Ioniserende straling en radioactieve stoffen in het milieu: effecten en dosislimieten

De hele wereldbevolking is altijd blootgesteld geweest aan ioniserende straling en radioactieve stoffen uit kosmische en aardse bronnen. De doses ontvangen van deze natuurlijke bronnen zijn echter te laag om aantoonbare effecten te hebben. Reeds enkele jaren na de ontdekkingen van straling en radioactiviteit door Röntgen, Becquerel en Curie werd duidelijk dat grotere doses straling allerlei schadelijke gevolgen kunnen hebben in diverse weefsels, onder andere in een vroeg stadium erytheem, in een laat stadium fibrose en necrose. Later bleek dat ook kwaadaardige ziekten kunnen worden geïnduceerd. Op grond van waarnemingen in de eerste decennia van de 20e eeuw werd in 1928 door het Internationale Congres van Radiologen een commissie ingesteld die aanbevelingen ging opstellen voor het veilig toepassen van ioniserende straling in medisch diagnostisch onderzoek. Sindsdien heeft de stralingshygiëne een voortdurende ontwikkeling te zien gegeven, waarbij de theoretische analyses van dosis-effectrelaties en praktische aanbevelingen in een aantal opzichten hebben gediend als voorlopers van en voorbeelden voor normstelling betreffende blootstelling aan chemische stoffen op de arbeidsplaats en in het milieu.

Achtergrond van stralingshygiËnische maatregelen

Bij beschouwingen over normen die gesteld moeten worden ter bescherming van de bevolking tegen schadelijke effecten van ioniserende straling en radioactieve stoffen worden 3 uitgangspunten toegepast.

1. Het eerste uitgangspunt betreft de rechtvaardiging van iedere activiteit die blootstelling van personen aan straling tot gevolg kan hebben. Dit houdt in dat de voordelen van de toepassing van een methode of techniek voor een persoon die wordt blootgesteld of voor de maatschappij als geheel moeten opwegen tegen de mogelijke nadelige gevolgen. In sommige gevallen zal de persoon die een dosis ontvangt ook het grootste voordeel van de toepassing hebben, bijvoorbeeld bij een onderzoek met radioactieve stoffen voor het stellen van een medische diagnose. In andere gevallen zal dit verband niet zo direct zijn, bijvoorbeeld bij blootstelling van omwonenden van een kernenergiecentrale aan radioactieve stoffen als gevolg van lozingen in het milieu. Bij overwegingen betreffende rechtvaardiging moeten ook niet-radiologische voordelen en nadelen van de methode of techniek en de mogelijke nadelen van alternatieven worden meegewogen. Hierbij zullen ook sociaal-economische en maatschappelijke aspecten een rol kunnen spelen.

2. Het tweede uitgangspunt, optimalisering, betreft de eis om blootstelling van personen aan straling ten gevolge van een gerechtvaardigde activiteit zo laag te houden als redelijkerwijze gerealiseerd kan worden, rekening houdend met economische en sociale aspecten. Dit principe wordt meestal aangeduid met de term ‘ALARA’, die gebaseerd is op de beginwoorden van de zin ‘as low as reasonably achievable, economic and social factors being taken into account’. Optimalisering van de bescherming tegen straling wil zeggen dat het risico voor individuele personen en de bevolking als geheel zo gering wordt, dat verdere reductie onevenredig grote inspanningen of kosten zou vergen.

3. Het derde uitgangspunt in de stralingshygiëne is dat er limieten moeten worden gesteld aan de doses die personen mogen ontvangen, ook al is de activiteit gerechtvaardigd en is aan het ALARA-principe voldaan. Deze limieten worden zo gekozen dat stochastische schadelijke gevolgen, bijvoorbeeld kwaadaardige ziekten, slechts met een geringe frequentie kunnen worden veroorzaakt en dat andere – deterministische – effecten, zoals weefselschade, geheel worden voorkomen.

