ArchivDeutsches Ärzteblatt34-35/1996Plutonium: Eine toxikologische Bestandsaufnahme

MEDIZIN: Die Übersicht

Plutonium: Eine toxikologische Bestandsaufnahme

Schäfer, Georg; Elsenhans, Bernd; Schümann, Klaus-Otto; Hagen, Ulrich

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LNSLNSLNSLNS Hohe Sicherheitsanforderungen in Betrieben, die mit Plutonium arbeiten, garantieren heute weitgehend, daß eine Kontamination der Beschäftigten vermieden wird und daß Plutonium nicht unkontrolliert durch Abgase, Schmutzwasser oder andere technische Prozesse in die Umwelt gelangt. Zudem unterliegen der Besitz und Verbleib von Plutonium scharfen Kontrollen. Diese Maßnahmen sind besonders wichtig, da unter dem Gesichtspunkt des vorsorgenden Gesundheitsschutzes dem Plutonium zum einen wegen seiner langen biologischen Halbwertszeit und zum anderen wegen seiner außerordentlich langen Zerfallshalbwertszeit eine besondere toxikologische Bedeutung zukommt.


Plutonium, der "Stoff, aus dem die Bombe" ist, macht in letzter Zeit immer wieder Schlagzeilen, weil es von skrupellosen Geschäftemachern auf dem Schwarzmarkt Ländern oder Interessengruppen angeboten wird, die es nicht selbst in ausreichenden Mengen für den Bau von Atombomben herstellen können. Auch wenn die Qualität und die Mengen den Bau von Kernsprengsätzen bislang nicht zuzulassen scheinen, darf das potentielle Risiko dieser Transaktionen nicht unterschätzt werden. Grundsätzlich besteht beim unsachgemäßen Umgang die Gefahr einer gewollten oder ungewollten Kontamination von Menschen und Umwelt. An dieser Stelle soll versucht werden, auf die toxikologischen Risiken hinzuweisen, die von einem leichtfertigen Umgang auch mit geringen Mengen von Plutonium ausgehen können.


