Hormese en radioactiviteit
door Jan Willem Nienhuys – Skepter 23.2 (2010)
Bijna alles is schadelijk als het te veel is. Het drinken van twintig liter water ineens is dodelijk, maar dagelijks een paar glazen is geen enkel probleem. Koolmonoxide is giftig, maar in de hersenen fungeert het als signaalstof. Tal van medicijnen werken prima in de juiste dosis, maar zijn bij grotere doses dodelijk.
In de geneesmiddelleer was het heel gewoon te denken dat een stof beneden een bepaalde dosis geen enkel waarneembaar effect heeft, en dat pas vanaf een bepaalde drempel het effect evenredig is met de dosis. Eind negentiende eeuw ontdekte de Duitse farmacoloog Hugo Schulz (1853–1932) dat een bepaald desinfecteermiddel in kleine hoeveelheden de groei van gist bevorderde, en pas bij grotere hoeveelheden de gistcellen doodde. Schulz had sympathie voor de homeopathie, en daarom meenden hij en zijn collega Rudolf Arndt (1835-1900) dat dit verschijnsel universeel was, en een verklaring vormde van de homeopathie.
Homeopathie gaat echter om extreme verdunningen, en de regel van Arndt-Schulz sloeg dus nergens op wat betreft de homeopathie. Maar omdat medici van de weeromstuit helemaal niets van homeopathie moesten hebben, werd dit verschijnsel grotendeels genegeerd.
Als een organisme te maken krijgt met schadelijke invloeden, treden er compensatiemechanismen in werking, niet alleen om de invloed op dat moment tegen te gaan, maar ook om voorbereid te zijn op eventuele herhaling. Wie onder narcose moet, krijgt van de anesthesioloog vragen over roken en drinken, want de lever van rokers en drinkers breekt de anesthetica sneller af, en dan moet de dosis omhoog.
Op celniveau leidt blootstelling aan niet erg giftige concentraties arsenicum tot de aanmaak van zogeheten heat shock proteins (HSP). Dit zijn speciale eiwitten die kunnen dienen om andere eiwitten te beschermen. Ze worden ook bij blootstelling aan hitte geproduceerd. Als de cellen (in een laboratorium) dan later nog eens arsenicum te verduren krijgen, zijn de HSP’s heel snel paraat. Zo ontstaat arsenicumtolerantie ook, een bekend verschijnsel. Nog in 1994 probeerde de Nederlandse homeopathische industrie goeie sier te maken door onderzoek op dit gebied te financieren en bij gereedkomen van het onderzoeksverslag te suggereren dat het bewijs van werkzaamheid van de homeopathie in zicht was. (Zie Skepter, december 1993 en december 1994).
Bankzappers
Veel mechanismen verdedigen ons lichaam tegen schadelijke invloeden. De biochemie ervan is tamelijk ingewikkeld. Ze staat beschreven in de bundel Hormesis: A Revolution in Biology, Toxicology and Medicine (Springer, 2009) onder redactie van Mark P. Mattson en Edward J. Calabrese; de laatste heeft heel veel onderzoek op dit gebied gedaan. Zowel boodschappermoleculen binnen en buiten de cel als transcriptiefactoren vormen de tussenstappen die ertoe leiden dat de genen aan het werk gaan om meer bescherming te produceren. Die extra bescherming maakt dat kleine hoeveelheden van allerlei ‘giftige’ invloeden, zoals de honderden of duizenden stofjes die in de planten zitten die we eten, juist een positief effect hebben, voornamelijk als bescherming tegen ziekte, ongeveer zoals het gunstige effect van kleine doses aspirine. In de bundel van Mattson en Calabrese wordt betoogd dat het hormetische patroon eigenlijk het standaardpatroon is, en dat in het hormetische lagedosistraject allerlei maatstaven voor gezondheid met 30 tot 60 procent omhoog gaan ten opzichte van dosis nul. Dit is trouwens niet alleen bij mensen zo. Sommige bacteriën groeien juist harder bij hele lage concentraties antibiotica.
