Biologische Strahlenwirkungen. Prof. Dr. S.

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1 Biologische Strahlenwirkungen Prof. Dr. S. 0 Radioaktivität Eigenschaft bestimmter Stoffe, sich ohne äußere Einwirkung umzuwandeln und dabei charakteristische Strahlung auszusenden Alpha-Zerfälle Beta-Zerfälle Gamma-Zerfälle Röntgenstrahlung Spontanspaltung Spallation u.a. Aussenden von e + - Teilchen Aussenden von e -,e + aus dem Kern Aussenden von Photonen aus dem Kern Aussenden von Photonen aus inneren Elektronenschalen Spaltung eines Atomkernes Zertrümmerung eines Atomkernes Seite 1

2 1 Strahlendosen und Wirkungen die mittlere Letaldosis LD 50 ist die bei der Bestrahlung mit einer bestimmten Strahlenart aufgenommene Energiedosis, bei der innerhalb einer bestimmten Zeit 50% einer großen Anzahl von Individuen einer gegebenen Art getötet werden. LD 50,man = 4 Sv LD 100,man = 7 Sv die mittlere Letalzeit ist die Zeit, in der 50% der Lebewesen einer großen Anzahl von Individuen einer gegebenen Art als Folge einer Bestrahlung mit einer bestimmten Energiedosis sterben muss. 1.1 Strahlendosis: Energiedosis Energiedosis D = absorbierte Energie 1 J 1 Gray = kg Definition: Energiemenge, die durch die Strahlung auf eine Masseneinheit übertragen wird Symbol: Gy Alte Einheit: rad (1 Gy = 100 rad) Seite

3 1.1.1 Die Strahlenempfindlichkeit unterschiedlicher Lebewesen Außenskelett Innenskelett Stoffwechsel DNA Menge Genetische Disposition Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz Kuriositäten Strahlensterilisation der Männchen der TseTse-Fliege Schlafkrankheit beim Menschen Naganaseuche bei Rindern Bekämpfung in Tansania durch Aussetzung von 8 Millionen strahlensterilisierten Männchen Befall der Rinder sank von 0 % auf < 1 % Pilz Cryptococus Neoformans gedeiht bei hoher Strahlenbelastung besser, Energienutzung aus ionisierender Strahlung, spezieller Melaninstoffwechsel? Seite 3

4 1.1. Lebensmittelbestrahlung Lebensmittelbestrahlung mit Cs-137 (60 kev) Co-60 (1,17 bzw. 1,33 MeV) ohe Strahlenresistenz bei Mikroorganismen Sv bei Strahlenkonservierung Sv bei Strahlensterilisation (in der Medizin) Nachteile: Nicht alle Keime abgetötet Aroma- und Vitamin-, bzw. Proteinverluste Entstehung freier Radikale kanzerogen? Vertuschungsmöglichkeit für verdorbene Ware (geruchslos) Strahlenresistenz bei Mikroorganismen? 1. Strahlendosis: Personendosis Äquivalentdosis = Zellschädigung durch absorbierte Energie Definition: Sievert Äquivalentdosis, gemessen an einer für die Strahlenexposition repräsentativen Stelle der Körperoberfläche Symbol: Sv Alte Einheit: rem (1 Sv=100 rem) = Personendosis D = Energiedosis Q = Qualitätsfaktoren für Strahlungs- und Gewebeart Seite 4

5 1..1 RBW RBW = relative biologische Wirksamkeit Die RBW gibt an, wievielmal größer die Energiedosis einer Vergleichsstrahlung (meist 00 kv Röntgenstrahlen) sein muss als die Energiedosis der zu bewertenden Strahlung, damit dieselbe biologische Wirkung erzielt wird. 1.. Ionisierungsdichte locker ionisierend Elektronen, Photonen dicht ionisierend Alphateilchen, Schwerionen biologisch wirksamer Seite 5