Vorkommen und physikochemische Eigenschaften
Plutonium (Pu, Ordnungszahl 94) ist ein silberweißes Metall; Plutoniumoxid (PuO2) ist seine wichtigste Verbindung. Wegen des Vorkommens von Plutonium-244 im Mineral Bastnäsit wird Plutonium zu den natürlich vorkommenden Elementen gezählt. Bastnäsit ist nach seinem ersten Fundort, Bastnäs in Schweden, benannt. Es ist ein gelblich-rötliches kristallisierendes Mineral, das vorwiegend aus Cer in der chemischen Form Ce[FCO3] besteht. Cer kann jedoch auch gegen Plutonium ausgetauscht werden. Plutonium ist also ein natürliches Element; es findet sich in geringen Mengen als Folge von natürlichen "Kernreaktionen" in Uranerzlagerstätten. Bedeutende Mengen sind aber erst auf technischem Wege bei Kernreaktionen zwischen Neutronen und dem nicht spaltbaren Uran-238 entstanden.
Plutonium wird zur Gruppe der Actiniden gezählt. Zu dieser Gruppe gehören 14 Elemente, vom Actinium bis zum Lawrencium, die allesamt radioaktiv sind. Von Plutonium existieren 15 Isotope, von denen die wichtigsten in Tabelle 1 wiedergegeben sind. Sie entstehen durch Neutroneneinfang und können aus abgebrannten Brennelementen der Kernkraftwerke isoliert werden. Für den Bau von Atombomben ist das Plutonium-239 (239Pu) aufgrund der vergleichsweise geringen kritischen Masse von besonderer Bedeutung, das durch Neutronenbestrahlung von Uran-238 (238U) entsteht.
Das in der Umwelt in Spuren vorhandene Plutonium entstammt zu mehr als 99 Prozent aus dem radioaktiven Fallout der atmosphärischen Kernwaffentests zwischen 1951 und 1962. In dieser Dekade wurden schätzungsweise sechs Tonnen Plutonium in der Stratosphäre verteilt. Diese Menge ging in den nachfolgenden Jahren vor allem über der nördlichen Hemisphäre nieder (13). Aus diesem Grund können vielerorts Spuren von Plutonium-239 in der Umwelt und in außerordentlich geringen Mengen auch in der Nahrungskette gefunden werden, deren Gefahrenpotential jedoch gering eingeschätzt wird. Eine Untersuchung im Michigansee (USA) macht deutlich, daß etwa drei Prozent der auf den See niedergegangenen Plutoniummenge im Wasser gelöst vorkommen, während 97 Prozent fest an die Sedimente des Seebodens gebunden sind. Der gebundene Plutoniumanteil nimmt in eutrophen Seen mit ihren hohen Phosphatgehalten noch zu (13). Plutonium(IV)Ionen bilden in Süßwasser Komplexe mit gelösten organischen Säuren wie Huminsäure (13). Die Untersuchungen an Fischen aus dem Michigansee zeigen jedoch, daß die Plutoniumaufnahme aus dem Wasser vernachlässigbar klein war. Zudem wurden die geringen aufgenommenen Mengen annähernd quantitativ in Leber und Skelett gefunden, die beide im allgemeinen nicht zum Verzehr geeignet sind. Vergleichbare Untersuchungen über das Verhalten von Plutonium im Salzwasser sind nicht bekannt.
Die Plutoniumbelastung der Bevölkerung wird in den USA, bezogen auf die Alphastrahlung, auf 2 bis 28 mSv/Jahr geschätzt, doch hängt dies sehr vom Alter ab, das heißt davon, wie lange der betreffende Mensch den globalen Fallout in den letzten Jahren erlebt hat und wieviel Plutonium im Körper noch gebunden ist. Die "International Commission on Radiological Protection" (ICRP) hat zuletzt 1991 die Grenzen für die maximal tolerierbare Dosis festgelegt. Die Alpha-Strahlenbelastung durch Plutonium ist nur gering gegenüber der Alpha-Strahlenbelastung durch Radon und seine Folgeprodukte. Radon kommt überall im Erdreich vor, diffundiert in Keller- und Wohnräume, wird inhaliert, und die daraus resultierende mittlere Äquivalenzdosis für das Lungenepithel der Menschen in der Bundesrepublik Deutschland wird mit 1,0 bis 1,5 mSv/Jahr errechnet (6). Sie ist damit etwa um den Faktor 35 bis 500 höher als die Grenze für die Belastung durch die Alpha-strahlung durch das inkorporierte Plutonium. Die gesamte effektive jährliche Äquivalenzdosis beträgt pro Jahr 1,5 bis 2,5 mSv als Ganzkörperbestrahlung. Den größten Beitrag zu diesen Strahlenexpositionen leisten die kosmische Strahlung, terrestrische Strahlung, die aus dem natürlichen Kalium-40 und die Aufnahme von Radon-222.
Bei akzidentieller Exposition während der Verarbeitung von Plutonium steht die inhalative Aufnahme von Aerosolen oder Dämpfen im Vordergrund. Es sind jedoch in einzelnen Fällen auch dermale Kontaminationen beschrieben worden. Die orale Aufnahme kann über kontaminierte Nahrung oder das Trinkwasser erfolgen oder durch Absonderungen aus dem Respirationstrakt als Ergebnis der pulmonalen Clearance (3). Nach dem Ende der atmosphärischen Kernwaffentests ist die inhalative Exposition für die Bevölkerung inzwischen von untergeordneter Bedeutung. Risiken für eine Exposition sind jedoch durch den unsachgemäßen Umgang des Plutoniumhandels auf dem Schwarzmarkt nicht auszuschließen.


Aufnahme, Verteilung und Ausscheidung
Plutonium benutzt Resorptions- und Transportwege der biologisch essentiellen Metalle wie die des Eisens (40). Neben der aufgenommenen Dosis und dem Füllungszustand des Magen-Darm-Trakts scheint dem Eisenstatus für die Aufnahmekinetik eine bedeutende Rolle zuzukommen. Eine Studie an Mäusen zeigte, daß Plutonium(IV)-Zitrat bei Eisenmangel viermal besser resorbiert wird (24).
Die Kinetik des Plutoniums unterscheidet sich jedoch beträchtlich von der anderer essentieller oder toxikologisch relevanter Metalle. Die Angaben über die intestinale Resorption zeigen eine große Variabilität. Dafür können unterschiedliche experimentelle Bedingungen verantwortlich sein wie Unterschiede in der chemischen Form, dem pH-Wert oder dem Gehalt an anorganischen oder organischen komplexierenden Anionen im Intestinaltrakt. Ferner wurden gelegentlich Versuchsanordnungen gewählt, die weder der Situation bei einem Unfall noch bei einer Umweltkontamination gerecht werden (40). Diese Datenlage erschwert eine Beurteilung der intestinalen Aufnahme von Plutonium. Der Mechanismus der Plutoniumresorption sowie die exakte Resorptionsquote ist für den Menschen für keinen der Aufnahmepfade bekannt.