Een belangrijk voorbeeld van een gifstof is zuurstof. Drie miljard jaar geleden ontdekte het leven op aarde de truc van fotosynthese. Cyanobacteriën pompten heel geleidelijk de oceanen en de atmosfeer vol met zuurstof. Naar schatting duurde het een miljard jaar voor al het ijzer in de oceanen geoxideerd en neergeslagen was. Maar uiteindelijk moesten ander leven en ook de cyanobacteriën zelf zich aanpassen aan deze giftige afvalstof. Daar is het leven zo goed in geslaagd dat wij nu niet zonder zuurstof kunnen. Maar in onze cellen wordt voortdurend strijd gevoerd tegen de schade die zuurstof aanricht. In elke cel gaat er daardoor naar schatting tweemaal per seconde iets kapot aan het DNA, zo schrijft Charles L. Sanders in Radiation Hormesis and the Linear-No-Threshold Assumption (Springer, 2010). In vergelijking daarmee is de schade die radioactieve straling aanricht, voornamelijk trouwens via de vorming van reactieve moleculen, maar gering (afhankelijk van hoe je telt, een honderdste of een miljoenste bij gewone achtergrondstraling). Vrijwel al die schade wordt gerepareerd, daarvoor is een grote reparatieploeg van enzymen voortdurend aan het werk.
Dit betekent dat iemand die zich fysiek wat inspant, en dus flink wat meer zuurstof gebruikt, ook meer van die schadelijke vrije radicalen in zijn of haar spiercellen krijgt, waardoor de verdediging wordt opgevoerd. Het netto effect is bewijsbaar positief. Evenzo is het effect van een beetje hongerlijden positief. Degenen die per auto naar hun kantoorwerk gaan en in hun vrije tijd op de bank met een bak friet op schoot zitten te zappen, profiteren niet van die voordelen van lichaamsbeweging en calorische restrictie.
Het boek van Sanders gaat zeer uitvoerig in op stralingshormese. De Linear-No-Threshold-hypothese (LNT) uit de titel van het boek slaat op de methode om stralingsschade te bepalen, en met name het risico op kanker door radioactieve straling.
Eerst iets over de eenheden van stralingsdoses voor ioniserende straling. De dosis wordt gemeten in geabsorbeerde energie per massa levend weefsel, en de eenheid is dus joule per kilo. Daar zijn twee namen voor, de gray en de sievert. Bij de sievert worden sommige soorten straling zwaarder geteld, maar bèta- en gammastralen hebben gewicht 1; als slechts een deel van het lichaam bestraald wordt, krijgen de verschillende delen ook een eigen gewichtsfactor. De LNT is een rekenmethode om de schade te bepalen van een bepaalde hoeveelheid extra radioactiviteit die uitgesmeerd wordt over de bevolking. Eenvoudig: hoeveel sievert heeft iedereen samen gehad? Deel dat door 20, dat is het aantal kankerdoden. Met die berekening vinden we 100.000 kankerdoden als 100 miljoen personen 20 jaar lang elk 1 millisievert per jaar extra krijgen. Deze berekening is gebaseerd op gegevens uit hoge plotselinge doses. Bij de atoombomslachtoffers was er een groep overlevenden die in één keer 1 sievert had gekregen, en in die groep steeg de kans op kanker met 1/20, namelijk van 33 percent naar 38 percent.
Paniek en angst
Dit is een onzinnige berekening. Een uitgesmeerde dosis is minder schadelijk, en vooral het verschijnsel hormese wordt hier genegeerd. Sanders betoogt, aan de hand van ver over de 1000 artikelen in wetenschappelijke tijdschriften dat ioniserende straling, net als een stukje hardlopen en een beetje vasten, juist gezond is en de kans op kanker met enkele tientallen procenten vermindert (ten opzichte van helemaal geen extra straling), althans als het gaat over een dosis van minder dan 100 millisievert ineens of 200 millisievert per jaar, speciaal als het om straling van lichte deeltjes gaat. Ter vergelijking: de natuur geeft ons 2,5 millisievert per jaar. Een CT-scan is ongeveer 50 millisievert.
