Der Grenzwert erlaubter Strahlendosis in Fukushima ist um ein Vielfaches überschritten. Die Konzentration von radioaktivem Jod 131 lag um das 1.250-fache über dem zulässigen Höchstwert, meldet die Tagesschau, während die Zeit berichtet, dass am Sonntag die Strahlung überm Meer den zulässigen Grenzwert bereits um das 1850-fache überschritt und der Spiegel berichtet, dass die Radioaktivität am AKW Fukushima zehnmillionenfach erhöht sei.

Wie groß ist also die Gefahr?
In Deutschland liegen die „Normalwerte” je nach Region bei unter 2 mSv pro Jahr.

Randall Munroe hat eine beeindruckende Graphik zu dem Thema zusammengestellt:

mit freundlicher Genehmigung von xkcd
i-a86c2267c4a0f694e77b19e4cbc59ef5-radiation_450.png

Es gibt drei Sorten radioaktiver Strahlung, die sich in ihrer Natur und damit auch in der Art der Gefahr die von ihnen ausgeht grundlegend unterscheiden: α- β- und γ- Strahlung.

Bei Alphazerfällen werden Alphateilchen vom schweren, radioaktiven Kern (z.B. Plutonium oder Uran) abgespalten. Alphateilchen sind ionisierende Heliumatomkerne, bestehend aus je zwei Protonen und Neutronen. In Wasser oder organisches Material können Alphateilen bis zu 40 μm tief eindringen. Also in den menschlichen Körper von außen nur in die oberen Hautschichten. Das ist soweit noch nicht gefährlich.

Betastrahlen sind energiereicher und dringen tiefer in die Haut ein und können zu Verbrennungen und Hautkrebs führen, während Gammastrahlung deutlich tiefer in biologische Materie eindringt. Sie hat genug Energie, um im menschlichen Körper chemische Bindungen aufzubrechen und führt neben somatischen Schäden wie der Strahlenkrankheit zu Schäden des Erbguts. Warum? Hier ist ein einfaches Beispiel:
γ-Strahlung kann zu Doppelstrangbrüchen in der DNA führen. Ein Einfachstrangbruch in der DNA ist leicht zu beheben, da der noch bestehende Strang dem Körper mitteilt, welche Base in die Lücke gehört. Zur Behebung eines Doppelstrangbruchs hingegen, erfordert die Rekombination mit dem abgeschnittenen Stück. Wenn die Rekombination fehlerhaft verläuft, und ein sich die DNA mit einem Teil verbindet, das da eigentlich nicht hingehört, liegt in der Zelle eine fehlerhafte Schablone für die Proteinsynthese vor, das heißt fehlerhafte Proteine werden gebaut und die Zellen können ihren Aufgaben nicht mehr nachkommen, sterben oder werden zu Krebszellen.

Zurück zur Alphastrahlung. Ich sagte ja bereits oben, dass Alphateilchen zu langsam seien, um durch die Haut hinweg viel Schaden anzurichten. Iod und Caesium gelangen mit noch geringerer Wahrscheinlichkeit durch die Hautschichten. Aber wenn wir Iod oder Caesium einatmen (das passiert ständig, wenn wir uns in entsprechender Umgebung aufhalten) so gelangen sie direkt in unseren Körper und zu den Organen. Und dort zerfallen sie – weil sie ja radioaktiv sind immer weiter, strahlen unter Abgabe von α- β- und/oder γ-Strahlung weiter. α-Teilchen sind zweifach positiv geladen und sehr klein. Daher haben sie eine stark ionisierende Wirkung. Entstehen sie innerhalb des Körpers, so liegen sie direkt neben Organen vor. Wenn sie nun anfangen, Molelüle von gesunden Zellen zu ionisieren, so bedeutet dies im Fall des α-Teilchens, dass sie biologischen Molekülen zwei Elektronen abnehmen. Dadurch ändern sie die Eigenschaften jener veränderter Moleküle grundlegend – die Stabilität, die Reaktivität und die hochempfindliche Mikroumgebung der Biomoleküle ist gestört.

