Strahleninduzierter Krebs - Radiation-induced cancer
Es ist bekannt, dass die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung die zukünftige Inzidenz von Krebs, insbesondere Leukämie , erhöht . Der Mechanismus, durch den dies geschieht, ist gut verstanden, aber quantitative Modelle zur Vorhersage des Risikoniveaus bleiben umstritten. Das am weitesten verbreitete Modell geht davon aus, dass die Krebsinzidenz durch ionisierende Strahlung linear mit der effektiven Strahlendosis mit einer Rate von 5,5 % pro Sievert zunimmt ; Wenn dies richtig ist, ist die natürliche Hintergrundstrahlung die gefährlichste Strahlungsquelle für die allgemeine öffentliche Gesundheit, gefolgt von der medizinischen Bildgebung an zweiter Stelle. Darüber hinaus handelt es sich bei der überwiegenden Mehrheit der nicht-invasiven Krebsarten um nicht-melanozytäre Hautkrebsarten, die durch ultraviolette Strahlung verursacht werden (die an der Grenze zwischen ionisierender und nichtionisierender Strahlung liegt). Nicht-ionisierende Radiofrequenz - Strahlung von Mobiltelefonen , elektrischer Energieübertragung und anderen ähnlichen Quellen wurden beschrieben als mögliches Karzinogen von der WHO ‚s Internationalen Agentur für Krebsforschung , aber die Verbindung bleibt unbewiesen.
Ursachen
Nach dem gängigen Modell kann jede Strahlenbelastung das Krebsrisiko erhöhen. Typische Faktoren, die zu einem solchen Risiko beitragen, sind natürliche Hintergrundstrahlung, medizinische Verfahren, berufliche Exposition, Nuklearunfälle und viele andere. Einige wichtige Mitwirkende werden unten diskutiert.
Radon
Radon ist weltweit für den Großteil der mittleren öffentlichen Exposition gegenüber ionisierender Strahlung verantwortlich . Sie trägt häufig am stärksten zur Hintergrundstrahlungsdosis einer Person bei und ist von Ort zu Ort am variabelsten. Radongas aus natürlichen Quellen kann sich in Gebäuden ansammeln, insbesondere in geschlossenen Räumen wie Dachböden und Kellern. Es kann auch in einigen Quellwässern und heißen Quellen gefunden werden.
Epidemiologische Beweise zeigen einen klaren Zusammenhang zwischen Lungenkrebs und hohen Radonkonzentrationen mit 21.000 radoninduzierten Todesfällen durch Lungenkrebs in den USA pro Jahr – nach Angaben der United States Environmental Protection Agency an zweiter Stelle nach dem Zigarettenrauchen . Daher gilt Radon in geografischen Gebieten, in denen Radon in erhöhten Konzentrationen vorhanden ist, als bedeutender Luftschadstoff in Innenräumen .
Die Exposition gegenüber Radongas in Wohngebäuden birgt ähnliche Krebsrisiken wie das Passivrauchen . Strahlung ist eine stärkere Krebsquelle, wenn sie mit anderen krebserregenden Stoffen kombiniert wird, wie z. B. Radongasexposition und Tabakrauchen.
Medizinisch
In Industrieländern trägt die medizinische Bildgebung fast so viel Strahlendosis für die Bevölkerung bei wie die natürliche Hintergrundstrahlung. Die Kollektivdosis für Amerikaner durch medizinische Bildgebung stieg von 1990 bis 2006 um den Faktor sechs, hauptsächlich aufgrund der zunehmenden Verwendung von 3D-Scans, die pro Verfahren viel mehr Dosis als herkömmliche Röntgenaufnahmen abgeben . Es wird geschätzt, dass allein CT-Scans, die die Hälfte der medizinischen Bildgebungsdosis für die Öffentlichkeit ausmachen, für 0,4% der aktuellen Krebserkrankungen in den Vereinigten Staaten verantwortlich sind, und diese Zahl könnte mit der CT-Nutzungsrate im Jahr 2007 auf bis zu 1,5-2 % ansteigen ; diese Schätzung ist jedoch umstritten. Andere nuklearmedizinische Techniken beinhalten die Injektion radioaktiver Arzneimittel direkt in den Blutkreislauf, und Strahlentherapiebehandlungen liefern absichtlich tödliche Dosen (auf zellulärer Ebene) an Tumore und umliegendes Gewebe.
