Säuglingssterblichkeit nach Tschernobyl

Die Sterblichkeit von Neugeborenen (Perinatalsterblichkeit) zeigte in Deutschland einen deutlichen Anstieg nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl vor 15 Jahren (siehe Umweltnachrichten 75/97). Die Auswertung der Monatsdaten ergibt einen hochsignifikanten Zusammenhang zwischen der Strahlenexposition des Embryo durch radioaktives Cäsium und der Perinatalsterblichkeit 7 Monate danach. Anlässlich des Tschernobyl-Jahrestags stellt Alfred Körblein im Folgenden seine Studie aus dem Jahr 1997 und eine neue Auswertung von polnischen Daten der Säuglingssterblichkeit vor.

Vorgeschichte

Vor 10 Jahren, am 5. Jahrestag von Tschernobyl, brachte das Umweltinstitut München e.V. eine Broschüre heraus mit den Titel "Säuglingssterblichkeit nach Tschernobyl in der BRD". Schon damals war man der Meinung, dass Auswirkungen der radioaktiven Belastung auf die Gesundheit - wenn überhaupt - beim Embryo als dem strahlenempfindlichsten menschlichen Organismus nachweisbar sein würden. Angeregt wurde die Beschäftigung mit diesem Thema durch eine Studie der Arbeitsgruppe um Prof. Scheer, Universität Bremen, die Ende 1989 in der renommierten medizinischen Zeitschrift The Lancet veröffentlicht worden war¹.

Scheer hatte darin den zeitlichen Trend der frühen Säuglingssterblichkeit, d.h. der Sterblichkeit von Neugeborenen in den ersten 7 Lebenstagen, untersucht. Er fand nach 1986 eine Erhöhung der beobachteten Sterblichkeitsdaten gegenüber dem erwarteten Verlauf, den er aus dem Verlauf der Daten von 1975-1985 extrapolierte. In den vom radioaktiven Niederschlag höher belasteten südlichen Bundesländern Bayern und Baden-Württemberg war die Abweichung wesentlich deutlicher als im Norden Deutschlands.

Eine Untersuchung des Bundesamts für Strahlenschutz stellte bei einem regionalen Vergleich zwischen Nord- und Südbayern keine Unterschiede in der Sterblichkeit von Neugeborenen, der so genannten Perinatalsterblichkeit, nach Tschernobyl fest². Da Bayern südlich der Donau durch den Tschernobyl-Fallout wesentlich höher belastet war als nördlich davon, wurde geschlossen, dass Tschernobyl keine Auswirkungen auf die Säuglingssterblichkeit gehabt habe.

Diese und die Arbeit der Bremer Wissenschaftler veranlassten mich zu einer eigenen Untersuchung, die 1997 veröffentlicht wurde³. Ich untersuchte wie die Bremer Gruppe den zeitlichen Trend der Daten, hatte aber Daten für einen wesentlich längeren Zeitraum zur Verfügung. Damit war es jetzt möglich, der Frage nachzugehen, ob es einen Zusammenhang zwischen der Sterblichkeit von Neugeborenen in Deutschland und der radioaktiven Belastung der werdenden Mütter gab.

Die Auswertung der Sterblichkeit von Neugeborenen ist wahrscheinlich die einzige Möglichkeit, Effekte der Strahlenbelastung nach Tschernobyl nachzuweisen (Missbildungen werden in Deutschland trotz Meldepflicht sehr lückenhaft erfasst, und eignen sich deshalb nicht für epidemiologische Untersuchungen). Eine Trendanalyse hat gegenüber regionalen Vergleichen den Vorteil, dass Studien- und Kontrollpopulation identisch sind, andere Einflüsse also keine Rolle spielen. Ist der Einfluss einer Störgröße, hier der Strahlenbelastung, von kurzer Dauer, so kann davon ausgegangen werden, dass sich der erwartete ungestörte Verlauf der Sterblichkeit recht genau aus den Daten davor und danach ermitteln lässt, und damit auch kleine Änderungen nachweisbar sein werden.