Kommentare (24)

  1. #1 Frank Wappler
    März 29, 2011

    Ilona Baldus schrieb (29.03.11 · 08:20 Uhr):

    > […] Wenn die Rekombination fehlerhaft verläuft, und ein sich die DNA mit einem Teil verbindet, das da eigentlich nicht hingehört […]

    p.s.
    Ich würde auch sehr schätzen eine Gelegenheit zu haben,
    Liaofu Luo, Jun Lu,
    “Temperature Dependence of Protein Folding Deduced from Quantum Transition”,
    http://arxiv.org/abs/1102.3748
    zu diskutieren …

  2. #2 Jakob
    März 29, 2011

    Kleine Anmerkung zur Alpha-Strahlung: Alpha-Partikel geben vergleichsweise viel Energie in einem kleinen Volumen über Coulomb-Wechselwirkungen an gebundene Elektronen ab. Dabei kommt es bereits zu Ionisationen. Erst am Ende der “Flugbahn”, wenn das Alpha-Partikel nur noch wenig oder keine kinetische Energie hat werden zwei Elektronen “eingesammelt”.

  3. #3 MartinS
    März 29, 2011

    Könnte mir vlt jemand erklären (Zellforschung für Dummies Form bitte), wie ein ‘Stoff [CBLB502]’ (Protein, Molekül o.Ä.) die Wirkung radioaktiver Strahlung verhindern kann? Strahlung wirkt doch auf den gesamten Organismus (also alle Zellen) und ich kann doch kaum Kiloweise irgendeinen Apoptose-Hemmer in mich rein stopfen?! (Ich gehe dabei von Bestrahlung aus – nicht von radioaktiven Partikeln, die in den Körper gelangt sind).
    Dürften, nach geltendem Recht, eigentlich die ‘Strahlenopfer’ von Fukushima damit behandelt werden? ggf, sogar auf eigenen Wunsch?
    Hatte die Frage auch schon an anderer Stelle gestellt, aber keine Antwort erhalten. Deshalb der erneute Versuch hier.

  4. #4 Ketzu
    März 29, 2011

    Hier http://klwb.de/9EFF7E gibt es auch eine Übersetzung ins Deutsche von dem super XKCD Chart (übersetzt durch Klopfer von Klopfers Web)

  5. #5 Ludmila
    März 29, 2011

    @MartinS: Ich hab nur ne Idee dazu. Vielleicht verhindern solche Stoffe, dass durch Nahrung aufgenommene radioaktive Stoffe im Körper “verbaut” werden und dort längerfristig Schaden anstellen, als wenn sie direkt ausgeschieden werden. Wie gesagt: Nur so ne Idee.

  6. #6 Karn
    März 29, 2011

    Alphastrahlung ist aus medizinischer Sicht die Schlimmste.
    Im Gegensatz zu den Beta-‘Teilchen’ ,
    [ >Beta-Minus-Zerfall: Neutron–> Proton + Elektron + Antineutrino
    >Beta-Plus-Zerfall: Proton–> Neutron+ Positron + Neutrino ]
    bei denen die Elektronen ein kontinuierlich kinetisches Energiespektrum abdecken,
    ist die Energieabgabe (mittels Ionisation) bei den Alphateilchen immer gleich. Der Grossteil der Energie (Wird mittels Impulserhaltung – da ja nur ein Teilchen – eindeutig bestimmt) wird kurz vor dem Stillstand abgegeben.
    Die Reichweite im Gewebe ist weniger als 1 mm.

    Dosimetrie:

    Problem: Aktivität sagt nur was über den Strahler aus, nicht aber über den Energiebetrag auf den Absorber (Mensch!)

    Man unterscheidet
    > Energie-Dosis: Energieabgabe einer Strahlung an Materie pro kg Gewicht (Einheit: J/kg = Gy)
    Problem: Nicht alle Strahlen schädigen gleich!

    >Äquivalent- Dosis (Organschäden): Energie-Dosis * Strahlungsfaktor
    Strahlungsfaktor: Beta: 1 Gamma: 1 Alpha: 20 (DESHALB die schlimmste Strahlung für den Menschen)
    Problem: Nicht alle Organe/Körperteile tragen gleich zur Schädigung des Gesamtkörpers bei!