6 1..3 Wirkung verschiedener Strahlenarten Alpha-Bestrahlung Seite 6

7 1..3. Gamma-Bestrahlung Neutronen-Bestrahlung Seite 7

8 1..4 Strahlenwichtungsfaktor w R Strahlenart Strahlenwichtungsfaktor w R Photonen, alle Energien 1 Elektronen und Myonen, alle Energien 1 Neutronen < 10 kev 5 Neutronen kev 10 Neutronen kev 0 Neutronen 0 MeV 10 Neutronen > 0 MeV 5 Protonen, außer Rückstoßprotonen > MeV 5 Alphateilchen, Spaltfragmente, schwere Kerne 0 Quelle: StrlSchV 1..5 Relative Strahlenempfindlichkeit Seite 8

9 1..6 autexposition 1.3 Organdosis ICRP 1991 Für die Organdosis für das Gewebe oder Organ T gilt: T,R T w R D TR T, R T = wr D = w D R R T, R T, R = Organdosis auf Organ/ Gewebe T bei Strahlung R = Organdosis auf Organ/ Gewebe T = Strahlungswichtungsfaktor, = Energiedosis auf Gewebe/Organ T mit Strahlungsart R Definition gültig zwischen 0,5 1 Sv Seite 9

10 1.3.1 Gewebewichtungsfaktor w T Gewebe / Organe Gewebewichtungsfaktor w T Gonaden 0,0 Dickdarm, Knochenmark (rot) 0,1 Lunge, Magen 0,1 Blase, Brust, Leber 0,05 Schilddrüse, Speiseröhre 0,05 aut, Knochenoberfläche 0,01 Andere Organe oder Gewebe 0,01 ZNS 0,0 Quelle: StrlSchV 1.4 Effektive Dosis ICRP 1991 Mit der effektiven Dosis wird das Gesamtstrahlenrisiko berechnet: E = wt T = wt wr DT, T T R R E = effektive Dosis w T = Strahlungswichtungsfaktor T = Organdosen Seite 10

11 1.4.1 Einflussgrößen Strahlenart Strahlendosis Milieufaktoren Strahlenempfindlichkeit zeitliche Dosisverteilung räumliche Dosisverteilung 1.5 Ortsdosis Äquivalentdosis = Zellschädigung durch absorbierte Energie Definition: Sievert Äquivalentdosis, gemessen mit den in Anlage VI Teil A StrlSchV angegebenen Messgrößen an einem bestimmten Ort Symbol: Sv Alte Einheit: rem (1 Sv=100 rem) Seite 11

12 1.6 Strahlungsexposition Externe Bestrahlung Ganzkörperbestrahlung Teilkörperbestrahlung autbestrahlung (durch weiche Gamma- oder Elektronenstrahlen) Bestrahlung infolge Kontamination von Kleidung, aare, aut Interne Bestrahlung Einatmen radioaktiver Stoffe (Inhalation) Aufnahme radioaktiver Stoffe über den Magen-Darm-Kanal (Ingestion) Aufnahme radioaktiver Stoffe über Wunden (Injektion) Aufnahme von -3 über die unversehrte aut (dermatologische Aufnahme) Die Strahlenbelastung des Menschen Nuklearmedizinische Diagnostik Radon und Folgeprodukte Fallout, Industrie Aufgenommene Radionuklide Terrestrische Strahlung Kosmische Strahlung Röntgendiagnostik Quelle: GSF Mensch und Umwelt Strahlen Seite 1

13 .1 Natürliche & Zivilisatorische Strahlenbelastungen Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz cosmic radiation terrestric radiation internal natural exposure total natural medical application industrial activities Tschernobyl nuclear weapon tests flights working environment fossile energy nuclear energy industrial products total civilisation Total Mean Effective Dose Rate [msv/a] 0,3 0,4 1,4,1 0,01 0,01 0,005 0,005 0,00 0,00 0,001 0,001,036 4, Terrestrische Strahlung Area Anual Dose Mean Anual Dose Maximum [msv/a] Germany 0,4 Kerala, Tamil, Nadu (India) 4 Espirito Santo (Brasilia) 6 Ramsar (Iran) 6 [msv/a] Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz Seite 13

