Die Auswirkungen niedriger Strahlungsdosen auf das Herz

Es ist uns vielleicht nicht immer bewusst, aber unser Körper ist ständig Strahlungen ausgesetzt. Ein Teil davon besteht aus der sogenannten 'Hintergrundbelastung'. Im Laufe ihres Lebens sind die Menschen in Europa durchschnittlich 2.400 ?Sv (Mikrosievert) pro Jahr ausgesetzt. Über 80% dieser Strahlung sind natürlich und haben sehr begrenzte Auswirkungen auf unsere Gesundheit. Andere Strahlungen, etwa bei der intensiven Nutzung von Mobiltelefonen, stehen seit Jahren im Verdacht, das Krebsrisiko zu erhöhen.

Andere nicht natürliche Strahlungsquellen gibt es etwa bei der Arbeit in Kernkraftwerken, bei der medizinischen Bildgebung sowie bei Technologien der Strahlentherapie. Auch wenn sie für Diagnose und Behandlung von wesentlicher Bedeutung sind, müssen Röntgenstrahlen und CT-Scans sehr sparsam eingesetzt werden. Jedes Mal, wenn ein Patient bei einer Fraktur geröntgt, nach einem Tumor durchleuchtet oder - im Falle einer Krebsbehandlung - einer gezielten Strahlung ausgesetzt wird, kann das unterschiedliche Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben.

Aber was wissen wir genau über solche Auswirkungen? Experten sind sich einig, dass das tatsächliche Strahlenrisiko je nach Körperteil variiert. Hohe Strahlungsdosen können bekanntlich Krebs verursachen, aber die Forschung rund um 'strahleninduzierte Herzkrankheiten' nimmt erst seit Kurzem an Fahrt auf.

Das EU-geförderte Projekt PROCARDIO (Cardiovascular risk from exposure to low-dose and low-dose-rate ionising radiation) mit Partnern aus Europa, den USA und Japan will verstehen, wie sich Strahlungen auf das menschliche Herz auswirken. Einzigartig dabei ist außerdem, dass die Forscher im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten beschlossen haben, die Auswirkungen von Niedrigdosisbelastungen zu untersuchen, um bestehende Vorstellungen zu hinterfragen und widersprüchliche Ergebnisse neu zu beleuchten.

Prof. Mike Atkinson, Direktor am Institut für Strahlenbiologie in Deutschland und Koordinator von PROCARDIO, berichtete uns über die bisherigen Ergebnisse seines Teams.

Welche Hauptziele verfolgt das Projekt?

Prof. Mike Atkinson: Wir wollen mit PROCARDIO ein sehr spezifisches Problem im Bereich Strahlenschutz angehen. Wir wissen, dass eine hohe Strahlenbelastung, vor allem in der Krebsbehandlung oder nach Atombombenexplosionen, das menschliche Herz schädigt. Unsere Sorge ist, dass viel geringere Dosen, die beispielsweise am Arbeitsplatz eines Kernkraftwerkes oder bei der diagnostischen medizinischen Bildgebung wie der Computertomographie bestehen, das Herz ebenfalls angreifen können. Sollte sich das bewahrheiten, müssten wir klinische Praktiken und die Dosisgrenzwerte am Arbeitsplatz ändern, um ausreichend Schutz zu gewährleisten.

Leider kommt man bei epidemiologischen Untersuchungen über die Wirkung dieser niedrigen Dosierungen auf das Herz zu widersprüchlichen Ergebnissen. Ein wesentlicher Grund für den Mangel an Übereinstimmung besteht in der Art und Weise, wie die Auswirkungen vorhergesagt werden. Dies beruht auf Hochrechnungen der Ergebnisse von Untersuchungen zu hohen Belastungen, wo die Effekte leicht zu erkennen sind. Es mag zwar stimmen, dass sich die Auswirkungen linear mit abnehmenden Dosen verringern, aber es kann ebenso wahr sein, dass es einen Schwellenwert gibt, unterhalb dessen keine Schäden zu erwarten sind, oder sogar, dass niedrigere Dosen schädlicher sein können, als bei linearem Verlauf vorhergesagt wurde. Nur wenn wir diese biologischen Mechanismen der Strahlenwirkung auf das Herz verstehen, können wir die richtigen Belastungseffekte konstruieren, um die Folgen durch niedrige Dosen zu extrapolieren.

Inwieweit ist die Projektarbeit neu oder innovativ?

Unsere Kenntnisse über die Strahlungswirkung auf das Herz-Kreislauf-System sind sehr stark geprägt von Beobachtungen, die bei sehr hohen, fast tödlichen Dosen gemacht wurden. Hier sind Gewebeschädigung und Zelltod unübersehbar, die zu Herzversagen aufgrund der Zerstörung lebenswichtiger Funktionen oder massiven Entzündungsreaktionen führen können.

