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Wie wirkt Strahlung?
Wenn ionisierende Strahlung auf eine Zelle trifft, wird die Strahlungsenergie von den Molekülen der Zelle aufgenommen (absorbiert). Diese Energie bewirkt, dass Elektronen aus den Molekülen herausgeschlagen (Ionisation) oder Bindungen in den Molekülen aufgebrochen werden. Dabei entstehen chemisch sehr reaktive Molekülformen (Radikale), die elektrisch geladen, aber auch elektrisch neutral sein können. Diese Radikale reagieren mit den anderen Molekülen in der Zelle, was dann direkt oder indirekt Zellschädigungen zur Folge haben kann. Hauptsächlich sind davon Wassermoleküle betroffen. Es können aber auch andere Stoffe in der Zelle betroffen sein, wie zum Beispiel Proteine oder die DNA (Moleküle, die die Erbinformation tragen).
Für die späteren Folgen sind die Veränderungen der DNA von besonderer Bedeutung.
Strahlenwirkungen auf die Zelle
Im Allgemeinen ist die Zelle in der Lage, Strahlenschäden zu reparieren, so dass keine biologischen Auswirkungen zu beobachten sind. Kann die Zelle die Schäden nicht reparieren, stirbt sie in der Regel ab, indem gezielt der programmierte Zelltod eintritt (Apoptose). Bei massiven Schäden durch eine Bestrahlung mit sehr hohen Strahlendosen stirbt die Zelle unkontrolliert ab (Nekrose). Findet eine unzureichende oder fehlerhafte Reparatur statt, können genetisch veränderte (mutierte) Zellen entstehen, die sich auch weiter vermehren können.
Strahlenwirkungen auf den Organismus
Ob und in welchem Ausmaß eine Strahlenexposition zu einem gesundheitlichen Schaden führt, hängt von der absorbierten Strahlenmenge, der Strahlenart und davon ab, welches Organ oder Gewebe des Körpers hauptsächlich betroffen ist. Strahlenschäden können auch durch ionisierende Strahlung aus natürlichen Quellen (zum Beispiel Radon) entstehen.
Zur Information: Für in Deutschland lebende Personen beträgt die Dosis aus natürlichen Quellen im Durchschnitt etwa 2 bis 3 Millisievert im Jahr.
Bei den Strahlenschäden unterscheidet man grundsätzlich zwischen deterministischen und stochastischen Schäden.
Deterministische StrahlenschädenEinklappen / Ausklappen
Überschreitet die Strahlendosis einen Schwellenwert, so treten bestimmte Gewebereaktionen im menschlichen Körper auf, sogenannte deterministische Strahlenschäden. Typischerweise liegt der Schwellenwert dafür bei ca. 500 Millisievert (mSv). Deterministische Schäden entstehen durch das massive Absterben von Zellen und den daraus folgenden Funktionsverlust des betreffenden Gewebes oder Organs. Besonders betroffen davon sind
- die Haut,
- die Haare und
- die Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts
Oberhalb der Schwellenwertdosis steigt die Schwere des Schadens mit der Dosis an und bei höherer Dosis treten die Schäden früher auf. Bleibt die Strahlendosis unter dem Schwellenwert, treten zwar keine deterministischen Schäden auf, spätere stochastische Schäden sind jedoch nicht ausgeschlossen.
Entstehung
Deterministische Schäden sind in der Regel die Folge einer massiven Abtötung von Zellen in einem Organ- oder Gewebesystem durch Apoptose oder Nekrose. Werden zu viele Zellen in einem Gewebe oder Organ abgetötet, kommt es zu Funktionseinbußen in dem betroffenen Organ. Deterministische Strahlenschäden werden durch hohe Dosen an ionisierender Strahlung hervorgerufen. Sie treten immer auf, wenn die Dosis einen gewissen Schwellenwert überschreitet.
Akute Strahlenschäden
In der Regel sind deterministische Schäden akute Schäden. Das heißt, sie treten nach einer Strahlenexposition mit hohen Dosen innerhalb von Tagen oder Wochen auf.
