DIE NATÜRLICHE STRAHLENBELASTUNG Quellen, Höhe und Maßstab für das strahlenbedingte hypothetische Risiko bei medizinisch-diagnostischer Strahlenanwendung Autor: Prof. Dr. Alexander Kaul Mitglied des Wissenschaftlichen Beirates des Radon Revital Bades Präsident a.d. des Bundesamtes für Strahlenschutz, Berlin Herausgeber: Radonbad Menzenschwand GmbH & Co. KG Am Kurgarten 11 79837 St. Blasien Tel.: +49 7675 929 104 Fax: +49 7675 929 112 www.radonrevitalbad.de info@radonrevitalbad.de
1 Grundlagen 1. Quelle und Höhe der Strahlenbelastung Das Leben auf unserem Globus hat sich seit seiner Entstehung vor einigen 10 Milliarden Jahren unter der Einwirkung einer kontinuierlichen Strahlenexposition natürlichen Ursprungs entwickelt, deren Quellen kosmischen und terrestrischen Ursprungs sind. Wenn man von den sog. nicht-ionisierenden Strahlungen absieht, vor allem ultraviolettes Licht der Sonne, sind es die sog. ionisierenden Strahlungen kosmischen und terrestrischen Ursprungs. Also - geladene oder ungeladene Teilchen (Alpha-Strahlung, Neutronen, Mesonen etc.) und - elektromagnetische Strahlung (Gammastrahlung), die einerseits aus dem Weltall auf uns einstrahlt und andererseits - terrestrischen Ursprungs sind, also den geologischen Formationen in unserer Umwelt entstammen oder über pflanzliche bzw. tierische Nahrungsmittel in unseren Körper gelangen. Diese Komponenten der ionisierenden Strahlungen kann man messen, und zwar in der speziellen Dosiseinheit Milli-Sievert (m Sv). Weltweit beträgt die jährliche Strahlendosis natürlichen Ursprungs im Mittel 2,4 m Sv pro Jahr mit einem kosmischen Anteil von etwa 0,3 m Sv, einem terrestrischen Anteil von etwa 0,5 m Sv und etwa 1,3 m Sv als Folge der Inhalation von Radon. Radon ist ein radioaktives Folgeprodukt der Uran-Reihe, das als Edelgas aus den unterschiedlichen geologischen Formationen im Erdboden austritt, danach aus der Umwelt in unsere Wohnungen diffundiert und vom Menschen eingeatmet wird. Die Strahlendosis natürlichen Ursprungs aus unserem eigenen Körper ist vergleichsweise zur Dosis durch Inhalation von Radon mit 0,3 m Sv pro Jahr dagegen klein. Der Beitrag der mittleren jährlichen Strahlendosis aus industriellen Aktivitäten an der gesamten Strahlendosis natürlichen Ursprungs ist mit etwa 0,01 m Sv pro Jahr vernachlässigbar, so dass man weltweit mit einer jährlichen Dosis von etwa 2,4 m Sv rechnen kann. Abhängig von den jeweiligen geologischen Bedingungen, auf denen menschliche Ansiedelungen entstanden sind, von den Konstruktionseigenschaften der Wohngebäude, den meteorologischen Umweltbedingungen und Aufenthaltszeiten der Bewohner in ihren Wohnungen und insbesondere in den Kellerräumen sowie abhängig von den Ernährungsgewohnheiten der Menschen schwankt dieser Mittelwert von 2,4 m Sv weltweit zwischen 1 und 10 m Sv.
2 2. Mittelwerte der Strahlenbelastung In Deutschland liegt der Mittelwert der jährlichen Strahlendosis aus natürlichen Quellen bei 2,2 m Sv, also in der Größenordnung des globalen Mittelwertes, ein Wert, der sich mit den künstlichen Quellen (medizinische Exposition, bestimmungsgemäßer Betrieb von kerntechnischen Anlagen, berufliche Strahlenexposition) auf etwa 4 m Sv pro Jahr verdoppelt. Der größte Teil der Variabilität der sog. externen natürlichen Strahlenexposition in Deutschland ist dem Aufenthalt in Häusern zuzuschreiben. Diese resultiert aus dem Radon durch Zerfall von Uran im Boden und beträgt etwa 0,1 bis 0,7 m Sv pro Jahr, insbesondere tendenziell höher in Regionen mit höherem natürlichem Gehalt des Bodens an Uranisotopen, wie z.b. im Schwarzwald oder Erzgebirge. 3. Biologische Strahlenwirkungen Ionisierende und ultraviolette Strahlen (UV) leiten durch Wechselwirkung mit nahezu allen Bestandteilen von Zellen chemische Reaktionen ein, die zu Schädigungen von Biomolekülen führen können, insbesondere der Desoxyribonukleinsäure (DNA), da sie deren Integrität der Struktur und damit auch der Struktur der Erbsubstanz und deren Funktion gefährden. Zellen antworten auf die Schädigung der DNA, von Membranen und verschiedenen Zellorganellen durch ionisierende Strahlung mit einem Netzwerk koordinierter Antworten in Form von Signalketten und vielfältigen Reparatur- und Toleranzmechanismen. Nicht oder falsch reparierte DNA-Schäden können zu Änderungen der genetischen Information z.b. in Form von Mutationen oder Chromosomenaberrationen führen. Korrekt durchgeführte Reparaturmechanismen oder Toleranzmechanismen gewährleisten die genetische Information, Prozesse, die in der Lage sind, die in großer Vielzahl täglich in unserem Organismus durch die natürliche Strahlenexposition ausgelösten DNA-Schädigungen zu reparieren bzw. deren Teilungshäufigkeit betroffener Zellen und damit Mutationen zu unterbinden.