    >Effektiv-Dosis (für Krebsrisiko des Gesamtkörpers): Äquivalent-Dosis * Gewichtungsfaktor für bestrahlte Gewebe. [Sv = J/kg]

    bsp.:
    Gonaden: 0.2

    Haut: 0.01 Deshalb ist Alphastrahlung, in angemessenen Dosen, die auf unsere Haut trifft nicht weiter gefährlich. (20*0.01 = 0.2, siehe oben)

    Lunge, Magen, Knochenmark: 0.12 Im Körper ist dann die Alphastrahlung aus innerer
    Bestrahlung am gefährlichsten (da hohe Äquivalent-Dosis).

    Resultierende Kerne nach Alpha-Zerfall emittieren meistens noch Photonen (Gamma-Strahlung).

    (Quelle: Physikalisches Institut, Universität Bern)

  7. #7 Karn
    März 29, 2011

    @MartinS

    In den Zellen führt Strahlung (Radioaktive Strahlung ist aus meiner Sicht der falsche Begriff, denn der Emitter ist ja radioaktiv und gibt als Folge daraus Strahlung frei die nicht radioaktiv ist, da diese ja nicht Zerfällt und weitere Strahlung frei gibt – hoffe der Satz ist verständlich) zu der Einleitung von Apoptose. Genau das, will das Medikament verhindern.

    Apoptose kann auf verschiedene Arten eingeleitet werden. Am ehesten würde ich sagen, dass diese Medikamente beim intrinsischen Weg zur Apoptose eingreifen, denn dieser wird bei Schädigung der DNA durchgeführt.

    Dieses von Ihnen genannte Medikament wird aber auch nur in Radiotherapie eingesetzt. Also nur bei Belastung einzelner Körperteile.

    Dass es ein Mittel gibt, dass im ganzen Körper die Apoptose unterdrückt, glaube ich kaum.

    Bitte korrigiert mich, bin noch ein Laie (1, Jahr Medizin)

  8. #8 Sebastian R.
    März 29, 2011

    @MartinS: Das von dir angesprochene Mittel “CBLB502” wird zur Verhinderung der Apoptose eingesetzt, so wird es zumindest in der wissenschaftlichen Studie gesagt. Dies ist schön und gut, könnte den Menschen, die mit Strahlung in Kontakt kommen, allerdings nur kurzfristig helfen. Schliesslich wird das Erbgut der Zellen teilweise zerstört und das ist dann irreversibel, wenn die Schäden so groß sind, dass die körpereigenen DNA-Reparatur-Mechanismen dem nicht mehr nachkommen können. Die Zellen werden dann zwar durch das Mittel nicht in den Tod getrieben, überleben aber mit massiven Schäden, die dann unweigerlich zu Krebs führen. Bringen tut es in meinen Augen also nichts. Andere “medikamentöse” Maßnahmen zum Strahlenschutz kommen mir auf Anhieb nicht in den Sinn und sind meines Erachtens auch nicht realisierbar. Der Ansatzpunkt würde aber sicherlich darin bestehen, die Bindungen, die zwischen den Atomen der DNA herrschen so zu stärken, dass die energiereiche Strahlung diese nicht aufbrechen könnte.

  9. #9 MartinS
    März 29, 2011

    Danke für eure Antworten!

    Letztendlich (wenn ich meine Motivation für meine Frage an euch hinterfrage), war wohl der Gedanke an die armen Japaner ausschlaggebend. Die haben ihre Gesundheit ‘geopfert’/’opfern müssen’ und sollten doch jetzt dafür auch die besten Behandlungen bekommen. Der Wiki-Artikel klang eigentlich so viel versprechend, was auch der Hintergrund für die Frage war, ob ein ‘Medikament’ in diesem Stadium überhaupt (ggf auf eigenen Wunsch als ‘letzter Strohhalm’) eingesetzt werden dürfte? Oder sieht es in der ‘Realität’ eher so aus, dass sich Hersteller sogar “auf solche Fälle stürzen”?
    Ich möchte einfach, dass den Kraftwerksarbeitern optimal geholfen wird, weil sie – aus welchen Gründen auch immer – daran arbeiten, dass vielen Anderen Krankheit oder Schlimmeres erspart bleiben.