Bei der Analyse der Jahresdaten der deutschen Perinatalsterblichkeit zeigte sich eine signifikante Erhöhung gegenüber dem Trend um 5% im Jahr 1987^{3 5}. Ein europäischer Vergleich der Totgeburtenraten ergab eine signifikante Änderung im Verlauf der Totgeburtenrate im Jahr 1987 in der östlichen, nicht aber in der westlichen Ländergruppe⁴. Bei einer räumlich-zeitlichen Datenanalyse der Totgeburten wurde eine hochsignifikante Korrelation zwischen mittlerer Cäsium-Bodenbelastung in den bayerischen Landkreisen und der Erhöhung der Totgeburtenrate in den Jahren 1987 und 1988 gefunden. Der gleiche Effekt zeigte sich in Ostdeutschland (ehemalige DDR plus Westberlin)⁵.

Die Analyse von Monatsdaten bietet gegenüber der von Jahresdaten die Möglichkeit der biologischen Interpretation. Aus der Zeitverschiebung zwischen der Strahlenbelastung und der Geburt lässt sich auf den Zeitpunkt der Schädigung des Fötus schließen, womit Aussagen zur biologischen Plausibilität der Ergebnisse möglich sind.

Im Folgenden stelle ich die Ergebnisse meiner Auswertung der deutschen Daten der Perinatalsterblichkeit vor. Außerdem habe ich inzwischen auch Daten der Säuglingssterblichkeit aus Polen erhalten. Die Ergebnisse der Auswertung dieser Daten sind noch unveröffentlicht und werden hier erstmals mitgeteilt.

Modellierung

Die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl hat der Menschheit drastisch vor Augen geführt, dass Unfälle in Atomkraftwerken mit großen Freisetzungen von Radioaktivität vorkommen können, mit schrecklichen Folgen für die Menschen in den hauptbetroffenen Regionen. Daneben hat sie aber der Wissenschaft die Möglichkeit geboten, die Folgen kleiner Strahlendosen auf die menschliche Gesundheit zu studieren. Im Gegensatz zur Situation nach den oberirdischen Atomtests gab es mit dem 26. April 1986 einen genau definierten Anfangszeitpunkt, der es erlaubte, den Zeitverlauf der radioaktiven Belastung der Menschen, insbesondere über die Nahrungskette, zu ermitteln. Außerdem stand ein sehr großes Untersuchungskollektiv zur Verfügung, in Deutschland die gesamte Bevölkerung, die ja - in unterschiedlichem Ausmaß - bestrahlt wurde. Auch entfällt die Notwendigkeit, ein geeignetes, unbelastetes Kontrollkollektiv zu finden, wenn der zeitliche Verlauf (Trend) der Sterblichkeit von Neugeborenen untersucht wird, da ja nur kurzzeitige Abweichungen vom Trend interessieren. Der Einfluss anderer Störgrößen kann damit weitgehend ausgeschlossen werden.

Im ersten Folgejahr von Tschernobyl überwog die interne Strahlenbelastung durch radioaktives Cäsium gegenüber der externen Strahlenbelastung. Von der Gesellschaft für Umwelt und Gesundheit (GSF) in Neuherberg bei München wurde die Cäsium-Konzentration in der Milch einer Testkuh regelmäßig - anfangs sogar täglich - gemessen. Diese Daten wurden mir freundlicherweise zur Verfügung gestellt. Da Milch und Milchprodukte den größten Beitrag zur radioaktiven Belastung lieferten, habe ich mich zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Strahlenbelastung der werdenden Mütter allein auf den Milchpfad beschränkt.

Abbildung 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Messwerte der Cäsium Konzentration in Kuhmilch und den daraus unter Verwendung einer biologischen Halbwertszeit von 70 Tagen errechneten Verlauf der Cäsium-Konzentration im mütterlichen Organismus. Nach einem steilen Anstieg im Mai 1986 erreichte die Cäsium-Belastung im Körper ein erstes Maximum Mitte Juni 1986, sank danach ab, um am Ende des Jahres wegen der beginnenden Winterfütterung wieder anzusteigen. Das zweite Belastungsmaximum errechnet sich Ende April 1987, am Ende der Winterfütterung. Ein möglicher schädigender Einfluss der radioaktiven Belastung sollte sich zeitlich verschoben in einem Anstieg der Neugeborenensterblichkeit zeigen.

Abb.1:
Zeitlicher Verlauf der Cäsium-Konzentration in Kuhmilch (Punkte)
und Cäsium-Konzentration im Körper der Schwangeren (durchgezogene Linie).