In de gedachtengang van veel mensen spelen dosislimieten de belangrijkste rol in de stralingshygiëne, maar dit behoort niet zo te zijn. Toepassing van de eerste twee uitgangspunten zou moeten voorkomen dat personen regelmatig aan doses worden blootgesteld die dicht bij de limiet liggen. Het is van belang op te merken dat alle drie de uitgangspunten in de eerste plaats betrekking hebben op situaties waarin blootstelling voorzien kan worden en waarin deze beheersbaar is. Dit betekent dat bij onvoorziene situaties, bijvoorbeeld ongelukken met bronnen van radioactiviteit zoals in de kerncentrale in Chernobyl, andere principes moeten worden toegepast bij de beoordeling van stralingshygiënische risico's. Deze evaluatie kan tot interventiemaatregelen leiden. Enkele criteria hierbij zijn:

– Een voorgestelde interventiemaatregel moet meer voordeel dan nadeel opleveren, dat wil zeggen de reductie van de kans op schade door preventie van verdere blootstelling moet voldoende zijn om nadelen en kosten van de maatregel, inclusief sociale en maatschappelijke gevolgen, te rechtvaardigen.

– De schaal van de interventiemaatregelen moet geoptimaliseerd worden.

– Dosislimieten gelden niet bij ongelukken, maar in de plaats van deze limieten komen interventienormen. De maatregelen die dan worden genomen moeten de doses kunnen reduceren tot ze als voldoende laag beoordeeld worden.

Het nut van interventie moet ook worden beoordeeld bij blootstelling van personen aan de relatief hoge concentraties radon die in een deel van de huizen in sommige landen worden gevonden. Hetzelfde geldt voor situaties na ongelukken waarbij milieubesmetting optreedt. In ieder geval zullen maatregelen gerechtvaardigd zijn als de dosis zo hoog is dat er een grote kans is op vroege of late deterministische effecten in normale weefsels.

Stralingseffecten

Het is duidelijk dat bij stralingshygiënische maatregelen de schadelijke effecten van blootstelling ten gevolge van een gewenste of noodzakelijke activiteit moeten worden afgewogen tegen de voordelen ervan. Daarvoor is kennis nodig van de soorten stralingseffecten waarover kwantitatieve gegevens bestaan.

Zoals eerder aangeduid worden 2 soorten effecten van straling onderscheiden, namelijk deterministische effecten en stochastische effecten.

Met de term ‘deterministisch’ wordt de beperking of het verlies aangeduid van functies van weefsels en organen, zoals huid, darm, longen, nieren enz. Hieronder valt ook de inductie van steriliteit. Deze effecten treden pas op bij doses in de orde van grootte van 0,5 Sv en meer. Ze zijn het gevolg van dood of verlies van functie in een relatief grote fractie van de cellen in een weefsel of orgaan. Met het toenemen van de dosis neemt de schade aan de functie toe – niet alleen in frequentie, maar ook in ernst. Voor deze effecten wordt altijd een drempeldosis gevonden en het doel van beschermingsmaatregelen tegen straling is de effecten geheel te voorkomen door de blootstelling beneden deze drempel te houden.

Met de term ‘stochastisch’ worden de effecten aangeduid die ontstaan als gevolg van veranderingen in individuele cellen in het lichaam. Deze effecten – celdood, chromosoomafwijkingen, mutaties en maligne transformatie – worden toegeschreven aan beschadiging van het DNA van de cel. Schade die door bestraling is toegebracht aan bepaalde chromosomen in een cel zal, als het vermogen tot ongelimiteerde deling behouden blijft, aanleiding kunnen geven tot een ongeremd groeiende celpopulatie en ten slotte tot leukemie of kanker. Een verandering van een chromosoom in een geslachtscel, bijvoorbeeld een translocatie, kan leiden tot overdracht van onjuiste informatie aan nakomelingen en daarmee tot genetische effecten. Bij stochastische effecten is de ernst van het effect niet van de dosis afhankelijk; met het toenemen van de dosis neemt alleen de frequentie van schadelijke gevolgen toe. Er is voor deze effecten geen drempeldosis beneden welke de kans op een effect geheel verdwijnt.