    Ich möchte mich an dieser Stelle bei euch entschuldigen, dass mir selbst meine eigene Motivation und Absicht erst während des Schreibens klar geworden ist.
    Zur Zeit ackere ich mich über Apoptose, Zytokin zur DNA-Reparatur durch und begreife zunehmend, dass meine Frage nach einer “Erklärung” einige ‘Schuhnummern’ zu groß für mein Mini-Wissen war.
    Nochmals Dank für eure Mühe.

  10. #10 Sebastian R.
    März 29, 2011

    @MartinS: Deine Motivation ist nachzuvollziehen, aber wir müssen realistisch bleiben und uns eingestehen, dass den strahlenbelasteten Arbeiter, die derzeit in Fukushima arbeiten, im nachhinein nicht geholfen werden kann. Das einzige was man mit ihnen machen könnte, ist eine regelmäßige Kontrolluntersuchung, ob Krebs ausgebrochen ist, um so den Tumor im Anfangsstadium zu erkennen und direkt zu behandeln können. Dass das Medikament als “letzter Strohhalm” angewendet wird, wird sicher nicht der Fall sein, da es komerziell nicht verfügbar ist. Zudem würde man es den Arbeitern nicht verabreichen, da nur eine Studie zu dieser Substanz vorliegt. Somit sind mögliche Nebenwirkungen garnicht abgeklärt und man würde ihnen ggf. mehr schaden als helfen.

    Das Problem ist es aber auch nicht nur die DNA vor Strahlenschäden zu schützen, sondern die gesamte Zelle an sich, also auch Proteine und Organellen. Dies ist nach dem Stand der Forschung derzeit nicht möglich! Die Apoptose ist eigentlich auch nicht das Hauptproblem, sondern wie schon mal angesprochen, die bleibenden DNA-Schäden. Nicht, dass nur Doppelstrangbrüche (wie im Artikel hier beschrieben) entstehen, es werden auch viele Mutationen in den Genen induziert und dies nicht zu gering bei der derzeit herrschenden Strahlenbelastung. Dagegen kommt man dann nun wahrlich nicht gegenan. Ich möchte dir ja deine Hoffnung nicht nehmen, aber auf die Schnelle eine Lösung für das Problem zu finden ist aussichtslos.

    Werden Arbeiter in kurzen Arbeitszyklen ausgetauscht und mit entsprechenden Schutzanzügen ausgestattet, dann ist schon mal einiges getan. Mehr kann man leider im Moment nicht machen.

  11. #11 MartinS
    März 29, 2011

    @Sebastian R.
    Wirklich vielen Dank, dass Du nochmals auf meinen Kommentar eingehst.
    Ich hatte für die ‘armen Schweine’ (nicht abfällig gemeint) die Hoffnung, dass es außer den Kontrolluntersuchungen, Preußisch Blau und Jod-S11-Körnchen (bitte, das ist ein Witz) noch neuere Hilfen geben könnte.
    Zu Deinem letzten Absatz hätte ich aber noch eine Frage: Reicht tatsächlich eine gute Atemschutzmaske um die Aufnahme gefährlicher Stoffe (Jod und Cäsium, wie von Ilona erwähnt) zu verhindern? Allerdings sehen für mich die Photos von Fukushima eher nach Einweg-Maleranzug aus mit Tape als Protektor. Und ‘schweres’ Atemgerät konnte ich auch nicht erkennen.
    Soweit das jemand von hier aus überhaupt beurteilen kann: Werden die Arbeiter eigentlich vernünftig geschützt (Kleidung, Zyklen, etc) oder werden sie verheizt (böses Wort!)?

  12. #12 Sebastian R.
    März 29, 2011

    @MartinS: Gern geschehen! Deine letzten Fragen hinsichtlich der Schutzkleidung kann ich dir leider nicht konkret beantworten, da ich mich damit nicht auskenne und auch nicht weiß, wie das zur Zeit in Japan gehandhabt wird. Die “Maleranzüge” und Atemschutzmasken sind allerdings nur dazu da, radioaktive Partikel abzuhalten, was dadurch eigentlich gut gewährleistet wird. Strahlung können sie aber natürlich nicht abhalten.

    Dass die Arbeiter “verheizt” werden, ist keine Frage, denn so ist es. Irgendjemand muss die Arbeit schließlich verrichten, so Leid es mir tut.