Die Chance, kleine Abweichungen vom erwarteten Verlauf nachweisen zu können, ist umso größer, je mehr Daten zur Verfügung stehen, also je größer das untersuchte Kollektiv und je länger der Untersuchungszeitraum ist. Deshalb wurden die Daten aus West- und Ostdeutschland zusammengefasst. Außerdem wurden die Daten der Perinatalsterblichkeit ausgewertet, so dass die Untersuchung neben der frühen Säuglingssterblichkeit (0-6 Tage) auch die Totgeburten umfasst. Der Untersuchungszeitraum beschränkt sich auf die Jahre 1980 bis1993, da nur in dieser Zeit eine einheitliche Definition für Totgeborene (Geburtsgewicht größer als 1000 Gramm) galt.

Auch können Abweichungen der beobachteten Sterblichkeitsdaten vom erwarteten, ungestörten Verlauf umso genauer ermittelt werden, je besser das mathematische Modell passt, das den langjährigen Verlauf der Daten beschreibt. Bei der Datenanalyse wird dazu ein Programm verwendet, das die mittlere Abweichung der Daten vom Modell minimiert (Methode der kleinsten Fehlerquadrate). Man nennt dies eine Regressionsanalyse, oder umgangssprachlich, einen Fit an die Daten.

Zur Modellierung des langjährigen Trends wird eine Exponentialfunktion plus Konstante verwendet, da angenommen wird, dass die Perinatalsterblichkeit asymptotisch nicht gegen Null, sondern gegen einen endlichen Grenzwert geht. Zusätzlich müssen bei der Auswertung von Monatsdaten mögliche jahreszeitliche Schwankungen berücksichtigt werden. Dies geschieht durch zwei periodische Zusatzterme, einen mit jährlicher und einen zweiten mit halbjährlicher Periode und den zugehörigen Phasenlagen. Damit kann ein beliebiger Jahresgang, die so genannte Saisonfigur, abgebildet werden.

Der hier eigentlich interessierende mögliche Zusatzeinfluss der Strahlenbelastung auf die Perinatalsterblichkeit muss ebenfalls modelliert werden. Da unbekannt ist, welche Form die Dosis-Wirkungsbeziehung im Bereich sehr niedriger Dosisraten (Dosis pro Zeiteinheit) hat, wurde eine Funktion verwendet, die eine beliebige - positive oder negative - Krümmung zulässt. Das ist dann der Fall, wenn die Strahlenwirkung proportional zur Dosisrate hoch einem variablen Exponenten angenommen wird. Ein Exponent von 1 ergibt einen linearen Zusammenhang. Außerdem wird ein möglicher Effekt der Strahlenbelastung mit einer aus den Daten zu bestimmenden zeitlichen Verzögerung auftreten, da sich eine mögliche Schädigung im besonders empfindlichen ersten Trimester der Schwangerschaft erst zum Zeitpunkt der Geburt, also 6 bis 9 Monate später, auswirkt. Damit werden drei Parameter für den Einfluss der Cäsium-Belastung benötigt: der Exponent, die Zeitverschiebung und ein Proportionalitätsfaktor. Insgesamt gehen 10 Parameter in das Modell ein: drei für den langjährigen Trend, vier für die Saisonfigur und weitere drei für den Strahleneinfluss (Cäsium-Term).

Ergebnisse

Den Verlauf der deutschen Monatsdaten der Perinatalsterblichkeit von 1980 bis 1993 zeigt Abbildung 2. Augenfällig ist die Abnahme der Sterblichkeit im Untersuchungszeitraum um mehr als die Hälfte. Die durchgezogene Linie ist das Ergebnis der Datenanalyse für den ungestörten, langjährigen Trend. Die Saisonfigur hat eine halbjährige Periode.

Abb.2:
Monatswerte der Perinatalsterblichkeit in Deutschland (+).
Die durchgezogene Linie ist der langjährige Trend mit überlagerten saisonalen Schwankungen.

Abbildung 3 stellt die Abweichung der Monatsdaten der Perinatalsterblichkeit vom ungestörten Trend (+) dar. Die durchgezogene Linie ist der gleitende 3 Monats-Mittelwert aus den Daten. Die beiden Maxima am Anfang und am Ende 1987 sind die deutlichsten Abweichungen im gesamten 14-jährigen Beobachtungszeitraum.

