Strahlenbiologie - Radiobiology
Die Strahlenbiologie (auch bekannt als Strahlenbiologie und selten als Aktinobiologie ) ist ein Gebiet der klinischen und medizinischen Grundlagenwissenschaften , das die Wirkung ionisierender Strahlung auf Lebewesen untersucht, insbesondere die gesundheitlichen Auswirkungen von Strahlung . Ionisierende Strahlung ist im Allgemeinen schädlich und potenziell tödlich für Lebewesen, kann aber bei der Strahlentherapie zur Behandlung von Krebs und Thyreotoxikose gesundheitliche Vorteile haben . Seine häufigste Auswirkung ist die Entstehung von Krebs mit einer Latenzzeit von Jahren oder Jahrzehnten nach der Exposition. Hohe Dosen können visuell dramatische Strahlenverbrennungen und/oder einen schnellen Tod durch akutes Strahlensyndrom verursachen . Kontrollierte Dosen werden für die medizinische Bildgebung und Strahlentherapie verwendet .
Auswirkungen auf die Gesundheit
Im Allgemeinen ist ionisierende Strahlung schädlich und potenziell tödlich für Lebewesen, kann jedoch bei der Strahlentherapie zur Behandlung von Krebs und Thyreotoxikose gesundheitliche Vorteile haben .
Die meisten gesundheitsschädlichen Auswirkungen einer Strahlenexposition lassen sich in zwei allgemeine Kategorien einteilen:
- deterministische Effekte (schädliche Gewebereaktionen), die zum großen Teil auf das Abtöten/Fehlfunktion von Zellen nach hohen Dosen zurückzuführen sind; und
- stochastische Wirkungen, dh Krebs und erbliche Wirkungen, die entweder die Entwicklung von Krebs bei exponierten Personen aufgrund einer Mutation von somatischen Zellen oder eine erbliche Erkrankung bei ihren Nachkommen aufgrund einer Mutation von Fortpflanzungszellen (Keimzellen) beinhalten.
Stochastisch
Einige Wirkungen ionisierender Strahlung auf die menschliche Gesundheit sind stochastisch , das heißt, ihre Eintrittswahrscheinlichkeit steigt mit der Dosis, während der Schweregrad unabhängig von der Dosis ist. Strahleninduzierter Krebs , Teratogenese , kognitiver Verfall und Herzerkrankungen sind Beispiele für stochastische Effekte.
Seine häufigste Auswirkung ist die stochastische Induktion von Krebs mit einer Latenzzeit von Jahren oder Jahrzehnten nach der Exposition. Der Mechanismus, durch den dies geschieht, ist gut verstanden, aber quantitative Modelle zur Vorhersage des Risikoniveaus bleiben umstritten. Das am weitesten verbreitete Modell geht davon aus, dass die Krebsinzidenz durch ionisierende Strahlung linear mit der effektiven Strahlendosis mit einer Rate von 5,5 % pro Sievert ansteigt . Wenn dieses lineare Modell korrekt ist, ist die natürliche Hintergrundstrahlung die gefährlichste Strahlungsquelle für die allgemeine öffentliche Gesundheit, gefolgt von der medizinischen Bildgebung an zweiter Stelle. Andere stochastische Wirkungen ionisierender Strahlung sind Teratogenese , kognitiver Verfall und Herzerkrankungen .
Quantitative Daten zu den Auswirkungen ionisierender Strahlung auf die menschliche Gesundheit sind im Vergleich zu anderen Erkrankungen aufgrund der bisher geringen Fallzahlen und wegen der stochastischen Natur einiger Auswirkungen relativ begrenzt. Stochastische Effekte können nur durch große epidemiologische Studien gemessen werden, in denen genügend Daten gesammelt wurden, um Störfaktoren wie Rauchgewohnheiten und andere Lebensstilfaktoren zu beseitigen. Die ergiebigste Quelle hochwertiger Daten stammt aus der Untersuchung japanischer Atombombenüberlebender . In-vitro- und Tierversuche sind informativ, aber die Strahlenresistenz variiert stark zwischen den Spezies.
Das zusätzliche Lebenszeitrisiko, an Krebs zu erkranken, wird durch eine einzelne Abdomen-CT von 8 mSv auf 0,05 % oder 1 zu 2.000 geschätzt.
Deterministisch
Deterministische Effekte sind solche, die zuverlässig oberhalb einer Schwellendosis auftreten und deren Schwere mit der Dosis zunimmt.
Hohe Strahlendosis führt zu deterministischen Effekten, die oberhalb einer Schwelle zuverlässig auftreten und deren Schwere mit der Dosis zunimmt. Deterministische Effekte sind nicht unbedingt schwerer oder weniger schwerwiegend als stochastische Effekte; Beides kann letztendlich zu einer vorübergehenden Belästigung oder zum Tod führen. Beispiele für deterministische Effekte sind:
- Akutes Strahlensyndrom , durch akute Ganzkörperbestrahlung
- Strahlenverbrennungen , durch Strahlung auf eine bestimmte Körperoberfläche
- Strahleninduzierte Thyreoiditis , eine mögliche Nebenwirkung einer Strahlenbehandlung gegen Hyperthyreose
- Chronisches Strahlensyndrom , durch Langzeitbestrahlung.
