Was macht die Strahlung einer Nuklearkatastrophe eigentlich mit unserem Körper?

Atomwaffen und nukleare Unfälle wie in Tschernobyl und Fukushima haben uns allen klar gemacht, dass nukleare Strahlung töten kann.

Aber wie genau wirkt sich die Strahlung auf unseren Körper aus? Und warum verursacht die Strahlung manchmal Krebs und heilt ihn manchmal?

Kernstrahlung ist die Energie, die alle radioaktiven Elemente abgeben, wenn sie in stabilere Atome zerfallen. Und sie wird in diesem Augenblick in und um Sie herum erzeugt.

Radioaktive Atome in allem – von Gestein bis zu Bananen und sogar in unserem Körper – geben Energie ab, wenn sie in stabilere Formen zerfallen.

Unsere Zellen können Schäden, die durch diese schwache Hintergrundstrahlung verursacht werden, leicht beseitigen – im Durchschnitt sind Australier etwa 1.5 Millisievert (mSv) Hintergrundstrahlung pro Jahr ausgesetzt. Anders verhält es sich jedoch, wenn Sie Dosen von mehr als 500 mSv ausgesetzt sind.

Die Kombination aus der Menge der Strahlung, der Sie ausgesetzt sind, der Art der Strahlung und der Häufigkeit bestimmt die Auswirkungen auf Ihre Zellen und Gewebe.

Niedrige Dosen nuklearer Strahlung verändern eher die Zellen, indem sie die DNA verändern, während hohe Dosen Zellen eher abtöten.

Die langfristige Exposition gegenüber niedrigen Strahlungsdosen erhöht also die Wahrscheinlichkeit, an Krebs zu erkranken, während eine einzige hohe Dosis schnell zu einer unmittelbaren Schädigung von Zellen und Gewebe führt – ein Prozess, der in der Strahlentherapie wirksam zur Abtötung von Tumorzellen eingesetzt wird.

Extrem hohe Dosen, wie sie Arbeiter bei Nuklearunfällen erhalten (mehrere tausend Mal höher als die Hintergrundstrahlung), verursachen weitreichende Schäden, die zu einer Reihe von Symptomen führen, die unter dem Begriff „Strahlenkrankheit“ zusammengefasst werden. Extrem hohe Dosen können innerhalb von Tagen oder Wochen zum Tod führen.

Was ist Kernstrahlung?

Die hochenergetische Strahlung, die durch radioaktiven Zerfall entsteht, kann in Form von sehr schnellen Teilchen (Elektronen bei Betastrahlung; zwei Protonen und zwei Neutronen bei Alphastrahlung) oder Wellen (Gamma- oder Röntgenstrahlen) auftreten.

Ungeachtet der Form, die sie annimmt, hat jede Kernstrahlung genug Energie, um Atomen und Molekülen, mit denen sie in Wechselwirkung tritt, Elektronen zu entziehen, was ihr den Namen ionisierende Strahlung einbrachte.

Es ist diese elektronenentziehende (ionisierende) Eigenschaft, die unseren Zellen und Geweben Schaden zufügt.

Außer der Erzeugung von Wärme kann der Entzug von Elektronen auch chemische Bindungen aufbrechen. Wenn dies in einem DNA-Molekül geschieht, kann es zu Mutationen kommen, die im weiteren Verlauf zu Krebs führen können. Und die Ionisierung eines Proteins kann seine Form und Funktion beeinträchtigen – was bei den Molekülen, die den größten Teil der Chemie in unseren Zellen koordinieren, nicht erwünscht ist.

Diese Auswirkungen werden noch verstärkt, wenn Wassermoleküle (H2O) in unserem Körper in die energiereichen freien Radikale OH- und H+ ionisiert werden, die dann andere Moleküle und Zellen in der Nähe angreifen können.

Unser Körper ist voller Wasser, und fast alle Zellen haben eine DNA, aber einige Zellen und Gewebe sind anfälliger für Schäden durch Kernstrahlung als andere.

Welche Zellen im Körper sind am stärksten von Strahlung betroffen?

Die Zellen und Organe, die am stärksten von Kernstrahlung betroffen sind, sind diejenigen, die sich aktiv reproduzieren, weil die DNA stärker exponiert ist, wenn die Zelle sich teilt.

Blutzellen haben die höchste Fluktuationsrate in unserem Körper, daher ist das Gewebe, in dem sie produziert werden – die sich schnell teilenden Zellen des Knochenmarks – am anfälligsten für Strahlenschäden.

Die Schädigung des Knochenmarks bei hohen Dosen – und seine vollständige Zerstörung bei sehr hohen Dosen – beeinträchtigt unser Immunsystem, da unsere weißen Blutkörperchen nicht ersetzt werden.