Abb.3:
Abweichungen der deutschen Monatsdaten der Perinatalsterblichkeit
vom langjährigen Trend in Einheiten von Standardabweichungen (standardisierte Residuen).
Die durchgezogene Linie ist der gleitende 3-Monats Mittelwert.

In der Diskussion, die sich an die Veröffentlichung der Arbeit anschloss, wurden Zweifel an der Zuverlässigkeit der Daten aus der ehemaligen DDR laut. Tatsächlich zeigen die DDR-Daten kein Maximum am Anfang des Jahres 1987, obwohl dort ein möglicher Effekt am ehesten erwartet würde. Um diesen Einwänden Rechnung zu tragen, wurden für die weitergehende Auswertung und den Vergleich mit den polnischen Daten nur die westdeutschen Daten verwendet.Abbildung 4 zeigt den Verlauf der Abweichungen der westdeutschen Monatsdaten der Perinatalsterblichkeit vom langjährigen Trend. Am Anfang des Jahres 1987 findet sich ein signifikantes Maximum. Das zweite Maximum Ende 1987 ist nicht sehr ausgeprägt. Die beste Anpassung ergibt sich wie bei den deutschen Daten für eine Zeitverschiebung um 7 Monate. Der Exponent im Cäsium-Term bestimmt sich zu 3,66 ± 1,84. Die Dosis-Wirkungsbeziehung ist also stark positiv gekrümmt.

Abb.4:
Abweichungen der westdeutschen Monatsdaten der Perinatalsterblichkeit (+)
vom langjährigen Trend in Einheiten von Standardabweichungen (standardisierte Residuen).
Die durchgezogene Linie ist der gleitende 3-Monats Mittelwert.
Darunter der Verlauf der Cäsium-Konzentration im Körper der Schwangeren.

Die polnischen Daten der Säuglingssterblichkeit liegen vor dem Jahr 1985 systematisch niedriger als der aus den Daten nach 1984 ermittelte Trend (Abbildung 5). Ein ähnlicher Effekt wurde in den Daten von Weißrussland und der Ukraine gefunden ⁶. In Russland wird offen gesagt, dass die Daten vor Einführung der Perestroika 1985 unzuverlässig sind. Deshalb wurden die polnischen Daten erst ab dem Jahr 1985 ausgewertet.

Abb.5:
Monatswerte der Säuglingssterblichkeit in Polen (+).
Die durchgezogene Linie ist der langjährige Trend mit überlagerten saisonalen Schwankungen.
Die Daten vor 1985 liegen systematisch unterhalb der Trendkurve.

Abbildung 6 zeigt den Verlauf der Abweichungen der polnischen Monatsdaten der Säuglingssterblichkeit vom Trend der Jahre 1985-1991. Auch hier findet sich ein signifikantes Maximum am Anfang des Jahres 1987. Wieder ergibt sich die beste Anpassung für eine Zeitverschiebung von 7 Monaten. Der Exponent im Cäsium-Term ergibt sich zu 3,44 ± 1,82 und ist damit fast identisch mit dem in den westdeutschen Daten gefundenen Wert. Der Vorfaktor ist 3,2-mal größer als bei den westdeutschen Daten der frühen Säuglingssterblichkeit (0-6 Tage), d.h. Tschernobyl hat sich auf die Sterblichkeit der Neugeborenen in Polen 3-mal stärker ausgewirkt als in Westdeutschland.

Da die Ergebnisse für einige der Parameter bei den westdeutschen und den polnischen Daten gut übereinstimmen, wurde schließlich ein gemeinsamer Fit beider Datensätze durchgeführt. Das hat den Vorteil, dass sich dann genauere Aussagen für die Parameter im Cäsium-Term machen lassen.

Die beste Anpassung ergibt sich bei einem Wert des Exponenten im Cäsium-Term von 3,5 mit einem 90% Vertrauensbereich von 1,8 bis 7. Das bedeutet, dass der Exponent mit 95% statistischer Sicherheit größer ist als 1,8.