Es wurde geschätzt, dass allein in den USA im Jahr 2007 durchgeführte CT-Scans in den kommenden Jahren zu 29.000 neuen Krebsfällen führen werden. Diese Schätzung wird vom American College of Radiology (ACR) kritisiert , das behauptet, dass die Lebenserwartung von CT-gescannten Patienten nicht der der Allgemeinbevölkerung entspricht und dass das Modell zur Berechnung von Krebs auf der Ganzkörperstrahlenexposition basiert und daher fehlerhaft ist.
Beruflich
In Übereinstimmung mit den ICRP-Empfehlungen gestatten die meisten Aufsichtsbehörden den Beschäftigten im Kernenergiesektor, bis zu 20-mal mehr Strahlendosis zu erhalten, als für die Allgemeinheit zulässig ist. Im Notfall sind in der Regel höhere Dosen erlaubt. Die Mehrheit der Arbeiter wird routinemäßig innerhalb der gesetzlichen Grenzen gehalten, während einige wichtige Techniker routinemäßig ihr Maximum jedes Jahr erreichen. Mehrmals im Jahr kommt es weltweit zu unbeabsichtigten Überexpositionen, die über die behördlichen Grenzwerte hinausgehen. Astronauten auf langen Missionen haben ein höheres Krebsrisiko, siehe Krebs und Raumfahrt .
Einige Berufe sind strahlenexponiert, ohne als Kernenergiearbeiter eingestuft zu werden. Flugbesatzungen sind aufgrund der reduzierten atmosphärischen Abschirmung in der Höhe berufsbedingt durch kosmische Strahlung ausgesetzt . Bergarbeiter sind beruflich Radon ausgesetzt, insbesondere in Uranbergwerken. Jeder, der in einem Granitgebäude wie dem US Capitol arbeitet , wird wahrscheinlich eine Dosis von natürlichem Uran im Granit erhalten.
Versehentlich
Nuklearunfälle können dramatische Folgen für ihre Umgebung haben, aber ihre globalen Auswirkungen auf Krebs sind geringer als die von natürlichen und medizinischen Belastungen.
Der schwerste Atomunfall ist wohl die Katastrophe von Tschernobyl . Zusätzlich zu den konventionellen Todesfällen und Todesfällen durch das akute Strahlensyndrom starben neun Kinder an Schilddrüsenkrebs , und es wird geschätzt, dass es unter den etwa 600.000 am stärksten exponierten Personen bis zu 4.000 zusätzliche Krebstote gibt. Von den 100 Millionen Curie (4 Exabecquerel ) radioaktiven Materials waren die kurzlebigen radioaktiven Isotope wie 131 I Tschernobyl zunächst die gefährlichsten. Aufgrund ihrer kurzen Halbwertszeiten von 5 und 8 Tagen sind sie nun zerfallen, so dass die langlebigeren 137 Cs (mit einer Halbwertszeit von 30,07 Jahren) und 90 Sr (mit einer Halbwertszeit von 28,78 Jahren) als Haupt- Gefahren.
Im März 2011 verursachten ein Erdbeben und ein Tsunami Schäden, die im japanischen Kernkraftwerk Fukushima I zu Explosionen und teilweisen Kernschmelzen führten . Nach Wasserstoffexplosionen in drei Reaktoren kam es zu einer signifikanten Freisetzung von radioaktivem Material, als Techniker versuchten, Meerwasser einzupumpen, um die Uranbrennstäbe kühl zu halten, und radioaktives Gas aus den Reaktoren abließen, um Platz für das Meerwasser zu schaffen. Besorgnis über die großflächige Freisetzung von Radioaktivität führte dazu, dass um das Kraftwerk eine Sperrzone von 20 km eingerichtet wurde und den Menschen innerhalb der 20-30 km-Zone geraten wurde, sich in geschlossenen Räumen aufzuhalten. Am 24. März 2011 gaben japanische Beamte bekannt, dass in 18 Wasseraufbereitungsanlagen in Tokio und fünf anderen Präfekturen radioaktives Jod-131 entdeckt worden sei, das die Sicherheitsgrenzwerte für Säuglinge überstieg.