In PROCARDIO haben wir diese Vorurteile über Bord geworfen und ganz von vorne begonnen, ohne vorher Annahmen über die Mechanismen bei niedrigen Dosen zu machen. Wir haben eine Reihe von neuen Hypothesen formuliert, um die Strahlungseffekte bei niedrigen Dosen, niedrige Dosisraten (akute versus chronische Belastung), die Auswirkungen der verschiedenen Strahlenqualitäten (z.B. Photonen versus schwere Ionen) sowie die Zelltypen, die direkt und indirekt an der Reaktion auf eine Strahlenbelastung beteiligt sind, zu erklären. Zur gleichen Zeit haben wir uns mit einer großen EU-finanzierten epidemiologischen Studie zu geheilten Krebspatienten im Kindesalter zusammengetan, um so neue epidemiologische Daten über die Langzeitwirkungen der Strahlentherapie bei Krebs zu sammeln und unsere Hypothesen mit diesen Daten zu überprüfen.

Mit welchen Hauptschwierigkeiten waren sie konfrontiert und wie haben Sie diese gelöst?

Die Vielfalt der Aktivitäten bedeutete, dass wir ein stark interdisziplinäres Forschungsteam zusammenstellen mussten, dessen Mitglieder häufig keine Erfahrung im Bereich der kardiovaskulären Forschung hatten. Hierfür haben wir einen internationalen wissenschaftlichen Beirat eingesetzt, geleitet von einem der führenden Kardiologen in den USA. Eine zweite große Schwierigkeit war der Mangel an Versuchseinrichtungen für Untersuchungen von chronischen Auswirkungen durch Strahlung. Um dieses Problem zu lösen, bildeten wir mit dem Institut für Umweltwissenschaften in Rokkasho, Japan, eine strategische Allianz, übrigens eine der ersten gemeinsamen europäisch-japanischen Kooperationen in der Strahlenforschung. Unser Projektplan umfasste außerdem ein Schwester-Projekt (CEREBRAD) zum Strahlungsrisiko für das Gehirn. Die Verbindung von zwei großen Projekten war eine schwierige Aufgabe, aber wir haben sehr hart gearbeitet, um diese Verbindungen zu pflegen und zu erweitern: unter anderem durch gemeinsame wissenschaftliche Treffen, gemeinsame Schulungs- und Bildungsmaßnahmen sowie den Austausch von Technologien und Ergebnissen. Wir sind alle sehr stolz darauf, dass die beiden Projekte enger zusammengewachsen sind, was zu einer nicht unwesentlichen, unerwarteten Befruchtung führte.

Sind Sie mit den bisherigen Projektergebnissen zufrieden?

Obwohl es noch zu früh ist, Gesamtergebnisse zu formulieren, haben wir dank PROCARDIO bereits eine Reihe von spannenden wissenschaftlichen Durchbrüchen gemacht. Diese haben die Betrachtungsweise zu Strahlungseffekten auf das kardiovaskuläre System verändert. Zum Beispiel konnten wir zeigen, dass zwei verschiedene Arten von Zellen von niedrigen Strahlungsdosen betroffen sind: die vaskulären Endothelzellen (an der Innenwand von Blutgefäßen) und die Kardiomyozyten (zuständig für die Herzmuskelkontraktion). Weitere unmittelbare Erkenntnisse erlangten wir über die Rolle der Mitochondrien (einer subzellulären Struktur für die Energieproduktion) als Hauptort der Schädigung. Unsere biomathematischen Aktivitäten lieferten eine ganze Reihe von mathematischen Modellen, mit denen die Form der Reaktionskurve überprüft wird, sobald unsere epidemiologischen Bemühungen abgeschlossen sind.

Wie sehen die nächsten Schritte für das Projekt selbst und nach dessen Abschluss aus?

Mitglieder des Konsortiums erhalten bereits nationale Fördermittel, um die Arbeit von PROCARDIO weiterzuführen. Wir haben bereits damit begonnen, neue Hypothesen zu formulieren, um diejenigen zu ersetzen, die von unserer Forschung widerlegt wurden. Damit treiben wir unser Verständnis von der Strahlenwirkung voran.

Wann erwarten Sie durch die Resultate Ihrer Forschungen erste Vorteile für die Patienten?

Wir können bereits jetzt Auswirkungen unserer Arbeit sehen, denn Interessenvertreter und Ärzte wurden gezielt angesprochen, um ihr Bewusstsein von den möglichen langfristigen Gesundheitsrisiken durch niedrige Strahlenbelastungen auf das Herz zu stärken. Dieses neue Bewusstsein wirkt sich in der Therapieplanung und in bildgebenden Diagnosepraktiken aus, wo man das Herz nun bestmöglich vor Strahlung schützt. Wir sehen eine Verschiebung der Wahrnehmung im Bereich des Strahlenschutzes, wo das Herz nicht mehr als strahlenresistentes Organ angesehen und durch gesetzliche Richtlinien zum Schutz gegen Krebs entsprechend geschützt wird.