Wie wirkt radioaktive Strahlung auf lebende Zellen?

Radioaktivität ist energiereiche Strahlung, die von bestimmten chemischen Elementen mit instabilen Atomkernen ausgeht. Sie kann im menschlichen Körper Schaden anrichten – je nachdem, auf welche Weise und in welcher Dosis man ihnen ausgesetzt ist.

Schäden durch Energieübertragung

„Radioaktive Strahlung“ ist Energieübertragung. In lebenden Zellen überträgt die Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung ihre Energie an die Atome und Moleküle in der Zelle. Als Folge davon können in der Zelle Veränderungen auftreten, wie das Trennen von chemischen Bindungen oder Beschädigungen der DNA, der Trägerin der Erbinformation. Ähnliche Schädigungen können auch durch andere Umwelteinwirkungen eintreten, etwa durch krebsfördernde Stoffe, oder durch Fehler bei normalen Stoffwechselvorgängen. Deshalb verfügen unsere Zellen über sehr effiziente Reparaturmechanismen. Tritt ein schwerer Schaden auf, stirbt die Zelle und wird durch eine neue ersetzt. Ist der Schaden weniger gross, wird er repariert.

Hohe Strahlendosen in kurzer Zeit überfordern den Reparaturmechanismus der Zellen, so dass es zu Fehlern bei der Reparatur kommt. Die Zellen von Kleinkindern sind wegen ihrer hohen Teilungsrate besonders empfindlich. Das alles führt dazu, dass der Zusammenhang von ionisierender Strahlung und Gesundheitsrisiken vielschichtig ist:

• Sehr hohe Dosen in kurzer Zeit („Schockdosen“): Bei Dosen ab rund 1000 mSv treten akute Strahlenschäden auf, bei etwa 4000 mSv stirbt die Hälfte der betroffenen Menschen innerhalb von Tagen oder Wochen.
• Schwächere Strahlendosen (ab etwa 100 mSv) in kurzer Zeit erhöhen das Risiko, dass die betroffenen Menschen später an Krebs sterben (fehlerhafte Reparaturen können sich mit der Zeit in den Zellen anhäufen, wodurch das Risiko einer späteren Erkrankung und von Schäden am Erbgut steigt). Wird dieselbe Dosis über längere Zeit verteilt aufgenommen, ist das Risiko für Folgeschäden geringer.
• Unklar ist das effektive Gesundheitsrisiko bei geringen Strahlendosen (unter 100 mSv). Hier überlagern sich die Reparaturmechanismen, andere Krebsursachen und die individuelle Strahlenempfindlichkeit derart, dass ein allfälliges strahlenbedingt erhöhtes Risiko nicht erkannt werden kann: Es verschwindet in den statistischen Schwankungen der „normalen“ Krebserkrankungen. Erbschäden sind beim Menschen dagegen noch nie beobachtet worden, auch nicht bei hohen Strahlendosen.

Vorsorgeprinzip beim Strahlenschutz

Bereits im Jahr 1928 – zehn Jahre vor der Entdeckung der Kernspaltung – wurde die Internationale Strahlenschutz-Kommission (ICRP) gegründet. Die Empfehlungen der ICRP bilden heute in den meisten Ländern die Grundlage für die Gesetzgebung im Strahlenschutz. Mangels gesicherter Daten gehen weltweit die Strahlenschutzfachleute gemäss Vorsorgeprinzip davon aus, dass auch kleine Dosen schädlich sein können und es keinen Schwellenwert gibt, unterhalb dem Strahlung harmlos ist. Entsprechend streng sind die gesetzlichen Grenzwerte: Würde man vergleichbare Krebsrisiken auf die UV-Strahlung übertragen, wären nur noch knapp zwei Stunden Sonnenbaden pro Jahr tolerierbar.

Effiziente Reparaturmechanismen in Zellen

Grundsätzlich sind unsere Körperzellen aber in der Lage, kleine Schäden an der Erbinformation sehr effizient zu reparieren (wie das geht erfährst du im Artikel Schäden in der DNA: Was nun?). Das müssen sie auch, denn unsere Erde enthält viele radioaktive Elemente, weshalb wir ständig einer kleinen Menge an Radioaktivität ausgesetzt sind. Seit seinen Anfängen vor Jahrmilliarden hat sich das Leben auf diese Strahlung und andere potenziell schädliche Einwirkungen eingestellt. Diese eigentlich ungünstig erscheinenden Einflüsse haben auch eine wichtige positive Funktion: In den meisten Fällen verändern sie unser Erbgut nur minimal – Mutationen entstehen. Über Jahrmillionen konnten so aus Einzellern Menschen werden: Die Radioaktivität ist also auch eine Quelle der Evolution.