Wenn Radioaktivität frei wird – die Strahlenkrankheit

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 geringfügig 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.

Radioaktive Strahlung bewirkt infolge der Energieabsorption direkte chemische Veränderungen 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 Strahlenschädigung. 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 Kohlenhydraten 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.

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.

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.

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Schweregrad 2

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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.

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Schweregrad 3

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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.

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Schweregrad 4

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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.

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.

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.

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.

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.