Biologische Wirkungen der Strahlungen

Transkript

1 Biologische Wirkungen der Strahlungen den 14 Oktober 2016 Dr. Emőke Bódis TGfE JJ9

2 Prüfungsfrage Die biologische Wirkung der radioaktiven Strahlungen. Dosenabhängige Wirkung der Strahlungen: Dosis- Wirkung Kurven. Das Trefferprinzip. Das Prinzip der Wasseraktivierung. Die Faktoren die die Strahlenwirkung beeinflussen.

3 Dosisbegriffe Die (1) Energiedosis (oder absorbierte Dosis) (D) einer ionisierenden Strahlung gibt die pro Masse eines durchstrahlten Stoffes absorbierte Energie an. D = E m é J ê ë, Gray, Gyù kg ú û Die (2) Äquivalentdosis berücksichtigt neben der Energieabgabe an den Körper auch noch die unterschiedliche Wirkung verschiedener Strahlenarten auf das Zellgewebe, indem die Energiedosis mit einem Bewertungsfaktor Q multipliziert wird. H = Q J R D é R, Sievert, Svù ê ë kg ú û

4 GleichenEnergiedosen, aber unterschiedlichen Strahlenarten gleich viel Energie Ein Alphateilchen führt in einem Zellgewebe auf einer bestimmten Strecke zu etwa mal mehr Wechselwirkungen als ein Betateilchen. Eine dichtere Ionisierung in einem kleinen Bereich ist viel schädlicher als eine gleich große Anzahl von lonisationen, die auf einen größeren Bereich verteilt sind.

5 Der unterschiedliche Aufbau der Zellen bedingt eine unterschiedliche Strahlungsempfindlichkeit. Dies wird bei der Definition der (3) effektiven Äquivalentdosis berücksichtigt. Hierzu werden die Äquivalentdosen der einzelnen Organe mit einem Faktor w i gewichtet. Die effektive Äquivalentdosis H eff ergibt sich dann als Summe über die gewichteten Äquivalentdosen: w i =Gewichtungsfaktor des Organs i H i =Äquivalentdosis im Organ i In Tabelle sind die wichtigsten Gewichtungsfaktoren angegeben. Beispiel: Durch Aufnahme von Iod- 131 mit der Nahrung ist die Schilddrüse einer Person mit einer Äquivalentdosis von 100 msv belastet worden. Dann erhält man als effektive Äquivalentdosis:

6 - Radioaktive Strahlung können wir mit unseren Sinnesorganen nicht wahrnehmen. - Ionisierende Strahlung scha digt Zellen und Gewebe durch Ionisationen der Atome des bestrahlten Materials. Die Strahlungen können: - zu unmittelbaren Schädigungen führen (akute Strahlenschäden), - Schäden hervorrufen, die sich erst nach Jahren bemerkbar machen (Spätschäden), - Genetische Schäden (Erbschäden) bewirken, die sich erst bei der Nachkommenschaft zeigen. Strahlenkrankheit Die biologischen Wirkungen auf Organismen hängen u. a. davon ab, - wie viel Strahlung der Körper aufnimmt (absorbiert), - in welcher Zeit diese Strahlung aufgenommen wird, - welche Art der Strahlung wirksam wird, - welche Körperteile bestrahlt werden.

7 Arten von Strahlenwirkung Diese physikalischen Interaktionen resultieren in Vera nderungen der chemischen Bindungen in den jeweiligen bestrahlten Moleku len. Dies kann entweder direkt geschehen (direkte Wirkung) oder durch Interaktion mit reaktiven oxidativen Spezies (ROS) (indirekte Wirkung). ROS (freie Radikale) entstehen z.b. durch Wasserradiolyse (Zellen bestehen aus ca. 80% Wasser):

8 Direkte Wirkung = Trefferprinzip (Dessauer, 1922) Trifft die direkte Wirkung der Energieabsorption ein Molekül mit biologischer Funktion (zb: DNA). Indirekte Wirkung = Theorie der Wasseraktivierung Die radioaktive Strahlung wird die Wassermoleküle mit bedeutend höher Wahrscheinlichkeit ionisieren, als die gelöste Moleküle.

9 Stochastische und deterministische Strahlenschäden Die deterministischen Strahlenschäden weisen eine Schwellendosis auf, unterhalb der keine Schäden zu beobachten sind. Nach Überschreiten dieserschwelle steigen die Schäden stark mit der Dosis an. Bei den stochastischen Strahlenschäden geht man davon aus, dass es keine Schwellendosis gibt, d.h. auch bei kleinen Dosen kann es schon zu Schäden dieses Typs kommen. Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit für Schäden bei geringen Dosen kleiner als bei höheren Dosen.

10 Stochastische und deterministische Strahlenschäden

11 Deterministische Schäden In der folgenden Tabelle ist grob dargestellt, welche Schäden bei unterschiedlicher Dosis auftreten. Dosis Schwellendosis 0,25 Sv Subletale Dosis 1 Sv Mittelletale Dosis 4 Sv Wirkung Erste klinisch erfassbare Bestrahlungseffekt: Kurzzeitige Veränderungen im Blutbild, insbesondere Absinken der Lymphozytenzahl; Vorübergehende Strahlenkrankheit: Unwohlsein am ersten Tag; Absinken der Lymphozytenzahl; nach 2-3 Wochen treten Haarausfall, wunder Rachen, Appetitmangel, Durchfall, Unwohlsein, Mattigkeit, purpurfarbene Hautflecke auf; Schwere Strahlenkrankheit: Übelkeit und Erbrechen am ersten Tag; fast vollständiges Verschwinden der Lymphozyten; große Infektionsneigung, da Schutzfunktion der Schleimhäute und des lymphatischen Systems stark eingeschränkt ist; als Folge davon werden normale Krankheitserreger nicht mehr ausreichend abgewehrt; Zusätzlich zu den Erscheinungen bei subletaler Dosis treten noch Fieber, innere Blutungen, Sterilität bei Männern, Zyklusstörungen bei Frauen auf; Bei fehlenden Therapiemaßnahmen ist bei Dosen über 5 Sv mit etwa 50% Todesfällen zu rechnen; Letale Dosis 7 Sv Tödliche Strahlenkrankheit: Übelkeit und Erbrechen nach 1-2 Stunden; nach 3-4 Tagen: Durchfall, Erbrechen, Entzündungen im Mund und Rachen, sowie im Magen- Darm- Trakt; Fieber, schneller Kräfteverfall; Bei fehlenden Therapiemaßnahmen fast 100% Todesrate;

12 Stochastische Schäden Bei stochastischen Schäden nimmt nicht wie bei den deterministischen Schäden die Schwere der Erkrankung, sondern die Wahrscheinlichkeit der Erkrankung mit der Dosis zu. Als Folge schwacher chronischer Strahlendosen, aberauch bedingt durch einmalig hohe Belastungen kann insbesondere der Krebs (Leukämie; Knochen-, Lugen-, Schilddrüsen- und Brusttumor) eine Schadensmöglichkeit sein. Die Hiroshima- Atombombe wurde 1945 abgeworfen. Im Jahr 1955 war das Maximum der Leukämiefälle und erst im Jahr 1970 dasmaximum der Tumorerkrankungen festzustellen. Zu den stochastischen Schäden zählen auch die sogenannten genetischen Schäden, bei denen die Erbanlagen durch die radioaktive Strahlung verändert wurden.

13 Strahlenbelastung des Menschen Die durchschnittliche effektive Strahlenbelastung einer Person beträgt in der BRD zur Zeit ungefähr 4,3 msv/a teilchenphysik/radioaktivitat- einfuhrung/ausblick

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