Die zeitliche Verzögerung zwischen Bestrahlung und Geburt liegt bei 7 Monaten. Für eine Verschiebung von 6 bzw. 8 Monaten verschlechtert sich die Anpassung signifikant. Abbildung 7 zeigt die Summe der Abweichungsquadrate, das Maß für die Güte der Anpassung des Modells an die Daten, wenn die Verschiebung zwischen den Monatswerten der Cäsium-Konzentration und dem Geburtsmonat schrittweise verändert wird. Die Verbesserung der Anpassung bei Einbeziehung des Cäsium-Terms ins Modell ist nun so groß, dass Zufall praktisch ausgeschlossen werden kann. Der p-Wert, der die Zufallswahrscheinlichkeit angibt, errechnet sich zu p=0,00003. Damit ist ein hochsignifikanter Zusammenhang zwischen der Cäsium-Belastung der werdenden Mütter und der Sterblichkeit von Neugeborenen nachgewiesen.

Diskussion

Aus der Auswertung der westdeutschen und polnischen Daten ergibt sich, wie oben gezeigt, ein hochsignifikanter Zusammenhang der Cäsium-Belastung der Schwangeren und der Säuglingssterblichkeit 7 Monate danach. Aus Tierversuchen ist bekannt, dass die maximale Schädigung des Embryo durch ionisierende Strahlen während der Organbildung zu erwartet ist. Da die Organbildung beim Embryo aber am Ende des zweiten Schwangerschaftsmonats bereits abgeschlossen ist, erscheint der zeitliche Abstand von 7 Monaten zwischen Exposition und Geburt etwas kurz. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass bei den in der ersten Lebenswoche gestorbenen Säuglingen der Anteil von Frühgeborenen überdurchschnittlich hoch ist, was zu einer im Mittel kürzeren Schwangerschaftsdauer führt. Tatsächlich zeigt sich bei der Analyse der westdeutschen Daten, dass die Maxima im Jahresgang der Totgeburtenrate im Mittel 18 Tage später auftreten als bei der frühen Säuglingssterblichkeit.In der Diskussion um die Ergebnisse der Arbeit wurde eingewandt, dass bei einer derart steilen Dosis-Wirkungsbeziehung eine Verzehnfachung der Dosis bereits zu einem 3-fachen Overkill führen würde. Da in den hauptsächlich betroffenen Gegenden um Tschernobyl die Belastung durchaus das Zehnfache oder mehr erreicht habe, sei die gefundene Dosis-Wirkungsbeziehung unplausibel.Selbstverständlich beschreibt die hier gefundene, stark positiv gekrümmte Form der Dosis-Wirkungsbeziehung nur den untersuchten Dosisbereich. Eine Extrapolation zu höheren Dosen ist unzulässig.Eine mögliche Form der Dosisabhängigkeit, die zu keinem Widerspruch führt, ist die Lognormalverteilung. Sie kann nur Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Tatsächlich erlaubt dieser Ansatz im untersuchten Dosisbereich eine ebenso gute Anpassung an die Daten wie der Potenzansatz. Allerdings dürfte es nach bisheriger strahlenbiologischer Lehrmeinung deterministische Schäden unterhalb einer Schwellendosis von 50 mSv überhaupt nicht geben. Im ersten Folgejahr betrug die Belastung durch inkorporiertes Cäsium in Westdeutschland nur Bruchteile von 1 mSv, also 2 Größenordnungen weniger als 50 mSv. Die Ergebnisse der Untersuchung widersprechen also der bisherigen Vorstellung von der Existenz einer Schwellendosis.

Literatur

¹ Lüning G, Scheer J, Schmidt M, Ziggel H. Early infant mortlity in West Germany before and after Chernobyl. Lancet 1989; 334:1981-1983. zurück zum Text² Grosche B, Irl C, Schoetzau A, van Santen E. Perinatal Mortality in Bavaria, Germany after the Chernobyl reactor accident. Radiat Environ Biophys 1997; 36 (2): 129-136. zurück zum Text³ Körblein A, Küchenhoff H. Perinatal Mortality in Germany following the Chernobyl accident. Radiat Environ Biophys 1997; 36 (1): 3-7. zurück zum Text⁴ Scherb H, Weigelt E, Brüske-Hohlfeld I. European stillbirth proportions before and after the Chernobyl accident. International Journal of Epidemiology 1999; 28: 932-940. zurück zum Text⁵ Scherb H, Weigelt E, Brüske-Hohlfeld I. Regression analysis of time trends in perinatal mortality in Germany 1980-1993. Environmental Health Perspectives 2000; 108 (2): 1-7. zurück zum Text⁶ Körblein A. Letter to the Editor; International Journal of Epidemiology 2000; 29: 599 zurück zum Text