Medische en biologische gevolgen van kernrampen

Na de aardbeving en de daaropvolgende tsunami in Noord-Japan op 11 maart 2011, werden 3 van de 4 reactoren in de kerncentrale in Fukushima ernstig beschadigd waarbij veel radioactiviteit vrijkwam. Zowel voor- als tegenstanders van kernenergie waren het eens over de verschrikking van deze nucleaire ramp bovenop een natuurramp.1 De discussie over kernenergie is hierdoor weer actueel. Voorstanders wijzen vooral op de technische veiligheid van kernenergie en stellen dat in de kolenmijnbouw en oliewinning veel meer slachtoffers vallen, meer dan dat er ooit door de ramp in Fukushima zullen vallen. Tegenstanders wijzen vooral op de rampzalige gevolgen van vrijgekomen straling op de lange termijn, aangezien een hoge dosis straling de kans op kanker verhoogt. In dit artikel gaan we in op de medisch-biologische effecten en de nog veel grotere psychologische effecten van nucleaire ongevallen.

Risico’s van straling

Direct na de ontdekking van de röntgenstralen door Wilhelm Röntgen in 1895, werd straling zowel voor röntgendiagnostiek als radiotherapie toegepast. Al snel werden ook de risico’s van straling duidelijk: bij radiologische medewerkers kwam bloedarmoede, slecht genezende wonden, misvormingen en kinderen met aangeboren afwijkingen vaker voor. Jaren later overleden deze medewerkers opmerkelijk vaak aan kanker.

Vóór het begin van de Tweede Wereldoorlog werden radiologen zich langzaamaan bewust dat stralingsschade grotendeels vermeden kon worden door zorgvuldig met bestralingsapparatuur en radioactieve bronnen om te gaan (figuur 1).

Welke dosis is nodig om stralingsschade te veroorzaken?

De acute bijwerkingen van straling ontstaan na een relatief hoge dosis (> 500 mSv).2,3 Vanaf 4000 mSv bestraling van het hele lichaam neemt de sterfte door acute stralingsziekte al snel toe.

Kleinere delen van het lichaam kunnen veel hogere doses verdragen wanneer deze worden gegeven over een langere periode: bij patiënten met prostaatkanker worden met brachytherapie doses tot 140 Gray (140.000 mSv; zie uitlegkader) goed verdragen. Permanente orgaanschade door bestraling, zoals blijvende huidschade met littekenvorming, haaruitval, droge mond, of achteruitgang van de hersenfuncties, treden op bij lokale doses boven de 10.000 mSv.4 Zulke hoge doses zijn gebruikelijk in de radiotherapie van kanker, maar bij een ongecontroleerde totale lichaamsbestraling door nucleaire ongevallen zijn deze doses al op korte termijn niet met het leven verenigbaar.

In tabel 1 staan de drempeldoses voor langetermijneffecten op de gevoeligste organen. Voor de meeste geldt dat er onder een bepaalde stralingsdosis geen bijwerkingen optreden op de lange termijn. Risicoschattingen op genetische schade ontbreken: uit gegevens van de overlevenden van de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki en de kernramp in Tsjernobyl blijkt dat er geen overtuigende verhoging van overerfbare aandoeningen aan te tonen is.5,6,7 Schattingen van het risico op genetische effecten zijn daardoor noodgedwongen gebaseerd op effecten bij fruitvliegjes en muizen. Omdat er geen drempeldosis verondersteld kan worden voor de inductie van kanker is dit het belangrijkste risico voor de reddingswerkers en omwonenden van Fukushima (zij waren namelijk blootgesteld aan stralingsdoses < 500 mSv).

Hoe groot is het risico’s op kanker na straling?

De schatting van het risico op kanker door straling is vooral gebaseerd op het aantal overlevenden met kanker van de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki in 1945.3,6,8 Bij de atoombommen ging het om een kortdurende hoge stralingsdosis. Op basis van de afstand tot de plaats waar de atoombommen tot ontploffing kwamen kon de stralingsdosis worden afgeleid.

Ongeveer 30% van de Japanse bevolking die niet was blootgesteld aan straling door de atoombom, overleed uiteindelijk aan kanker; bij de overlevenden van de atoombommen is dat – nu bijna 67 jaar later – ongeveer 5% meer.

Vóór de Tsjernobyl-kernramp in 1986 was er nog weinig bekend over het risico op kankerinductie bij een langdurige blootstelling aan lage stralingsdosis. Omdat de kans op kanker bij een lage stralingsdosis erg klein is, en het lang duurt voordat er kanker ontstaat, brengt laboratoriumonderzoek naar kankerinductie ons nauwelijks verder.