Zu den akuten Strahlenschäden zählen unter anderem
- das Erythem der Haut (Rötung, verbrennungsähnliche Erscheinungen),
- Haarausfall,
- Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit und
- Blutarmut (Anämie).
Im Strahlenschutz sind die Dosisgrenzwerte so festgelegt, dass akute Strahlenschäden ausgeschlossen sind.
Späte deterministische Strahlenschäden
Einige deterministische Schäden treten erst später auf, wie beispielsweise die Lungenfibrose (Zunahme des Bindegewebes in der Lunge, führt zu einer Störung der Lungenfunktion). Sie zeigt sich 6 bis 24 Monate nach Bestrahlung.
Stochastische StrahlenschädenEinklappen / Ausklappen
Unter stochastischen Strahlenschäden versteht man Veränderungen im Erbmaterial von Zellen (DNA), die durch ionisierende Strahlung verursacht wurden und nur mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit auftreten. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens hängt von der Dosis ab. Die Schwere von stochastischen Strahlenschäden ist dagegen von der Dosis unabhängig. Stochastische Schäden sind z.B. Krebserkrankungen und Leukämie.
Entstehung
Durch eine unzureichende oder fehlerhafte Reparatur der DNA kann die genetische Information einer Zelle verändert werden. Beim natürlichen Prozess der Zellteilung vermehren sich dann die veränderten (mutierten) Zellen. Dieser Vorgang kann bei Körperzellen Jahre nach der Strahlenexposition zur Entstehung von Krebs führen.
Wird die Erbinformation in den Keimzellen, die in den Hoden beziehungsweise Eierstöcken produziert werden, verändert, kann dies in den darauf folgenden Generationen zu Erbschäden führen. Das Auftreten von vererbbaren Strahlenschäden (genetische Schäden) wurde allerdings bisher beim Menschen nicht beobachtet, wohl aber in Studien an Tieren.
Stochastische Strahlenschäden können in Körperzellen und in Keimzellen auch bei niedrigen Dosen ionisierender Strahlung auftreten. Das bedeutet, dass sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Dosen ein stochastischer Schaden eintreten kann, aber nicht muss. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein derartiger Strahlenschaden eintritt, wird mit zunehmender Strahlenexposition größer. Zwischen der Einwirkung der Strahlung und der Erkrankung kann eine lange Zeit vergehen (sogenannte Latenzzeit).
| Deterministische Strahlenschäden | Stochastische Strahlenschäden | |
|---|---|---|
| Beschreibung | Meist unmittelbar auftretende Schäden an Geweben und Organen | Später auftretende Schäden aufgrund von Zellen, deren DNA (Erbmaterial) geschädigt wurde |
| Ursache des Schadens | Abtötung oder Fehlfunktionen zahlreicher Zellen | Mutationen und nachfolgende Vermehrung von einzelnen mutierten Zellen (Körperzellen oder Keimzellen) |
| Dosis-Abhängigkeit | Je höher die Strahlendosis, desto schwerer der Strahlenschaden | Je höher die Strahlendosis, desto höher die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Strahlenschadens |
| Dosis-Schwellenwert | ca. 500 Millisievert (mSv); beim ungeborenen Kind ca. 50 bis 100 mSv | Nicht vorhanden |
| Beispiele | Rötungen der Haut, Haarausfall, Unfruchtbarkeit, akute Strahlenkrankheit, Fehlbildungen und Fehlentwicklungen des Gehirns beim Ungeborenen | Krebs, Leukämie, vererbbare Effekte |
Ziele des Strahlenschutzes
Der Strahlenschutz ist darauf ausgerichtet, die Gesundheit des Menschen zu schützen. Er hat das Ziel, deterministische Strahlenschäden zuverlässig zu verhindern und das Risiko für stochastische Schäden auf ein vernünftigerweise erreichbares Maß zu reduzieren.
Stand: 09.07.2018