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1 Ausgangssituation

Die Strahlenschutzkommission wurde um Beratung der praktischen Auswirkungen der Aufnahme der nach Strahlenschutzverordnung maximal möglichen inkorporierbaren Aktivitätswerte von beruflich strahlenexponierten, gebärfähigen Frauen auf die Einhaltung des Grenzwertes zum Schutz des ungeborenen Kindes und auf die Inkorporationsüberwachung gebeten.

Für beruflich strahlenexponierte Personen, also auch für gebärfähige Frauen, beträgt der Grenzwert der effektiven Dosis 20 mSv im Kalenderjahr (§ 55 Abs. 1 der Strahlenschutzverordnung - StrlSchV) und für die Uterusdosis gebärfähiger Frauen 2 mSv im Monat (§ 55 Abs. 4 Satz 1 StrlSchV). Darüber hinaus sind die Organgrenzwerte (§ 55 Abs. 2 StrlSchV) zu beachten. Für ein ungeborenes Kind, das aufgrund der Beschäftigung der Schwangeren einer Strahlenexposition ausgesetzt ist, ist die Dosis aus äußerer und innerer Strahlenexposition vom Zeitpunkt der Mitteilung über die Schwangerschaft bis zu deren Ende auf 1 mSv begrenzt (§ 55 Abs. 4 Satz 2 StrlSchV).

Beim Bundesamt für Strahlenschutz wurden die im ungünstigsten Fall durch kontinuierliche und einmalige Inkorporation von Radionukliden durch die Mutter denkbaren Strahlenexpositionen eines Ungeborenen mit Hilfe der in ICRP 88 dargestellten mathematischen Stoffwechselmodelle nuklidspezifisch ermittelt. Das Bundesamt für Strahlenschutz hat auf Vorschlag der Strahlenschutzkommission folgende sehr konservative Szenarien betrachtet:

• auf der Basis der Grenzwerte der StrlSchV maximal mögliche Exposition der Mutter durch eine kontinuierliche Aktivitätszufuhr über 10 Jahre vor der Schwangerschaft und in den ersten 10 Wochen der Schwangerschaft,
• auf der Basis der Grenzwerte der StrlSchV maximal mögliche Exposition der Mutter durch eine Einmalzufuhr zum ungünstigsten Zeitpunkt in den ersten 10 Schwangerschaftswochen.

In beiden Szenarien wurde davon ausgegangen, dass die Feststellung der Schwangerschaft am Ende der 10. Schwangerschaftswoche erfolgt. Berechnet wurde die effektive Folgedosis bis zum 70. Lebensjahr. Vor allem wegen der Größenzunahme der Organe sind bei dem strahlenexponierten Ungeborenen in den meisten Fällen die 70-Jahre-Folgedosis und die Dosis, die während der Schwangerschaft erhalten wird, annähernd gleich groß.

Die Betrachtung ergab, dass mit wenigen Ausnahmen die auf die Inkorporation der Mutter zurückzuführende, über 70 Jahre aufsummierte Dosis des Ungeborenen kleiner ist als die der Mutter. Bei einer Reihe von Radionuldiden kann bei Ausschöpfung des Grenzwertes, der für die Mutter gilt, die effektive Folgedosis den Wert von 1 mSv für das ungeborene Kind überschreiten.

Die Strahlenschutzkommission wurde daher gebeten,

1. zu prüfen, ob die Einhaltung des Grenzwertes von 1 mSv effektive Dosis zum Schutz des ungeborenen Kindes ausreicht oder ob eine zusätzliche Begrenzung für einzelne Organe erforderlich ist,
2. Auswirkungen auf die Inkorporationsüberwachung zu beraten auf der Basis einer maximalen effektiven Folgedosis bis zum 70. Lebensjahr des später geborenen Kindes von 1 mSv unter der Bedingung
   • einer kontinuierlichen über 10 Jahre andauernden Ausschöpfung des Grenzwertes für beruflich strahlenexponierte Personen durch Inkorporation,
   • einer einmaligen Ausschöpfung des Grenzwertes für beruflich strahlenexponierte Personen durch eine einmalige Inkorporation von typischen Nuklidgemischen,
3. Möglichkeiten und Grenzen einer Raumluftüberwachung für die Inkorporationsüberwachung der gebärfähigen Frau aufzuzeigen und eine Empfehlung auf der Basis des heutigen Standes von Wissenschaft und Technik abzugeben.

2 Ergebnisse der Modellrechnungen

Die detaillierten Ergebnisse der Modellrechnungen sind in der wissenschaftlichen Begründung zusammengefasst. Es ist zu beachten, dass in die Rechnungen nur die Exposition des Ungeborenen, hervorgerufen durch Inkorporation von Radionukliden durch die Mutter, eingeht; eine möglicherweise zusätzliche externe Exposition ist nicht berücksichtigt.

