-Brüche in den Alveolarzellen der Lunge.

Auch wenn das Reparatursystem versagt, folgt nicht zwangsläufig ein Tumor. Denn die meisten Veränderungen führen dann zum Absterben der Zelle. Hauptursache dafür sind Chromosomenschäden (Chromosomen sind DNS-Bündel). Sie bewirken in der Regel, daß nach der Teilung der Zelle Tochterzellen mit unausgeglichenem Genbestand entstehen, die zugrunde gehen. Erst unter den Zellen, die trotz einer genetischen Veränderung lebensfähig bleiben, befinden sich auch solche, die Tumore auslösen können. Aber auch sie werden größtenteils vom körpereigenen Abwehr-(Immun-)System erkannt und vernichtet.

Reparatur- und Immunsystem sind also zwei wichtige Barrieren, die dem Entstehen von Krebs nach Bestrahlung entgegenwirken. Umgekehrt bedeutet dies, daß Menschen mit fehlerhaftem Reparatursystem oder geschwächtem Immunsystem anfälliger für Strahlenschäden sein sollten. In der Tat kennen Mediziner einige Erbkrankheiten, die das Reparatursystem betreffen. So reagieren Patienten mit dem Louis-Bar-Syndrom (Ataxia teleangiectatica) bereits auf therapeutische Dosen von Röntgenstrahlen empfindlich. Menschen mit der sogenannten Lichtschrumpfhaut (Xeroderma pigmentosum), deren Zellen Schäden durch UV-Strahlen nicht reparieren können, entwickeln regelmäßig Hautkrebs an den Körperstellen, die der Sonne ausgesetzt sind und sterben meist noch vor dem 25. Lebensjahr.

Diese Erbleiden sind allerdings sehr selten. Eine größere Rolle dürfte ein geschwächtes Immunsystem spielen. Ursache dafür können sowohl Krankheiten, belastende Substanzen als auch ein Nachlassen der körpereigenen Abwehrkräfte mit dem Alter sein. Möglicherweise gibt es – im Rahmen des Gesunden – auch individuelle, genetische Unterschiede in der Effizienz der Reparatur- und Immunsysteme. Solche Unterschiede dürften jedoch wegen der lebenswichtigen Bedeutung dieser Systeme nicht sehr groß sein.

Nur unzureichend sind bis heute die "Synergismen" untersucht, also die möglichen Verstärkungsmechanismen zwischen Strahlenwirkung und anderen Faktoren wie krebserregenden Chemikalien. Goldhamster, die mit der tumorerzeugenden Substanz 7,12-Dimethylbenz(a)anthrazen traktiert wurden, entwickelten in 15 Prozent der Fälle Zungentumoren. Wurden sie nur einer Strahlungsdosis von 20 Röntgen ausgesetzt, zeigten sich keine Zungentumore. Eine Kombination von Strahlen und kanzerogenen Chemikalien steigerte die Tumorrate jedoch auf 35 Prozent.

Auch das im morgendlichen Kaffee so beliebte Koffein scheint eine verstärkende Wirkung bei DNS-Schäden zu haben. Zumindest wurde an Hamsterzellen – eine synergistische Wirkung zwischen Koffein- und UV-Bestrahlung gefunden.

Schließlich gibt es Hinweise darauf, daß das weitverbreitete Tuberkulosemittel INH (Isonikotinsäurehydrazid) die Reparatur genetischer Schäden beeinträchtigt und in Kombination mit einer mutagenen Substanz oder Strahlung die Mutationsrate verstärkt. Weiter fanden Forscher heraus, daß Raucher in verschmutzten Gegenden, beispielsweise rauchende Bergleute, ein Krebsrisiko haben, das über die Summe der beiden Einzelrisiken hinaus geht.

Strahlen, Gene und Krebs

Substanzen, die das Reparatursystem beeinflussen sollten eigentlich auch die Wirkung mutagener Chemikalien und ionisierender Strahlen erhöhen. Und von derartigen Substanzen gibt es sicher eine ganze Reihe in unserer Umwelt. Ein Synergismus für das Strahlenkrebsrisiko ist beim Menschen bislang allerdings noch nicht nachgewiesen.