  13. #13 Ilona Baldus
    März 29, 2011

    Grundsätzlich kann man mit Atemmasken schon die Aufnahme von Partikeln in Maßen verhindern, aber wenn Atemmasken ein richtiger Schutz wären, wären die Probleme mit der radioaktiven Strahlung viel kleiner.
    Warum Pharmafirmen an Medikamenten für ausgefallene Krankheiten arbeiten? Das ist gewissermaßen auch Prestige-Sache, doch leider sehr unwirtschaftlich.

    @ Frank Wappler: Über Proteinfaltung können wir gerne mal diskutieren, schreib mir doch ne kurze Email (s. Kontakt) mit ner konkreten Frage.

  14. #14 BreitSide
    März 29, 2011

    Das mit der Schutzkleidung geht mir auch schon lange nach. Ich bin immer noch ziemlich geschockt bzw wütend:
    – immerhin scheinen Einige ja inzwischen Ganzkörperanzüge zu haben. Am Anfang waren die ja noch in Blaumännern angetreten;
    – aber es hat wohl nicht einmal zu Stiefeln gereicht, wie sonst hätte knöchelhohes Wasser die 3 so schwer kontaminieren können?
    – die Atemmasken halte ich auch für schwer kontraproduktiv:
    a) Halbmasken sitzen nie 100 %.
    b) dichten sie gut (FFP3), haben sie einen ungeheueren Einatemwiderstand.
    c) haben sie einen annehmbaren Einatemwiderstand, dichten sie nicht gut.
    d) wenn schon, dann fremdbelüftete Geräte (Isolierhelme, Sandstrahlerausrüstung).
    e) die Fremdbelüftung beseitigt auch den Einatemwiderstand, sodass die Liquidatoren stattdessen wenigstens ein paar Bleigleichwerte mitnehmen könnten.

    Aber, wie ich hörte, waren das (natürlich…) Sub(sub-, sub-…)unternehmer.

    Hat irgendjemand was Anderes über deren Schutzkleidung gehört?

  15. #15 Frank Wappler
    März 30, 2011

    Ilona Baldus schrieb (29.03.11 · 23:05 Uhr):
    > Über Proteinfaltung können wir gerne mal diskutieren

    Danke; ich hatte mich nur gewundert, dass es (so weit ich erkennen kann, noch) keine öffentlich kommentierbare Scienceblogs-Rezension von
    Liaofu Luo, Jun Lu, http://arxiv.org/abs/1102.3748
    gegeben hat, verglichen mit der erheblichen Aufmerksamkeit durch weniger kommutative Medien — vgl.
    http://www.google.de/#hl=en&q=mongolia+protein+folding&aq=f&aqi=&aql=&oq=&fp=a535b878a5a11d32

    > schreib mir doch ne kurze Email (s. Kontakt) mit ner konkreten Frage.

    Danke — nicht unbedingt; ich ziehe es nach Möglichkeit vor, Fragen öffentlich zu stellen.
    (Meine Frage zum o.g. Artikel beträfe insbesondere den Zusammenhang zwischen den dort angegebenen Gleichungen (3) und (4).)

  16. #16 Frank Wappler
    März 30, 2011

    Frank Wappler schrieb (30.03.11 · 09:26 Uhr):

    > weniger kommutative Medien
    Sollte sein: “weniger kommunikative Medien”.

  17. #17 popup
    April 25, 2011

    29.03.11 · 08:20 Uhr
    Was strahlt denn da?
    ……..Daher haben sie eine stark ionisierende Wirkung. Entstehen sie innerhalb des Körpers, so liegen sie direkt neben Organen vor. Wenn sie nun anfangen, Moleküle von gesunden Zellen zu ionisieren, so bedeutet dies im Fall des α-Teilchens, dass sie biologischen Molekülen zwei Elektronen abnehmen. Dadurch ändern sie die Eigenschaften jener veränderter Moleküle grundlegend – die Stabilität, die Reaktivität und die hochempfindliche Mikroumgebung der Biomoleküle ist gestört.

    Wäre es daher möglich die Strahlenbelastung im Körper durch Chemische Verbindungen zu bekämpfen die eben nicht “chemisch” wirken aber “elektrisch”?
    D.h. Verbindungen die fähig wären die nötige Elektrische Stabilität im Körper wieder herzustellen.

