Biologische Strahlenwirkung

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Katarina Wilhelmine Kopp
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1 Jürgen Kiefer Biologische Strahlenwirkung Eine Einführung in die Grundlagen von Strahlenschutz und Strahlenanwendung Zweite, durchgesehene und ergänzte Auflage 1989 Birkhäuser Verlag Basel Boston Berlin

2 XIII Inhaltsverzeichnis Kapitel 1 Kapitel 2 Strahlenarten, ihre Charakterisierung und Erzeugung Strahlenarten Emissionsspektrum Strahlenquellen Optische Strahlung Ionisierende Strahlung Radioaktivität 15 Grundlagen der Schwächung von Strahlung bei Durchgang von Materie Wechselwirkungsquerschnitt Stoßprozesse 28 Kapitel 3 Wechselwirkungsprozesse Optische Strahlung Ionisierende Strahlung Photonen Allgemeines Compton-Effekt Fotoeffekt Paarbildung Auger-Effekt Zusammenfassung Neutronen Ionen Mesonen Elektronen Reichweiten Fluenzspektren 52 Kapitel 4 Deposition der Strahlenenergie Grundsätzliches zum Dosisbegriff 57 ; 4.2 Ionisierende Strahlen Makroskopische Aspekte 58 / Generelle Überlegungen. Dosis und exposure 58

3 XIV LET Tiefendosiskurven Mikrodosimetrie Bahnspur Dosimetrie inkorporierter Radionuklide Dosimetrie optischer Strahlung 94 Kapitel 5 Elemente der Foto- und Strahlenchemie Fotochemie Grundbegriffe Fotosensibilisierung Aktionsspektroskopie Spezielle Reaktionen Atmosphärische Fotochemie Bildung von Vitamin D Strahlenchemie Grundbegriffe l Strahlenchemie des Wassers Direkter und indirekter Effekt 114 Kapitel 6 Foto- und Strahlenchemie der DNS Fotochemische Veränderungen Vorbemerkungen UV-induzierte Veränderungen Sensibilisierte Reaktionen Strahlenchemie der DNS Ergänzungen Fotochemie der DNS 134 Kapitel 7 Strahlenwirkung auf subzelluläre Systeme Die Treffertheorie Viren und transformierende DNS Techniken Strahlenwirkung Inaktivierung Induktion Spezielle Reparaturprozesse Wirtszellreaktivierung Weigle-Reaktivierung Phageneigene Reparatur Multiplizitätsreaktivierung Genkartierung Ergänzungen: Genetische Vektoren 153 Kapitel 8 Zellen: Verlust der Reproduktionsfähigkeit 155 ' 8.1 Überlebenskurven 155

4 XV 8.2 Abhängigkeit der Empfindlichkeit von Zellkernparametern Abhängigkeit von der Strahlenqualität Aktionsspektren LET-Abhängigkeit Wechselwirkung zwischen Uv- und ionisierender Strahlung Ergänzungen 176 Kapitel 9 Strahlensensibilisierung und Protektion Fotosensibilisierung Sensibilisierung und Protektion bei ionisierenden Strahlen Strahlenschutzsubstanzen Der Sauerstoffeffekt Strahlensensibilisatoren Ergänzungen Fotosensibilisierung Ionisierende Strahlung 199 Kapitel 10 Strahlung und Zellzyklus Abhängigkeit der Empfindlichkeit vom Zyklusstadium Progressions- und Teilungsvermögen DNS-Synthese 204 Kapitel 11 Chromosomenaberrationen 208 Ergänzungen 219 Kapitel 12 Mutation und Transformation Arten von Mutationen und Testferfahren Mutationsauslösung in Bakterien Mutationsauslösung in Säugerzellen Vergleich der strahleninduzierten Mutationen in verschiedenen Systemen Neoplastische Transformation in vitro Ergänzungen Molekulare Aspekte der Mutagenese durch Strahlen Neoplastische Transformation 2 38 Kapitel 13 Reparatur und Erholung Allgemeine Vorbemerkungen und Abgrenzungen Spezielle Reparaturprozesse Fotoreaktivierung Exzisionsreparatur Postreplikationsreparatur 248 / "SOS"-Reparatur Reparatur von Einzelstrangbrüchen