- Strahlenbedingte Lungenschädigung , beispielsweise durch Strahlentherapie der Lunge
- Grauer Star und Unfruchtbarkeit.
Das Komitee für biologische Wirkungen ionisierender Strahlung der US-amerikanischen National Academy of Sciences "ist zu dem Schluss gekommen, dass es keine zwingenden Beweise für eine Dosisschwelle gibt, unterhalb derer das Risiko einer Tumorinduktion null ist".
Phase | Symptom | Ganzkörper- Energiedosis ( Gy ) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
1–2 Gy | 2–6 Gy | 6–8 Gy | 8–30 Gy | > 30 Gy | ||
Sofort | Übelkeit und Erbrechen | 5–50% | 50–100 % | 75–100% | 90–100% | 100% |
Zeitpunkt des Einsetzens | 2–6 Stunden | 1–2 Std | 10–60 Minuten | < 10 Minuten | Protokoll | |
Dauer | < 24 Stunden | 24–48 h | < 48 Stunden | < 48 Stunden | N/A (Patienten sterben in < 48 h) | |
Durchfall | Keiner | Keine bis mild (< 10 %) | Schwer (> 10%) | Schwer (> 95%) | Schwer (100%) | |
Zeitpunkt des Einsetzens | — | 3–8 Stunden | 1–3 Stunden | < 1 h | < 1 h | |
Kopfschmerzen | Leicht | Leicht bis mäßig (50 %) | Mäßig (80%) | Schwer (80–90%) | Schwer (100%) | |
Zeitpunkt des Einsetzens | — | 4–24 h | 3-4 Stunden | 1–2 Std | < 1 h | |
Fieber | Keiner | Moderater Anstieg (10–100 %) | Mäßig bis schwer (100%) | Schwer (100%) | Schwer (100%) | |
Zeitpunkt des Einsetzens | — | 1–3 Stunden | < 1 h | < 1 h | < 1 h | |
ZNS- Funktion | Keine Beeinträchtigung | Kognitive Beeinträchtigung 6–20 h | Kognitive Beeinträchtigung > 24 h | Schnelle Arbeitsunfähigkeit | Krampfanfälle , Zittern , Ataxie , Lethargie | |
Latenzzeit | 28–31 Tage | 7–28 Tage | < 7 Tage | Keiner | Keiner | |
Erkrankung | Leichte bis mittelschwere Leukopenie Müdigkeit Schwäche |
Mittelschwerer bis schwerer Leukopenie Purpura Blutung Infektionen Alopecia nach 3 Gy |
Schwere Leukopenie Hohes Fieber Durchfall Erbrechen Schwindel und Orientierungslosigkeit Hypotonie Elektrolytstörung |
Übelkeit Erbrechen schwerer Durchfall hohes Fieber Elektrolytstörung Schock |
N/A (Patienten sterben in < 48 Stunden) | |
Sterblichkeit | Unachtsam | 0–5% | 5–95 % | 95–100% | 100% | 100% |
Mit Vorsicht | 0–5% | 5–50% | 50–100 % | 99–100 % | 100% | |
Tod | 6–8 Wochen | 4–6 Wochen | 2–4 Wochen | 2 Tage – 2 Wochen | 1-2 Tage | |
Tabellenquelle |
Nach Strahlungsart
Wenn Alphateilchen emittierende Isotope aufgenommen werden, sind sie weitaus gefährlicher, als ihre Halbwertszeit oder Zerfallsrate vermuten lässt. Dies ist auf die hohe relative biologische Wirksamkeit von Alpha-Strahlung zurückzuführen, um biologische Schäden zu verursachen, nachdem Alpha-emittierende Radioisotope in lebende Zellen eingedrungen sind. Eingenommene Alpha-Strahler-Radioisotope wie Transurane oder Aktiniden sind im Durchschnitt etwa 20-mal gefährlicher und in einigen Experimenten bis zu 1000-mal gefährlicher als eine äquivalente Aktivität von Beta- oder Gamma-Strahlen. Wenn die Strahlungsart nicht bekannt ist, kann sie durch Differenzmessungen in Gegenwart von elektrischen Feldern, magnetischen Feldern oder unterschiedlicher Abschirmung bestimmt werden.
In der Schwangerschaft
Das Risiko, irgendwann im Leben an strahleninduziertem Krebs zu erkranken, ist bei Exposition eines Fötus größer als bei einem Erwachsenen, sowohl weil die Zellen beim Wachstum anfälliger sind als auch weil die Lebensdauer nach der Dosis viel länger ist, um Krebs zu entwickeln.