Im Jahr 2003 fand Bandazhevsky bei Autopsien von 6 verstorbenen Kindern in der verseuchten Gegend in der Nähe von Tschernobyl, wo sie auch eine höhere Inzidenz von Bauchspeicheldrüsentumoren berichteten, eine 40-45-mal höhere Konzentration von 137-Cs als in ihrer Leber, was beweist, dass Bauchspeicheldrüse Gewebe ist ein starker Akkumulator von radioaktivem Cäsium. Im Jahr 2020 berichtete Zrielykh über einen Zeitraum von 10 Jahren über eine hohe und statistisch signifikante Inzidenz von Bauchspeicheldrüsenkrebs in der Ukraine, im Jahr 2013 gab es im Vergleich zu 2003 auch Fälle von Morbidität bei Kindern.
Andere schwere Strahlenunfälle sind die Kyshtym-Katastrophe (geschätzte 49 bis 55 Krebstote ) und das Feuer von Windscale (geschätzte 33 Krebstote).
Der Transit 5BN-3 SNAP 9A Unfall . Am 21. April 1964 verglühte der plutoniumhaltige Satellit in der Atmosphäre. Dr. John Gofman behauptete, es habe die Lungenkrebsrate weltweit erhöht. Er sagte: "Obwohl es unmöglich ist, die Zahl der durch den Unfall verursachten Lungenkrebserkrankungen abzuschätzen, steht außer Frage, dass die Verbreitung von so viel Plutonium-238 die Zahl der diagnostizierten Lungenkrebserkrankungen in vielen folgenden Jahrzehnten erhöhen würde."
Mechanismus
Krebs ist ein stochastischer Strahlungseffekt, also ein unvorhersehbares Ereignis. Die Eintrittswahrscheinlichkeit steigt mit der effektiven Strahlendosis , der Schweregrad des Krebses ist jedoch dosisunabhängig. Die Geschwindigkeit, mit der Krebs fortschreitet, die Prognose , das Ausmaß der Schmerzen und alle anderen Merkmale der Krankheit hängen nicht von der Strahlendosis ab, der die Person ausgesetzt ist. Dies steht im Gegensatz zu den deterministischen Wirkungen des akuten Strahlensyndroms, die mit einer Dosis über einem Schwellenwert an Schwere zunehmen. Krebs beginnt mit einer einzelnen Zelle, deren Funktionsfähigkeit gestört ist. Der normale Zellbetrieb wird durch die chemische Struktur von DNA- Molekülen, auch Chromosomen genannt, gesteuert .
Wenn Strahlung genügend Energie in organischem Gewebe ablagert, um eine Ionisation zu bewirken , neigt dies dazu, molekulare Bindungen aufzubrechen und so die molekulare Struktur der bestrahlten Moleküle zu verändern. Weniger energiereiche Strahlung, wie sichtbares Licht, verursacht nur eine Anregung , keine Ionisation, die normalerweise mit relativ geringer chemischer Schädigung als Wärme abgeführt wird. Ultraviolettes Licht wird normalerweise als nicht ionisierend kategorisiert, aber es liegt tatsächlich in einem Zwischenbereich, der eine gewisse Ionisierung und chemische Schäden verursacht. Daher ähnelt der krebserzeugende Mechanismus der ultravioletten Strahlung dem der ionisierenden Strahlung.
Im Gegensatz zu chemischen oder physikalischen Auslösern für Krebs trifft durchdringende Strahlung zufällig auf Moleküle in den Zellen. Durch Strahlung gebrochene Moleküle können zu hochreaktiven freien Radikalen werden , die weitere chemische Schäden verursachen. Einige dieser direkten und indirekten Schäden wirken sich schließlich auf Chromosomen und epigenetische Faktoren aus, die die Expression von Genen kontrollieren. Zelluläre Mechanismen werden einen Teil dieser Schäden reparieren, aber einige Reparaturen werden falsch sein und einige Chromosomenanomalien werden sich als irreversibel erweisen.
