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Folgen von Tschernobyl:

Fehlbildungen bei Neugeborenen in Bayern (1)

In Bayern war die Fehlbildungsrate bei Neugeborenen im Jahr nach Tschernobyl gegenüber dem Trend der Jahre 1984-1991 nicht erhöht. Allerdings ist im südlichen Teil Bayerns, der durch den radioaktiven Fallout stärker belastet war, die Fehlbildungsrate Ende 1987 nahezu doppelt so hoch wie in Nordbayern. Im November und Dezember 1987 zeigt die Fehlbildungsrate in den bayerischen Landkreisen eine hochsignifikante Abhängigkeit von der Cäsium-Bodenkontamination. Das Verhältnis der Fehlbildungsraten in Süd- und Nordbayern korreliert zeitlich mit der um sieben Monate verschobenen Cäsiumbelastung der Schwangeren.

Einführung

Bayern ist das einzige deutsche Bundesland, in dem Daten zu kindlichen Fehlbildungen vor und nach Tschernobyl erfasst wurden. Sie wurden im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Landesentwicklung und Umweltfragen (StMLU) an den Kliniken erhoben und dem Institut für Strahlenhygiene (ISH) beim Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zur Auswertung überlassen. Die Ergebnisse der Datenanalyse wurden 1994 in einem technischen Bericht veröffentlicht (1).
Der Untersuchungszeitraum umfasste ein Jahr. Er wurde in vier Quartale unterteilt, wobei zwischen singulären und multiplen Fehlbildungen unterschieden wurde. In jedem Zeitfenster wurde geprüft, ob sich das Verhältnis der Fehlbildungsraten in Südbayern gegenüber Nordbayern, die sogenannte odds ratio, vom Mittelwert der odds ratios in der Zeit vor Tschernobyl unterscheidet. Südbayern war nach Tschernobyl vom radioaktiven Fallout deutlich stärker betroffen als Nordbayern. Das Verfahren wurde gewählt, um mögliche andere Einflußfaktoren auszuschließen, die sich in den höher und niedriger kontaminierten Regionen Bayerns in gleicher Weise entwickeln. Für keine der beiden Fehlbildungsarten und für keines der vier Zeitfenster wurden auffällige Abweichungen vom Vergleichszeitraum vor Tschernobyl festgestellt.
An diesen Ergebnissen gab es von verschiedenen Seiten Kritik. In der Folge einer längeren Debatte stellte das BfS die Fehlbildungsdaten drei parallel arbeitenden Arbeitsgruppen zur Neuauswertung zur Verfügung. Eine Arbeitsgruppe leitete Prof. Neiß, Institut für medizinische Statistik an der Technischen Universität München, die zweite Dr. Hagen Scherb vom GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, und die dritte bestand aus Dr. Küchenhoff, statistisches Beratungslabor an der Ludwig-Maximilian-Universität, und Dr. Körblein, Umweltinstitut München e.V. (vergleiche dazu Umweltnachrichten 93/2001).
Die Ergebnisse der drei Arbeitsgruppen wurden am 16. Oktober 2001 im BfS vorgestellt. Sie fielen unterschiedlich aus: Während die Arbeitsgruppe um Prof. Neiß keine Erhöhung im zeitlichen Verlauf der Fehlbildungsrate nach Tschernobyl feststellte, fanden die beiden anderen Arbeitsgruppen Auffälligkeiten. Scherb et al. erkennt einen Zusammenhang zwischen dem Anstieg der Fehlbildungsrate nach Tschernobyl und der Cäsium-Bodenkontamination in den bayerischen Landkreisen. Wir, die Arbeitsgruppe Körblein / Küchenhoff, führen zunächst eine Trendanalyse der Fehlbildungsdaten durch, analog zur Analyse der Monatsdaten der Perinatalsterblichkeit in Deutschland, bei der wir einen Zusammenhang der Perinatalsterblichkeit mit dem zeitlichen Verlauf der Cäsiumbelastung der Schwangeren gefunden hatten (2). Zusätzlich untersuchen wir aber auch den zeitlichen Verlauf des Verhältnis der Fehlbildungsraten in Süd- und Nordbayern, und übernehmen damit im wesentlichen das Vorgehen in (1). Im vorliegenden Zwischenbericht wird der Stand unserer Untersuchungen dargestellt.