Inhalative Aufnahme
Humandaten zur inhalativen Aufnahme von Plutonium wurden zum einen aus Unfällen von Arbeitern in Nuklearfabriken und zum anderen aus Populationen gewonnen, die dem Fallout der Kernwaffentests chronisch exponiert waren. Die im Organismus retinierte Menge an Plutonium-239 ergibt sich als Bilanz aus der Deposition im Respirationstrakt und der pulmonalen Clearance. Die Aufnahme von Plutonium in den Respirationstrakt erfolgt meist als Aerosol. Dabei sind die Partikelgröße und die physiko-chemische
Beschaffenheit der aufgenommenen Verbindung von großer Bedeutung. Partikel mit einem Durchmesser von , 1 mm gelangen mit dem Atemstrom bis in die Alveolen. Zwischen 25 und 50 Prozent der aufgenommenen Partikel verbleiben in der Lunge. Die totale Lungenclearance setzt sich entsprechend aus einem schnellen Vorgang mit einer initialen Halbwertszeit (t1/2) von etwa einem Tag, gefolgt von einem langsamen Prozeß mit einer terminalen Halbwertszeit von 500 bis 700 Tagen zusammen. Die durch die ziliäre Clearance aus der Lunge entfernten Plutoniumpartikel gelangen mit dem Speichel in den Gastrointestinaltrakt. In der Lunge retiniertes Plutonium kann, zumindest bei Hunden, Lungentumoren hervorrufen. Bei Strahlenunfällen wird die Lunge als wichtigste Eintrittspforte für Plutonium betrachtet.


Gastrointestinale Aufnahme
Die Resorption von Plutonium aus dem Magen-Darm-Trakt ist im Vergleich zu der anderer Schwermetalle, wie Cadmium, Blei, Eisen oder Thallium, außerordentlich gering. Die ICRP geht aufgrund tierexperimenteller Studien und Erfahrungen aus Unfällen von einer Resorptionsquote von 0,01 bis 0,1 Prozent der aufgenommenen Dosis aus. Für Kleinkinder innerhalb des ersten Lebensjahres wird eine Resorptionsrate von etwa ein Prozent angenommen (37).
Die Bioverfügbarkeit wird durch eine Vielzahl physiologischer wie physiko-chemischer Parameter beeinflußt. Thorne (1991) zieht in einer ausführlichen Übersichtsarbeit für die ICRP den Schluß, daß die Oxidationsstufe der Plutoniumionen weder bei akzidentieller Exposition noch bei der Aufnahme aus der Umwelt einen nennenswerten Einfluß auf die intestinale Resorption hat. Der Zusammensetzung des Chymus und dem Zeitpunkt der letzten Nahrungsaufnahme kommt dagegen vermutlich eine bedeutende Rolle für die Retention von Plutonium zu; sie ist beispielsweise in Gegenwart von Zitronensäure und im nüchternen Zustand gesteigert, was, nebenbei bemerkt, für sehr viele Metalle gilt. Ferner scheint die Resorption im nüchternen Zustand ausgeprägter zu sein als nach einer Mahlzeit. Für den Menschen gibt es hierzu jedoch keine gesicherten Daten.
Das kinetische Datenmaterial wurde aus Untersuchungen an verschiedenen Tierspezies gewonnen. Dabei sei insbesondere darauf hingewiesen, daß aus methodischen Gründen für diese Studien zum Teil außerordentlich hohe Dosierungen verwendet wurden, die um mehrere Zehnerpotenzen über Werten liegen, wie sie für den Menschen erwartet werden können. Beispielsweise wurden in einer dieser Studien neun mg Pu/kg Körpergewicht verabreicht, was für einen 70 kg schweren Menschen einer unrealistisch hohen Dosis von 630 mg Plutonium entsprechen würde. Die Übertragbarkeit dieser tierexperimentellen Befunde auf den Menschen erscheint nicht gesichert.
Bei Affen ist die Plutoniumresorption nicht linear (14). Der relative Anteil einer aufgenommenen Dosis nimmt mit steigender Dosis zu (Tabelle 4). Noch deutlicher ist dieses Verhalten nach Gabe von Plutonium(V)nitrat. Hier betrug die Resorption nach Gabe von 17,2 g nur 0,0014 Prozent und nach Gabe von 510 g 1,135 Prozent. Inwieweit diese Resorptionskinetik auch für den Menschen gilt, bleibt offen. Als zusätzliche Eintrittspforte kommen Verletzungen und die Passage durch Haarbälge der intakten Haut in Betracht (42).