Bij embryo en foetus is de ontwikkeling van verschillende organen zeer gevoelig voor straling, waarbij het onderscheid tussen deterministische en stochastische effecten niet altijd duidelijk is. Dit geldt met name voor de ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel tussen de 8e en 24e week na conceptie.

Risicoschattingen

In de stralingshygiëne wordt het ontstaan van leukemie en van maligne tumoren in vele weefsels thans als het belangrijkste effect van straling beschouwd. Op grond van de nieuwste gegevens wordt de totale kans op dit effect bij lage doses, ontvangen door leden van de bevolking, uitgedrukt in een waarschijnlijkheid van optreden van 5 x 10^-2 Sv^-1. Deze nieuwste gegevens betreffen vooral de analyse van het ontstaan van kanker, waargenomen bij overlevenden van de atoombomexplosies in Hiroshima en Nagasaki in 1945, bij mijnwerkers die radioactieve gassen inademen tijdens hun werk en bij groepen patiënten die ten behoeve van medische diagnostiek of behandeling werden blootgesteld aan straling. Deze gegevens hebben ertoe geleid dat de kans op het ontstaan van kanker thans een factor 4 hoger wordt ingeschat dan 15 jaar geleden. Hierbij hebben verschillende factoren een rol gespeeld, zoals betere dosimetriegegevens en een langere periode van observatie van de bestraalde personen. De belangrijkste verandering hangt samen met een beter inzicht in de tijdsafhankelijkheid van het ontstaan van kwaadaardige ziekten na bestraling. Uit gegevens over de bevolking in Japan is afgeleid dat de inductie door straling bij de meeste typen tumoren beter met een multiplicatief model dan met het vroeger gebruikte additieve model kan worden beschreven. Het is gebleken dat de bestraling, na een latente periode van 5-20 jaar, nog vele tientallen jaren de frequentie van kanker verhoogt. Het additieve model gaat ervan uit dat een bepaalde dosis straling een toename van het aantal gevallen van kanker geeft die, na een latente periode, over de latere levensjaren constant blijft. Het multiplicatieve model gaat ervan uit dat door een dosis straling de ‘natuurlijke’ frequentie met een bepaalde factor toeneemt. Omdat de kans op kanker sterk met de leeftijd toeneemt, zal ook de bijdrage door vroegere bestraling toe blijven nemen. Onderzoek van de jongeren in de groep personen in Japan die in 1945 werden blootgesteld en die nu de leeftijd van 50-60 jaar bereiken, heeft deze nieuwe inzichten gesteund. Zowel de spontane als de door straling geïnduceerde tumoren komen vooral tot uiting in de groep oudere personen.

Tot ongeveer 15 jaar geleden werd aan genetische effecten een ongeveer even groot belang gehecht als aan maligne ziekten, mede omdat deze schade kan worden doorgegeven in vele volgende geslachten. Thans neemt men aan dat de kans op ernstige erfelijke afwijkingen in de orde van grootte van 10^-2 Sv^-1 ligt, dat wil zeggen ongeveer een vijfde van de berekende grootte van de kans op het ontstaan van kanker.

De eerder genoemde risicofactor van 5 x 10^-2 Sv^-1 voor inductie van leukemie en maligne tumoren geldt voor kleine doses straling (in de orde van grootte van 10 mSv), maar is afgeleid van gegevens bij groepen personen die doses van de grootte van 500 mSv of meer hebben ontvangen. Analyse van dosis-effectrelaties en radiobiologische inzichten hebben ertoe geleid dat op de gegevens bij hoge doses een reductiefactor van 2 is toegepast om een realistische schatting voor lagere doses te krijgen.

