Biologische*Wirkungen* der*strahlungen

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1 Biologische*Wirkungen* der*strahlungen den$12$oktober$2018 Dr.$Emőke Bódis TGfE JJ9 Prüfungsfrage Die-biologische-Wirkung-der-radioak6ven-Strahlungen.- Dosenabhängige-Wirkung-der-Strahlungen:-Dosis=Wirkung-Kurven.- Das-Trefferprinzip.-Das-Prinzip-der-Wasserak6vierung.- Die-Faktoren-die-die-Strahlenwirkung-beeinflussen. 1

2 Dosisbegriffe: (1) Energiedosis (2) Äquivalentdosis (3) effektive8äquivalentdosis Dosisbegriffe Die$(1)$Energiedosis (oder absorbierte Dosis)$(D) einer$ionisierenden$ Strahlung$gibt$die$pro$Masse$eines$durchstrahlten$Stoffes$absorbierte$Energie$an. E D= m! J, Gray, Gy" #% kg $ & Die$(2)$Äquivalentdosis berücksich<gt$neben$der$energieabgabe$an$den$ Körper$auch$noch$die$unterschiedliche$Wirkung$verschiedener$Strahlenarten$auf$ das$zellgewebe,$indem$die$energiedosis$mit$einem$bewertungsfaktor$q mul<pliziert$wird. H = Q J R# D! R, Sievert, Sv" $ & kg %' Louis$Harold$Gray Rolf$Maximilaian Sievert 2

3 Gleichen Energiedosen,3aber3unterschiedlichen3Strahlenarten gleich$viel$energie Ein$Alphateilchen führt$in$einem$zellgewebe$auf$einer$bestimmten$strecke$zu$etwa$1$000:mal$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. Der$unterschiedliche$Au/au$der$Zellen$(unterschiedliche,Gewebe)$bedingt$eine$unterschiedliche$ Strahlungsempfindlichkeit.$Dies$wird$bei$der$Defini9on$der$(3),effek;ven,Äquivalentdosis,berücksich9gt.$ Hierzu$werden$die$Äquivalentdosen$der$einzelnen$Organe$mit$einem$Faktor$w i gewichtet.$ Die$effek9ve$Äquivalentdosis$H eff ergibt$sich$dann$als$summe$über$die$gewichteten$äquivalentdosen: H eff =2wH w i=gewichtungsfaktor2des2organs2i H i =Äquivalentdosis2im2Organ2i In$Tabelle$sind$die$wich9gsten$Gewichtungsfaktoren$angegeben. Beispiel: Durch$Aufnahme$von$IodL131$mit$der$Nahrung$ist$die$ Schilddrüse$einer$Person$mit$einer$Äquivalentdosis$von$ 100$mSv belastet$worden.$dann$erhält$man$als$ effektive$äquivalentdosis: 3

4 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. Arten&von&Strahlenwirkung Diese physikalischen Interak0onen resul0eren in3 Veränderungen der)chemischen Bindungen in3den3 jeweiligen bestrahlten Molekülen.3 Indirekte)Wirkung) (durch3interaktion3mit3 reaktiven3oxidativen3 Spezies3(ROS)) Direkte3Strahlenwirkung Direkte)Wirkung (direkt3geschehen3) 4

5 Indirekte$Strahlenwirkung ROS$(freie$Radikale)$entstehen$z.B.$durch$ Wasserradiolyse (Zellen$bestehen$aus$ca.$ 80%$Wasser):$ Direkte'Strahlung'='Trefferprinzip (Dessauer,'1922) Tri;'die'direkte'Wirkung'der'EnergieabsorpAon'ein' Molekül'mit'biologischer'FunkAon'(zB:'DNA). Indirekte'Strahlung'='Theorie'der' WasserakAvierung' Die'radioakAve'Strahlung'wird'die'Wassermoleküle' mit'bedeutend'höher'wahrscheinlichkeit' ionisieren,'als'die'gelöste'moleküle. 5

6 Stochastische und-deterministische Strahlenschäden Die$deterministischen Strahlenschäden weisen eine Schwellendosis auf,$unterhalb der$keine Schäden zu beobachten sind.$nach Überschreiten dieser Schwelle 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. Wiki Definition:$Ein stochastischer Prozess (auch Zufallsprozess)$ist die matematische Beschreibung von$$zufälligen Vorgängen.$ Stochas(sche*und*determinis(sche* Strahlenschäden 6

7 Deterministische Schäden In&der&folgenden Tabelle istgrob dargestellt,&welche Schäden bei&unterschiedlicherdosisauftreten. Dosis Schwellendosis20,252Sv Subletale2Dosis212Sv Mittelletale2Dosis242Sv Wirkung Erste&klinisch&erfassbare&Bestrahlungseffekt: Kurzzeitige&Veränderungen&im&Blutbild,&insbesondere&Absinken&der&Lymphozytenzahl; Vorübergehende&Strahlenkrankheit: Unwohlsein&am&ersten&Tag;&Absinken&der&Lymphozytenzahl;&nach&2G3&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; Letale2Dosis272Sv Tödliche Strahlenkrankheit: Übelkeit und&erbrechen nach 1G2&Stunden;&nach 3G4&Tagen:&Durchfall,&Erbrechen,&Entzündungen im Mund und&rachen,&sowie im MagenG DarmGTrakt;&Fieber,&schneller Kräfteverfall; Bei&fehlenden Therapiemaßnahmenfast 100%&Todesrate; Stochastische Schäden Bei$stochastischen Schäden nimmtnichtwie bei$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$krebs (Leukämie;$KnochenC,$LugenC,$SchilddrüsenC und$brusttumor)$eine Schadensmöglichkeit sein. Die$HiroshimaCAtombombe wurde 1945$abgeworfen.$Im Jahr 1955$war das Maximum$der$Leukämiefälle und$erst imjahr1970$dasmaximum$der$tumorerkrankungen festzustellen. Zu den$stochastischen Schäden zählen auch die sogenannten genetischen Schäden,$bei$denen die Erbanlagen durch die radioaktive Strahlung verändert wurden. 7

8 Strahlenbelastung-des-Menschen Die$durchschnittliche$effektive$Strahlenbelastung$einer$Person$beträgt$in$der$BRD$zur$Zeit$ungefähr$4,3$mSV/a 8