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01.05.11 / 00:10
Heft 09/2011 Medizin
Repetitorium

Wenn Radioaktivität frei wird – die Strahlenkrankheit

Es ist nicht daven auszugehen, dass die Reaktorkatastrophs in Japan akut die Strahlung in Deutschland in gesundheitsrelevanter Weise erhähen wird. Erhöhen aber dürfte sich durch die freigestzte Radioaktivität die Belastung mit sogenannier Niedrigstrahtung, deren gesundheitliche Risiken jodoch nicht konkret abzuschätzen sind. Auch wenn eine acute Gefährdung hierzulande nicht besteht, soll aus alduellem Anlass an dieser Stelle dargestellt warden, vrelche gesundheitlichen Konsequenzen eine erhähte radioactive Strahlung auf den nenschlichen Organismus haben kann.




Bei den gesundheitlichen Gefahren radioaktiver Strahlung ist zwischen akuten Schädigungen sowie langfristigen Strahlenfolgen zu differenzieren. Das Ausmaß der Folgeschäden hängt dabei direkt von der jeweils wirksamen Strahlendosis ab. So kann eine sehr hohe Strahlendosis praktisch zum sofortigen Tod führen, während eine gering-fügig erhöhte Strahlenbelastung mit einem entsprechend erhöhten Risiko für langfristige Gesundheitsschäden einhergehen kann.

Kommt es zur Strahlenschädigung, so liegt meist eine kombinierte Wirkung vor infolge einer radiogenen, einer traumatischen und auch einer thermischen Strahlenschädigung. Erfolgt eine Bestrahlung mit vergleichsweise geringen Dosen, so können akute Symptome auftreten, wobei jedoch interindividuelle Unterschiede der Empfindlichkeit bestehen und eine genaue Schwellendosis nicht angegeben werden kann. Bei starker Bestrahlung erfolgt die Wirkung jedoch unmittelbar und es resultieren massive Komplikationen bis hin zum Tod der betreffenden Person.

Folgen ionisierender Strahlung

Radioaktive Strahlung bewirkt infolge der Energieabsorption direkte chemische Ver-änderungen in biologischen Geweben, wobei es insbesondere zu Schädigungen der Nukleinsäuren, der Proteine, der Lipide und auch der Kohlenhydrate kommt. Das hat Auswirkungen auf die Funktion der Körperzellen sowie der Keimzellen. So können erhebliche DNA-Schäden resultieren, was die Transkription und Translation und damit die Proteinbiosynthese nachhaltig beeinträchtigen und über potenzielle DNA-Mutationen in den Keimzellen außerdem ein erhebliches Missbildungsrisiko bei den Nachkommen bedingen kann.

Das Ausmaß der Folgen hängt dabei von der jeweils auftretenden Veränderung ab. Dies zeigt sich vor allem im Bereich der Nukleinsäuren, wobei laut Prof. Dr. Jürgen Füller, Nuklearmedizin des Universitäts- klinikums Jena, Basenverluste, Einzelstrangbrüche sowie Brüche der H-Brückenbindungen und der DNA-Protein-Verbindungen im Allgemeinen reversibel sind. Nicht zu reparieren für die Zelle und damit irrever- sibel sind jedoch Doppelstrangbrüche und Beeinträchtigungen der intramolekularen Vernetzungen.

Wirkt eine Strahlendosis von einem Sievert auf die Zelle ein, so ist nach Füller von etwa 3 000 Basenschäden und Basenverlusten pro Zelle auszugehen, von 1 000 Einzelstrangbrüchen und von 40 Doppelstrangbrüchen. Letztere sind infolge der Irreversibilität der Veränderungen die wesentliche Basis der resultierenden Strahlen- schädigung. Allerdings wirkt sich die Strahlung auch auf die übrigen Biomoleküle aus. So sind bei den Proteinen Enzymreaktionen beeinträchtigt, was zum Beispiel Auswirkungen auf den Stoffwechsel und auch auf die Immunfunktion hat. Bestrahlungen führen bei den Lipiden hingegen zu Membranstörungen und bei den Kohlen- hydraten kommen Oxidationsprozesse zum Tragen.