14 .1. Kosmische Strahlung Dosisleistung [msv/a] 0,5 1,0 1, öhe über Meeresspiegel [km] 1 amburg München 3 Zugspitze 4 Großglockner Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz.1.3 Natürliche Strahlenexposition Effective Dose Rate [msv/a] external internal total cosmic 1000 m above sea level 0,4 0,4 0 m above sea level 0,7 0,7 radio nuclides 0,0 0,0 terrestric K-40 0,18 0,17 0,35 Rb-87 0,006 0,006 U-nat 0,1 1,17 1,9 Th-nat 0,14 0,08 0, Total Σ 0,71 1,45 1,89,16 Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz Seite 14

15 .1.4 Beispiele für Äquivalentdosen 7000 msv Strahlentod LD msv Schwere Strahlenkrankheit LD msv "Strahlenkater 50 msv Schwellendosis (erste klinische Effekte) 00 msv/a Maximale natürliche Strahlenbelastung (Brasilien, Monazit) 0,01 msv 3 h Flug 10 km öhe 0 msv/a Grenzwert für berufliche Strahlenbelastung (Kategorie A) 6 msv/a Grenzwert für berufliche Strahlenbelastung (Kategorie B) 0,3 msv/a Grenzwert für Belastung aus kerntechnischen Anlagen,0 msv/a Mittlere Strahlenbelastung durch medizinische Anwendungen,1 msv/a Mittlere natürliche Strahlenbelastung D <3 msv/a Zusätzliche natürliche Strahlendosis (Beton-, Granitbauten) Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz.1.5 Strahlenbelastung beim Fliegen Effektive Dosis durch öhenstrahlung auf ausgewählten Flugrouten Abflug Ankunft Dosisbereich* [µsv] Frankfurt Gran Canaria Frankfurt Johannesburg Frankfurt New York 3-75 Frankfurt Rio de Janeiro 17-8 Frankfurt Rom 3-6 Frankfurt San Francisco Frankfurt Singapur 8-50 * Die Schwankungsbreite geht hauptsächlich auf die Einflüsse von Sonnenzyklus und Flughöhe zurück. Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz Seite 15

16 .1.6 Strahlenbelastung bei der Raumfahrt Flug Flugdauer [h] Dosis [msv] Erdumkreisung APOLLO VII 60 3,6 Erdumkreisung SALJUT 6 / IV Mondumkreisung APOLLO XI 147 5,7 Mondlandung APOLLO XI Mondlandung APOLLO XIV Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz.1.7 Typische Dosiswerte bei Röntgenuntersuchungen Art der Untersuchung effektive Dosis in msv Zahnaufnahme < 0,01 Extremitäten 0,01 0,1 Schädelaufnahme 0,03 0,01 Thoraxaufnahme in Ebenen 0,1 Arteriographie / Interventionen Computertomographische Untersuchungen 1-10 Mommographie 1- (Parenchymdosis msv pro Brust) Quelle: GSF Mensch und Umwelt Strahlen Seite 16

17 .1.10 Innere jährliche Strahlenexposition Nuklid Organ Dose [msv] K-40 Ganzkörper 0,17 C-14 Ganzkörper 0,015 U, Th + Töchter Knochen, Nieren 0,075 Rn + Töchter Lungen 1,0 Summe 1,3 msv Reference: ICRP 30. Aktivität Aktivität = Anzahl der Zerfälle pro Sekunde 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde Symbol : Bq 1 Gramm Radium-6: 37 Milliarden Zerfälle pro Sekunde 37 Milliarden Bq = 1 Curie (Ci) Seite 17

18 ..1 Spezifische Aktivität Spezifische Aktivität Aktivität Masse Flächenaktivität Aktivität Fläche Volumenaktivität Aktivität Volumen Aktivitätsrate Aktivität Zeit..1.1 Die natürliche Aktivität eines Standardmenschen Radionuklid Aktivität in Bq K C Rb Pb - 10, Bi - 10, Po Daughters Rn Be Daughters Rn - 15 Sonstige 7 Summe 9 11 (ca. 130 Bq / kg) Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz Seite 18

