Alle Strahlungsarten können Elektronen aus Atomen herausschlagen und dadurch Bindungen in Molekülen zerstören. Man spricht daher auch von ionisierender Strahlung. Trifft solche Strahlung auf biologisches Gewebe wie zum Beispiel menschliche Zellen, kann sie dort auf mehrfache Weise Unheil anrichten, erläutert Ingolf Bernhardt, Leiter des Isotopenlabors an der Universität des Saarlandes: “Die Strahlung kann Veränderungen an den Chromosomen hervorrufen, im schlimmsten Fall zu Strangbrüchen bei der DNA führen.” Außerdem gebe es “indirekte Effekte”, wenn die Strahlung etwa Wassermoleküle ionisiert und dadurch besonders reaktionsfreudige freie Radikale erzeugt. Die Folgen: “Es kann zu Mutationen kommen. Eine Zelle kann zur Krebszelle entarten, oder sie kann ihre Fähigkeit zur Teilung verlieren, sie stirbt also”, erläutert der Biophysiker.
Wie stark die Strahlung den Körper schädigt, hängt zunächst einmal von ihrer Energie ab. Physiker messen die Dosis in Joule pro Kilogramm, die Einheit dazu heißt offiziell Gray (Gy). Die verschiedenen Strahlungsarten haben aber bei gleicher Energie eine unterschiedlich starke biologische Wirkung. Die schweren Alphateilchen und Neutronen richten mehr Schaden an als Beta- oder Gammastrahlung. Um die biologische Wirkung zu beschreiben, wird daher die sogenannte Äquivalenzdosis verwendet, gemessen in der Einheit Sievert (Sv). Bei Gamma- und Betastrahlen entspricht ein Sievert einem Gray, bei Alphastrahlen und Neutronen muss man die Dosis aber noch mit einem Faktor multiplizieren, der je nach Art und Energie der Teilchen zwischen 5 und 20 liegt.
In vielen Fällen können Zellen einen entstandenen Schaden wieder reparieren ? selbst, wenn die Chromosomen betroffen sind, die ja aus Proteinen und der Erbsubstanz DNA bestehen. Die natürliche Dosis einschließlich der Belastung durch Flüge und Röntgenaufnahmen liegt zwischen einem und fünf Millisievert pro Jahr. Damit wird der Körper gut fertig. Bis zu einer Dosis von 500 Millisievert innerhalb einiger Tage oder Wochen treten keine akuten Schäden auf, heißt es beim Bundesamt für Strahlenschutz. Spätschäden wie etwa Krebserkrankungen können aber auch Jahre später auftreten ? wobei es naturgemäß schwierig ist, die Strahlung als Ursache nachzuweisen.
Doch je stärker der Strahlenbeschuss ist, desto fataler die Wirkung. Ist der gesamte Körper kurzzeitig von außen einer Dosis von 500 Millisievert ausgesetzt, kann die akute Strahlenkrankheit auftreten, mit Symptomen wie Übelkeit, Kopfschmerzen und Müdigkeit. Bei höheren Dosen treten auch Haarausfall, Durchfall und innere Blutungen auf. “Bei einer Dosis unterhalb von drei Sievert überleben die meisten Strahlenopfer, bei mehr als sechs Sievert sterben fast alle”, sagt Bernhardt. Die Symptome der Strahlenkrankheit rühren daher, dass undifferenzierte Zellen, die sich häufig teilen, schneller zerstört werden als ausgereifte Zellen. Aus diesem Grund wird ionisierende Strahlung häufig auch bei der Krebstherapie eingesetzt. “Embryonale Zellen sind besonders empfindlich, und vor allem Zellerneuerungssysteme”, sagt Bernhardt. Akute Strahlenschäden zeigen sich daher zuerst beim blutbildenden System: Die Stammzellen im Knochenmark sterben ab. Außerdem sind die so genannten Dünndarm-Epithelzellen (sie sind dafür zuständig, Stoffe aus der Nahrung aufzunehmen) und die Haut besonders stark betroffen. Merkwürdigerweise stirbt auch ein Großteil der Lymphozyten ab, obwohl es sich bei diesen weißen Blutkörperchen um ausgereifte Zellen handelt. “Warum das so ist, weiß man nicht”, sagt Bernhardt. Da die Lymphozyten dafür zuständig sind, Bakterien und Viren unschädlich zu machen, können Strahlenkranke sich gegen Krankheitserreger kaum noch wehren, ihr Immunsystem ist stark geschwächt.
Medikamente gegen die Strahlenkrankheit gibt es bislang nicht, sagt Bernhard, auch wenn das US-Verteidigungsministerium offenbar mit Substanzen experimentiert, die den Zelltod verhindern sollen. Wenn Strahlenopfer schnell in eine sterile Umgebung gebracht werden und zudem eine Knochenmarkstransplantation erhalten, haben sie aber eine Chance, zu überleben und auch wieder gesund zu werden. “Spätschäden wie Krebserkrankungen können natürlich trotzdem noch auftreten”, sagt Bernhardt.
Nahrungsmittel und Wasser, die radioaktive Substanzen enthalten, bergen andere Gefahren. Der Körper baut Stoffe wie Jod, Cäsium oder Strontium in unterschiedliche Gewebe ein. Jod gelangt zum Beispiel in die Schilddrüse, Strontium in die Knochen und Cäsium vorwiegend in die Muskeln. Dort schädigt die nach und nach freigesetzte Strahlung den Körper dann von innen. Manche Elemente, zum Beispiel Jod, werden schnell wieder ausgetauscht, andere bleiben dagegen über Jahrzehnte im Körper, so etwa Strontium. Radioaktives Jod erhöht die Gefahr für Schilddrüsenkrebs vor allem bei Kindern. Das zeigen die Erfahrungen nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl. Daher ist es sinnvoll, dass Kinder und auch Schwangere in Japan vorsorglich Jodtabletten einnehmen. Hier in Deutschland ist das aber nicht zu empfehlen, sagt Bernhardt: “Diese Tabletten haben starke Nebenwirkungen.”