DNA -Doppelstrangbrüche (DSBs) gelten allgemein als die biologisch bedeutendste Läsion, durch die ionisierende Strahlung Krebs verursacht. In-vitro-Experimente zeigen, dass ionisierende Strahlung DSBs mit einer Rate von 35 DSBs pro Zelle pro Gray verursacht und einen Teil der epigenetischen Marker der DNA entfernt, die die Genexpression regulieren. Die meisten der induzierten DSBs werden innerhalb von 24 Stunden nach der Exposition repariert , jedoch werden 25% der reparierten Stränge falsch repariert und etwa 20% der Fibroblastenzellen, die 200 mGy ausgesetzt waren, starben innerhalb von 4 Tagen nach der Exposition. Ein Teil der Bevölkerung besitzt einen fehlerhaften DNA-Reparaturmechanismus und erleidet daher eine größere Beleidigung durch Strahlenexposition.
Größere Schäden führen normalerweise dazu, dass die Zelle abstirbt oder sich nicht mehr reproduzieren kann. Dieser Effekt ist für das akute Strahlensyndrom verantwortlich, aber diese stark geschädigten Zellen können nicht krebsartig werden. Leichtere Schäden können eine stabile, teilweise funktionsfähige Zelle hinterlassen, die sich vermehren und sich schließlich zu Krebs entwickeln kann, insbesondere wenn Tumorsuppressorgene beschädigt sind. Neueste Forschungen legen nahe, dass mutagene Ereignisse nicht unmittelbar nach der Bestrahlung auftreten. Stattdessen scheinen überlebende Zellen eine genomische Instabilität erworben zu haben, die eine erhöhte Mutationsrate in zukünftigen Generationen verursacht. Die Zelle durchläuft dann mehrere Stadien der neoplastischen Transformation , die nach jahrelanger Inkubation in einen Tumor gipfeln können. Die neoplastische Transformation kann in drei unabhängige Hauptstadien eingeteilt werden: morphologische Veränderungen der Zelle, Erwerb der zellulären Unsterblichkeit (Verlust normaler, lebensbegrenzender Zellregulationsprozesse) und Anpassungen, die die Bildung eines Tumors begünstigen.
In einigen Fällen verringert eine geringe Strahlendosis die Auswirkungen einer nachfolgenden, größeren Strahlendosis. Dies wurde als „adaptive Reaktion“ bezeichnet und hängt mit hypothetischen Mechanismen der Hormesis zusammen .
Eine Latenzzeit von Dekaden kann zwischen Strahlenbelastung und der Erkennung von Krebs verstreichen. Die Krebsarten , die als Folge einer Strahlenexposition entstehen können , sind nicht von solchen zu unterscheiden , die natürlicherweise oder als Folge einer Exposition gegenüber anderen Karzinogenen auftreten . Darüber hinaus weist die Literatur des National Cancer Institute darauf hin, dass chemische und physikalische Gefahren und Faktoren des Lebensstils, wie Rauchen, Alkoholkonsum und Ernährung, signifikant zu vielen dieser Krankheiten beitragen. Hinweise von Uranbergarbeitern deuten darauf hin, dass Rauchen eine multiplikative und keine additive Wechselwirkung mit Strahlung haben kann. Bewertungen des Beitrags der Strahlung zur Krebsinzidenz können nur durch große epidemiologische Studien mit gründlichen Daten zu allen anderen störenden Risikofaktoren erfolgen.
Hautkrebs
Eine längere Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung der Sonne kann zu Melanomen und anderen bösartigen Hauterkrankungen führen. Klare Beweise belegen, dass ultraviolette Strahlung, insbesondere das nicht-ionisierende mittelwellige UVB , die Ursache für die meisten nicht-melanozytären Hautkrebsarten ist , die weltweit die häufigsten Krebsarten sind.
