LNT-Modell

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Linearer Zusammenhang des LNT-Modells in Verlauf B dargestellt, A als supralinearer Zusammenhang, C mit linear-quadratischem Zusammenhang und D als Hormesis

Das Linear-No-Threshold-Modell (LNT-Modell, deutsch „Linear ohne Schwellenwert“) ist ein Modell, welches im Strahlenschutz zur Anwendung kommt und dazu dient, die Exposition mit radioaktiven Strahlen zu quantifizieren und regulatorische Grenzwerte festzulegen.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das 1959 von der internationalen Strahlenschutzkommission (englisch International Commission on Radiological Protection, ICRP) eingeführte LNT-Modell geht von einem rein linearen Zusammenhang zwischen Strahlendosis und Krebsfällen aus. In einem Diagramm geht die Gerade dabei nicht von einem Schwellenwert aus, sondern verläuft von einer Dosis Null bis unendlich. Es gibt nach dieser These ausdrücklich keinen Schwellenwert, unterhalb dessen kein Krebs auftritt. Das LNT-Modell ignoriert nicht nur die eventuelle Strahlenhormesis, sondern auch die Fähigkeit der Zellen, Erbgutschäden zu reparieren, sowie die vom Organismus, beschädigte Zellen zu entfernen.[1][2][3] Diese beiden Mechanismen bewirken, dass eine kleine Dosis über längere Zeit weniger gefährlich ist als eine große Dosis über kurze Zeit.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das LNT-Modell wird am häufigsten dazu benutzt, um die Wahrscheinlichkeit eines durch Strahlung verursachten Karzinoms zu berechnen. Die Gültigkeit des Modells ist durch epidemiologische Studien im hohen Dosisbereich belegt. Kontrovers diskutiert wird dagegen die Gültigkeit des Modells bei der Berechnung gesundheitlicher Effekte von niedrigen Strahlendosen. So ist im Niedrigdosisbereich die Vorhersagekraft des LNT-Modells sehr viel unsicherer. Ungeachtet dessen wird das Modell aber auch im Niedrigdosisbereich bei Entscheidungen im Hinblick auf die Exposition am Arbeitsplatz oder bei medizinischer Anwendung radioaktiver Strahlen zugrunde gelegt. Ähnliches gilt auch für weitreichende politische Entscheidungen, z. B. zum Einsatz der Kernenergie oder Einrichtung von Endlagern und deren potentielle Auswirkung auf die Gesundheit der Bevölkerung. Die Grundannahme des Modells ist dabei, dass der biologische Langzeitschaden durch ionisierende Strahlen (im Wesentlichen das Karzinom-Risiko) direkt proportional zur Strahlendosis ist. Unter Verwendung eines Dosimeters ist damit eine Summation aller Strahlenexpositionen möglich, ohne dabei die einzelne Dosierung oder die Dosisleistung (Dosisrate) zu berücksichtigen.[4] Entsprechend dem LNT-Modell ist Strahlung immer gesundheitsschädlich, ohne dass dabei eine Schwelle (der Strahlendosis) angenommen wird unter welcher keine gesundheitlichen Schäden zu erwarten sind.  So wird in diesem Modell auch davon ausgegangen, dass die Summe vieler kleiner Strahlendosen genauso gesundheitsschädlich ist wie die Summe dieser Dosen als Einzeldosis (lineare Wirkung).