Statistische Methoden

Die Fehlbildungsraten in Südbayern, also den Regierungsbezirken Oberbayern, Niederbayern und Schwaben, werden mit denen in den restlichen bayerischen Regierungsbezirken verglichen. Südbayern war durch den Tschernobyl-Fallout deutlich höher belastet als Nordbayern. Ein möglicher Einfluss der radioaktiven Belastung sollte sich, wenn überhaupt, in Südbayern stärker zeigen als in Nordbayern. Dazu wird geprüft, ob das Verhältnis der Fehlbildungsraten in Südbayern gegenüber Nordbayern, die sogenannte odds ratio, in der Zeit nach Tschernobyl gegenüber dem langjährigen Trend erhöht ist. Wir folgen im wesentlichen dem Vorgehen in (1), bestimmen den Trend der odds ratios aber aus allen Daten und nicht nur aus der Zeit vor Tschernobyl. Die odds ratio (OR) ist der Quotient aus den odds, wobei odds definiert ist als das Verhältnis der fehlgebildeten (n) zur Zahl der nicht fehlgebildeten (N-n) Neugeborenen, also

(1) OR = (n1/(N1-n1)) / (n2/(N2-n2)).

Hier bedeutet der Index 1 Südbayern, der Index 2 Nordbayern. Geprüft werden soll, ob sich im zeitlichen Verlauf der odds ratios ein Zusammenhang mit der Cäsiumbelastung der Schwangeren zeigt. Wir modellieren die Daten ähnlich wie in (2), indem wir dem ungestörten zeitlichen Trend einen Zusatzterm überlagern, der proportional ist zur – zeitlich verzögerten – Cäsium-Konzentration cs(t) in den Schwangeren.
Das Modell hat die Form

(2)

ln (odds ratio) = a + b1t + b2*(cs(t-b4))^b3

Dabei sind a und b1 die Trendparameter für den ungestörten Trend, die drei Parameter b2 bis b4 charakterisieren den Cäsiumterm: b2 die Amplitude, b4 die Zeitverschiebung zwischen Bestrahlung und Geburt, und b3 den Exponenten im Cäsiumterm, der einen kurvilinearen Verlauf der Dosis-Wirkungsbeziehung zulässt.
Für die Regressionsanalyse werden die Daten mit den Varianzen gewichtet. Die Varianzen s² errechnen sich beim obigen Ansatz (2) für die logarithmierten odds ratios aus den Fallzahlen zu

(3) s² = 1/n1 + 1/(N1-n1) + 1/n2 + 1/(N2-n2),

wo n1, N1 die Zahl der Fehlbildungen bzw. der Lebendgeburten in Südbayern und n2, N2 diejenigen in Nordbayern sind.

Berechnung des Verlaufs der Cäsiumbelastung

Der zeitliche Verlauf der Cäsium-Konzentration im menschlichen Körper wird aus der Cäsiumbelastung der Nahrung, den täglichen Verzehrmengen und der biologischen Halbwertszeit im Körper der Schwangeren errechnet. Eine Veröffentlichung des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit (3) enthält Angaben zur Belastung von vier Nahrungspfaden, die einer Abschätzung der radioaktiven Belastung des Menschen zugrundegelegt wurden. Abbildung 1 zeigt Messdaten der Cäsiumbelastung der Kuhmilch (Punkte) und den erwarteten Verlauf der Cäsiumbelastung von Rindfleisch, Getreide und Schweinefleisch.
Mit den Daten der Cäsiumbelastung der Nahrung und den durchschnittlichen Verzehrraten (entnommen aus der Strahlenschutzverordnung vom 1. August 2001) wurde nun der Verlauf der Cäsiumbelastung im Körper von schwangeren Frauen berechnet (Abb.2). Die biologische Halbwertszeit von Cäsium während der Schwangerschaft wurde aufgrund von Messungen der Cäsium-Ganzkörperbelastung, die nach Tschernobyl am GSF Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit durchgeführt wurden, mit 60 Tagen angesetzt.
Der Verlauf der Cäsiumbelastung ist durch zwei Maxima gekennzeichnet: eines im Juni 1986, das zweite Ende April 1987.

Cäsium Konzentration in Milch

Abb.1: Verlauf der Cäsium Konzentration in Milch (Punkte), Rindfleisch, Getreide und Schweinefleisch, halblogarithmischer Auftrag (nach 3).

Cäsiumbelastung in schwangeren Frauen infolge Aufnahme

Abb.2: Cäsiumbelastung in schwangeren Frauen infolge Aufnahme von Cäsium mit der Nahrung nach Tschernobyl. Es errechnen sich zwei Maxima, das erste im Juni 1986, das zweite Ende April 1987.

Monatliche Fehlbildungsraten in Bayern

Abb.3: Monatliche Fehlbildungsraten in Bayern 1984-1991 (Punkte) und gleitender Dreimonats-Mittelwert (durchgezogene Linie). Die gestrichelte Linie ist das langjährige Mittel. Im Jahr 1987, dem Jahr nach Tschernobyl, finden sich keine erhöhten Fehlbildungsraten.