Het is niet mogelijk om in weefselkweken of bij laboratoriumdieren blijvende stralingsschade aan te tonen bij doses onder de 100 mSv. Voor alle veiligheid wordt daarom voor de volksgezondheid uitgegaan van een lineaire extrapolatie (‘linear non-threshold’ of LNT-model) van het relatieve risico op kankersterfte in Hiroshima en Nagasaki (figuur 2). Om een voorbeeld te geven: als er na 1000 mSv bestraling bij 100 atoombomoverlevenden 5 mensen meer dan de hierboven beschreven 30% overlijden aan kanker, zou dat met een lineaire extrapolatie betekenen dat er na 1 mSv straling bij 1 miljoen mensen ongeveer 50 mensen overlijden aan kanker door straling. Dat zijn uiteraard 50 mensen teveel. Dit moet echter in het licht gezien worden van het feit dat ongeveer 1 op de 3 Nederlanders zonder bestraling (330.000 per 1 miljoen) uiteindelijk sterft aan kanker.

In 2004 werden de langetermijneffecten van de atoombomoverlevenden in Japan opnieuw geanalyseerd. Hierbij werden ook de gegevens van overlevenden die kortstondig blootgesteld waren aan een lage stralingsdosis geanalyseerd.8 Uit deze analyse werd duidelijk dat het kankerrisico bij een lage stralingsdosis aanzienlijk lager is dan op basis van het gebruikelijke lineaire model werd voorspeld. Bovendien konden alle data, zowel die van overlevenden na blootstelling aan hoge als na lage stralingsdosis, beter beschreven worden met het door Barendsen en Fowler (1982) ontwikkelde radiobiologische lineair-kwadratische model (LQ-model).9,10 De biologische basis van het LQ-model wordt gevormd door de waarneming dat DNA-schade na een lage dosis bestraling door de cel kan worden hersteld, maar foutloos DNA-herstel afneemt na hogere stralingsdoses (zie figuur 2).

Blootstelling in Fukushima en Tsjernobyl

Achtergrondstraling

Afgewogen tegen de risico’s die wij ons zelf en anderen aandoen, – zoals verkeersongelukken, roken, overgewicht, en beroepsongevallen –, is wettelijk vastgesteld dat een willekeurige Nederlander per jaar hoogstens 1 mSv extra straling mag oplopen. Dat is bovenop de 1,8 mSv die we in Nederland gemiddeld oplopen door achtergrondstraling.11,12 Daarvan komt 0,30 mSv uit de directe omgeving (bodem en woning), 0,35 mSv kosmische straling, en 0,3 mSv uit het lichaam (radioactief kalium en koolstof).11 De belangrijkste bijdrage aan achtergrondstraling vormt de medische stralingsbelasting met een gemiddelde van 0,86 mSv per jaar.12

Niet overal in de wereld is de hoeveelheid achtergrondstraling hetzelfde. In de omgeving van Denver, Colorado en het Centraal Massief in Frankrijk loopt de natuurlijke straling uit de aardkorst op tot 3,5 mSv per jaar. In Brazilië komt er meer straling uit de grond in dichtbevolkte gebieden: aan het strand van Rio de Janeiro komt per jaar 6 mSv vrij. In de Braziliaanse provincie Minas Gerais komt gemiddeld 20 mSv per jaar aan achtergrondstraling uit de grond, die lokaal kan oplopen tot 120 mSv per jaar. In geen van die gebieden is het risico op kanker aantoonbaar verhoogd.

Fukushima

In de kernreactor in Fukushima werden zeer hoge stralingsdoses tot 1000 mSv per uur gemeten waaraan reddingswerkers kortdurend (seconden tot minuten) waren blootgesteld; 94 werkers ontvingen een totaal opgelopen doses boven 100 mSv van wie 6 werkers tussen de 200 en 250 mSv. Op het hoogtepunt van de ramp was de stralingsdosis aan de rand van het reactorterrein 400 mSv per uur. Binnen de 20 km veiligheidszone rond Fukushima was de straling opgelopen tot ongeveer 7 mSv per jaar. Een groter gebied tot een straal van 30 km werd ontruimd en afgesloten voor verdere bewoning.

Een deel van de radioactieve stoffen kwam in de atmosfeer terecht, radioactief jodium-131 en cesium-137 was tot vele honderden kilometers te meten, dat wil zeggen, niet alleen tot Tokyo zelf, waar de dosis op het hoogtepunt 0,8 mSv per uur bedroeg, maar tot boven het vasteland van China en Korea.