Für viele Radionuklide stellt eine kontinuierliche Exposition der Mutter durch Inkorporation über 10 Jahre hinweg unter Ausschöpfung der Grenzwerte für die Mutter hinsichtlich der Einhaltung des Grenzwertes von 1 mSv für das Ungeborene kein Problem dar. Allerdings gibt es eine Reihe von Radionukliden, für die es insbesondere nach einer den Grenzwert der beruflich strahlenexponierten Mutter ausschöpfenden Einmalzufuhr unter den konservativen Annahmen der Modellrechnungen zu einer Überschreitung des Grenzwertes von 1 mSv für das Ungeborene kommen kann. Teilweise ergeben sich bereits Grenzwertüberschreitungen beim Ungeborenen, wenn die Grenzwerte der Mutter deutlich unterschritten sind. Problematisch sind besonders folgende, in der Praxis relevante Radionuklide, insbesondere wenn diese in einer leicht löslichen Form vorliegen: H-3, C-14, P-32, S-35 (Forschung); Mo-99, Tc-99m (Medizin); Fe-55, Ag-110, Cs-137 (Kerntechnik); Pb-210 .(natürlich vorkommendes Radionuklid); Ni-59, Ni-63 (Forschung und Industrie); Sr-89, Sr-90 (Medizin und Kerntechnik). Eine detaillierte Darstellung der Ergebnisse der Modellrechnungen für alle untersuchten Radionuklide ist in der wissenschaftlichen Begründung enthalten (Tabelle 3-1 für kontinuierliche Zufuhren, Tabelle 3-3 für Einmalzufuhren).

Die Konservativität der Modellierung einer kontinuierlichen Zufuhr liegt in der Annahme einer über 10 Jahre andauernden maximalen Ausschöpfung der Dosisgrenzwerte auf Grund von Inkorporationen' durch die beruflich strahlenexponierte Frau. Grundsätzlich wäre dies zwar möglich, bei der praktischen Anwendung radioaktiver Stoffe jedoch nicht vorstellbar, da dies beim betrieblichen Strahlenschutz rechtzeitig erkannt werden würde und man zumindest gegen das Minimierungsgebot (§ 6 Abs. 2 StrlSchV) über Jahre hinweg hätte verstoßen haben müssen. Die Überwachungsdaten der Inkorporationsmessstellen bestätigen, dass solche Expositionen in der Vergangenheit nicht auftraten. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass die Ausschöpfung der Grenzwerte nur durch Inkorporation erfolgt. Eine zusätzliche externe Exposition vor Eintritt der Schwangerschaft würde das Ausmaß einer maximal zulässigen Inkorporation vermindern. Die Konservativität der Modellierung für die Einmalzufuhr liegt in der Auswahl des Zeitpunktes in den ersten 10 Schwangerschaftswochen, zu dem die den Grenzwert der beruflich strahlenexponierten Mutter ausschöpfende Zufuhr stattfindet.

3 Empfehlungen

3.1 Empfehlung zur Frage: Ist eine Dosisbegrenzung für einzelne Organe notwendig?

Die Strahlenschutzkommission hält bei Einhaltung des Grenzwertes von 1 mSv effektive Folgedosis für das Ungeborene eine zusätzliche Begrenzung der Dosis für einzelne Organe des Ungeborenen für nicht erforderlich. Im Hinblick auf deterministische Strahlenschäden können Dosen für Organanlagen und Organe unterhalb von 100 mGy unberücksichtigt bleiben, da beim Menschen Schwellendosen für Fehlbildungen im Bereich von 100 bis 200 mGy festgestellt wurden [ICRP 84, ICRP 90]. Für geistige Retardierung gilt für den Zeitraum der 8. bis 15. Schwangerschaftswoche, den Zeitraum der höchsten Empfindlichkeit, eine Schwellendosis im Bereich von etwa 300 mGy [ICRP 90]. Es ist zu beachten, dass Organschäden während der Schwangerschaft immer an Zeitfenster gebunden sind. Das heißt, nur während bestimmter empfindlicher Phasen der Organbildung innerhalb der Schwangerschaft können ganz bestimmte Organschäden ausgelöst werden. Strahlenbiologisch gesehen sind also nur Strahlendosen von Bedeutung, die innerhalb dieser teilweise nur wenige Tage dauernden Zeitfenster auftreten.

Die Begrenzung der effektiven Dosis auf 1 mSv für das Ungeborene für den Rest der Schwangerschaft berücksichtigt die stochastischen Risiken (Leukämie und solide Tumoren) in hinreichender Weise. Es liegen derzeit keine Anhaltspunkte für eine Abhängigkeit des Tumorrisikos vom Expositionszeitpunkt während der Schwangerschaft vor.

3.2 Empfehlung zu den Auswirkungen auf die Inkorporationsüberwachung

Die Überwachung von Inkorporationen beruflich strahlenexponierter Personen hat sicherzustellen, dass eine Jahresdosis der gebärfähigen Frau von 1 mSv unter ungünstigsten Bedingungen (also auch bei akuter Zufuhr) zuverlässig erkannt wird. Damit wird auch die Dosis eines Ungeborenen ausreichend zuverlässig durch das anzuwendende Überwachungsprogramm erfasst. Für die bei der Modellierung als "problematisch" erkannten Radionuklide schlägt die Strahlenschutzkommission besondere Regelungen bei der Strahlenschutz- und Inkorporationsüberwachung vor, wie z.B. Maßnahmen zur frühzeitigen Erkennung von Kontaminationen und, in Abhängigkeit vom zu überwachenden Radionuklid, z.B. eine Verkürzung der routinemäßigen Überwachungsintervalle. Es muss nuklidabhängig geprüft werden, ob die Nachweisempfindlichkeit der derzeit eingesetzten Verfahren für die als "problematisch" erkannten Radionuklide ausreicht und welche Möglichkeiten einer Optimierung gegeben sind.