Dosislimieten

Op grond van de nieuwste schattingen van kansen op inductie van maligne ziekten en genetische effecten heeft de International Commission on Radiological Protection (ICRP) in haar nieuwe aanbevelingen, gepubliceerd in april 1991, de dosislimiet uit 1977 van 50 mSv per jaar voor beroepshalve bestraalde personen verlaagd naar 20 mSv per jaar.1 Voor leden van de bevolking was in 1977 voor de blootstelling aan alle kunstmatige bronnen samen een dosislimiet van 5 mSv per jaar aanbevolen, gelijk aan een tiende van de toenmalige limiet voor de beroepshalve bestraalde groep. In die aanbevelingen uit 1977 werd ervan uitgegaan dat een bovengrens van 5 mSv per jaar voor de kritieke groep personen die de hoogste doses ontvangen, zou leiden tot een gemiddelde blootstelling van de hele bevolking aan hoogstens 0,5 mSv per jaar. Het was immers redelijk om aan te nemen dat het overgrote deel van de bevolking een veel lagere stralingsdosis zou ontvangen dan het maximum.

In nadere aanbevelingen, gepubliceerd in 1983, werd door de ICRP een verdere beperking van de dosis voorgesteld, waarbij een dosis van 1 mSv per jaar gemiddeld over het hele leven als limiet voor de bevolking ging gelden. Deze toen reeds verlaagde waarde is ook in de nieuwste aanbevelingen van 1991 gehandhaafd. Daarbij heeft een aantal argumenten een rol gespeeld. Een eerste belangrijke overweging is dat bij continue levenslange blootstelling aan 1 mSv per jaar de hierdoor veroorzaakte kans op overlijden aan kanker op geen enkel moment in het leven meer dan ongeveer 0,5 van het totale sterfterisico van de betreffende leeftijdsgroep zou bedragen. Dit kan geïllustreerd worden met een berekening van het risico van jongeren van 10 jaar. Het sterfterisico voor deze groep is ongeveer 200 per miljoen per jaar in westerse landen. Met het multiplicatieve model kan berekend worden dat wanneer deze jongeren in hun eerste 10 levensjaren een stralingsdosis van 1 mSv per jaar hebben ontvangen, de kans op overlijden aan kanker ten gevolge van deze stralingsdosis 1 per miljoen per jaar bedraagt (10^-6 per jaar), overeenkomend met 0,5 van het totale sterfterisico op de leeftijd van 10 jaar.

Met het toenemen van de leeftijd zullen de totale ontvangen stralingsdosis en de kans op gevolgen toenemen, terwijl het natuurlijke sterfterisico eveneens toeneemt. Dit kan ook getalsmatig geïllustreerd worden. Voor de groep personen van 70 jaar bedraagt het sterfterisico ongeveer 25.000 per miljoen per jaar; de berekende kans op overlijden aan kanker door blootstelling gedurende 70 jaar aan 1 mSv per jaar bedraagt 100 per miljoen per jaar, overeenkomend met 0,4 van het totale sterfterisico voor deze leeftijdsgroep.

Een andere overweging die een rol heeft gespeeld bij het aanbevelen van een dosislimiet voor de bevolking van 1 mSv per jaar is dat natuurlijke bronnen in het menselijk lichaam zelf, onder andere kalium-40, radium-226 en koolstof-14, en in het milieu, onder andere kosmische straling, gammastraling uit de grond en radon uit bouwmaterialen en de bodem, leiden tot een blootstelling van mensen aan ongeveer 2 mSv per jaar. Deze natuurlijke dosis varieert minstens met een factor 2, onder meer door een toename met de hoogte boven zeeniveau en door invloed van de grondsoort waarop de bevolking woont. Deze natuurlijke achtergrondstraling zal dezelfde effecten hebben als kunstmatige straling. De natuurlijke straling levert slechts een geringe bijdrage aan de totaliteit van schadelijke gevolgen welke de mens door zijn milieu en levensomstandigheden ondervindt. Variaties in de natuurlijke straling spelen tot nu toe dan ook geen rol bij de keuze van woonplaatsen voor de bevolking; alleen de soms zeer hoge concentraties radon die in een klein deel van de woningen in sommige gebieden worden gevonden, leiden tot interventiemaatregelen, bijvoorbeeld extra ventilatie van kelders.