Daarnaast kwam er een nog onbekende hoeveelheid radioactief bluswater in de Grote Oceaan terecht. Hoeveel radioactiviteit er in Fukushima is vrijgekomen is nog niet precies bekend, maar de metingen wijzen erop dat er in vergelijking met Tsjernobyl 5 tot 10 keer minder is vrijgekomen.13 De omgeving van Tsjernobyl is tot op de dag van vandaag nog radioactief besmet, vermoedelijk zal dus ook de omgeving van Fukushima langdurig onbewoonbaar worden verklaard.

Tsjernobyl

In de kernreactoren in Tsjernobyl zaten duizenden kilo’s tot 5% verrijkt uranium, en nog eens een grote hoeveelheid jarenlang opgespaard kernafval. Ter vergelijking: In de atoombom ‘Little Boy’ van Hiroshima zat 64 kg uranium dat tot 89% verrijkt was. Slechts 600 tot 900 milligram daarvan werd werkelijk in kernenergie gesplitst. Dit was genoeg om Hiroshima in een straal van 3,5 km te verwoesten, en de bevolking daaromheen met een hoge dosis te bestralen.

Lang niet al het uranium in Tsjernobyl werd gesplitst; het meeste verbrandde of ligt nu opgesloten onder een dikke laag beton. Bij deze ramp kwam 2 x 10¹⁸ Becquerel radioactiviteit vrij.14 Om een vergelijking te maken; in het lichaam van een gezonde Nederlander zit van nature ongeveer 4400 Bq aan radioactief kalium.

Het dunbevolkte gebied rond Tsjernobyl werd weliswaar ontruimd, maar de evacuatie kwam maar langzaam op gang en veel bewoners werden daardoor enkele weken lang radioactief besmet.7

Vorig jaar verscheen het uitgebreide wetenschappelijke UNSCEAR 2008-rapport van de Verenigde Naties naar de medische gevolgen 25 jaar na de kernramp in Tsjernobyl op 26 april 1986.7 Tegen alle verwachting in, kregen tot nu toe, 25 jaar later, nauwelijks meer mensen leukemie of andere tumoren. Eén uitzondering daargelaten: er werden veel meer schildklierziektes en schildklierkanker gediagnosticeerd bij kinderen die destijds radioactief besmet zijn geraakt. Schildklierkanker kan bijna altijd genezen worden, maar het blijft schrijnend dat deze schildklierziektes voorkomen hadden kunnen worden indien er tijdig jodiumpillen waren uitgedeeld. Het radioactieve jodium had zich dan niet in de schildklier kunnen verzamelen. Aan de omwoners van Fukushima zijn tijdig jodiumpillen uitgedeeld; daardoor zal het risico op schildklierkanker beduidend lager uitkomen dan na Tsjernobyl.

Natuur in Tsjernobyl Medici en biologen zijn het tot op hoog wetenschappelijk niveau oneens over de biologische gevolgen van Tsjernobyl. De natuur rond Tsjernobyl is er beter aan toe dan voor de ramp: bomen, struiken, paddenstoelen, herten, konijnen en wolven schijnen weinig last te ondervinden van radioactieve besmetting. Bij eerdere studies waarin geen nadelige effecten van straling op flora en fauna werden aangetoond, vonden onderzoekers onlangs dat de hersenen van vogels in de meest radioactieve plekken rond de reactor gemiddeld kleiner waren dan hersenen van vogels uit niet-besmette gebieden.15 De onderzoekers van deze studie beweerden ‘tot 5% kleiner’, maar critici zetten daar hun kanttekeningen bij. Wellicht komen er op de dichtbegroeide hoger gelegen plekken die radioactief besmet zijn meer vogelsoorten voor met van nature kleinere kopjes, dan in de relatief minder besmette open dalen.

Hoe dan ook, de biologische nawerking in Tsjernobyl is veel minder dan werd gevreesd. Eén van de verklaringen is dat de planten en dieren die gevoelig zijn voor straling verdwenen zijn ten gunste van soorten die van nature beter tegen straling kunnen. Een andere verklaring is dat de natuurlijke bescherming tegen straling beter is dan werd aangenomen.

Uit de radiobiologie en radiotherapie was al langer bekend dat onderzochte cellen in laboratoria en patiënten met kanker in staat zijn om stralingsschade te herstellen, als de dosis maar heel laag is en heel langzaam gegeven wordt.3,8,21 Waarschijnlijk doen dezelfde ingebouwde biologische herstelmechanismen ook in de vervuilde natuur hun werk.

Lessen uit Tsjernobyl

Uit de ramp in Tsjernobyl zijn een aantal paradoxale medische lessen te trekken.