3 Resümee Bewertung der Strahlenbelastung und des hypothetischen strahlenbedingten Risikos Bis heute ist noch nicht als hinreichend belastbar anzugeben, wie viele durch Strahlenexposition induzierte Mutationsereignisse für die Tumorentwicklung nötig sind. Das liegt u.a. auch daran, dass unter der Vielzahl der zellulären und subzellulären Reparatur- und Toleranzmechanismen nicht oder falsch reparierte DNA-Schäden zu genetischen Mutationen oder Chromosomenaberrationen führen können. Als belegt können vielmehr Ergebnisse von tierexperimentellen Studien angesehen werden, wonach selbst chronische Expositionen durch ionisierende Strahlung unter 1 msv/tag bei Säugetieren keine Lebenszeitverkürzung als biologischen Effekt deutlich werden ließen. Es wird deshalb im Strahlenschutz auch bei niedrigen Strahlendosen im Bereich der Schwankungsbreite der natürlichen Strahlenexposition konservativ angenommen, dass die biologische Strahlenwirkung wie bei höheren Expositionen linear mit der Strahlendosis zunimmt. D.h., man bewertet das hypothetische, also rechnerisch bedingte Risiko der diagnostischen Strahlenanwendung durch den Vergleich der medizinisch-diagnostischen Dosis mit der Höhe der jährlichen natürlichen Strahlendosis. Für diesen Dosisbereich darf unter Berücksichtigung der geographisch und geologisch bedingten globalen Schwankungsbreite für die jährliche natürliche Strahlendosis angenommen werden, dass durch die oben geschilderten Reparaturmechanismen hypothetisch gesetzte Schäden kompensatorisch eliminiert werden, d.h. nur ein hypothetisches Risiko sind. Auf die röntgendiagnostisch angewendeten Strahlendosen oder die schmerztherapeutisch verabfolgten radon-balneologisch applizierten Strahlendosen durch Radon-Bäder, -Trinkkuren oder Inhalationen (Inhalatorien, Radon-Heilbäder) bezogen bedeutet dies, dass die mit den radon-balneotherapeutisch verbundenen Strahlendosen auch bei mehrfacher jährlicher Schmerztherapie durch Radon-Applikation die damit verbundenen Richtwerte der Strahlenexposition deutlich im Bereich der jährlichen natürlichen Strahlenexposition liegen. Dies gilt auch für die mittlere jährliche röntgendiagnostisch bedingte Strahlendosis in unserer Bevölkerung mit etwa 2 m Sv. Die mittleren jährlichen Strahlendosen von Patienten liegen auch bei vereinzelt mehrfach durchgeführten radon-balneotherapeutischen Maßnahmen zwischen 0,3 m Sv (Thermalbad) und 1,7 m Sv (Thermal-Heilstollen) und damit bei 15 bis maximal 80% der mittleren jährlichen natürlichen Strahlenexposition. Auch die für das bei den Therapien mitwirkende Personal gemessenen Strahlendosen liegen selbst bei der Radon- Balneotherapie im Thermal-Heilstollen deutlich unter dem in der Strahlenschutzverordnung festgelegten Grenzwert für beruflich Strahlenexponierte von 20 m Sv pro Jahr.
4 Literatur: (1) A. Kaul: Exposures from natural and man-made radiation sources; in: Radiological Protection, Landolt-Börnstein: Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology; Group VIII: Advanced Materials and Technologies, Volume 4; Editor: A. Kaul, D. Becker, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 2005 (2) Einfluß der natürlichen Strahlenexposition auf die Krebsentstehung in Deutschland; Stellungnahme der Strahlenschutzkommission mit wissenschaftlicher Begründung; Veröffentlichung, Band 62; Bundesamt für Strahlenschutz, Geschäftsstelle der Strahlenschutzkommission 2008 (3) A. Kaul, D. Noßke: Dosis und strahlenbedingtes Risiko der Radonexposition; Informationsschrift für Ärzte und im medizinischen Strahlenschutz tätige Naturwissenschaftler; Informationsschrift des Wissenschaftlichen Beirats des Radon-Revital Bades St. Blasien-Menzenschwand; 2016 (4) P. Deetjen, A. Falkenbach, D. Harder, H. Jöckel, A. Kaul, H. von Philipsborn: Radon als Heilmittel Therapeutische Wirksamkeit, biologischer Wirkungsmechanismus und Vergleichende Risikobewertung; Verlag Dr. Kovac`, Hamburg, 2005