Hautkrebs kann nach ionisierender Strahlung nach einer Latenzzeit von durchschnittlich 20 bis 40 Jahren auftreten. Eine chronische Strahlenkeratose ist eine präkanzeröse keratotische Hautläsion, die viele Jahre nach Exposition gegenüber ionisierender Strahlung auf der Haut auftreten kann. Es können sich verschiedene Malignome entwickeln, am häufigsten das Basalzellkarzinom, gefolgt vom Plattenepithelkarzinom. Das erhöhte Risiko beschränkt sich auf den Ort der Strahlenexposition. Mehrere Studien haben auch die Möglichkeit eines kausalen Zusammenhangs zwischen Melanom und ionisierender Strahlung vorgeschlagen. Der Grad des karzinogenen Risikos aufgrund geringer Exposition ist umstrittener, aber die verfügbaren Daten deuten auf ein erhöhtes Risiko hin, das ungefähr proportional zur erhaltenen Dosis ist. Radiologen und Radiologen gehören zu den frühesten strahlenexponierten Berufsgruppen. Es war die Beobachtung der frühesten Radiologen, die 1902 zur Erkennung von strahleninduziertem Hautkrebs führte – dem ersten soliden Krebs in Verbindung mit Strahlung – im Jahr 1902. Während die Häufigkeit von Hautkrebs als Folge medizinischer ionisierender Strahlung in der Vergangenheit höher war, auch einige Hinweise darauf, dass das Risiko für bestimmte Krebsarten, insbesondere Hautkrebs, bei neueren medizinischen Bestrahlungsarbeitern erhöht sein kann, und dies kann mit spezifischen oder sich ändernden radiologischen Verfahren zusammenhängen. Die verfügbaren Beweise deuten darauf hin, dass das erhöhte Hautkrebsrisiko nach der Bestrahlung 45 Jahre oder länger anhält.
Epidemiologie
Krebs ist ein stochastischer Strahlungseffekt, das heißt, er hat nur eine Eintrittswahrscheinlichkeit, im Gegensatz zu deterministischen Effekten, die immer oberhalb einer bestimmten Dosisschwelle auftreten. Die Nuklearindustrie, Nuklearaufsichtsbehörden und Regierungen sind sich einig, dass die Krebsinzidenz aufgrund ionisierender Strahlung als linear mit der effektiven Strahlendosis mit einer Rate von 5,5 % pro Sievert ansteigend modelliert werden kann . Einzelne Studien, alternative Modelle und frühere Versionen des Branchenkonsenses haben andere Risikoschätzungen hervorgebracht, die um dieses Konsensmodell herum verstreut sind. Es besteht allgemeine Übereinstimmung darüber, dass das Risiko für Säuglinge und Föten viel höher ist als für Erwachsene, für Menschen mittleren Alters höher als für Senioren und für Frauen höher als für Männer, obwohl darüber kein quantitativer Konsens besteht. Dieses Modell ist für externe Strahlung weithin akzeptiert, seine Anwendung auf interne Kontamination ist jedoch umstritten. Zum Beispiel berücksichtigt das Modell nicht die niedrigen Krebsraten bei frühen Arbeitern des Los Alamos National Laboratory , die Plutoniumstaub ausgesetzt waren, und die hohen Raten von Schilddrüsenkrebs bei Kindern nach dem Unfall von Tschernobyl , die beide interne Expositionsereignisse waren . Chris Busby vom selbsternannten "European Committee on Radiation Risk" nennt das ICRP-Modell "fatally fehlerhaft", wenn es um die interne Exposition geht.
Strahlung kann in den meisten Körperteilen, bei allen Tieren und in jedem Alter Krebs verursachen, obwohl strahlungsinduzierte solide Tumoren normalerweise 10–15 Jahre brauchen und bis zu 40 Jahre dauern können, bis sie sich klinisch manifestieren und strahlungsinduziert sind Leukämien brauchen in der Regel 2–9 Jahre, um zu erscheinen. Manche Menschen, wie zum Beispiel solche mit nevoidem Basalzellkarzinom-Syndrom oder Retinoblastom , sind überdurchschnittlich anfälliger für die Entwicklung von Krebs durch Strahlenexposition. Kinder und Jugendliche erkranken doppelt so häufig an strahleninduzierter Leukämie wie Erwachsene; Strahlenbelastung vor der Geburt hat die zehnfache Wirkung.
Strahlenexposition kann in jedem lebenden Gewebe Krebs verursachen, aber eine hochdosierte externe Ganzkörperexposition ist am engsten mit Leukämie verbunden , was die hohe Strahlenempfindlichkeit des Knochenmarks widerspiegelt . Innere Expositionen neigen dazu, in den Organen, in denen sich das radioaktive Material konzentriert, Krebs zu verursachen, so dass Radon hauptsächlich Lungenkrebs verursacht , Jod-131 für Schilddrüsenkrebs am wahrscheinlichsten Leukämie verursacht .