19 ..1. Spezifische Aktivität in Nahrungsmitteln Stoff Aktivität in Bq / kg KCl vegetarische Nahrungsmittel 40* Rentierleber (Po-10) Paranüsse (Ra- 6) 13 * Mittelwert Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz..1.3 Aktivität eines Frühstücks Nahrungsmittel Aktivität in Bq 10 g Mischbrot,0 5 g Camenbert 0,9 5 g Corned Beef (Jugoslawien) 1, 0 g Nuß-Nougat-Creme 3, 15 ml schwarzer Tee (Türkei) 6,5 Nicht verkehrsfähig! 100 g Quark 0, 5 g Blaubeeren,4 Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz Seite 19

20 ..1.4 Aktivität eines Mittagessens Nahrungsmittel Aktivität in Bq 150 g Wildfleisch (Niedersachsen) 87, 60 g Nudeln, gekocht 0,6 00 g Maronen (Niedersachsen) 10,6 Nicht verkehrsfähig! 0 g Pfirsich (Konserve, Griechenland) 1,0 10 g Preisselbeermus (Skandinavien) 0,0 150 g Vanilleeis 3,0 50 g Kirschen 16,7 Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz.. Dosisfaktoren Radionuklid Organ Dosisfaktor in Sv/Bq * K-40 effektive Dosis 6, Sr-90 Knochenoberfläche 4, effektive Dosis, I-131 Schilddrüse 4, effektive Dosis, Cs-134 effektive Dosis 1, Cs-137 effektive Dosis 1, Po-10 Nieren 1, effektive Dosis 1, Ra-6 Knochenoberfläche 1, effektive Dosis, Quelle: Volkmer Radiaoaktivität und Strahlenschutz *Werte nur für Erwachsene gültig Seite 0

21 ..3 Biologische & effektive albwertszeit biologische albwertszeit unterschiedlich bei unterschiedlichen Organen bei unterschiedlichen Ernährungsgewohnheiten 1 Teff 1 = Tbio 1 + Tphys T eff = effektive albwertzeit, T bio = biologische albwertzeit, T phys = physikalische albwertzeit..3.1 Biologische albwertszeiten Radionuklid biologische WZ Speicherorgan 3 10 d Körpergewebe / Körperwasser C 14 Fett Sr a Knochen K d Muskulatur Cs d Muskulatur / Ganzkörper 65 d Muskulatur / Ganzkörper Ra 6 44,9 a Knochen U a Knochenoberfläche Th 3 a Leber 0 a Knochenoberfläche I d Schilddrüse Seite 1

22 3 Biologische Strahlenwirkungen Unter deterministischen oder nichtstochastischen Strahlenschäden versteht man Strahlenschäden, deren Schweregrad mit zunehmender Strahlenexposition (Dosis) zunimmt und die erst oberhalb bestimmter Werte der Strahlenexposition (Schwellwert) klinisch nachweisbar sind. Als stochastische Strahlenschäden bezeichnet man Strahlenschäden, bei denen die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens mit zunehmender Strahlenbelastung zunimmt, deren Schweregrad jedoch nicht dosisabhängig ist. 3.1 Strahlungsrisiken stochastisch: Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Schadens steigt proportional mit Strahlendosis Keine Schwellendosis nichtstochastisch Oberhalb einer Schwellebdosis nimmt der Schweregrad der Strahlenschäden zu Seite

23 3. Stochastische und deterministische Schäden 3.3 Verschiedene Strahlenschäden Somatische Schäden Genetische Schäden Somatische Spätschäden Somatische Frühschäden Nichtmaligne Spätschäden Maligne Spätschäden Seite 3

24 3.4 Frühschäden Frühschäden - akute Wirkungen autverbrennungen > 0,5 Sv reversible Blutbildveränderungen > 1 Sv Strahlenkrankheit: Kopfschmerzen, Übelkeit, Erbrechen Entzündungen (z.b. Colitis). Schwellendosis hängt von Dosisverteilung ab > 7 Sv Tod autverbrennungen Quelle: Seite 4