Eine der Organisationen die maßgeblich an der internationalen Etablierung von Empfehlungen im Strahlenschutz mitwirkt, der Wissenschaftliche Ausschuss der Vereinten Nationen zur Untersuchung der Auswirkungen atomarer Strahlung (UNSCEAR), sprach im Jahr 2014 Empfehlungen aus, die anders als in früheren Jahren nicht mehr die Gültigkeit des LNT-Modells bei niedriger Strahlendosis zugrunde legen. In der Empfehlung heißt es, dass die Multiplikation sehr niedriger Strahlendosen mit einer großen Anzahl von Personen, um damit die Häufigkeit Strahlen-induzierter Gesundheitseffekte innerhalb eine Bevölkerungsgruppe zu schätzen, nicht mehr angewendet werden soll. Dies gilt für den Fall, dass die Summe niedriger Strahlendosen gleich hoch oder niedriger ist als die natürliche Strahlenexposition der jeder Mensch ohnehin ausgesetzt ist. Damit rückte der UNSCEAR klar von eigenen früheren Empfehlungen ab. Ungeachtet dieser Entwicklung aufgrund neuerer wissenschaftlicher Erkenntnisse wird aber z. B. in Deutschland noch an den älteren Empfehlungen basierend auf dem LNT-Modell festgehalten. So heißt es z. B. in einem Gutachten für die Endlagerungskommission des Deutschen Bundestages von Gerald Kirchner vom Zentrum für Naturwissenschaft und Friedensforschung (ZNF) gemeinsam mit Matthias Englert vom Öko-Institut vom 8. Dezember 2015: „… ist nach den  international  gültigen Prinzipien des  Strahlenschutzes ein radioaktiver  Stoff erst dann als unschädlich  zu bewerten, wenn er die  gesetzlich  regulierten Werte  zur  „Freigabe“ in eine  eingeschränkte  Verwertung oder  uneingeschränkte  Nutzung unterschreitet. Diese  Werte sind  so  gewählt, dass  die  resultierende Dosis die sogenannte „De minimis Dosis“ von einigen zehn Mikrosievert unterschreitet“.[5]   

Gegenwärtig wird das LNT-Modell von verschiedener Seiten angefochten, die der US-amerikanischen Nuclear Regulatory Commission (NRC) vorliegen und von ihr bewertet werden. In einer Anfechtung des Nuklearmediziners Carol Marcus von der US-amerikanischen Universität UCLA bezeichnet dieser das LNT-Modell als „wissenschaftlichen Quatsch“.

Die LNT-Hypothese fand dagegen durch die 2015 veröffentlichte INWORKS-Studie[6] eine Bestätigung. Die 2011 von Edward Calabrese formulierte Kritik an der wissenschaftlichen Basis der damals gezogenen weitreichenden Schlussfolgerungen[7] und damit auch die häufig noch genutzte Strahlenhormesis-Theorie wurde durch diese Studie nicht gestützt. Die INWORKS-Studie wies anhand einer Datenbasis von über 300.000 strahlenbelasteten Arbeitern einen linearen Zusammenhang zwischen Dosis und Risiko auch für kleine Dosen nach. Die Erhöhung des Sterberisikos durch strahleninduzierten Krebs beträgt 48 % pro Gray. Bei einer Belastung von 10 mGy erhöht sich demnach das Sterberisiko um 0,48 %. Anmerkung: Eine Energiedosis von 1 Gray (Gy) entspricht einer Strahlenexposition (Strahlendosis) von 1 Sievert (Sv) bzw. 10 mGY = 10 mSv. Die INWORKS-Langzeitstudie[8] an den über 300.000 Industriearbeitern in Kernkraftwerken in USA, UK und Frankreich ergab somit, dass ein minimal erhöhtes Risiko für die Entwicklung einer chronisch myeloischen Leukämie besteht (30 erkrankte Personen durch zusätzliche Strahlen Langzeitexposition). Das erhöhte Risiko ergab sich für jene Studienteilnehmer, die in eine relativ hohen Strahlenexposition von 50 bis 100 Millisievert ausgesetzt waren, nicht aber bei niedrigeren Dosen. Das Ergebnis entspricht damit der vergleichbar großen 15-Länder-Studie,[9] die ebenfalls ein minimal erhöhtes Risiko im niedrigen Bereich der Strahlenexposition bei Industriearbeitern in Kernkraftwerken fand. Beide Studien weisen allerdings methodische Schwächen auf, die die Aussagekraft der Studien einschränken und damit zum jetzigen Zeitpunkt keine voreiligen Schlussfolgerungen erlauben, wie z. B., dass die "Strahlenhormesis-Theorie" widerlegt sei. Experimentelle molekulargenetische Untersuchungen unterstützen die Vorstellung, dass es bei niedriger Strahlenbelastung zumindest zu einer radioadaptiven Reaktion (radioadaptive response) des Organismus kommt, der vor gesundheitlichen Schäden schützt.[10] Beispielsweise blieben in der INWORKS-Studie (und 15-Länder-Studie) die mögliche Strahlenexposition der Studienteilnehmer im Rahmen medizinischer Untersuchungen unberücksichtigt, die gerade in den USA sehr hoch und dort im Durchschnitt bei über 3 Millisievert pro Kopf und Jahr liegt.