  18. #18 BreitSide
    April 25, 2011

    @popup: Du willst doch nicht etwa die pöhse Schulmedizin (“Chemische Verbindungen”) in den Tempel Deines Körpers lassen? Wo die doch Deiner Meinung nach laufend versagt und Millionen Tote produziert?

    Schüttle ein paar mal den Busch, und alles wird wieder gut.

  19. #19 popup
    April 25, 2011

    @BreitSide· 25.04.11 · 13:53 Uhr

    Ich sehe dass du leider keine Ferien machst…

  20. #20 popup
    April 25, 2011

    Sorry, ich wiederhole meine Post um den geistreichen Beitrag vom SB’s Rausschmeisser BreitSide zu überspringen.

    29.03.11 · 08:20 Uhr
    Was strahlt denn da?
    ……..Daher haben sie eine stark ionisierende Wirkung. Entstehen sie innerhalb des Körpers, so liegen sie direkt neben Organen vor. Wenn sie nun anfangen, Moleküle von gesunden Zellen zu ionisieren, so bedeutet dies im Fall des α-Teilchens, dass sie biologischen Molekülen zwei Elektronen abnehmen. Dadurch ändern sie die Eigenschaften jener veränderter Moleküle grundlegend – die Stabilität, die Reaktivität und die hochempfindliche Mikroumgebung der Biomoleküle ist gestört.

    Wäre es daher möglich die Strahlenbelastung im Körper durch Chemische Verbindungen zu bekämpfen die eben nicht “chemisch” wirken aber “elektrisch”?
    D.h. Verbindungen die fähig wären die nötige Elektrische Stabilität im Körper wieder herzustellen.

  21. #21 BreitSide
    April 25, 2011

    @popup: auch durch zweimaliges Posten wird Dein Märchen nicht besser.

    Aber danke, dass Du jetzt allen, die ein klein Wenig Vorbildung in Chemie und Bio haben, glasklar aufgezeigt hast, wie weit unten Dein Niveau liegt.

    Du wolltest es ja nicht anders:

    Elektrische Stabilität im Körper

    Ich hab ja schon viel Unsinn gehört, aber das gehört definitiv zum Schlimmsten seiner Art.

    Eine elektrische Instabilität hast Du vielleicht, wenn Du Dich elektrostatisch aufgeladen hast – aber nicht an der Steckdose! Dann hast du ein paar tausend Volt zuviel. Der Rest ist eher geeignet, in Schulen und Unis für Lachkrämpfe zu sorgen.

    Viele Grüße auch an Dunning und Kruger.

  22. #22 popup
    April 25, 2011

    BreitSide· 25.04.11 · 18:06 Uhr
    Ich hab ja schon viel Unsinn gehört, aber das gehört definitiv zum Schlimmsten seiner Art.

    Ja Breit, ich verstehe. Aber meine Unwissenheit macht mir keine Angst…Du bist ja da.

  23. #23 BreitSide
    April 25, 2011

    @popo p: genau. Lieber fröhlich unwissend als zu denken anfangen. Weiter so.

  24. #24 Philipp G.
    Mai 14, 2011

    […]Die Apoptose ist eigentlich auch nicht das Hauptproblem, sondern wie schon mal angesprochen, die bleibenden DNA-Schäden […]

    Moment. Massenhaft auftretende Apoptose verursacht sehr wohl Probleme, nämlich auftretende Entzündungsreaktionen und ein Hochfahren des Immunsystems. D.h., der Körper tut nach einer Strahlenexposition das einzig sinnvolle, nämlich alle Zellen, die messbare DNA-Schäden haben umzubringen, das führt dann aber leider zu Schock und systemweiten Entzündungssymptomen, die einen dann umbringen. Und zwar wesentlich früher, als der entstehende Krebs aus den DNA-Schäden einen töten würde.

    Ähnliche Probleme treten bei großflächigen Verbrennungen und massivem Blutverlust auf – die (bei kleineren Verletzungen durchaus angemessenen) Abwehrmaßnahmen des Körpers bringen einen um, nicht die Verletzung an sich.

    Insofern ist abbremsen von Apoptose bei Strahlenverletzungen schon eine richtige Strategie, weil sie verhindert das man sofort und unmittelbar stirbt.