Ten eerste zijn de biologische effecten van langdurige blootstelling aan een lage stralingsdosis bij mensen aanzienlijk kleiner dan op basis van het verouderde lineaire non-threshold model werden voorspeld. Voor radiobiologen is dit een bevestiging dat het meer plausibele LQ-model uit het laboratorium en de radiotherapie blijkbaar ook opgaat voor stralingsschade na nucleaire rampen.8

Ten tweede is de aanwezigheid van de mens schadelijker voor de flora en fauna dan straling. Tegenstanders van kernenergie hebben misschien gelijk dat straling slecht is voor mensen en de economie, maar dat het slecht is voor de natuur is niet overtuigend aangetoond.

Ten derde, de ramp in Tsjernobyl was vooral een psychologisch en economisch drama voor de reddingswerkers en voormalige bewoners rond Tsjernobyl. Al vroeg werd dit – en nog steeds – als het meest ernstige gevolg van het kernongeval beschouwd.7,16 Enkele tientallen mensen verloren het leven tijdens of kort na het reddingswerk, maar vele werkers en omwonenden werden gemeden als melaatsen. Geen van de werkers die genazen van acute stralingsziekte vond ooit nog werk. Depressies, angstsyndromen, abortus provocatus, echtscheiding, lichamelijke verwaarlozing, alcoholisme en levercirrose, rookverslaving en sterfte aan hart- en vaatziekten kwamen verhoogd voor, zonder directe samenhang met de hoogte van de blootstelling aan straling.7,16-20

De Oost-Europese overheden spreken van miljoenen slachtoffers met psychologische problemen; het gaat om tienduizenden werkers en omwonenden van Tsjernobyl waarvan enkele honderden meer dan verwacht overleden. In de media werd breed uitgemeten dat straling onvruchtbaarheid veroorzaakt of mismaakte kinderen geeft, hierdoor het is goed voor te stellen dat mensen uit Tsjernobyl minder snel trouwen en kinderen krijgen met mensen die niet blootgesteld waren. Daarbij komt ook dat werknemers waarschijnlijk niet snel iemand in dienst nemen die bloot heeft gestaan aan straling wegens de verwachting op ziekte.

De gevolgen voor Fukushima

De 3 lessen van Tsjernobyl zijn toepasbaar op Fukushima.

De ramp heeft ecologische gevolgen: in het overbevolkte Japan zal rondom Fukushima veel schaarse grond verloren gaan voor bewoning, maar de flora en fauna zal kunnen gedijen zonder verstoring door de mens.

Qua medische gevolgen zullen de gezondheidsrisico’s van de reddingswerkers groter zijn dan die van niet-bestraalde Japanners, maar het risico is kleiner dan dat van sigarettenrokers. Om het een en ander in perspectief te plaatsen: 6 reddingswerkers bij Fukushima kregen in korte tijd maximaal 250 mSv. aan straling. Zelfs volgens het meest ongunstige lineaire model is het risico op kanker in de rest van hun leven ongeveer 2% verhoogd, bovenop het levenslange sterfterisico op kanker van 30%. Volgens het LQ-model is dat risico ongeveer 0,2% verhoogd.

Er zullen vooral psychosociale gevolgen zijn: voor de omwonenden van Fukushima is het uiterst onwaarschijnlijk dat zij een verhoogd medisch risico zullen lopen. Maar zolang overdreven verhalen over risico’s van straling breeduit aandacht krijgen in de media, lopen reddingswerkers en omwonenden van Fukushima het risico om sociaal gemarginaliseerd te worden.

Leerpunten

• De biologische effecten van langdurige blootstelling aan lage stralingsdosis zijn aanzienlijk kleiner dan op basis van Hiroshima en Nagasaki werden voorspeld; risico’s worden beter voorspeld met het radiobiologische lineair-kwadratische model.

• In Tsjernobyl was de aanwezigheid van de mens schadelijker voor de flora en fauna dan de straling die vrijkwam bij de kernramp.

• Tsjernobyl werd vooral psychologisch en economisch getroffen.

• Zolang de risico’s van straling overdreven worden, lopen reddingswerkers en omwonenden van Fukushima het risico om sociaal gemarginaliseerd te worden.

Uitleg

Gray (Gy)

Hoeveelheid geabsorbeerde ioniserende straling.

Millisievert (mSv)

Een maat voor biologisch opgelopen stralendosis. In tegenstelling tot de natuurkundige dosismaat gray geeft de sievert de stralendosis weer gecorrigeerd voor het relatief schadelijker effect van zware deeltjes zoals alfastraling en neutronen, vergeleken met röntgenstraling.

Becquerel (Bq)

Eenheid voor radioactief verval. Het is een maat voor radioactiviteit in voedsel, lucht en water.