[11] Ebenfalls unberücksichtigt blieb der Tabakkonsum der Studienteilnehmer, der von besonderer Bedeutung ist, da auch hierdurch das Risiko, an einem Karzinom (inklusive Leukämie) zu erkranken, durch das im Tabak enthaltene radioaktive Radon erhöht ist. Zwar wurden diese möglichen "Confounder" (Störfaktoren) von den Autoren der Studien diskutiert. Nicht diskutiert wurde allerdings, dass entsprechende Störfaktoren (hier z. B. Radonexposition durch Rauchen, medizinische Strahlenbelastung usw.) die Aussagekraft epidemiologischer Studien gerade bei einem minimal erhöhtem Risiko (anders als bei einem mittleren bis hohen Risiko) stark eingeschränkt. So wird beispielsweise vom Committee on the Analysis of Cancer Risks in Populations near Nuclear Facilities folgende Aussage getroffen:[12] Störvariablen sind ausnahmslos bei allen epidemiologischen Studien ein wichtiger Aspekt – dies gilt vor allem für die Studien, die das Risiko von seltenen Erkrankungen bei niedriger Strahlenbelastung untersuchen. Hier kann selbst ein kleiner Störfaktor zu erheblichen Verzerrungen der Ergebnisse bzw. falschen Ergebnissen führen. Im Ergebnis kann dies zu ungerechtfertigten oder gar kontraproduktiven medizinische Handlungsanweisungen bzw. politischen Entscheidungen führen. Das Europäisches Zentrum für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten (ECDC) weist in einem Bericht von 2013 auf das zentrale Kommunikationsproblem zwischen Wissenschaft, Politik und Bevölkerung in diesem Zusammenhang hin:[13] Die Risikokommunikation einer möglichen Gesundheitsgefährdung erfolgt in einer emotional aufgeladenen Umgebung. Unter solchen Bedingungen versagen die üblichen Kommunikationsregeln häufig und können die Situation verschlimmern („fall short or can make the situation worse“).

Alternativen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Dem LNT-Modell gegenüber steht das Threshold Modell gegenüber, wonach eine sehr geringe Exposition (< 100 Millisievert kontinuierliche Jahresgesamtdosis) harmlos ist. Zum Vergleich: die mittlere Jahresdosis in Deutschland durch natürliche Strahlungsexposition liegt bei 2,1 Millisievert, wobei in einigen Regionen des Landes (vor allem im Mittelgebirge) und in Abhängigkeit von den Lebensgewohnheiten auch Werte bis 10 Millisievert erreicht werden.[14] In einigen Regionen der Welt findet sich noch eine weit höhere Strahlenexposition, ohne dass gesundheitliche Schäden in der exponierten Bevölkerung nachgewiesen wurden. Aufgrund von epidemiologischen und molekulargenetischen Studien wird das LNT-Modell angezweifelt.[15] In Tschernobyl hat das LNT-Modell wesentlich dazu beigetragen, dass zahlreiche Menschen in Panik gerieten und jahrelang an psychosomatischen Beschwerden litten und leiden wodurch in der Summe weit mehr Todesfälle verursacht wurden als durch Strahlung.[16] In Fukushima ist bis heute erst ein Mensch (ein Arbeiter im Kernkraftwerk) aufgrund von Strahlung an Krebs erkrankt und mittlerweile verstorben - allerdings verstarben 1500 Menschen durch Evakuierungsstress infolge einer panischen Evakuierung der betroffenen Gegend.[17]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Entwickelt hat die LNT-Hypothese Hermann Joseph Muller, der für die Entdeckung, dass Mutationen mit Hilfe von Röntgenstrahlen hervorgerufen werden können, 1946 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhalten hat.[18] Experimentelle Unterstützung fand die Hypothese damals durch Curt Stern.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. M. Tubiana, L. E. Feinendegen, C. Yang, J. M. Kaminski: The linear no-threshold relationship is inconsistent with radiation biologic and experimental data. In: Radiology. Band 251, Nummer 1, April 2009, S. 13–22, doi:10.1148/radiol.2511080671, PMID 19332842, PMC 2663584 (freier Volltext).
  2. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, Internationale Strahlenschutzkommission, abgerufen am 31. Juli 2015
  3. Health Impacts, Chernobyl Accident Appendix 2, World Nuclear Association, 2009. Abgerufen am 31. Juli 2015.
  4. United States General Accounting Office: Report to the Honorable Pete Domenici, U.S. Senate, June 2000, RADIATIONSTANDARDS, (PDF).
  5. Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe K-MAT 48: Gutachten „Transmutation“ S. 117,118, (PDF).