Datenquellen
Die Assoziationen zwischen ionisierender Strahlenbelastung und Krebsentstehung beruhen vor allem auf der „ LSS-Kohorte “ japanischer Atombombenüberlebender , der größten menschlichen Bevölkerung, die jemals hohen Mengen ionisierender Strahlung ausgesetzt war. Allerdings wurde diese Kohorte auch zu hohen Temperaturen ausgesetzt, sowohl von dem anfänglichen Kern Blitz von Infrarotlicht und nach der Explosion aufgrund ihrer Exposition gegenüber dem Feuersturm und allgemeine Bränden , die jeweils in den beiden Städten entwickelt, so dass die Überlebenden auch unterzieht Hyperthermie - Therapie in unterschiedlichem Maße. Hyperthermie oder Hitzeexposition nach einer Bestrahlung ist auf dem Gebiet der Strahlentherapie gut bekannt, um die Schwere der Schädigung der Zellen durch freie Radikale nach der Bestrahlung deutlich zu erhöhen. Gegenwärtig haben jedoch keine Versuche gerecht zu werden für diese gemacht worden Verwechselung Faktor, ist es nicht für die für diese Gruppe in den Dosis-Wirkungskurven aufgenommen oder korrigiert.
Zusätzliche Daten wurden von Empfängern ausgewählter medizinischer Verfahren und der Katastrophe von Tschernobyl 1986 gesammelt . Es gibt einen klaren Zusammenhang (siehe UNSCEAR 2000-Bericht, Band 2: Auswirkungen ) zwischen dem Unfall von Tschernobyl und der ungewöhnlich großen Zahl von etwa 1.800 Schilddrüsenkrebserkrankungen, die in kontaminierten Gebieten, vor allem bei Kindern, gemeldet wurden.
Bei geringen Strahlenbelastungen sind die biologischen Wirkungen so gering, dass sie in epidemiologischen Studien möglicherweise nicht nachgewiesen werden können. Obwohl Strahlung bei hohen Dosen und hohen Dosisleistungen Krebs verursachen kann, sind Daten zur öffentlichen Gesundheit bezüglich niedrigerer Expositionsniveaus unter etwa 10 mSv (1.000 mrem) schwieriger zu interpretieren. Um die gesundheitlichen Auswirkungen geringerer Strahlendosen zu beurteilen , stützen sich die Forscher auf Modelle des Prozesses, durch den Strahlung Krebs verursacht; Es wurden mehrere Modelle entwickelt, die unterschiedliche Risikoniveaus vorhersagen.
Studien an Berufstätigen, die einer chronisch niedrigen Strahlenbelastung über dem normalen Hintergrund ausgesetzt waren, lieferten gemischte Beweise für Krebs und transgenerationale Auswirkungen. Krebsergebnisse, obwohl unsicher, stimmen mit Risikoschätzungen auf der Grundlage von Atombombenüberlebenden überein und deuten darauf hin, dass diese Arbeiter mit einer geringfügig erhöhten Wahrscheinlichkeit konfrontiert sind, an Leukämie und anderen Krebsarten zu erkranken. Eine der jüngsten und umfangreichsten Arbeiterstudien wurde von Cardis et al. im Jahr 2005 . Es gibt Hinweise darauf, dass geringe, kurzzeitige Strahlenexpositionen nicht schädlich sind.
Modellieren
Das lineare Dosis-Wirkungs-Modell legt nahe, dass jede noch so kleine Dosiserhöhung zu einer inkrementellen Erhöhung des Risikos führt. Die Hypothese des linearen No-Threshold-Modells (LNT) wird von der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) und Aufsichtsbehörden auf der ganzen Welt akzeptiert . Nach diesem Modell erkranken etwa 1% der Weltbevölkerung irgendwann in ihrem Leben an Krebs als Folge natürlicher Hintergrundstrahlung . Zum Vergleich: 13% der Todesfälle im Jahr 2008 werden auf Krebs zurückgeführt, so dass die Hintergrundstrahlung plausibel einen kleinen Beitrag leisten könnte.