Das Ausmaß der Schädigung bedingt die resultierenden Folgen für die jeweiligen Zellen: Diese können sich bei subletalem Strahlenschaden laut Füller erholen, wobei jedoch durchaus Mutationen vorliegen können. Gegebenenfalls droht zudem der sogenannte regenerative Zelltod, wenn die jeweilige Körperzelle sich nur noch verlangsamt teilen kann und schließlich untergeht. Besteht keine Teilungsfähigkeit mehr, so bedeutet dies nach Angaben des Nuklearmediziners den sogenannten Interphasentod für die Zelle.

Empfindlichkeit unterschiedlicher Gewebe

Die Auswirkungen ionisierender Strahlung hängen aber nicht nur von der Strahlendosis ab, sondern auch davon, welches Gewebe betroffen ist. Besonders sensibel auf radioaktive Strahlung reagieren vor allem Körperbereiche, in denen sich die Zellen rasch teilen. Dieses Phänomen kennen Krebspatienten, die als Folge einer Strahlentherapie die Haare verlieren.

Eine besonders hohe Empfindlichkeit gegenüber radioaktiver Strahlung haben das Knochenmark und das lymphatische Gewebe, aber auch der Dünndarm sowie die Keimdrüsen, also die Ovarien und die Hoden. Eine mittelgradige Empfindlichkeit weisen die Haut, die Schleimhäute, die Augenlinse sowie generell Drüsengewebe auf, während Bindegewebe, Muskulatur und auch Nervengewebe weniger strahlensensibel reagieren.

Die Bestrahlungsfolgen hängen damit vom jeweiligen Organ und der einwirkenden Strahlendosis ab. Bei einer Strahleneinwirkung von 1 bis 10 Sievert (Sv) kommt es dabei zum hämatopoetischen Syndrom und bei 10 bis 50 Sv zum gastrointestinalen Syndrom. 50 bis 100 Sv führen zur toxischen und mehr als 100 Sv zur zerebralen Form der Erkrankung.

Akute Strahlenkrankheit

Die akute Strahlenkrankheit, das „acute radiation syndrom“ oder kurz ARS macht sich typischerweise mit Übelkeit und Erbrechen bemerkbar. Es kommt ferner zu einem Gefühl der Mattigkeit infolge einer Panhämozytopenie, also der Schädigung verschiedenster Blutzellen wie Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten. In den Geweben resultieren Entzündungen und Nekrosen, was den weiteren Verlauf bestimmt.

Die Strahlenkrankheit wird in Analogie zu der absorbierten Strahlendosis und der auftretenden Symptomatik in vier Schweregrade eingeteilt:

■ Schweregrad 1: Von einer leichten Strahlenkrankheit ist auszugehen, wenn die Strahlendosis 2 Sv nicht übersteigt. Es kann zu Übelkeit und Appetitlosigkeit kommen sowie zu einem allgemeinen Unwohlsein. Bei dieser Krankheitsform fällt die Zahl der Lymphozyten nicht unter 600/ml ab.

Schweregrad 2: Eine mittelgradige Strahlenkrankheit besteht bei einer Bestrahlung mit Dosierungen von 2 bis 4 Sv. Es kommt in aller Regel akut innerhalb weniger Stunden zu Übelkeit und Erbrechen, beides durch die Schleimhautschädigung infolge der Bestrahlung bedingt. Typische weitere Symptome sind Blutungen und vor allem Kapillarblutungen in die Haut (Purpura). Innerhalb von drei Tagen sinkt die Lymphozytenzahl auf Werte zwischen 300 und 600/ml. Es besteht eine Hypoplasie des Knochenmarks und ein erheblich erhöhtes Infektionsrisiko. Mit einer Latenzperiode von zwei bis drei Wochen kann es unbehandelt zum Tod des Patienten kommen.