  6. D. B. Richardson, E. Cardis, R. D. Daniels, M. Gillies, J. A. O'Hagan, G. B. Hamra, R. Haylock, D. Laurier, K. Leuraud, M. Moissonnier, M. K. Schubauer-Berigan, I. Thierry-Chef, A. Kesminiene: Risk of cancer from occupational exposure to ionising radiation: retrospective cohort study of workers in France, the United Kingdom, and the United States (INWORKS). In: BMJ. Band 351, Oktober 2015, S. h5359, doi:10.1136/bmj.h5359, PMID 26487649, PMC 4612459 (freier Volltext).
  7. Marcel Krok: Attack on radiation geneticists triggers furor. In: Science Magazine, 18. Oktober 2011
  8. K. Leuraud, D. B. Richardson, E. Cardis, R. D. Daniels, M. Gillies, J. A. O'Hagan, G. B. Hamra, R. Haylock, D. Laurier, M. Moissonnier, M. K. Schubauer-Berigan, I. Thierry-Chef, A. Kesminiene: Ionising radiation and risk of death from leukaemia and lymphoma in radiation-monitored workers (INWORKS): an international cohort study. In: The Lancet. Haematology. Band 2, Nummer 7, Juli 2015, S. e276–e281, doi:10.1016/S2352-3026(15)00094-0, PMID 26436129, PMC 4587986 (freier Volltext).
  9. E. Cardis, M. Vrijheid, M. Blettner, E. Gilbert, M. Hakama, C. Hill, G. Howe, J. Kaldor, C. R. Muirhead, M. Schubauer-Berigan, T. Yoshimura, F. Bermann, G. Cowper, J. Fix, C. Hacker, B. Heinmiller, M. Marshall, I. Thierry-Chef, D. Utterback, Y. O. Ahn, E. Amoros, P. Ashmore, A. Auvinen, J. M. Bae, J. B. Solano, A. Biau, E. Combalot, P. Deboodt, A. Diez Sacristan, M. Eklof, H. Engels, G. Engholm, G. Gulis, R. Habib, K. Holan, H. Hyvonen, A. Kerekes, J. Kurtinaitis, H. Malker, M. Martuzzi, A. Mastauskas, A. Monnet, M. Moser, M. S. Pearce, D. B. Richardson, F. Rodriguez-Artalejo, A. Rogel, H. Tardy, M. Telle-Lamberton, I. Turai, M. Usel, K. Veress: Risk of cancer after low doses of ionising radiation: retrospective cohort study in 15 countries. In: BMJ. Band 331, Nummer 7508, Juli 2005, S. 77, doi:10.1136/bmj.38499.599861.E0, PMID 15987704, PMC 558612 (freier Volltext).
  10. Y. Shibamoto, H. Nakamura: Overview of Biological, Epidemiological, and Clinical Evidence of Radiation Hormesis. In: International Journal of Molecular Sciences. Band 19, Nummer 8, August 2018, S. , doi:10.3390/ijms19082387, PMID 30104556, PMC 6121451 (freier Volltext).
  11. Alison Abbott: Researchers pin down risks of low-dose radiation. In: Nature. 523, 2015, S. 17, doi:10.1038/523017a.
  12. Committee on the Analysis of Cancer Risks in Populations near Nuclear Facilities-Phase I; Nuclear and Radiation Studies Board; Division on Earth and Life Studies; National Research Council: Epidemiologic Studies. In: Analysis of Cancer Risks in Populations Near Nuclear Facilities: Phase I. 2012. ISBN 978-0-309-25571-4.
  13. ECDC: Technical Report: A literature review on effective risk communication for the prevention and control of communicable diseases in Europe. 2013. (PDF).
  14. BfS - Wie hoch ist die natürliche Strahlenbelastung in Deutschland? In: bfs.de. 10. August 2018, abgerufen am 20. Mai 2019.
  15. J. J. Cardarelli, B. A. Ulsh: It Is Time to Move Beyond the Linear No-Threshold Theory for Low-Dose Radiation Protection. In: Dose-response : a publication of International Hormesis Society. Band 16, Nummer 3, 2018 Jul-Sep, S. 1559325818779651, doi:10.1177/1559325818779651, PMID 30013457, PMC 6043938 (freier Volltext).
  16. WHO: Chernobyl: the true scale of the accident. In: who.int. Abgerufen am 20. Mai 2019.
  17. Fred Pearce: What was the fallout from Fukushima? In: The Guardian. 1. Mai 2019, abgerufen am 20. Mai 2019 (englisch).
  18. G. Pontecorvo: Hermann Joseph Muller. In: Annual Review of Genetics. 2, 1968, S. 1, doi:10.1146/annurev.ge.02.120168.000245.
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