biologische Wirkung ionisierender Strahlung

Jörn Frederik Gerchen

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biologische Wirkung ionisierender Strahlung

- physikalische Mechanismen

- Wirkung auf Zellen

- Wirkung auf Biomoleküle

- Wirkung auf Gewebe und Organismen

physikalische Mechanismen:

a) direkte Wirkungb) indirekte Wirkung

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physikalische Mechanismen:

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Wirkung auf Biomoleküle:

DNA :

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Wirkung auf Biomoleküle:

DNA :

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Wirkung auf Biomoleküle:

Chromosomen:

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Wirkung auf Biomoleküle:

Chromosomenaberrationen:

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Wirkung auf Biomoleküle:

1 Gy Röntgenstrahlung erzeugt pro Zelle ca :

- 1000–2000 Basenmodifikationen - 500–1000 Einzelstrangbrüche - 800–1600 Veränderungen des Zuckergerüsts - 150 DNA-Protein-Vernetzungen - 50 Doppelstrangbrüche

Spontane Fehlerrate:10 bis 10 Fehler pro Replikation⁻⁹ ⁻⁸

Wirkung auf Biomoleküle:

Reparatur von DNS-Schäden:

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Wirkung auf Biomoleküle:

Proteine:

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Wirkung auf Biomoleküle:

Proteinogene Aminosäuren :

Wikimedia CommonsCystein

Histidin

Methionin

Tryptophan

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Wirkung auf Biomoleküle:

Proteinoxidation :

- Oxidation von einzelnen Aminosäureresten

- Bildung von Quervernetzungen

Auswirkungen auf Sekundär- und Tertiärstruktur

- Brüche von Peptidbindungen

Wirkung auf Biomoleküle:

Lipide :→ Funktionsverlust von Zellmembranen→ Bildung mutagener Sekundärsubstanzen

Kohlenhydrate :→ oxidative Schädigung

Wirkung auf Zellen:

Zellzyklusphasen:

Chromosomenaberrationen, Teilungshemmungen

Interphasetod

mitotischer Tod

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Wirkung auf Zellen:

Abhängigkeit vom zeitlichen Bestrahlungsmuster:

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Wirkung auf Zellen:

Abhängigkeit vom Zelldifferenzierungsgrad:

"Die Empfindlichkeit von Geweben ist proportional zur reproduktiven Aktivität und umgekehrt proportional zum morphologischen Differenzierungsgrad der Zellen." Bergonie und Tribondeau 1906

deterministische Strahlenschäden:

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deterministische Strahlenschäden:

0,25-1 Gy: leichte vorübergehende Veränderung des Blutbildes (Rückgang von Lymphozytenund Neutrophilen). Wahrscheinlichkeit für ernste somatische Schäden gering.

1-2 Gy: Übelkeit und Müdigkeit bei Energiedosen von mehrals 1,25 Gy, eventuell mit Erbrechen verbunden. Akute Veränderungen des Blutbildes (Rückgang von Lymphozytenund Neutrophilen) mit verzögerter Erholung. Mögliche Spätfolgen: Anämien, KatarakteBereich des subakuten/chronischen Strahlensyndroms mit überwiegend chronischen Strahlenschäden (0,8-2 Gy)

deterministische Strahlenschäden:

2-3 Gy: Übelkeit und Erbrechen am 1. Tag. Nach einer Latenzzeit bis zu 2 Wochen leichte Formen von Appetitmangel, allgemeiner Übelkeit, Halsschmerzen, Blässe, Durchfall,mittelmäßiger Gewichtsverlust. Falls Gesundheitszustand vor der Bestrahlung nicht beeinträchtigt war und keine Komplikationen durch überlagerte Schäden oder Infektionen zu erwarten sind, Erholung innerhalb von 3 Monaten wahrscheinlich.

deterministische Strahlenschäden:

3-6 Gy: Übelkeit, Erbrechen und Durchfall nach wenigen Stunden. Nach kurzer Latenzzeit(ca. 1 Woche) Haarausfall (Epilation), Appetitmangel, allgemeines Unwohlsein, während der zweiten Woche Fieber, danach Hämorrhagie (innere Blutungen), PurpuraPetechie , Durchfall, mittlere Abmagerung in der dritten Woche, Entzündungen in Mundhöhle und Rachenraum, Sepsis ("Blutvergiftung"), Ulzerationen (Geschwürbildung). Ab vierter Woche gehäuft Todesfälle. Bei gleichförmiger Ganzkörperbestrahlungen mit einer Energiedosis von etwa 4,5 Gy muss bei 50% derexponierten Personen innerhalb von 30 Tagen mit dem Tod gerechnet werden.

deterministische Strahlenschäden:

6-8 Gy: Übelkeit, Erbrechen und Durchfall nach wenigen Stunden.Nach kurzer Latenzzeit gegen Ende der ersten Woche kommt es zu Durchfall, Hämorrhagie, Purpura, Entzündung in Mund- und Rachenraum, Fieber, schneller Abmagerung, Blutdruckabfall,Abgeschlagenheit, Vernichtungsgefühl, Geistesverwirrung. Tod meistens in der Mitte der zweiten Woche. Ab der dritten Woche Mortalität 100%. Bereich des akuten Strahlensyndroms (6-8 Gy, LD100/30).

deterministische Strahlenschäden:

50-100 Gy: Akute toxische Wirkungen durch zerfallende Eiweißkörper, Bereich des hyperakuten Strahlensyndroms mit Störungen des Nervensystems durch Reizleitungsstörungen, Krämpfen, ausgedehnten inneren Blutungen, wechselnde Übererregbarkeit und Mattigkeit.

deterministische Strahlenschäden:

Um 1000 Gy: Sofortige Zerstörung des Nervensystems, dadurch Tod teilweise noch während der Bestrahlung ("Sekundentod").

stochastische Strahlenschäden:

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stochastische Strahlenschäden:

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heriditäre Strahlenschäden:

Erhöhung der genetischen Schadensrate:0,01/Sv = 1%/SvWahrscheinlichkeit für einen sich manifestierenden Strahleninduzierten schweren genetischen Schaden in den ersten beiden Generationen:0,15%/Sv.

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Risiken pränataler Strahlenexposition:

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Quellen:[1]:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/Logo_iso_radiation.svg[2]:Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.383[3]:Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.383[4]: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/Chemische_Struktur_der_DNA.svg[5]:Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.387[6]:Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.377[7]:Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.388[8]:Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 ]S.390[9]:http://roxin.dnsdot.net[10]:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Overview_proteinogenic_amino_acids-DE.svg[11]: http://www.karesel-kiste.de/kiste/biologie/kurs_genetik/genetik_bild/Zellzyklus.jpg[12]: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.416[13]: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.437[14]: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009S.451[15]: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.455[16]: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009 S.459[17]: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes Hanno Krieger. 3., überarb. und erw. Aufl. [Online-Ausg.]. - Wiesbaden : Vieweg + Teubner, 2009S.461