Verteilung und Ausscheidung
Die Verteilung in die Gewebe erfolgt sehr langsam. Aus tierexperimentellen Befunden kann abgeleitet werden, daß Plutonium nach seinem Übertritt in das Blut wahrscheinlich nahezu ausschließlich an Transferrin gebunden wird. Andere metallbindende Proteine, wie das Ferritin oder das Metallothionein, sind offensichtlich von untergeordneter Bedeutung (15, 40). Welche Rolle dem Transferrin bei der Aufnahme von Plutonium in die Leber zukommt, ist nicht eindeutig geklärt. Neuere Arbeiten deuten darauf hin, daß sogenannte "low molecular weight complexes", wie die Plutonium-Zitratkomplexe, möglicherweise eine bedeutendere Rolle für den Plutonium-Metabolismus innerhalb der Hepatozyten spielen (21). Plutonium bildet in Lösung bei physiologischen pH-Werten Polymere, wodurch die Verteilungskinetik bei unterschiedlicher Applikation stark beeinflußt werden kann. Nach intravenöser Gabe an Mäuse wurden Plutonium-Polymere zu einem erheblich größeren Teil in das Retikulo-Endotheliale-System (RES) der Leber aufgenommen; kleinere Partikel akkumulieren dagegen stärker in den Knochen. Plutonium lagert sich außerdem in den Knochen junger Tiere schneller ein, wird dort allerdings auch schneller wieder freigesetzt (42).
Zur Plutoniumverteilung im menschlichen Organismus liegen Daten aus den USA vor, so Untersuchungen nach akzidentieller Plutoniumkontamination und nach Belastung durch Fallout. Von der resorbierten Plutoniummenge wurden etwa 45 Prozent im Skelett und zirka 30 Prozent in der Leber deponiert. Ein Anteil von zehn Prozent wird entweder ausgeschieden oder in die übrigen Gewebe verteilt. Ist Plutonium erst in der Leber, der Lunge oder dem Knochen deponiert, erfolgt die Elimination sehr langsam mit der Galle oder dem Urin. Die Eliminationshalbwertszeit für Plutonium aus dem Skelett und der Leber wird auf 50 beziehungsweise 20 Jahre geschätzt (38). Es ist bemerkenswert, daß die Leber starker Raucher im Alter von 65 Jahren etwa 50 Prozent mehr Plutonium enthält als die von Nichtrauchern (40). Tierexperimentelle Studien sowie Untersuchungen an menschlichem Gewebe zeigen, daß der bei weitem größte Anteil des retinierten Plutoniums in den Trabeculastrukturen der Knochen deponiert wird; also eng benachbart zum blutbildenden Knochenmark. Diese spezifische Anreicherung von Plutonium in den Knochen kann die nach massiver Plutoniumbelastung beobachteten Osteosarkome und Leukämien erklären.
Plutonium gelangt über die Plazenta in den Fetus, was aufgrund von Biopsiematerial und Plazentauntersuchungen für den Menschen belegt ist. Bei Mäusen und Ratten passiert Plutonium die Plazentaschranke in geringem Umfang. Ein Vergleich und eine entsprechende Bewertung der Ergebnisse der vorliegenden experimentellen Studien sind kaum möglich, da die gewählten Dosierungen nicht annähernd ähnlich sind (4 bis 925 kBq; 1 Curie [Ci] 5 3,7 × 1010 Becquerel [Bq]). Eine Kontamination während der zweiten Hälfte der Gestation führt im Tierexperiment zur höchsten Aufnahme in den Fetus. Eine Aufnahme von Plutonium vor der Konzeption stellt dagegen ein geringeres Risiko für die Frucht dar.
Der Fall eines Mannes unterstreicht die Bedeutung der Lunge als Eintrittspforte bei chronischer Plutoniumexposition und zeigt, daß es neben der Umverteilung in die Leber und das Skelett sowohl in der Lunge wie über den Respirationstrakt zu erheblichen Strahlenbelastungen kommen kann. Der Arbeiter war 33 Jahre lang am selben Arbeitsplatz einer kutanen Exposition von 132 mSv (13,2 rem) und einer internen Ganzkörperbelastung von 93 mSv (9,3 rem) ausgesetzt gewesen. Es wird angenommen, daß der Patient zusätzlich bis zu 1 kBq über den Respirationstrakt aufgenommen hat. Urinanalysen zwischen 1955 und 1982 belegen eine tägliche Elimination von zirka 2 bis 10 mBq pro Tag mit dem Urin (17). Wichtiger als die aufgenommenen Nanocurie oder Becquerel ist aber die Dosis, die ein Mensch nach der Aufnahme von Plutonium im Laufe des Lebens erhält. Das sind komplizierte Berechnungen; ein Beispiel möge das verdeutlichen: Wenn ein 70 kg schwerer Mann 37 kBq Plutonium aufnimmt, resultieren daraus im Laufe von 50 Jahren in der Leber 0,4 Gy, in der Lunge 0,3 Gy und im Skelett 0,13 Gy.