Ebenfalls unklar sind die Ursachen für die unterschiedliche Strahlenempfindlichkeit von Männern, Frauen und Kindern. Bei den Marshall-Insulanern, denen im Jahre 1955 der fallout einer Zehn-Megatonnen-Wasserstoffbombe zuwehte, registrierten Mediziner im hohen Maß Schilddrüsenkrebs – allerdings überwiegend bei den Frauen. Das könnte ein Hinweis auf einen geschlechtsspezifischen Unterschied sein, doch sind die Zahlen relativ gering.

Auch über die Empfindlichkeit von Kindern gegenüber niedrigen Strahlendosen gibt es keine gesicherten Erkenntnisse. Da sich die Zellen in ihrem wachsenden Organismus häufiger teilen, nehmen Mediziner an, daß sie auch sensibler gegen Strahlen sind. Die Strahlenschutzverordnung erlaubt deshalb bei Kindern nur ein Zehntel der Strahlenmenge, die einem Erwachsenen zugemutet werden darf. Ein Kleinkind, das insgesamt 20 Liter Milch mit einer Aktivität von 500 Becquerel pro Liter trinken würde, wäre demnach einer Strahlendosis von 3,5 rem durch Jod-131 ausgesetzt, errechnete der Hamburger Biophysiker und Strahlenbiologe Professor Horst Jung. Für einen Erwachsenen ergibt die Umrechnung eine zehnfach niedrigere Belastung.

Auch werdende Mütter sind über eine mögliche Gefährdung ihrer ungeborenen Kinder beunruhigt. Vom ersten bis zum zehnten Tag nach der Befruchtung verlaufen Schädigungen der Keime allerdings nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip: Der Embryo entwickelt sich gesund oder geht zugrunde. Eine kritische Periode besteht hingegen während der Entwicklung der Organe, die vom zehnten Tag an bis etwa zur zwölften Woche gebildet werden. Als Richtschnur gelte hier eine Erhöhung der Mißbildungsrate um 0,1 Prozent pro rem Strahlendosis, erläutert der Berliner Humangenetiker Karl Sperling. Die natürliche Mißbildungsrate liegt bei rund zwei Prozent aller Geburten.

Die genetischen Spätfolgen von niedrigen Strahlendosen werden von den meisten Fachleuten als erheblich geringer als das Krebsrisiko eingestuft. Bei den radioaktiven Jod-Isotopen kommt noch hinzu, daß sie in der Schilddrüse angereichert werden; damit sind die Keimzellen, über die ja genetische Schäden ausschließlich in die nächste Generation weitergegeben werden, einer etwa tausendfach geringeren Strahlendosis durch radioaktives Jod ausgesetzt als die Schilddrüse.

Die Belastung durch den russischen fallout scheint, verglichen mit anderen Risiken des täglichen Lebens, so gesehen nicht sehr groß. Bei einer durchschnittlichen Dosis von 100 Millirem und einer angenommenen Rate von 250 zusätzlichen Krebstoten pro rem unter einer Million Einwohner würde es dem Risiko durch das Rauchen von 25 bis 50 Zigaretten oder einer Autofahrt von 2500 Kilometern entsprechen. Doch dem Risiko steht kein entspechender Nutzen gegenüber (nicht einmal die Lust am blauen Dunst). Und außerdem war ihm jeder unfreiwillig ausgesetzt.

Bei Tschernobyl ist allerdings auch ein psychologischer Faktor im Spiel. Das zeigt das Beispiel Radon. Als 1985 eine Studie des Kernforschungszentrums Karlsruhe bekannt wurde, wonach dieses radioaktive Edelgas aus den Baumaterialien von 6000 bundesdeutschen Wohnhäusern jeden Insassen mit durchschnittlich 120 Millirem pro Jahr belastet – eine Menge, die der Strahlenbelastung aus allen anderen natürlichen Quellen entspricht – erregte dies die Gemüter weit weniger als der Super-GAU bei Kiew.