25 effektive Dosis in Sv 0 bis 0,5 0,5 bis 1 1 bis ab 4 ab 6 Quelle : diverse 3.4. Strahlenschäden Strahlenwirkungen Kaum unmittelbar nachteiligen Wirkungen, Schwächung des Immunsystems Veränderungen des Blutbilds (weiße BK), autrötungen, veränderung des Dünndarmephitels, Übelkeit, Erbrechen, sehr selten Todesfälle Nachteilige Wirkungen auf das Knochenmark, Erbrechen, Übelkeit, schlechtes Allgemeinbefinden, LD 0 Schwere Einschränkungen des Allgemeinbefindens, schwere Störungen der Blutbildung, starke Infektionsanfälligkeit, LD 50 Zusätzlich gastrointestinale Symptome auf, geringe Überlebensrate über 7 ~ LD 100 über 10 über 100 Zusätzlich Schädigung des ZNS, bis hin zu Lähmungen Schneller Tod durch Ausfall des ZNS (Sekundentod) 3.5 Spätschäden Spätschäden Langzeitwirkungen Sterilität, Linsentrübungen (Cataracte) Leukämie, Krebs (maligne Tumore) mit Latenzzeiten Krebsrisiko pro absorbierter Dosis von 10 msv d.h. von bestrahlten Personen erkranken 5 bei 10 msv Wahrscheinlich lineare Beziehung zwischen Krebshäufigkeit und absorbierter Dosis Niedrige Dosen wirkungslos? Seite 5

26 3.6 Strahlenempfindlichkeit verschiedener Organe 3.5 Genetische Schäden Schäden bei Nachkommen durch Mutation von Keimzellen Bis zum 35. Lebensjahr ca. 140 Genmutationen natürlich Bestrahlung von 10 msv: Mutationen zusätzlich Je höhere Zellteilungsrate, desto grösser das Strahlenrisiko Daher erhöhte Strahlenempfindlichkeit bei Kindern Seite 6

27 3.5.1 Aufbau einer Zelle 3.5. DNA und Gene 3 Basenpaare = 1 Codon Codons = 1 Gen Seite 7

28 3.5.3 Chromosomen Mensch: 3 Paare 1 Paar XX oder 1 Paar XY Summe 46 und 78 Menschenaffe 48 Kaninchen 44 Walderdbeere Erbkrankheiten Seite 8

29 3.5.5 Arten von Mutationen Genmutation (Punktmutationen) Veränderung der Basensequenz Gendefekte Stoffwechselstörungen Körperzellen: Tumorentstehung, Keimzellen:z.B. Albino Chromosomenmutation Chromosomenbrüche Schwere Defekte Körperzellen:Zelltod, Keimzellen: schwere Defekte Genommutationen Veränderung der Chromosomenzahl Schwere Defekte Keimzellen: z.b. Trisomie Genmutationen Seite 9

30 Chromosomenmutationen Genommutationen Seite 30

31 3.5.6 Strahlenschäden & Reparaturen Es gibt Reparaturenzyme, die Strahlenschäden reparieren können Chemische Stoffe können die biologischen Strahlenwirkungen erheblich modifizieren O, Bromuracil und Fluoruracil erhöhen die Strahlenempfindlichkeit eines Gewebes Erhöhter Wassergehalt einer Zelle erhöht die Strahlenempfindlichkeit, da vermehrt O Radikale gebildet werden können Kanzerogene Stoffe erhöhen die Strahlenempfindlichkeit Chemische Stoffe können auch desensibilisierend wirken bei Strahleneinwirkung Cysteamin Reparable Strahlenschäden Einzelstrangbrüche: Seite 31

32 Irreparable Strahlenschäden Doppelstrangbrüche: Weitere DNS - Schäden Brüche der Wasserstoffbrückenbindung: Seite 3

33 DNA-Schäden äufigkeit Durch Röntgenstrahlen werden etwa 5000 DNA-Schäden pro Gray in jeder Zelle erzeugt Davon sind Basenschäden Etwa 1000 Einzelstrangbrüche Etwa 40 Doppelstrangbrüche Etwa 00 Kombinationsschäden (Basenschäden + Brüche) Die individuelle Reparaturfähigkeit entscheidet über die resultierenden Defekte! 3.6 Strahlenbiologische Wirkungskette Seite 33

34 Seite Wasser-Radiolyse (1) Anregung O O e Ionisation e O O kin * + + / O O O O e O O aq Wasser-Radiolyse () O O O O e e O n e O O O O aq aq * O O e O O e O O O O O aq aq