Schweregrad 3: Eine schwere Strahlenkrankheit liegt bei einer Bestrahlung mit 4 bis 6 Sv vor. Charakteristisch ist das rasche, innerhalb von 30 bis 60 Minuten einsetzende Erbrechen. Durch Schäden des Darmepithels kommt es ferner zu Durchfall und zu Elektrolytverlusten. Die Knochenmarksschädigung bedingt zudem einen Abfall der Lymphozytenzahl auf Werte von 100 bis 300/ml. Etwa zwei Wochen nach der Exposition tritt Haarausfall auf und unbehandelt droht ebenfalls ein letaler Verlauf.

Schweregrad 4: Eine sehr schwere Strahlenkrankheit nach einer Bestrahlung von mehr als 6 Sv verläuft in aller Regel letal. Die Betroffenen reagieren zunächst mit Erbrechen, Krampfanfällen sowie Somnolenz und Tremor und mit einem massiven Abfall der Lymphozyten auf unter 100/ml, ehe sie ins Koma fallen und innerhalb von wenigen Tagen der Tod eintritt.

Ab einer Bestrahlung mit 2 Sv steigt die Sterblichkeit an und liegt bei 4 Sv etwa bei 20 Prozent. Bei einer Strahlendosis von 4 bis 6 Sv nimmt die Sterblichkeit auf 50 Prozent zu und steigt bei mehr als 6 Sv auf praktisch 100 Prozent.

Behandlung der akuten Erkrankung

Eine Therapie der Strahlenkrankheit ist nur bedingt möglich. Diese ist wiederum abhängig von der Strahlendosis, die eingewirkt hat, und von der klinischen Symptomatik. In der akuten Situation sollte alles versucht werden, um die Inkorporation der Strahlung zu vermeiden. Dazu gehört, dass durch Mundspülungen sowie durch das Herbeiführen von Erbrechen sowie gegebenenfalls durch eine Magenspülung versucht wird, die Aufnahme von Radioaktivität zu hemmen. Mittels Ionenaustauschern, Komplexbildnern, einer forcierten Diurese und/ oder einer Hämodialyse kann zudem die Ausscheidung radioaktiver Substanzen beschleunigt werden.

So ist im Falle einer Leukopenie eine Infektprophylaxe durch die Gabe eines Leukozytenkonzentrats oder durch eine Behandlung mit dem Wachstumsfaktor GMCSF (Granulocyte- macrophage colony-stimulating factor) indiziert. Im Falle einer Thrombozytopenie kann ein Thrombozytenkonzentrat gegeben werden und bei Vorherrschen einer Anämie ein Erythrozytenpräparat. Alternativ kann mit Erythropoetin sowie B-Vitaminen behandelt werden.

Ist bereits eine Darmschädigung eingetreten, so ist laut Prof. Füller eine Infusionstherapie und Sepsisbehandlung möglich. Ganz generell indiziert ist nach seinen Angaben die symptomatische Behandlung mit Psychopharmaka, Analgetika und Hautexterna. Es kann zudem der Versuch einer Knochenmarkstransplantation erwogen werden.

Nicht zuletzt aufgrund der Erfahrungen in Tschernobyl und Fukushima wurden die Bemühungen um die Entwicklung spezifischer Therapieverfahren gegen das ARS deutlich intensiviert. Schlagzeilen machte dabei jüngst eine aus Salmonellen gewonnene Substanz, die als CBLB502 bezeichnet wird. Sie bindet an einen speziellen Toll-like- Rezeptor (TLR), wobei es sich bei den TLR um Strukturen in den Körperzellen handelt, die wichtige Funktionen im Bereich des Immunsystems innehaben.