Die Wahrscheinlichkeit für eine Einmalzufuhr auch unterhalb des Grenzwertes für beruflich strahlenexponierte Personen lässt sich durch präventive Strahlenschutzmaßnahmen und strahlenschutzgerechtes Verhalten der betroffenen Personen deutlich reduzieren. Unabhängig von zulässigen Dosis- oder Zufuhrwerten ist eine derartige Zufuhr als außergewöhnliches Ereignis dennoch nicht gänzlich auszuschließen. Die Strahlenschutzkommission hält es für wichtig, dass Einmalzufuhren dieser Art z.B. durch die Arbeitsplatzüberwachung frühzeitig erkannt und durch eine effektive Inkorporationsmessung quantifiziert werden können.

Die Strahlenschutzkommission hält eine Raumluftüberwachung mit dem Ziel, die Einhaltung des Dosisgrenzwertes des Ungeborenen nachzuweisen, für nicht geeignet, dieses Ziel zuverlässig zu erreichen.

4 Zusammenfassung

Die Strahlenschutzkommission stellt fest, dass es einige Radionuklide gibt, bei deren Verwendung es unter sehr konservativen Annahmen bei Einhaltung der Grenzwerte der Mutter zu einer Überschreitung des Grenzwertes von 1 mSv nach Bekanntgabe der Schwangerschaft beim Ungeborenen kommen kann. Dies gilt insbesondere für eine Einmalzufuhr zum ungünstigsten Zeitpunkt der noch nicht erkannten Schwangerschaft.

Die Strahlenschutzkommission sieht keine Notwendigkeit, Dosisgrenzwerte für einzelne Organe des Ungeborenen festzusetzen.

Die Strahlenschutzkommission empfiehlt, die bisher bewährte Praxis im Rahmen der Inkorporationsüberwachung beruflich strahlenexponierter Personen beizubehalten, eine "Nachforschungsschwelle" von 6 mSv zu definieren, bei deren Erreichen oder Überschreiten in jedem Einzelfall die Ermittlung der Körperdosis mit fallspezifischen Annahmen zu den jeweiligen Expositionsbedingungen unter Verwendung biokinetischer Standarddaten zu erfolgen hat. Handelt es sich bei der beruflich strahlenexponierten Person um eine Frau, ist immer auch mit dem Vorliegen einer Schwangerschaft zu rechnen und dementsprechend die Strahlenexposition eines möglicherweise vorhandenen Ungeborenen zu ermitteln.

Die Strahlenschutzkommission empfiehlt, eine Vorgehensweise für die als kritisch erkannten Radionuklide festzulegen, die es gestattet, die effektive Folgedosis für das Ungeborene auch vor dem Erreichen der "Nachforschungsschwelle" von 6 mSv zu ermitteln. Ein Vorschlag hierzu wird in der wissenschaftlichen Begründung (Tabelle 4-3 und Erläuterungen zu dieser Tabelle) gemacht.

Teilt eine beruflich strahlenexponierte Frau dem Strahlenschutzverantwortlichen das Bestehen einer Schwangerschaft mit, wird empfohlen, unverzüglich die .Aktivität der inkorporierten Radionuklide der Mutter festzustellen bzw. zu ermitteln und die aus den vorangegangenen Aktivitätszufuhren entstehende effektive Folgedosis für das Ungeborene abzuschätzen.

Die Strahlenschutzkommission empfiehlt, im Rahmen der Aus- und Weiterbildung der Strahlenschutzbeauftragten besonderes Augenmerk auf den Punkt der Arbeitsplatz- und Inkorporationsüberwachung zu legen. Es ist eine wesentliche Aufgabe des Strahlenschutzbeauftragten, insbesondere Einmalzufuhren auch schon deutlich unterhalb des Grenzwertes für beruflich strahlenexponierte Personen durch geeignete Maßnahmen am Arbeitsplatz weitgehend zu verhindern.

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1 Ausgangssituation

Es ist Aufgabe des Strahlenschutzes, den Menschen vor schädlichen Wirkungen ionisierender Strahlung zu schützen. Dies gilt selbstverständlich auch für das sich entwickelnde Leben vor der Geburt. Hierbei ist eine mögliche Strahlenexposition im Rahmen der Berufsausübung der werdenden Mutter von besonderer Bedeutung. Eine Inkorporation von Radionukliden durch gebärfähige Frauen vor dem Eintreten einer Schwangerschaft kann zu einer Strahlenexposition eines später geborenen Kindes beitragen.