Viele Parteien haben die Annahme des linearen Modells ohne Schwellenwert durch die ICRP kritisiert, weil es die Auswirkungen niedriger Strahlendosen übertreibt. Die am häufigsten genannten Alternativen sind das „linear-quadratische“ Modell und das „hormesis“-Modell. Das lineare quadratische Modell wird in der Strahlentherapie weithin als das beste Modell des zellulären Überlebens angesehen und passt am besten zu den Leukämiedaten der LSS-Kohorte.
| Linear ohne Schwellenwert | F(D)=α⋅D |
| Linear quadratisch | F(D)=α⋅D+β⋅D 2 |
| Hormesis | F(D)=α⋅[D−β] |
In allen drei Fällen müssen die Alpha- und Beta-Werte durch Regression aus den Expositionsdaten des Menschen bestimmt werden. Laborversuche an Tieren und Gewebeproben sind von begrenztem Wert. Die meisten der verfügbaren hochwertigen Humandaten stammen von Personen mit hoher Dosis über 0,1 Sv, sodass jede Verwendung der Modelle bei niedrigen Dosen eine Extrapolation ist, die unter- oder überkonservativ sein könnte. Es liegen nicht genügend Humandaten vor, um entscheiden zu können, welches dieser Modelle bei niedrigen Dosen am genauesten ist. Der Konsens bestand darin, eine lineare Nullschwelle anzunehmen, da dies die einfachste und konservativste der drei ist.
Strahlungshormesis ist die Vermutung, dass ein niedriges Niveau ionisierender Strahlung (dh nahe dem Niveau der natürlichen Hintergrundstrahlung der Erde) dazu beiträgt, Zellen gegen DNA-Schäden aus anderen Ursachen (wie freie Radikale oder größere Dosen ionisierender Strahlung) zu "immunisieren" und abnimmt das Krebsrisiko. Die Theorie schlägt vor, dass solch niedrige Spiegel die DNA-Reparaturmechanismen des Körpers aktivieren, was dazu führt, dass im Körper höhere Mengen an zellulären DNA-Reparaturproteinen vorhanden sind, was die Fähigkeit des Körpers verbessert, DNA-Schäden zu reparieren. Diese Behauptung ist beim Menschen sehr schwer zu beweisen (zB durch statistische Krebsstudien), weil die Auswirkungen sehr niedriger ionisierender Strahlen zu gering sind, um im "Rauschen" normaler Krebsraten statistisch gemessen zu werden.
Die Idee der Strahlenhormesis wird von den Aufsichtsbehörden als unbewiesen angesehen. Sollte sich das Hormesis-Modell als zutreffend erweisen, ist es denkbar, dass aktuelle Regelungen auf Basis des LNT-Modells die hormetische Wirkung verhindern oder begrenzen und sich damit negativ auf die Gesundheit auswirken.
Andere nichtlineare Effekte wurden insbesondere bei inneren Dosen beobachtet . Jod-131 zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass hohe Dosen des Isotops manchmal weniger gefährlich sind als niedrige Dosen, da sie dazu neigen, Schilddrüsengewebe abzutöten , das ansonsten durch die Strahlung krebsartig werden würde. In den meisten Studien mit hochdosiertem I-131 zur Behandlung des Morbus Basedow konnte kein Anstieg von Schilddrüsenkrebs festgestellt werden, obwohl das Schilddrüsenkrebsrisiko bei einer Absorption von I-131 in moderaten Dosen linear ansteigt.
Öffentliche Sicherheit
Niedrigdosis-Expositionen, wie das Wohnen in der Nähe eines Kernkraftwerks oder eines Kohlekraftwerks , das höhere Emissionen als Kernkraftwerke verursacht, haben im Allgemeinen keine oder nur sehr geringe Auswirkungen auf die Krebsentwicklung, von Unfällen abgesehen. Größere Bedenken sind Radon in Gebäuden und die übermäßige Nutzung medizinischer Bildgebung.
Die Internationale Strahlenschutzkommission (ICRP) empfiehlt, die künstliche Bestrahlung der Bevölkerung auf durchschnittlich 1 mSv (0,001 Sv) der effektiven Dosis pro Jahr zu begrenzen, medizinische und berufliche Expositionen nicht eingerechnet. Zum Vergleich: Die Strahlungswerte innerhalb des US-Kapitols liegen aufgrund des Urangehalts der Granitstruktur mit 0,85 mSv/Jahr nahe der behördlichen Grenze. Nach dem ICRP-Modell hätte jemand, der 20 Jahre im Kapitol verbrachte, eine zusätzliche Chance von eins zu tausend, an Krebs zu erkranken, über jedes andere bestehende Risiko hinaus. (20 Jahre x 0,85 mSv/Jahr x 0,001 Sv/mSv x 5,5%/Sv = ~0,1%) Dieses "bestehende Risiko" ist viel höher; ein durchschnittlicher Amerikaner hätte eine Chance von eins zu zehn, während derselben 20 Jahre an Krebs zu erkranken, selbst ohne künstliche Strahlung.