Ergebnisse

Den Verlauf der Fehlbildungsraten in Bayern in den Jahren 1984-1991 zeigt im Jahr 1987 keine auffällige Abweichung vom langjährigen Mittelwert (Abb. 3). Anders der zeitliche Verlauf des Quotienten der Fehlbildungsraten in Südbayern und Nordbayern (odds ratios). Hier findet sich ein auffälliges Maximum Ende 1987 (Abb.4). Die odds ratio ist im November 1987 um 97 Prozent gegenüber dem Trend erhöht und im Dezember 1987 um 78 Prozent (p=0,014 bzw. p=0,020). Für beide Monate zusammen errechnet sich eine Erhöhung um 87 Prozent (p=0,0015).

Verhältnis der Fehlbildungsraten in Südbayern gegenüber Nordbayern

Abb.4: Verhältnis der Fehlbildungsraten in Südbayern gegenüber Nordbayern (odds ratios) in den Jahren 1984-1991 und gleitender Dreimonats-Mittelwert (durchgezogene Linie). Die gestrichelte Linie ist der langjährige Trend. Die schwarzen Punkte kennzeichnen die Monate November und Dezember 1987.

Regressionsanalyse mit Cäsiumterm

Die Summe der Fehlerquadrate (deviance) bestimmt sich für das Modell ohne Cäsium-Term zu dev=111,3 (df=94), für das Modell mit Cäsium Term zu dev=102,6 (df=91). Aus der Verbesserung der Summe der Fehlerquadrate errechnet sich ein zweiseitiger p-Wert von p=0,059 (F-Test mit df1=3; df2=91). Mit einer vorgegebenen Zeitverschiebung von sieben Monaten, die wir bei der Auswertung der deutschen Daten der Perinatalsterblichkeit fanden (2), reduziert sich der p-Wert auf p=0,024 (F-Test mit df1=2; df2=92). Die Dosis-Wirkungsbeziehung ist stark positiv gekrümmt: der Exponent im Cäsium Term ergibt sich zu 8,9 ± 5,8. Abbildung 5 zeigt die Summe der Fehlerquadrate für vorgegebene Zeitverschiebungen zwischen Exposition und Geburt von drei bis neun Monaten. Die kleinste Summe der Fehlerquadrate, und damit die beste Anpassung an die Daten, ergibt sich für eine Zeitverschiebung von sieben Monaten (95 Prozent-Vertrauensbereich 5,5 bis 8 Monate, gestrichelte Linie). Mit neun Monaten Schwangerschaftsdauer fällt damit der Zeitpunkt einer möglichen Strahlenschädigung des Embryo in den zweiten und dritten Schwangerschaftsmonat, also gerade in die empfindlichste Phase der Entwicklung des Fötus.

Summe der Fehlerquadrate bei Regressionsanalysen mit Zeitverschiebungen zwischen Exposition und Geburt von drei bis neun Monaten

Abb.5: Summe der Fehlerquadrate bei Regressionsanalysen mit Zeitverschiebungen zwischen Exposition und Geburt von drei bis neun Monaten. Das Minimum der Summe der Fehlerquadrate und damit die beste Anpassung findet sich bei einer Verschiebung von sieben Monaten (95 Prozent Vertrauensbereich: 5,5 bis 8 Monate, gestrichelte Linie).

Abhängigkeit der Fehlbildungsrate von der Cäsium-Bodenkontamination

Zusätzlich zu den bisher dargestellten Ergebnissen, die ich zusammen mit Herrn Küchenhoff erarbeitete, habe ich einige weitere Untersuchungen durchgeführt, auf die ich im folgenden eingehen will.
Der zeitliche Verlauf der odds ratios zeigte im Jahr nach Tschernobyl nur in den Monaten November und Dezember 1987 auffällige Erhöhungen.
Eine varianzgewichtete, lineare Regression der Fehlbildungsraten in den 96 bayerischen Landkreisen in den Monaten November plus Dezember 1987 ergibt eine hochsignifikante Zunahme des Fehlbildungsrisikos um 0,300 ± 0,059 pro 1000 Geburten bei einer Zunahme der Cs-137 Bodenbelastung um 1 kBq pro m² (p <0,0001). In Abb.6 zeigt die Abhängigkeit der Fehlbildungsrate von der Cäsium-Bodenkotamination. Dabei sind jeweils 24 Landkreise zu einem Punkt zusammen gefasst (schwarze Quadrate). Die durchgezogene Linie ist das Ergebnis der linearen Regression. Die Fehlbildungsrate in den 24 höchstbelasteten Landkreisen ist nahezu dreimal so groß wie in den 24 niedrigst belasteten Landkreisen, in den zehn höchstbelasteten Landkreisen gar fast achtmal höher als in den zehn niedrigst belasteten (odds ratio = 7,76 p<0,0001). Keinerlei Abhängigkeit von der Cäsium-Bodenbelastung zeigt sich bei den Fehlbildungsraten in den Monaten November plus Dezember der restlichen Jahre (unausgefüllte Quadrate).