Die ICRP (International Commission an Radiological Protection) hat sich dieser Problemstellung angenommen und Teilaspekte in mehreren Stellungnahmen behandelt. Die ICRP sieht keine Gründer die eine geschlechtsspezifische Unterscheidung der Überwachung beruflich strahlenexponierter Personen erforderlich machen. Die mit einer Strahlenexposition verbundenen potenziellen Risiken werden für Frauen und Männer als annähernd gleich angesehen. Sobald jedoch eine Schwangerschaft vorliegt, sieht die ICRP einen erhöhten Schutz für das Ungeborene als erforderlich an [ICRP 88] und verweist auf frühere diesbezügliche Empfehlungen [ICRP 73].

Die ICRP und mit ihr viele Staaten innerhalb und außerhalb der Europäischen Union sehen durch Strahlenschutzmaßnahmen, die für beruflich exponierte Frauen und Männer im gleichen Maße Gültigkeit haben, einen ausreichenden Schutz auch für das Ungeborene in den ersten Wochen der Schwangerschaft als gegeben an. Nach der Bekanntgabe einer Schwangerschaft werden weitere Schutzmaßnahmen nicht nur im Strahlenschutz erforderlich. In diesem Kontext schlägt die ICRP deshalb vor, die Arbeitsbedingungen einer schwangeren Frau so zu gestalten, dass in der verbleibenden Zeit der Schwangerschaft eine effektive Dosis von 1 mSv für das Ungeborene nicht überschritten wird.

Die ICRP sieht mögliche praktische Probleme, die für beruflich strahlenexponierte Frauen auftreten können, sobald restriktive Grenzwerte für das Ungeborene festgelegt werden. Sie weist darauf hin, dass diese Empfehlung häufig sehr restriktiv ausgelegt wird und dass sie nicht für eine ungerechtfertigte Benachteiligung schwangerer Frauen im Beruf verwendet werden darf. Sie stellt fest, dass die Anwendung der Strahlenschlitzempfehlungen, insbesondere von quellenbezogenen Dosisbeschränkungen, normalerweise einen ausreichenden Schutz gewährleistet und dass keine weiteren Einschränkungen für die Beschäftigung von Frauen erforderlich sind [ICRP 73].

Die Empfehlungen der ICRP wurden in die EU-Grundnormen übernommen und bilden damit die Ausgangsbasis auch für die deutsche Strahlenschutzverordnung. Regelungen zum Schutz des Ungeborenen bei beruflichen Expositionen der Mutter finden sich hier in den §§ 43, 55 und 95 StrlSchV. Durch die Begrenzung der über einen Monat kumulierten Gebärmutterdosis, die in erster Näherung der Dosis des Ungeborenen in den ersten Schwangerschaftswochen entspricht, auf 2 mSv sowie der Dosis von 1 mSv aus externer und interner Strahlenexposition für den Zeitpunkt ab Mitteilung der Schwangerschaft bis zur Geburt werden die Vorgaben der Grundnormen und damit die Empfehlungen der ICRP umgesetzt. Die innere Exposition des Ungeborenen wird in Anlage VI Teil B Nr. 5 StrlSchV der effektiven Folgedosis der Mutter gleichgesetzt, sofern die zuständige Behörde nichts anderes festlegt.

ICRP 88 stellt mathematische Stoffwechselmodelle zur Verfügung, die eine Ermittlung der Dosis des Ungeborenen durch die Aufnahme von Radionukliden durch die künftige und die werdende Mutter ermöglichen. Dieses Vorgehen erlaubt es, die sehr grobe Abschätzung zur inneren Strahlenexposition in Anlage VI Teil B Nr. 5 StrlSchV mit dem Ergebnis einer Dosisermittlung unmittelbar für das Ungeborene zu vergleichen. Diese ICRP-Modelle ermöglichen ferner eine Abschätzung der inneren Strahlenexposition des Ungeborenen, die sich aus einer Aufnahme von Radionukliden durch die künftige Mutter in einem Zeitraum vor dem Beginn der Schwangerschaft ergibt.

Eine Abschätzung des Bundesamtes für Strahlenschutz zur Strahlenexposition des. Ungeborenen auf der Basis der ICRP-Modelle zeigt, dass es Radionuklide gibt, die bei einer kontinuierlichen, die Grenzwerte der Strahlenschutzverordnung für beruflich exponierte Personen ausschöpfenden, bzw. teilweise sogar deutlich unter den Grenzwerten für beruflich Exponierte bleibenden Zufuhr durch die künftige Mutter, zu einer 70-Jahre-Folgedosis für das Ungeborene im Bereich von 1 mSv während der Schwangerschaft oder darüber führen können.

Die Strahlenschutzkommission wurde daher gebeten,

1. zu prüfen, ob die Einhaltung des Grenzwertes von 1 mSv effektive Dosis zum Schutz des Ungeborenen ausreicht oder ob eine zusätzliche Begrenzung für einzelne Organe erforderlich ist,
2. Auswirkungen auf die Inkorporationsüberwachung zu beraten auf der Basis einer maximalen effektiven Folgedosis bis zum 70. Lebensjahr des später geborenen Kindes von 1 mSv hinsichtlich
   • einer kontinuierlichen über 10 Jahre andauernden Zufuhr unter Ausschöpfung des Grenzwertes für beruflich strahlenexponierte Personen durch Inkorporation,
   • einer einmaligen Ausschöpfung des Grenzwertes für beruflich strahlenexponierte Personen durch eine einmalige Inkorporation von typischen Nuklidgemischen sowie
3. Möglichkeiten und Grenzen einer Raumluftüberwachung für die Inkorporationsüberwachung der gebärfähigen Frau aufzuzeigen

und eine Stellungnahme auf der Basis des heutigen Standes von Wissenschaft und Technik abzugeben.