TLR5, an das sich CBLB502 anheftet, stimuliert zum Beispiel Reparaturprozesse in den Zellen und könnte somit bei akuten Strahlenschäden therapeutische Bedeutung erlangen. Weitere Substanzen, die ebenfalls Reparaturprozesse in Körperzellen stimulieren, sind derzeit in der Entwicklung.

Die chronische Variante

Überlebt der Betreffende die akute Krankheitsphase, so droht die chronische Strahlenkrankheit. Sie bedingt eine generelle Abnahme der Leistungsfähigkeit infolge unterschiedlicher reversibler wie auch irreversibler Organschäden und damit auch Funk tionsverluste sowie eine chronische Immunschwäche. Es ist zudem von einem erhöhten Krebsrisiko als Folge der Bestrahlung auszugehen. Besonders empfindlich reagieren laut Privatdozent Dr. Gunther Klautke von der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie der Universität Rostock die Schilddrüse, das lymphatische System sowie die Brust. Von einer erhöhten Empfindlichkeit für eine Tumorinduktion nach Bestrahlung wird außerdem bei der Lunge ausgegangen, beim Gastrointestinaltrakt sowie bei der Haut und beim Gehirn und es besteht offenbar auch ein erhöhtes Risiko für Kopf-Hals-Tumore.

Besonders gut dokumentiert ist dabei das langfristig erhöhte Risiko für Schilddrüsenkarzinome, das nicht zuletzt auch durch die Entwicklung nach der Reaktorkatastrophe in Tschernobyl nachgewiesen wurde. So stieg die Rate an Schilddrüsenkrebs in den Folgejahren in Weißrussland, Russland und der Ukraine erheblich an und das insbesondere bei Menschen, die zur Zeit des Reaktorunfalls im Kindes- und Jugendalter waren.

Selbstverständlich ist im Fall einer Strahlenkrankheit alles zu unternehmen, um die weitere Strahlenexposition zu unterbinden beispielsweise durch die Evakuierung aus gefährdenden Bereichen und durch das Vermeiden von Kontakt mit kontaminierten Gegenständen oder Lebensmitteln. Es ist außerdem eine Nuklidentfernung durch Dekontamination und Dekorporation anzustreben.

Neben allgemeinen symptomatischen Maßnahmen bei Beschwerden aufgrund von Organschädigungen wie etwa einer umfassenden Wundbehandlung bei Hautschädigung ist zudem eine regelmäßige und engmaschige Überwachung im Hinblick auf das Auftreten von Tumoren erforderlich.

Natürliche Strahlenexposition

Bei der aktuellen Diskussion wird oft vergessen, dass der Mensch per se auch einer regelmäßigen natürlichen Strahlung infolge kosmischer und auch terrestrischer Strahlung ausgesetzt ist.

Diese sogenannte Hintergrundstrahlung aber liegt im Milli-Sievert-Bereich und wird hinsichtlich der Strahlenexposition durch natürliche Strahlenquellen mit 2,4 mS pro Jahr angegeben. Hinzu kommt eine mittlere Strahlenexposition durch künstliche Strahlenquellen – wie durch die Anwendung radioaktiver Stoffe und ionisierender Strahlung in der Medizin – von durchschnittlich 2,1 mS pro Jahr.

Allgemeine, langfristige gesundheitliche Folgen

Reaktorkatastrophen wie sie sich in Tschernobyl sowie nunmehr in Fukushima ereignet haben, sind in erster Linie für die direkt beteiligten Personen eine akute Gefahr. So sind in Tschernobyl nach offiziellen Angaben knapp 50 Menschen an der akuten Strahlenkrankheit verstorben, etwa 9 000 Todesopfer gehen laut WHO-Angaben auf das Konto langfristiger Folgen der Strahlenexposition. Nach Angaben der WHO wie auch der IATA, der „International Atomic Energy Agency“, aber sind die weit verbreiteten negativen mentalen Auswirkungen aufgrund der Tschernobyl-Katastrophe noch gravierender einzuschätzen.