Langfristige Exposition gegenüber niedrigeren Dosen kann zu krebsartigen DNA-Mutationen im Knochenmark führen, die bei Menschen, die beruflich oder örtlich exponiert sind, zu Blutkrebs (Leukämie) führen können.

Die Zellen, die den Verdauungstrakt auskleiden, teilen sich ebenfalls schnell, so dass sie den physischen und chemischen Belastungen bei der Verdauung unserer Nahrung standhalten können. Magen-Darm-Schäden tragen zu den Symptomen des akuten Strahlensyndroms bei Menschen bei, die hohen Dosen ausgesetzt sind.

Wachsende Föten sind natürlich unglaublich strahlenempfindlich, während sich langsam teilendes Gewebe wie Muskel- und Nervenzellen weit weniger empfindlich sind.

Und gesunde Gewebe und Organe sind nicht die einzigen Zellen, die sich regelmäßig vermehren – Tumore sind buchstäblich Knäuel von Zellen, die sich unkontrolliert teilen, weshalb eine Strahlentherapie sie wirksam zerstören kann. Die gute Durchblutung von Tumoren trägt ebenfalls dazu bei, denn die Strahlung interagiert auch mit dem gelösten Sauerstoff im Blut. Das führt zur Bildung freier Radikale, die die nahe gelegenen Zellen angreifen und die Wirkung der Strahlung verstärken.

Die Exposition gegenüber externer Strahlung ist eine Sache, aber die Einnahme radioaktiver Partikel hebt den Schaden auf eine andere Ebene.

Was passiert, wenn man radioaktive Partikel einatmet oder kontaminierte Lebensmittel oder Wasser verschluckt?

Das Einatmen oder Verschlucken von radioaktivem Material bringt die Strahlungsquelle direkt in die Zellen und erhöht das Risiko der Krebsentwicklung in den Geweben, in denen sie sich ansammeln.

Radioaktives Jod (Jod-131), das durch die Explosion in Tschernobyl 1986 in die Atmosphäre geblasen wurde, verursachte eine große Anzahl von Schilddrüsenkrebsfällen bei Menschen, die kontaminierte Milch tranken (das Jod – ein Nebenprodukt der Kernspaltungsreaktionen – wurde in den Wolken aus radioaktivem Material nach der Explosion freigesetzt und landete auf den Feldern, wo es von Kühen verschluckt wurde).

Jod ist für die normale Funktion der Schilddrüse unentbehrlich, und durch ihre Fähigkeit, Jod anzuziehen, erhält die Drüse eine konzentrierte Dosis von Jod-131, wenn sie kontaminierte Milch trinkt. Glücklicherweise ist Schilddrüsenkrebs durch die Entfernung der Drüse behandelbar, auch wenn danach ein Leben lang Hormonpräparate eingenommen werden müssen. Mit einer Halbwertszeit von nur acht Tagen sank der Gehalt an radioaktivem Jod nach dem Unfall schnell ab, so dass das Risiko einer Exposition innerhalb weniger Wochen nach der Katastrophe sank.

Nicht so bei dem radioaktiven Isotop Cäsium-137, das eine Halbwertszeit von 30 Jahren hat. Cäsium ist sehr gut wasserlöslich. Wenn es also über kontaminierte Lebensmittel oder Wasser in unseren Blutkreislauf gelangt, verteilt es sich im ganzen Körper und konzentriert sich vor allem im Muskelgewebe. Unser Körper wandelt diese Gewebe schließlich um, aber es dauert drei Monate, um die Menge an Cäsium in unseren Muskeln um die Hälfte zu reduzieren, so dass die langfristige Exposition gegenüber Beta- und Gammastrahlung die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich in diesen Geweben Krebs entwickelt.

Mit einer Halbwertszeit von 29 Jahren ist Strontium-90 neben Cäsium-137 eine lang anhaltende Quelle schädlicher Strahlung nach Nuklearunfällen.

Strontium ist dem Kalzium chemisch sehr ähnlich, so dass es bei der Aufnahme von Lebensmitteln, die mit radioaktiven Strontiumisotopen wie Strontium-90 kontaminiert sind, dort landet, wo Kalzium normalerweise landet – vor allem in den Knochen.

Bei Erwachsenen reichert sich Strontium hauptsächlich an der Oberfläche der Knochen an, bei Kindern kann es jedoch in den wachsenden Knochen selbst eingebaut werden. Die Betastrahlung, die beim Zerfall der radioaktiven Atome in stabilere Formen freigesetzt wird, kann das Knochenmark schädigen und zu Knochenkrebs führen.