2 Biologische Effekte nach pränataler Bestrahlung beim Menschen

2.1 Vorbemerkungen

Die Definition der Begriffe "Embryo" und "Fetus" ist in der Literatur nicht einheitlich. In der vorliegenden Übersicht werden als Embryo alle Stadien bis zum Abschluss der Organogenese (beim Menschen bis Woche 8 einschließlich) und als Fetus alle anschließenden Stadien des Ungeborenen bezeichnet. Der Begriff "pränataler Organismus" wird als Oberbegriff für Embryo und Fetus verwendet. (Hinweis: Üblicherweise wird beim Menschen die Organogenese am Ende der Woche 7 als abgeschlossen angesehen. Aus dosimetrischen Gründen hat die ICRP diesen Zeitraum um eine Woche verlängert; siehe Einleitung zu Kapitel 3.1).

Der pränatale Organismus zeigt, vor allem in den frühen Phasen, eine sehr hohe Proliferationsaktivität. Es ist daher zu vermuten, dass er besonders strahlenempfindlich ist. Sowohl Erfahrungen beim . Menschen als auch eine Vielzahl von Tierexperimenten bestätigen diese Annahme. Der gegenwärtige Kenntnisstand ist in einer neuen ICRP-Publikation zusammengefasst worden [ICRP 90]. Auf sie wird hier vor allem zurückgegriffen; auf die Zitierung von Originalliteratur wird daher weitgehend verzichtet.

Wie bei dem Erwachsenen sind auch bei dem pränatalen Organismus nichtstochastische (deterministische) und stochastische Wirkungen zu unterscheiden. Zu den ersten gehören der Tod vor der Implantation, morphologischanatomische Entwicklungsstörungen (teratogene Effekte) sowie eine Reihe funktioneller Entwicklungsstörungen: Leukämie und solide Tumoren (stochastische Effekte) können ebenfalls während der pränatalen Entwicklung induziert werden, werden aber erst nach mehreren Jahren manifest.

Die beschriebenen Wirkungen sind in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens (siehe Abb. 1) und die Dosisabhängigkeit im Allgemeinen unterschiedlich während der verschiedenen Entwicklungsphasen. Das Fragezeichen hinter der genomischen Instabilität in Abb. 1 bezieht sich darauf, dass für diesen Effekt bisher nur Daten für einige spezielle Mäusestämme vorliegen und nicht klar ist, inwieweit diese Ergebnisse verallgemeinerbar sind; dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Übertragbarkeit auf den Menschen. Es gibt erste Hinweise, dass die Auslösung von genomischer Instabilität bei bestimmten Mäusestämmen nicht auf die Präimplantationsphase beschränkt, sondern auch beim Fetus möglich ist. Mentale Retardierung wird durch ionisierende Strahlung hauptsächlich in der 8. bis 15. Schwangerschaftswoche hervorgerufen, ein deutlich geringeres, aber nachweisbares Risiko wird auch in den Wochen 16 bis 25 beobachtet (siehe Kapitel 2.2.3).

Abb. 1: Zeitliche Abhängigkeit pränataler Strahlenwirkungen

Für alle nichtstochastischen Wirkungen ist von einem Schwellenverhalten auszugehen. Die Schwellendosen sind unterschiedlich, liegen aber bei locker ionisierender Strahlung alle oberhalb von 50 mGy.

Es gibt nur wenige Daten zur Abschätzung von RBW-Werten. Zyklotron-Neutronen im Vergleich zu Photonen zeigten im Hinblick auf intrauterine Todesfälle, Fehlbildungen und Wachstumsverzögerungen RBW-Werte von etwa 3. Dies deutet darauf hin, dass die Angabe der Organdosen in mSv das Risiko für dicht ionisierende Strahlung eher überschätzt.

Es gibt keine Daten über die Wirkung inkorporierter Radionuklide beim Menschen. In Tierstudien - vorwiegend mit Mäusen - wurden H-3, P-32, Sr-90, I-131 und Pu-239 untersucht. Dabei wurden sowohl Leukämien als auch solide Tumoren festgestellt. Generell zeigte sich keine klare Organspezifität, was vor allem bei einer Inkorporation in frühen Entwicklungsstadien gilt.

Auch über den Einfluss der Dosisleistung gibt es nur tier-. experimentelle Untersuchungen, die kein eindeutiges Bild liefern. Es existieren Hinweise, dass bei gleicher Dosis geringere Dosisleistungen bei locker ionisierenden Strahlen kleinere Effekte zeigen, aber die Datenbasis ist schmal.