35 3.6.3 Thyminoxidation O Zellen bestehen zu ca. 80 % aus Wasser O +. O. + + e - aq C C C O O O. C N N C O Thymin 3.7 Krebs und Leukämie Epidemiologische Studien an Überlebenden aus iroshima und Nagasaki Radiologen Leuchtziffernmalerinnen Beschäftigte in kerntechnischen Anlagen Patienten Betroffenen von Atombombentests Zusammentragung und Faktenbewertung bei UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) Ergebnisse von IARC (International Agency for Research on Cancer) Ergebnisse der WO (World ealth Organisation) Ergebnisse aus dem BEIR-Report (Committee on the Biological Effects of Ionizing Radiation) Quelle: Seite 35

36 3.7.1 Dosiswirkungsbeziehungen Krebs- und Leukämie Latenzzeiten: Jahrzehnte statistische Methoden der Erfassung Strahleninduktion für folgende Krebslokalisationen ausreichend epidemiologisch dokumentiert (UNSCEAR 000) Speiseröhre, Magen, darm, Lunge, Knochen, aut, weibliche Brust, Prostata, Blase, Gehirn, ZNS, Schilddrüse, Rachen, spezielle Leukämien, spezielle bösartige Neubildungen an den Lymphen Lineare Dosis-Wirkungsbeziehung bis 3 Sv für alle Krebsarten Linearquadratische Dosis-Wirkungsbeziehung für Leukämie (UNSCEAR) Dicht ionisierende Strahlung ist bei gleicher Energiedosis wirksamer als locker ionisierende Strahlung Betroffenes Gewebe / Organ: je differenzierter desto strahlenresistenter Kinder und Jugendliche sind strahlenempfindlicher als Erwachsene Quelle: iroshima & Nagasaki Atombombenabwürfe am 6. und 9. August Tote durch Explosion Strahlenopfer mit Todesfolge Kontroverse Zahlenangaben Quelle: Dr. Spira Seite 36

37 3.7.3 iroshima Strahlendosen Gesamtkörperdosis D der Überlebenden D > 4 Sv 51 4 Sv > D > 1 Sv Sv > D > 0,1 Sv ,1 Sv > D Quelle: Dr. Spira iroshima Strahlenrisiken (UNSCEAR-Studie) Von verstrahlten Personen verstarben 0 an Leukämie (Maximum 10 Jahre nach Exposition) an anderen Tumoren (kontinuierlich ansteigend) Von Personen in der Kontrollgruppe verstarben 1 an Leukämie an anderen Tumoren Strahlenbedingt bei Personen ( excess mortality ): 80 Leukämie-Fälle 60 andere Tumorerkrankungen Quelle: Dr. Spira Seite 37

38 3.7.5 Strahlenbedingter Anteil des Krebsrisikos UNSCEAR 000: Krebslokalisation Strahlenbedingter Anteil Latenzzeit Leukämien 54 % 8 Jahre Kinder: -3 Jahre Brust 5 % > 10 Jahre Lunge 10 % > 10 Jahre Eierstöcke 15 % > 10 Jahre Darm 1 % > 10 Jahre Magen 4,6 % > 10 Jahre Speiseröhre 11 % > 10 Jahre Quelle: Lebenszeit Strahlenrisiko UNSCEAR 000: 50 % Männer, 50 % Frauen, alle Altergruppen, pro 10 msv locker-ionisierender Strahlung Risiko Männer Frauen Krebssterblichkeit 0,09 % 0,13 % Krebserkrankungs wahrscheinlichkeit 0,18 % 0,6 % Leukämie 0,01 % 0,01 % Quelle: Seite 38