Wie groß die Unsicherheiten bei der Abschätzung der langfristigen gesundheitlichen Folgen der Strahlenexposition tatsächlich sind, zeigt die enorme Diskrepanz bei der Schätzung der durch Tschernobyl verursachten Todesfälle. Deren Zahl wird nach dem Ergebnis der TORCH-Studie (The Other Report on Chernobyl) von britischen Wissenschaftlern mit 60 000 angegeben, wobei, so heißt es, die Folgen der durch die Strahlenexposition bedingten Gendefekte auf Folgegenerationen nicht berücksichtigt wurden.

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INFO

Strahlenbelastung bei Langstreckenflügen

Neben der künstlichen radioaktiven Strahlung ist jeder Mensch auch einer natürlichen Strahlung ausgesetzt. Eine wesentliche Quelle ist die kosmische Strahlung aufgrund von hochenergetischen atomaren Teilchen aus dem Kosmos, die auf die Erde gelangen. Die Strahlung wird nach Angaben des Bundesamtes für Strahlenschutz (BFS) mit zunehmender Dichte der Atmosphäre schwächer. Schützend wirken sich zudem die sogenannten „Sonnenwinde“ aus, die einen Teil der kosmischen Strahlung ablenken. Je größer die Sonnenaktivität ist, desto geringer ist die Höhenstrahlung und umgekehrt. Die Strahlung ist damit in großer Höhe ausgeprägter als am Erdboden. Sie ist außerdem von der geografischen Lage abhängig, da die kosmische Strahlung durch das Magnetfeld der Erde abgelenkt wird. Am geringsten ist die kosmische Strahlung in Äquatornähe, am höchsten ist sie an den geomagnetischen Polen. Die mit der Entfernung vom Erdboden zunehmende Strahlung erklärt, warum Menschen in Flugzeugen einer erhöhten Strahlenbelastung ausgesetzt sind. Das Ausmaß der zusätzlichen Strahlenexposition beim Fliegen hängt nach Angaben des BFS vor allem von der Flugdauer, der Flughöhe, der Flugroute und der Sonnenaktivität ab. Die effektive Dosis der Höhenstrahlung liegt nach Berechnungen des Amtes zum Beispiel bei einem Flug von Frankfurt nach Gran Canaria im Bereich von 10 bis 18 μS. Fliegt man von Frankfurt nach Johannisburg, so liegt die Strahlenexposition bei 18 bis 30 und bei einem Flug von Frankfurt nach San Francisco bei 45 bis 100 μS. Die natürliche Strahlenexposition am Erdboden beziffert das BFS mit 1 000 bis 6 000 μS pro Jahr je nach Aufenthaltsort. Ein Flug von Frankfurt nach New York, der hochgerechnet mit etwa 100 μS zu Buche schlägt, erhöht die Strahlenbelastung somit um rund fünf Prozent. Für Gelegenheitsflieger – wie etwa Urlaubsflieger – ist die zusätzliche Strahlenbelastung daher laut BFS „gering und gesundheitlich unbedenklich“. Menschen, die beruflich sehr viel fliegen und häufig auf Langstrecken unterwegs sind sowie Piloten und Flugbegleiter, unterliegen zwangsläufig einer höheren Strahlenexposition. Nach dem Strahlenschutzgesetz ist eine Überwachung des fliegenden Personals erforderlich, wenn die Mitarbeiter während der Flüge einer effektiven Strahlendosis von 1 000 μS im Jahr ausgesetzt sein können. Weitere Informationen gibt es auf der Webseite des BFS unter www.bfs.de.