2.2 Spezielle Wirkungen

2.2.1 Präimplantationsperiode; Hauptrisiko: Embryonaltod

Beim Menschen ist die Einnistung des Embryos in die Uterusschleimhaut (Implantation) circa zwei Wochen post conceptionem abgeschlossen. Eine Bestrahlung während der Präimplantationsphase führt in erster Linie zum Absterben des Embryos. Die genaue Höhe der Schwellendosis ist nicht bekannt, vor allem fehlen auch hier vollständige Daten für den Menschen. In speziellen Mäusestämmen sind allerdings auch Fehlbildungen nach Strahlenexposition festgestellt worden. Inwieweit diese Resultate verallgemeinert werden können, ist ungeklärt.

2.2.2 Organogenese; Hauptrisiko: Teratogenese

Unmittelbar nach der Implantation beginnt die Anlage der Organe. Eine Strahlenexposition während dieser Periode führt zu u.U. schweren Entwicklungsstörungen, wobei vor allem das Zentralnervensystem, die Augen und das Skelett betroffen sind. Zelltod in den Organanlagen wird in aller Regel als wesentlicher Mechanismus für diese Effekte verantwortlich gemacht. Erfahrungen über diese teratogenen Wirkungen liegen bei Kindern vor, die in den zwanziger Jahren des letzten Jahrhunderts pränatal exponiert wurden, weil durch die Bestrahlung des mütterlichen Unterleibs ein Abort induziert werden sollte, und bei Kindern, die durch die Atombomben in Japan intrauterin bestrahlt wurden. Die ICRP geht in ihrer Wertung [ICRP 90] von einer Schwellendosis. von 100 mGy bei locker ionisierender Strahlung aus, in Tierexperimenten sind allerdings Effekte auch schon bei 50 mGy gefunden worden.

2.2.3 Fetogenese; Hauptrisiko: Mentale Retardierung

Analysen bei den Überlebenden in Hiroshima und Nagasaki haben ergeben, dass eine Bestrahlung im Zeitraum zwischen der B. und 15. Woche und mit einem deutlich niedrigeren Risiko auch in der 16. bis 25. Woche zu - mitunter schweren - Störungen der geistigen Entwicklung führte. Dieses Phänomen wurde später durch gezielte Experimente mit Ratten bestätigt. Hemmung der Zellteilung von Nervenzellen, Beeinträchtigungen der Zellwanderungen der zukünftigen Großhirnzellen und der Synapsenbildung stellen die wesentlichen Gründe für dieses Phänomen dar. Die Schwellendosis für schwere mentale Retardierung in der empfindlichsten Phase (8. bis 15. Woche) wird von der ICRP mit 300 mGy angegeben. Es muss allerdings darauf hingewiesen werden, dass in einigen Untersuchungen schon signifikante Wirkungen auf die geistige Leistungsfähigkeit bei 100 mGy nachgewiesen wurden.

Die Quantifizierung einer mentalen Störung ist schwierig. Otake et al. [Ota 96] unterschieden ausdrücklich "schwere geistige Retardierung" ("severe mental retardation") und Minderung des IQ (Intelligenzquotient). Unter "severe mental retardation" verstanden sie, dass die Kinder einfache Rechnungen nicht durchführen konnten, unfähig zu einfacher Konversation waren, sich nicht selbst versorgen konnten, nicht erziehbar waren ("completely unmanageable") oder in Heimen untergebracht werden mussten. Bei Erhebungen über schulische Leistungen mit Hilfe von IQ -Tests lässt sich die Dosisabhängigkeit der IQ-Minderung durch eine lineare Funktion annähern, was auf das Fehlen einer Schwellendosis hindeuten würde. Die Diskussion über diese Frage ist noch nicht abgeschlossen.

2.2.4 Alle Schwangerschaftsstadien; Risiko: Leukämie und solide Tumoren

Bei Personen, die bei den Atombombenexplosionen in Japan in utero bestrahlt wurden, konnte bisher keine signifikante Erhöhung des Krebsrisikos nachgewiesen werden. Demgegenüber kommt die englische "Oxford-Studie" zu dem Schluss, dass bei Kindern, deren Mütter während der Schwangerschaft geröntgt wurden, schon oberhalb 10 mGy ein signifikanter Anstieg von Leukämien und in geringerem Maße auch soliden Tumoren festgestellt werden kann. Diese nicht unumstrittenen Untersuchungen sind vor einigen Jahren kritisch nochmals evaluiert worden [Dol 97], wobei die ursprünglichen Schlussfolgerungen im Wesentlichen bestätigt wurden. Danach beträgt der zusätzliche absolute Risikokoeffizient für Tumorfälle im Kindesalter nach einer inutero-Strahlenexposition 6% pro Gray, unabhängig vom Zeitpunkt der Bestrahlung während der Schwangerschaft. Dieser Risikokoeffizient ist mit großen Unsicherheiten behaftet. Sollte er jedoch zutreffen, so bedeutet dies, dass 30 mGy in utero ausreichen, um die Tumorhäufigkeit im Kindesalter zu verdoppeln.