Mede op grond van bovengenoemde overwegingen kan de keuze van de ICRP – een dosislimiet van 1 mSv per jaar voor de bevolking, ontvangen van alle kunstmatige bronnen samen – redelijk genoemd worden.

Nederlandse nota over normstelling betreffende ioniserende straling voor arbeid en milieu

In de nota ‘Omgaan met risico's van straling’ van het ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer (VROM) uit 1990 is een geheel andere benadering toegepast dan de ICRP voorstaat.2 Deze benadering, die mogelijk tot veel lagere dosislimieten zal leiden, is gebaseerd op een eerder uitgebrachte nota ‘Omgaan met risico's’ uit 1989. Hierin werd een aantal uitgangspunten geformuleerd aangaande de aanvaardbaarheid van risico's die samenhangen met ongevallen en met blootstelling van de mens aan stoffen en straling. Per activiteit of per stof is de maximaal aanvaardbaar geachte kans op overlijden van personen in alle leeftijdsgroepen als gevolg van blootstelling aan milieufactoren gesteld op 1 per miljoen (10^-6) per jaar. De keuze van dit getal berustte op de overweging dat de bevolkingsgroep met de laagste sterftekans – jongeren tussen 10 en 15 jaar – een statistisch overlijdensrisico heeft van ongeveer 1-2 per tienduizend (10^-4) per jaar en dat 1 daarvan, dus 10^-6 per jaar, maximaal daaraan mag worden toegevoegd door bijvoorbeeld ongelukken met kruitfabrieken of gasinstallaties, of door chemische stoffen en stralingsbronnen in het milieu. De achtergrond van deze keuze is dat de kans op overlijden door een explosie van bijvoorbeeld een opslagtank van vloeibaar gas voor personen van alle leeftijden dezelfde is en dat ook voor de bevolkingsgroep met het laagste natuurlijke risico de extra bijdrage niet groter dan 1 mag zijn. Omdat men bij de risicobeperking tot één ‘maatlat’ wilde komen voor zo veel mogelijk agentia, is het getal 10^-6 per jaar vervolgens van toepassing verklaard op alle chemische stoffen en stralingsbronnen in het milieu. Hierbij werd er echter geen rekening mee gehouden dat na blootstelling aan geringe concentraties stoffen of straling de gevolgen in vele gevallen een geheel andere verdeling over de tijd te zien geven dan de dodelijke gevolgen van explosies. De toepassing van deze overwegingen zal leiden tot zeer strenge normen aangaande bescherming tegen straling.

Zoals hierboven werd uiteengezet mag de kans van 10^-6 per jaar om ten gevolge van een bepaalde activiteit of ongelukken met installaties te overlijden, gebaseerd op het geringe overlijdensrisico van jongeren van 10-15 jaar, niet zonder meer worden toegepast op alle leeftijden. Maar in de nota ‘Omgaan met risico's van straling’ wordt de onjuiste gedachtengang gevolgd dat een risico van 10^-6, als limiet gekozen voor de kans op onmiddellijk overlijden door explosies, ook van toepassing moet worden verklaard op blootstelling aan stoffen die pas na vele jaren tot effecten leiden.

In de nota wordt voor individuele bronnen van ioniserende straling een limiet voor de kans op overlijden van 10^-6 per jaar vastgesteld en voor alle kunstmatige bronnen samen een limiet van 10^-5 per jaar. Hieruit volgt, bij toepassing van een risicofactor van 2,5 x 10^-5 per mSv zoals in de nota genoemd, dat een dosislimiet van 0,4 mSv per jaar voor alle bronnen samen wordt aanvaard. De nieuwste aanbevelingen van de ICRP houden echter rekening met een risicofactor van 5 x 10^-5 per mSv. De consequentie zou zijn dat de dosislimiet volgens de argumentatie in de nota van VROM nog verder omlaag moet naar 0,2 mSv per jaar. Dit zou overeen komen met 110 van de dosis van natuurlijke bronnen. Een dergelijke lage limiet lijkt moeilijk aanvaardbaar.