Toxikologie des Plutoniums
Die meisten Plutonium-Isotope, insbesondere das waffentechnisch wichtige 239Pu, emittieren beim Zerfall Alphateilchen, das heißt schnell fliegende Heliumkerne, die aus je zwei Protonen und Neutronen bestehen. Wegen ihrer großen Masse haben Alphateilchen nur eine geringe Reichweite; in der Luft nur wenige Zentimeter, in Festkörpern nur wenige Mikrometer. Sie sind daher leicht abschirmbar. Nach Inkorporation sind sie allerdings sehr schädlich, da sie ionisierend wirken und beispielsweise DNA-Moleküle schädigen können. Um die biologische Wirksamkeit verschiedener Strahlenarten vergleichen zu können, wird die
Energiedosis der Strahlung durch Multiplikation mit einem dimensionslosen "Qualitätsfaktor" in die "Äquivalentdosis" überführt. Der "Qualitätsfaktor" kennzeichnet die relative biologische Wirkung und beträgt bei Röntgen- und Gammastrahlen 1, bei Neutronen 10 und bei Alphastrahlen 20.
Die Toxizität von Plutonium geht auf seine Alphastrahlung zurück: 16,28 Gramm 239Pu oder 58 mg 238Pu strahlen jeweils mit der Intensität von 3,7 × 1010 Bq. Akute Strahlenschäden treten nach Inkorporation im Dosisbereich von einigen zehntausend Bequerel und darüber auf; chronische Strahlenschäden treten bereits auf, wenn wenige hundert Bequerel pro Gramm Gewebe gefunden werden. Toxische Effekte durch chemische Mechanismen sind bei so geringen Stoffmengen nicht zu erwarten (29). Aus dem Unterschied in der spezifischen Aktivität der verschiedenen Plutonium-Isotope (Tabellen 1 und 4) ergeben sich Unterschiede in ihrer Toxizität. Die spezifische Aktivität von 238Pu ist beispielsweise 275mal höher als die von 239Pu, das heißt eine 275mal geringere Menge kann dieselben Strahlenschäden auslösen. Da Alphapartikel keine große Reichweite haben, entscheidet die Anreicherung im spezifischen Gewebe über Art und Umfang der strahlentoxischen Effekte.
Reichweite und Energiedichte der Alpha-Teilchenbahnen entscheiden dann über das Ausmaß des biologischen Schadens. Für diese Überlegungen wurde der Begriff der "Mikrodosimetrie" geprägt (29). Die Abschätzung der Alphastrahlendosis sollte bis zur Bestimmung spezifischer Zellgruppen im Gewebe gehen, die Plutonium gegebenenfalls angereichert haben. Der Verteilung des Plutoniums kommt für die Abschätzung der toxischen Effekte somit eine besondere Bedeutung zu.