Ein anderer Aspekt ist in diesem Zusammenhang von großer Bedeutung. Wenn der gefundene statistische Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von inutero-Expositionen und der Erhöhung kindlicher Tumorhäufigkeiten ein kausaler ist, dann wäre damit gezeigt worden, dass nach Strahlendosen im Bereich von etwa 10 mGy eine Erhöhung der Tumorhäufigkeit nachweisbar ist, was die LNT-("linearnothreshold-")Konvention erheblich unterstützen würde.

Einschränkend muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Ergebnisse anderer Studien zur gleichen Frage widersprüchlich sind und nicht in jedem Falle die Oxford-Studie bestätigen.

2.3 Zusammenfassung/Bewertung:biologische Effekte nach pränataler Bestrahlung

Im Hinblick auf deterministische Strahlenschäden (Fehlbildungen) können Organdosen unterhalb von 50 mGy unberücksichtigt bleiben. Die ICRP geht von Schwellendosen im Bereich von 100 bis 200 mGy aus [ICRP 84, ICRP 90].

Dies gilt auch für geistige Retardierung, ausgelöst in der B. bis 15. Schwangerschaftswoche, also für den Zeitraum der höchsten Empfindlichkeit. Die ICRP gibt eine Schwellendosis im Bereich von etwa 300 mGy an [ICRP 90].

Unklar ist zur Zeit, ob die in Hiroshima und Nagasaki beobachtete Absenkung des IQ eine Schwellendosis aufweist oder ob eine lineare oder linearquadratische Abhängigkeit vorliegt. Sollte eine lineare Abhängigkeit ohne Schwellendosis gegeben sein, so liegt die Absenkung des IQ nach Exposition in der empfindlichsten Phase (8. bis 15. Schwangerschaftswoche) selbst unter Einbeziehung der Kinder mit schwerer geistiger Retardierung bei 25 IQ-Punkten pro Gy [ICRP 90].

Die Begrenzung der effektiven Dosis auf 1 mSv für den Rest der Schwangerschaft berücksichtigt die stochastischen Risiken (Leukämie und solide Tumoren) in hinreichender Weise. Es liegen keine Anhaltspunkte für eine Abhängigkeit der Effekte vom Expositionszeitpunkt während der Schwangerschaft vor. Bei Inkorporation von Radionukliden können im Tierversuch keine Organspezifitäten nachgewiesen werden. Die Strahlenschutzkommission hält bei Einhaltung des Grenzwertes von 1 mSv effektive Folgedosis eine zusätzliche Begrenzung der Dosis für einzelne Organe des Ungeborenen für nicht erforderlich.

Es ist unbedingt zu beachten, dass es sich bei den hier betrachteten Szenarien um kontinuierliche Expositionen handelt. Da Organschäden während der Schwangerschaft immer an bestimmte Zeitfenster gebunden sind und Dosen außerhalb dieser Zeitfenster zu keinen Schäden an diesen Organen führen, überschätzen rechnerisch ermittelte Organdosen (70-Jahre-Folgedosis) das Risiko deutlich. Für die Risikoabschätzung relevant ist nur die Strahlendosis, die in dem für das betrachtete Organ kritischen Zeitfenster auftritt.

3 Strahlenexposition des Ungeborenen durch Inkorporation von Radionuldiden der künftigen Mutter vor dem Eintreten der Schwangerschaft

Die ICRP hat in der Vergangenheit altersspezifische biokinetische und dosimetrische Modelle entwickelt und daraus Dosiskoeffizienten für Aufnahme von Radionukliden durch Inhalation und Ingestion für die Bevölkerung abgeleitet. Biokinetische Modelle für Kinder unterschiedlichen Alters sind durch eine geeignete Anpassung der Modellparameter aus jenen Modellen entstanden, die für Erwachsene entwickelt worden sind [ICRP 56, ICRP 67, ICRP 69, ICRP 71]. Für das Ungeborene in seinen unterschiedlichen Entwicklungsstadien waren keine allgemein anerkannten Modelle verfügbar. Auf der Basis eines Reviews vorhandener biokinetischer Daten wurden neue Modelle zur Dosisabschätzung für alle Entwicklungsphasen eines Ungeborenen bis zur Geburt erstellt und in ICRP 88 veröffentlicht. Damit wurde die Möglichkeit geschaffen, frühere vorläufige Empfehlungen zur Abschätzung der Exposition des Ungeborenen durch von der Mutter inkorporierte Radionuklide zu konkretisieren.

3.1 Grundlagen der Modelle

Für dosimetrische Zwecke werden zwei Entwicklungsperioden unterschieden:

• Embryo:
  erste Entwicklungsphasen bis zur Ausbildung der meisten Organe; entspricht den ersten 8 Wochen, also von der Konzeption bis zum Ende der B. Schwangerschaftswoche (Länge der Embryonalperiode: 56 Tage);
• Fetus:
  Wachstum und Reifung der einzelnen Organe, 9. Schwangerschaftswoche bis zur Geburt des Kindes (Länge der Fetalperiode: 210 Tage).