In het ontruimde en thans desolate gebied bij Tsjernobyl is de achtergrondstraling nu ongeveer 6 millisievert per jaar. In Ramsar in Iran kan de achtergrondstraling ten gevolge van radon oplopen tot 700 millisievert per jaar. Het enige effect is dat het immuunsysteem van de dorpelingen daar harder werkt. Sanders presenteert nog veel meer bewijs voor stralingshormese, want er zijn talloze voorbeelden te vinden die het mogelijk maken te schatten hoe de kans op kanker van de dosis afhangt, bijvoorbeeld badge-dragende arbeiders in de nucleaire industrie. Er zijn trouwens ook talrijke dierproeven en experimenten met cellen in kweekbakjes en gegevens over bezoekers van thermale baden (waar nogal wat radon is).
De LNT-hypothese kon zo lang standhouden omdat hij berustte op een simpele theorie over kanker. Kanker, zo meende men, werd veroorzaakt doordat één enkele cel door één enkele mutatie fataal ontspoorde. Elk deeltje (gammafoton, elektron, alfadeeltje) heeft een kans om een kankerproces te starten, onafhankelijk van wat er verder gebeurt. Maar zo gaat het niet. Voordat een cel een kankercel wordt, moeten er een heleboel onherstelbare mutaties plaatsvinden, waaronder de uitschakeling van geprogrammeerde celdood (apoptose). Maar als een cel doorkruist wordt door een licht deeltje, leidt dat tot een algehele versterking van verdedigingsmechanismen, ook in naburige cellen. De beschikbaarheid van meer antioxidanten en verbeterde apoptose houdt enkele uren aan, meer reparatie-enzymen blijven enkele dagen in circulatie, en een verbetering van het immuunsysteem duurt enkele maanden. Kennelijk is het netto effect van de schade in de getroffen cellen en de verbeterde verdediging verderop positief bij lage stralingsintensiteit.
De LNT is een extrapolatie naar lage doses, maar er is geen enkel bewijs voor. Met LNT kunnen overheden tegen hoge maatschappelijke kosten overzichtelijke en makkelijk te controleren strenge eisen stellen aan het gebruik van kernenergie. Maar soms loopt dat verkeerd af. Bij de ramp in Tsjernobyl vielen maar weinig doden door straling. Er ontstond wel veel schildklierkanker, die trouwens makkelijk met jodiumpillen te voorkomen was geweest, en maar negen gevallen waren fataal. De aantallen gevallen van kanker bij de 800.000 liquidators lag tot 1998 ongeveer 20 procent onder dat van de gemiddelde bevolking. Daarentegen dreven paniek en angst over de duizend personen tot suïcide. Meer dan 100.000 vrouwen, misschien wel tweemaal zoveel, lieten zich aborteren uit angst voor mismaakte baby’s. Honderdduizenden moesten gedwongen verhuizen, met grote armoede en sociale ontwrichting ten gevolge.
Bovengenoemd boek over stralingshormese heeft de Canadese milieuactivist en felle bestrijder van kernenergie Lawrence Solomon tot het inzicht gebracht dat de leuze ‘Er bestaat geen veilig stralingsniveau’ onjuist is.
Literatuur
Mattson, Mark P. en Edward J. Valabrese, eds. (2010). Hormesis – A revolution in biology, toxicology and medicine. New York, etc.: Springer-Verlag.
Sanders, Charles R. (2010). Radiation Hormesis and the Linear-No-Threshold Assumption. Berlijn, etc.: Springer-Verlag.