39 3.8 Bestrahlung während der Schwangerschaft Deterministische Folgen für ungeborenes Kind: Fehlbildungen / Entwicklungsstörungen Frühe Phase der Schwangerschaft: msv Fötus-Ganzkörperdosis Absterben des Fötus Schwangerschaftswoche (Organogenese) : msv Fötus- Ganzkörperdosis Fehlbildungen beim Fötus Ab 10. Schwangerschaftswoche: > 300 msv Fötus-Ganzkörperdosis Fehlentwicklung des Gehirns, geistige Unterentwicklung Stochastische Folgen für ungeborenes Kind Erhöhtes Krebsrisiko während der gesamten Schwangerschaft Erhöhtes Leukämierisiko während der gesamten Schwangerschaft Bei üblichen radiologischen Untersuchungen: Schwellendosis < 50 msv Quelle: Epidemiologische Studien Beobachtungsstudien an Menschen in realer Umwelt Abschätzung des Erkrankungsrisikos Querschnittsstudien Es werden zeitgleich Exposition und die zu untersuchende Erkrankung erhoben und in Beziehung zueinander gesetzt (häufige und akute Erkrankungen, Studien zur Kausalität); Ökologische Studien Anstelle individueller Daten zu Exposition und Erkrankung werden räumlich oder zeitlich zusammengefasste Daten verwendet (z.b. bei Lungenkrebsrisiko und Radonexposition), wenig aufwendige und kostenintensive Studien, jedoch Trugschlüsse möglich weil z.b. Rauchgewohnheiten nicht erfasst werden; Quelle: Seite 39

40 3.9.1 Epidemiologische Studien () Beobachtungsstudien an Menschen in realer Umwelt Abschätzung des Erkrankungsrisikos Kohortenstudien Es wird eine definierte Personengruppe mit und ohne Exposition gegenüber dem Risikofaktor untersucht, mitunter auch externe Kontrollgruppen (z.b. Wismut Studie des BfS), es können Mortalitäts oder Inzidenzraten bestimmt werden, sehr aufwendiges Verfahren Fall-Kontroll-Studien Es werden erkrankte Personen befragt nach vergangenen Expositionen, dabei sind Kontrollgruppen erforderlich ohne Erkrankung aber aus der gleichen Bevölkerungsgruppe, Studien mit kleinen Gruppen, die seltene Erkrankungen aufweisen Quelle: Aussagekraft epidemiologischer Studien Definierte Leitlinien / Kriterien zur Bewertung der Aussagekraft einer epidemiologischen Studie Qualitätssicherung Methodik zum systematischen Auffinden von Fehlern Bedingungen zur Bewertung kausaler Zusammenhänge Exposition geht der Erkrankung zeitlich voraus Veränderung in der Exposition geht einher mit Veränderung der Kranksheitshäufigkeit Risiko und Krankheit sind nicht Folge eines vorhergehenden Faktors Quelle: Seite 40

41 3.10 Wirkungen von Plutonium auf den Menschen Pu-38, Pu-39,Pu- 40,Pu-41, Pu-4,Pu-44 Pu-39, Pu-40 Fallout oberirdischer Atomwaffentests 4 t weltweit verteilt Alphastrahler, Schwermetall Gefahr von Inkorporation, besonders Inhalation Speicherorgane: Knochen (t bio = a), Leber (t bio = 0-40 a), Lymphknoten des Atemtraktes Studien in der Plutoniumfabrik MAYAK im Südural zur Lungenkrebssterblichkeit Quelle: Wirkungen von Uran auf den Menschen U-35, U-38 Alphastrahler, Schwermetall Betastrahlende Töchter Gefahr von Inkorporation, besonders Inhalation Speicherorgan für lösliche Form: Niere Für schwerlösliche Form: Lunge, bzw. Knochen U-35 Gehalte: Natur: 0,7 %, angereichert: 3-90 %, abgereichert: 0, % Abgereichertes Uran hat eine hohe Dichte und selbstentzündliche (pyrophore) Wirkung panzerbrechende Munition Seite 41

42 3.13 Tschernobyl Unfall 6. April 1986 Supergau Durch Bedienungsund Konstruktionsfehler Kernschmelze Radioaktiver Fallout Lehren aus Tschernobyl 900 Liquidatoren mit starken sofortigen Strahlenschäden > 500 msv 7680 Sterbefälle unter den Liquidatoren bis 006 Seite 4

43 Literatur M. Volkmer, Radioaktivität und Strahlenschutz, 009, ik-kernenergie Mensch+Umwelt - spezial Strahlung, 006 gsf Koelzer Lexikon zur Kernenergie, 005, FZ-Karlsruhe C. Grupen, Grundkurs Strahlenschutz, Springer-Verlag (010) Seite 43