Zur Abschätzung der Dosis für den Embryo bis zum Ende der B. Schwangerschaftswoche wird - wie in ICRP 53 - die durch die inkorporierten Radionuklide verursachte Uterusdosis der Mutter herangezogen. Bis zu diesem Zeitpunkt wiegt der Embryo ca. 10 g. Mit Beginn der 9. Schwangerschaftswoche wird davon ausgegangen, dass die Organanlage abgeschlossen ist und der Fetus bestimmte Elemente selektiv in einzelnen Organen und Geweben anreichern kann. Organ- und Gewebedosen werden auf der Basis vorhandener elementspezifischer Modelle und Parameter ermittelt, die sich auf ausreichend Humandaten stützen. Dazu gehören tritiiertes Wasser (HTO), Caesium, Iod, sowie Kalzium, Strontium, Barium und Radium.

Für alle anderen Elemente standen nicht genügend menschliche Transferdaten zur Verfügung. Hier wurden Daten von Tier- und invitro-Studien sowie Informationen von chemischen Stoffen zur Ermittlung der Radionukliddeposition im Ungeborenen herangezogen. Für die Ermittlung der damit verbundenen Strahlenexposition wird ein generischer Modellansatz verwendet. Dieser basiert auf über jeweils den gesamten Körper gemittelten relativen Radionuklidkonzentrationen für den Fetus und für die Mutter. Zur Bestimmung der Konzentrationsverhältnisse wurden Daten aus Tierstudien verwendet, sofern diese Daten schon kurze Zeit nach der Inkorporation zur Verfügung standen. Es wurde konservativ angenommen, dass das Konzentrationsverhältnis über die restliche

Zeit der Schwangerschaft konstant bleibt. Dieses Konzentrationsverhältnis zusammen mit der Masse des Ungeborenen ermöglicht eine Abschätzung der im Ungeborenen vorliegenden Gesamtaktivität.

Die Modellierung der Aktivitätsverteilung im Körper des Ungeborenen basiert dann auf der des drei Monate alten Säuglings ohne Berücksichtung von Ausscheidungen. Die ICRP sieht dieses Vorgehen zur Dosisermittlung für das Ungeborene als insgesamt konservativ an [ICRP 88].

Auf der Basis der ICRP-Modelle wird die Radionuklidzufuhr für die zukünftige Mutter ermittelt, die

1. der effektiven Folgedosis für das Ungeborene (bis zum 70. Lebensjahr des später geborenen Kindes) von 1 mSv entspricht und
2. den Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Personen (effektive Dosis oder Organdosis) nicht überschreitet.

3.2 Kontinuierliche Inhalation über einen Zeitraum von 10 Jahren

Für die beruflich strahlenexponierte Frau im Sinne des § 3 Abs. 2 Nr. 31 StrlSchV wurde folgendes Szenario angenommen:

• Die Grenzwerte nach § § 55 und 95 StrlSchV werden ausgeschöpft.
• Die Zufuhr erfolgte kontinuierlich mit konstanter Zufuhrrate durch Inhalation (Activity Median Aerodynamic Diameter (AMAD) 5 µm), beginnend 10 Jahre vor Beginn der Schwangerschaft.
• Die Zufuhr erfolgte nach Beginn der Schwangerschaft weiterhin mit derselben Zufuhrrate und endete am Ende der 10. Schwangerschaftswoche.

Das Ergebnis der Modellierung ist in Tab. 3-1 zusammengefasst. Spalte 3 gibt die von der beruflich strahlenexponierten Frau im gebärfähigen Alter jährlich maximal inhalierbare Aktivität an, die gewährleistet, dass für sie die Grenzwerte nach § 55 StrlSchV (effektive Dosis und Organdosis) eingehalten werden und dass gleichzeitig die effektive Folgedosis für das Ungeborene 1 mSv nicht übersteigt. Spalte 4 enthält die von beruflich Strahlenexponierten maximal inhalierbare Aktivität, die gewährleistet, dass die Grenzwerte nach § 55 StrlSchV eingehalten werden.

Spalte 5 gibt den Quotienten aus Spalte 3 und Spalte 4 (ohne die dort vorgenommenen Rundungen) an. Dieser Wert ist immer 1. Ist dieser Wert gleich eins, so beinhaltet die Einhaltung der Grenzwerte nach § 55 StrlSchV der Mutter auch die Einhaltung des Grenzwertes für das Ungeborene. Liegt er unterhalb von eins, so gewährleistet die Einhaltung der Grenzwerte nach § 55 StrlSchV der Mutter nicht die Einhaltung des Grenzwertes von 1 mSv für das Ungeborene.

Tab. 3-1: Von der beruflich strahlenexponierten Frau jährlich maximal kontinuierlich inhalierbare Aktivitäten auf der Basis der Grenzwerte nach § 55 (1, 2) StrlSchV und nach § 55 (4) StrlSchV von 1 mSv effektive (70-Jahre-)Folgedosis für das Ungeborene

Das Atemtraktmodell der ICRP sieht spezielle Absorptionsklassen für inhalierte Radionuklide vor (Tab. 3-2). Diese Klassen basieren auf der chemischen Form und dem Stoffwechselverhalten des inhalierten Radionuklids.

weiter.