Mutagenität, Reproduktionstoxizität und Kanzerogenität
Ebenso wie andere Elemente mit Alphazerfall, beispielsweise 235Uran, kann Plutonium in Gegenwart entsprechender Konzentrationen chromosomale Aberrationen, Schwester-Chromatid-Austausch oder auch kanzerogene Transformationen auslösen. Nach sehr hohen Dosierungen wurden tierexperimentell Anomalien der Keimzellen und der Spermatogenese beobachtet. Die Kanzerogenität von Plutonium ist sowohl tierexperimentell als auch für den Menschen belegt. In experimentellen Untersuchungen entwickelten sich nach Gabe von Plutonium Lebertumoren und Osteosarkome. Die kanzerogene Wirkung auch niedriger Dosen wurde auf die lange biologische Halbwertszeit und die damit verbundene kontinuierliche "Punktbestrahlung" des Knochengewebes und der Leberzellen zurückgeführt. Beispielsweise wurden in Langzeitstudien am Hund bereits bei Gabe von zirka 2 × 108 Bq/kg Osteosarkome ausgelöst (Bair, W. J. [1979] in: 26). Nach inhalativer oder intravenöser Gabe von 238PuO oder 239Pu-Zitrat korrelierte die Häufigkeit der Osteosarkome nach 13 Jahren Beobachtungszeitraum mit der aufgenommenen Strahlendosis. Über einen weiten Bereich konnte für die Entwicklung der Osteosarkome eine Beziehung zwischen Strahlendosis und Wirkung beobachtet werden (19).
Die Zellen des hämatopoetischen Systems sind wegen ihrer hohen Teilungsrate besonders sensibel gegenüber radioaktiver Strahlung. Die Reichweite der Alphastrahlung im Gewebe beträgt jedoch nur zirka 30 bis 35 mm. Die hämatopoetischen Zellen besitzen eine Schichtdicke von etwa 10 mm und können daher von Alphapartikeln, die von in den Trabeculastukturen deponiertem Plutonium ausgehen, erreicht werden. Das kanzerogene Risiko wird also durch die Entfernung der Zellen von den Plutoniumpartikeln, von der Strahlendosis und vom Expositionszeitraum bestimmt.
Arbeiter, die im Laufe von zehn Jahren akzidentiell größere Mengen von Plutonium (. 100 mrem) aufgenommen haben, zeigen eine Zunahme der Krebsformen des lymphopoetischen Systems, vor allem aber in der Leber, den Knochen und der Lunge. Aufgrund beruflich bedingter Plutoniumkontaminationen kann das Langzeitverhalten von Plutonium im menschlichen Organismus abgeschätzt werden.
Wenn man die Verteilung des Plutoniums im Gewebe post mortem bestimmt, zeigt sich, daß der bei weitem größte Anteil im Respirationstrakt deponiert war, gefolgt vom Skelett, den Nieren und der Leber (Tabelle 2) (17). Die maximal erlaubte Belastung für 239Pu im Knochengewebe beträgt 1,5 × 103 Bq. Die Werte für die übrigen Plutoniumisotope sind in der Tabelle 3 wiedergegeben.
Abschätzungen über das Tumorrisiko des Menschen durch inkorporiertes Plutonium sind aus den vorhandenen Literaturdaten nur begrenzt möglich. Vielmehr hat man aus tierexperimentellen Untersuchungen mit Plutonium-239 und vergleichsweise mit Radium-226 geschlossen, daß ab einer durch Plutonium induzierten Dosis von 0,04 bis 0,13 Gy bereits Knochentumoren auftreten können. Weitere Einsichten ergaben sich aus Studien an Patienten, die zur Behandlung von Morbus Bechterew oder Tuberkulose mit dem Alphastrahler Radium-224 behandelt worden waren.
Im Gegensatz zu Radium-226, das tief im Knochen deponiert wird, lagert sich Radium-224 ebenso wie Plutonium an der Oberfläche des Knochens an. Es zeigt also eine ähnliche Dosisverteilung wie Plutonium. In Anbetracht seiner kurzen Halbwertszeit läßt sich zudem die Gesamtdosis viel genauer berechnen. Demzufolge zeigten Untersuchungen an Mäusen eine weitgehende Übereinstimmung zwischen inkorporierter Dosis durch Radium-224 oder Plutonium-239 und der Tumorhäufigkeit. Daher kann relativ sicher aus der Tumorhäufigkeit bei Radium-224-Patienten auf das Tumorrisiko durch Plutonium-239 geschlossen werden (12).
Ein anderes Personenkollektiv mit einer Alpha-Strahlenbelastung sind Patienten, denen in den dreißiger Jahren Thorotrast (Thorium X) als Röntgenkontrastmittel appliziert wurde, das sich vor allem in der Leber anreicherte und dort zu hohen Dosen an Alpha-Strahlen führte. Aus diesem Grund werden selbst heute noch Lebertumoren in Patienten aus diesem Kollektiv beobachtet (10).
Alle diese Untersuchungen ermöglichen schließlich eine realistische Abschätzung des Tumorrisikos durch Plutonium. Nach dem oben skizzierten Beispiel einer inkorporierten Plutoniummenge von 37 kBq ergibt sich für die Entstehung eines Lebertumors ein relatives Risiko von 1,2 Prozent, für Lungentumoren 0,6 Prozent und für Knochentumoren 0,1 Prozent. Das Gesamtrisiko wird bei der gegebenen Dosis auf etwa zwei Prozent geschätzt (16).