Aus Sicht der Zahnmedizin

Radiotherapeutische Nebenwirkungen

Auch bei vorsätzlich applizierter radioaktiver Strahlung, beispielsweise im Rahmen eines Tumorgeschehens, entstehen häufig nicht intendierte Folgeschäden in der Umgebung der betroffenen Region. Bei im Kopf- Hals-Bereich bestrahlten Patienten kommt es in einem Großteil der Fälle zu Frühreaktionen wie dosisabhängigen Hautreaktionen (Erytheme bis hin zu Ulzerationen) und Schleimhautentzündungen im oropharyngealen Bereich. Zu den späteren Komplikationen zählen Narbenbildungen des Bindegewebes (unter Umständen mit resultierendem Trismus), Gefäßverengungen, der Verlust des Geschmackssinns sowie Xerostomie (Mundtrockenheit) nach Speicheldrüsenschädigungen. Die Xerostomie bleibt dem Patienten teilweise lebenslang erhalten und führt, nicht zuletzt aufgrund der deutlich erhöhten Kariesinzidenz, häufigerer oraler Keimbesiedelung und der Schwierigkeit, Speisen zu sich zu nehmen, zu einer erheblichen Einschränkung der Lebensqualität der betroffenen Patienten.

Xerostomie nach Radiatio.

Abhängig von dem jeweiligen Bestrahlungsregime und der Einbeziehung der Speicheldrüsen in die Bestrahlungsfelder ist eine Reduktion der Speichelfließrate post radiatio um bis zu 80 Prozent des Normalwerts beschrieben. Der Speichel wird dickflüssiger und zäher, der pH-Wert sinkt und der Anteil von Sedimenten im Speichel steigt an. Bei solchen oralen Verhältnissen basieren die therapeutischen Ansätze auf einer Senkung der Karies- und Gingivitisanfälligkeit (Beschränkung der Zuckerzufuhr, orale Hygiene, Einsatz von Fluorpräparaten), einer Bekämpfung fungaler oder bakterieller Infektionen und einer Verminderung der oralen Trockenheit. Hier kann in leichten Fällen bereits das Lutschen von sauren Bonbons oder das Kauen von Kaugummi (jeweils zuckerfrei) zu einer spürbaren Erhöhung der Speichelsekretion führen. Bei schwereren Fällen existieren Speichelersatzpräparate in Gel- oder Sprayform, die – adaptiert an die jeweilige Tagessituation – auch in Kombination zueinander eingesetzt werden können. Auch die orale Gabe von Pilocarpin (direktes Parasympathomimetikum; steigert die Sekretion exokriner Drüsen; 5 mg 3 x die) scheint zu einer Verminderung der Schwere von Radiotherapie-assoziierten Xerostomien zu führen. Hier ist allerdings eine Erhöhung der Speichelflussrate nur für sieben Monate post radiatio beschrieben.

Osteoradionekrose

Der Kieferknochen wird infolge hochenergetischer Strahlung in seiner Durchblutung kompromittiert. Damit kommt es nicht nur zu strukturellen Veränderungen (Osteoradionekrose), sondern auch einem Verlust des Vermögens lokale Infekte abzuwehren. Dies bezieht sich vor allem auf Keime der Mundhöhle, die sowohl über kariogene Läsionen als auch über parodontale Infektionen in den Knochen gelangen können. Die Folge ist eine infizierte Osteoradionekrose, eine Sonderform der Osteomyelitis. Zur Prophylaxe ist daher eine Zahnsanierung vor einer geplanten Bestrahlung im Kopf-Hals-Bereich unbedingt zu fordern und sorgfältig durchzuführen.

PD Dr. Dr. Monika Daubländer
Universitätsmedizin KöR der
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Poliklinik für Zahnärztliche Chirurgie
Augustusplatz 2, 55131 Mainz
 
Dr. Peer W. Kämmerer
Klinik für Mund-, Kieferund
Gesichtschirurgie
Augustusplatz 2, 55131 Mainz

Die Autorin der Rubrik „Repetitorium“ ist gerne bereit, Fragen zu ihren Beiträgen zu beantworten

Christine Vetter
Merkenicher Str. 224
50735 Köln




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