Innere Kontamination durch Einnahme, Inhalation, Injektion oder Absorption ist besonders besorgniserregend, da das radioaktive Material über einen längeren Zeitraum im Körper verbleiben kann und das Subjekt noch lange nach Beendigung der anfänglichen Exposition eine akkumulierende Dosis "verpflichtet", wenn auch bei niedrige Dosisleistungen. Über hundert Menschen, darunter Eben Byers und die Radium-Mädchen , haben festgelegte Dosen von mehr als 10 Gy erhalten und starben an Krebs oder natürlichen Ursachen, während die gleiche Menge an akuter äußerer Dosis ausnahmslos einen früheren Tod durch akute Strahlung verursachen würde Syndrom .
Die innere Exposition der Öffentlichkeit wird durch gesetzliche Grenzwerte für den radioaktiven Gehalt von Lebensmitteln und Wasser kontrolliert. Diese Grenzwerte werden normalerweise in Becquerel /Kilogramm angegeben, wobei für jede Verunreinigung unterschiedliche Grenzwerte festgelegt werden.
Geschichte
Obwohl Ende des 19. Jahrhunderts Strahlung entdeckt wurde, wurden die Gefahren der Radioaktivität und der Strahlung nicht sofort erkannt. Akute Strahlenwirkungen wurden erstmals bei der Anwendung von Röntgenstrahlen beobachtet, als Wilhelm Röntgen 1895 absichtlich seine Finger einer Röntgenstrahlung aussetzte . Seine Verletzungen heilten später.
Die genetischen Auswirkungen der Strahlung, einschließlich der Auswirkungen auf das Krebsrisiko, wurden erst viel später erkannt. 1927 veröffentlichte Hermann Joseph Müller Forschungen über genetische Effekte und erhielt 1946 für seine Erkenntnisse den Nobelpreis . Strahlung wurde bei den Radium-Zifferblattmalern bald mit Knochenkrebs in Verbindung gebracht , dies wurde jedoch erst nach groß angelegten Tierversuchen nach dem Zweiten Weltkrieg bestätigt. Das Risiko wurde dann durch Langzeitstudien an Atombombenüberlebenden quantifiziert .
Bevor die biologischen Auswirkungen der Strahlung bekannt wurden, hatten viele Ärzte und Unternehmen damit begonnen, radioaktive Substanzen als Patentmedizin und radioaktive Quacksalberei zu vermarkten . Beispiele waren Radium- Einlaufbehandlungen und radiumhaltige Wässer, die als Stärkungsmittel getrunken werden sollten. Marie Curie sprach sich gegen diese Art der Behandlung aus und warnte davor, dass die Auswirkungen der Strahlung auf den menschlichen Körper nicht gut verstanden werden. Curie starb später an aplastischer Anämie , nicht an Krebs. Eben Byers , ein berühmter amerikanischer Prominenter, starb 1932 an mehreren Krebsarten, nachdem er über mehrere Jahre große Mengen Radium konsumiert hatte; sein Tod machte die Öffentlichkeit auf die Gefahren der Strahlung aufmerksam. In den 1930er Jahren waren radiumhaltige Medizinprodukte nach einer Reihe von Fällen von Knochennekrose und Todesfällen bei Enthusiasten fast vom Markt verschwunden.
In den Vereinigten Staaten hat die Erfahrung der sogenannten Radium Girls , bei denen Tausende von Radium-Zifferblattmalern an Mundkrebs erkrankten, die Warnungen vor der Berufsgesundheit im Zusammenhang mit Strahlengefahren populär gemacht. Robley D. Evans vom MIT entwickelte den ersten Standard für die zulässige Körperbelastung durch Radium, ein wichtiger Schritt bei der Etablierung der Nuklearmedizin als Studienfach. Mit der Entwicklung von Kernreaktoren und Atomwaffen in den 1940er Jahren wurde der Untersuchung aller Arten von Strahlungswirkungen eine erhöhte wissenschaftliche Aufmerksamkeit gewidmet.