Therapeutische Maßnahmen
Wegen seines kanzerogenen Potentials sollte inkorporiertes Plutonium so rasch wie möglich eliminiert werden. Im Vordergrund steht nach jeder Exposition in erster Linie zunächst eine möglichst gründliche äußere Dekontamination, die im Fall einer Inkorporation von der Gabe von Chelatbildnern gefolgt sein sollte. Nach Inkorporation ist unter physiologischen Bedingungen Plutonium (IV) die überwiegende Plutoniumspezies, das sich sehr ähnlich wie Eisen(III) verhält. Diese Ähnlichkeit erschwert die gezielte Förderung der Ausscheidung erheblich. Die Chelatbildner mobilisieren das im Knochen deponierte Plutonium nicht, verhindern aber eine weitere Einlagerung weitgehend. Sie sind deshalb vorwiegend kurz nach der Exposition gegenüber Plutonium am wirksamsten. Chelatbildner wie beispielsweise Ca-EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) wurden häufig eingesetzt, um Plutonium beschleunigt zu eliminieren. In den achtziger Jahren wurde das
Ca-DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) als das Mittel der Wahl angesehen. Diese Chelatbildner wurden intravenös, intramuskulär oder als Aerosol verabreicht und als Kalziumsalz appliziert, um der Kalziumverarmung des Organismus vorzubeugen. Da die Applikation von Ca-DTPA auch zu einer vermehrten Elimination von Zink führt, wurde eine initiale Therapie mit dem Kalziumsalz empfohlen, die von der Langzeitgabe von Zn-DTPA gefolgt war.
DTPA kann Zellmembranen nicht penetrieren. Daher entfernt DTPA Plutonium vorwiegend aus dem Plasma. DTPA kann auch mit anderen Chelatbildnern kombiniert werden. Eine neue Generation von Chelatbildnern zur beschleunigten Elimination von Plutonium stellen möglicherweise die "LICAM"-Verbindungen (4) dar (Grafik). Auch 3,4,3-LIHOPO zeigte sich im Tierexperiment hinsichtlich der Elimination von Plutonium wirksamer als DTPA (32). Die Möglichkeiten einer ausreichenden Dekorporation von Plutonium sind jedoch begrenzt. Daher muß die Verhütung einer Inkorporation oberstes Gebot sein. Das Risiko, das von "GrammMengen" von Schwarzmarkt-Plutonium ausgeht, sollte nicht unterschätzt werden.


Zitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 1996; 93: A-2151–2156
[Heft 34-35]
Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis im Sonderdruck, anzufordern über die Verfasser.


Anschrift für die Verfasser:
Prof. Dr. rer. nat. Dr. med. habil. Siegfried Georg Schäfer
Pharmakologisches Institut der Universität Hamburg
Martinistraße 52
20246 Hamburg

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