Fehlbildungsraten in den bayerischen Landkreisen

Abb.6: Fehlbildungsraten in den bayerischen Landkreisen im November plus Dezember 1987 in Abhängigkeit von der mittleren Cäsium-137 Bodenbelastung (schwarze Punkte). Die Punkte sind die Mittelwerte aus jeweils 24 Landkreisen. Die unausgefüllten Quadrate sind die Fehlbildungsraten in den restlichen Jahren (gestrichelte Linie).

Gab es vermehrt spontane Abgänge nach Tschernobyl?

Um der Frage nachzugehen, ob sich aus den Daten Hinweise auf eine Schädigung der Eizelle im empfindlichen Stadium unmittelbar nach der Befruchtung ergeben, habe ich den Verlauf der Lebendgeburten untersucht. Eine Schädigung in diesem frühen Stadium wird entweder repariert oder führt zum Abgang der Zelle vor der Einnistung in die Gebärmutter (Alles-oder-Nichts-Prinzip). Eine vermehrte Zahl von Abgängen sollte sich neun Monate später in einer reduzierten Zahl von Geburten äußern.
In den ersten Wochen nach Tschernobyl war die Dosisleistung über äußere und innere Strahlung besonders hoch. Für mögliche Schäden in dieser Zeit ist die Dosisleistung, nicht die Dosis ausschlaggebend. Tatsächlich ist die Zahl der Lebendgeburten im Februar 1987, neun Monate nach dem Mai 1986, in dem die Dosisleistung am höchsten war, in Südbayern signifikant um 12,4 Prozent gegenüber dem Erwartungswert erniedrigt (p=0,0015) (Abb. 7). In Nordbayern ist die Erniedrigung nicht signifikant (p=0,089). Für Gesamtbayern berechnet sich eine signifikanter Rückgang der Lebendgeburten um zehn Prozent bzw. 1026 Geburten (p=0,010).
Nun wäre eine reduzierte Zahl von Lebendgeburten auch mit Zurückhaltung der zeugungswilligen Paare in der Zeit unmittelbar nach dem Reaktorunfall zu erklä-ren. Allerdings zeigt sich der Rückgang in den Geburtenzahlen nur im Februar 1987. Man würde aber erwarten, dass sich die Vorsicht nicht auf einen einzigen Monat beschränkt hat.

Abweichung der Zahl der Lebendgeburten vom Erwartungswert in Südbayern

Abb.7: Abweichung der Zahl der Lebendgeburten vom Erwartungswert in Südbayern. Im Februar 1987 (schwarzer Punkt) ist die Geburtenzahl signifikant erniedrigt. Die gestrichelten Linien kennzeichnen den Bereich von zwei Standardabweichungen.

Diskussion

Parallel zu den Auffälligkeiten bei den Fehlbildungen zeigen sich auch in anderen Datensätzen signifikante Befunde. Nicht nur die Fehlbildungsrate ist im November 1987 in Südbayern nahezu doppelt so hoch wie in Nordbayern (odds ratio 1,93), auch die Rate der Totgeburten ist im gleichen Monat in Südbayern 2,4-mal höher als in Nordbayern (p=0,0054). Bei den deutschen Daten der Perinatalsterblichkeit zeigt sich im November 1987 eine hochsignifikante Erhöhung um 20 Prozent (p<0,0001) (2). Erstaunlich ist, dass die Fehlbildungen im bayerischen Mittel im November und Dezember 1987 nicht erhöht sind. Aus Abb.6 geht hervor, dass in den Landkreisen mit niedriger Cäsium-Bodenbelastung die Fehlbildungsrate deutlich niedriger ist als erwartet, in den Landkreisen mit hoher Cäsiumbelastung ist sie dagegen signifikant erhöht. Ob es dafür eine biologische Erklärung gibt, darüber lässt sich zur Zeit nur spekulieren. Allerdings wäre vorstellbar, dass eine chronische Zusatzbestrahlung mit niedrigen Dosisraten im Winter 1986/87 eine Stimulierung der Reparatursysteme bewirkt hat, die zu einem insgesamt niedrigeren Niveau der Fehlbildungsraten geführt haben könnte (4).

Literatur
  1. Schoetzau A, van Santen F, Irl C, Grosche B. Säuglingssterblichkeit und angeborene Fehlbildungen in Bayern nach dem Reaktorunfall in Tschernobyl.
  2. Körblein A, Küchenhoff H. Perinatal mortality in Germany following the Chernobyl accident. Radiat Environ Biophys (1997) 36: 3-7
  3. Paretzke H. Transfer von Nukliden, GSF-Magazin Mensch und Umwelt vom Dezember 1986, S. 39-48
  4. Lengfelder E. Strahlenwirkung – Strahlenrisiko, ecomed-Verlag, 2. Auflage 1990, S. 108
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