5 XVI Reparatur von Doppelstrangbrüchen Erholung Erholung vom subletalen Strahlenschaden Erholung vom potentiell letalen Strahlenschaden Genetische Abhängigkeit der Reparaturprozesse Ergänzungen Vorbemerkungen Exzisionsreparatur "SOS-Reparatur" Strahlenempfindliche Säugerzellen Kapitel 14 Modifikationen der Strahlenwirkung durch äußere Einflüsse Vorbemerkungen Zeitliches Bestrahlungsmuster i-3 Temperatur '4 Chemikalien ^ Tonizität Ergänzungen Zeitliches Bestrahlungsmuster Temperatur Chemikalien 279 Kapitel 15 Spezielle Fragen der zellulären Wirkung Wirkung von nahem UV und sichtbarem Licht Andere Strahlenarten Vorbemerkung Ultraschall Radio- und Mikrowellen Inkorporierte Radionuklide Radiomimetika Ergänzungen Wirkung von nahem UV und sichtbarem Licht 294 Kapitel 16 Theoretische Modelle zur zelluläten Strahlenwirkung Treffer- und Treffbereichstheorie Das Zwei-Läsionen-Modell Die "dual-action"-theorie Die "molekulare" Theorie Das "(5-Elektronen"-Modell Reparatur-Modelle Vergleichende Betrachtungen Verhalten bei niedrigen Dosen LET-Abhängigkeit 312 t Überlebensverhalten Die Größe des empfindlichen Bereichs. 320

6 XVII 16.8 Ergänzungen 322 Kapitel 17 Zelluläre Wirkung und Schädigung des Gesamtorganismus Allgemeines Erneuerungsgewebe Zellüberleben in vivo 327 Kapitel 18 Akute Strahlenschäden Vorbemerkungen Haut Auge Letale Wirkungen und Strahlensyndrom Überlebensverhalten Das Knochenmarkssyndrom Gl-Syndrom Verlauf und Therapie der Strahlenkrankheit Ergänzungen Ultraviolette Strahlung Ionisierende Strahlung 347 Kapitel 19 Strahlenwirkung und Nachkommenschaft Vorbemerkungen Fertilitätsstörungen Praenatale Strahlenschäden Genetische Veränderungen Ergänzungen 361 Kapitel 20 Späteffekte Augenkatarakte Strahlenbedingte Lebensverkürzung Krebsentstehung Vorbemerkungen Optische Strahlung Ionisierende Strahlen Ergänzungen Vorbemerkungen Krebsentstehung durch ultraviolettes Licht Krebs durch ionisierende Strahlung Kapitel 21 Wirkungen interner Belastung Aufnahme und Verteilung von Radionukliden Dosisabschätzungen Spezielle Wirkungen Schlußfolgerungen Ergänzungen

7 XVIII Kapitel 22 Strahlenökologie und Strahlenschutz Vorbemerkungen Optische Strahlung Ionisierende Strahlung Natürliche Belastung Kosmische Strahlung Terrestrische Strahlung Künstliche Strahlenquellen Kernenergie.., Andere zivilisatorische Strahlenbelastungen Prinzipien von Strahlenschutzbestimmungen Ergänzungen Transferfaktoren Natürliche Belastung Risikoabschätzung 431 Kapitel 23 Strahlenbiologische Überlegungen zur Strahlentherapie Fototherapie Ionisierende Strahlung Vorbemerkung Der Tumor als strahlenbiologisches Versuchsobjekt Experimentelle Techniken und Modellsysteme Modifikationen der Strahlentherapie Strahlenqualität Hyperthermie Kombination mit Chemotherapie Ergänzungen Fototherapie Strahlentherapie mit ionisierenden Strahlen 450 ANHANG 452 I Mathematisch-physikalische Beziehungen Polarkoordinaten Mittlere Wegstrecke in einer Kugel Das "Kepler-Problem" Die Poisson-Verteilung LaPlace-Transformation Die Probit-Transformation Reaktionskinetik 468 II Biologische Fragen 471 II.1 Struktur und Replikation der DNS 471 / II.2 Zeil- und Teilungszyklus 475 II. 3 Gen-Kartierung 477

8 XIX II. 4 Bemerkungen zur Genetik 477 II. 5 Genklonierung 480 LITERATUR 482 Ergänzende Literatur zur 2. Auflage 512 Sachverzeichnis 5 30

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