Zu den möglichen deterministischen Auswirkungen der Strahlenbelastung in der Schwangerschaft zählen Fehlgeburten , strukturelle Geburtsfehler , Wachstumseinschränkung und geistige Behinderung . Die deterministischen Effekte wurden zum Beispiel an Überlebenden der Atombombenabwürfe von Hiroshima und Nagasaki und an Fällen, in denen eine Strahlentherapie während der Schwangerschaft notwendig war, untersucht:
Gestationsalter | Embryonalalter | Auswirkungen | Geschätzte Schwellendosis ( mGy ) |
---|---|---|---|
2 bis 4 Wochen | 0 bis 2 Wochen | Fehlgeburt oder keine (alles oder nichts) | 50 - 100 |
4 bis 10 Wochen | 2 bis 8 Wochen | Strukturelle Geburtsfehler | 200 |
Wachstumsbeschränkung | 200 - 250 | ||
10 bis 17 Wochen | 8 bis 15 Wochen | Schwere geistige Behinderung | 60 - 310 |
18 bis 27 Wochen | 16 bis 25 Wochen | Schwere geistige Behinderung (geringeres Risiko) | 250 - 280 |
Das intellektuelle Defizit wird auf etwa 25 IQ-Punkte pro 1.000 mGy im Gestationsalter von 10 bis 17 Wochen geschätzt .
Diese Effekte sind manchmal bei der Entscheidung über eine medizinische Bildgebung in der Schwangerschaft relevant , da Projektionsradiographie und CT-Scans den Fötus einer Strahlung aussetzen.
Auch das Risiko für die Mutter, später an strahleninduziertem Brustkrebs zu erkranken, scheint bei Strahlendosen während der Schwangerschaft besonders hoch zu sein.
Messung
Der menschliche Körper kann ionisierende Strahlung nur in sehr hohen Dosen wahrnehmen, aber die Wirkung der Ionisation kann verwendet werden, um die Strahlung zu charakterisieren. Zu den interessierenden Parametern gehören Zerfallsrate, Partikelfluss, Partikeltyp, Strahlenergie, Kerma, Dosisleistung und Strahlungsdosis.
Die Überwachung und Berechnung von Dosen zum Schutz der menschlichen Gesundheit wird als Dosimetrie bezeichnet und wird im Rahmen der Gesundheitsphysik durchgeführt . Wichtige Messinstrumente sind die Verwendung von Dosimetern zur Ermittlung der externen effektiven Dosisaufnahme und die Verwendung von Bioassays für die aufgenommene Dosis. Der Artikel zum Sievert fasst die Empfehlungen der ICRU und ICRP zur Verwendung von Dosisgrößen zusammen und enthält einen Leitfaden zu den Auswirkungen ionisierender Strahlung, gemessen in Sievert, und gibt Beispiele für ungefähre Werte der Dosisaufnahme in bestimmten Situationen.
Die gebundene Dosis ist ein Maß für das stochastische Gesundheitsrisiko durch die Aufnahme radioaktiver Stoffe in den menschlichen Körper. In der ICRP heißt es: „Für die innere Exposition werden die gebundenen effektiven Dosen im Allgemeinen aus einer Bewertung der Aufnahme von Radionukliden aus Bioassay-Messungen oder anderen Größen bestimmt. Die Strahlendosis wird aus der Aufnahme mit empfohlenen Dosiskoeffizienten bestimmt“.
Absorbierte, äquivalente und effektive Dosis
Die absorbierte Dosis ist eine physikalische Dosisgröße D, die die mittlere Energie darstellt, die der Materie pro Masseneinheit durch ionisierende Strahlung verliehen wird . Im SI-Einheitensystem ist die Maßeinheit Joule pro Kilogramm, und ihr spezieller Name ist grau (Gy). Manchmal wird auch die Nicht-SI- CGS- Einheit rad verwendet, vor allem in den USA.
Zur Darstellung des stochastischen Risikos werden die Äquivalentdosis H T und die effektive Dosis E verwendet und mit geeigneten Dosisfaktoren und Koeffizienten aus der Energiedosis berechnet. Äquivalente und effektive Dosismengen werden in Einheiten von Sievert oder Rem ausgedrückt, was bedeutet, dass biologische Wirkungen berücksichtigt wurden. Diese entsprechen in der Regel den Empfehlungen des International Committee on Radiation Protection (ICRP) und der International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU). Das von ihnen entwickelte kohärente System der Strahlenschutzgrößen ist in der beigefügten Grafik dargestellt.
Organisationen
Die Internationale Strahlenschutzkommission (ICRP) verwaltet das Internationale Strahlenschutzsystem, das empfohlene Grenzwerte für die Dosisaufnahme festlegt. Dosiswerte können absorbierte, äquivalente, effektive oder zugesagte Dosis darstellen.
Andere wichtige Organisationen, die sich mit dem Thema beschäftigen, sind
- Internationale Kommission für Strahlungseinheiten und -messungen (ICRU)
- Wissenschaftlicher Ausschuss der Vereinten Nationen für die Auswirkungen atomarer Strahlung (UNSCEAR)
- US National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP)
- UK Public Health England
- US National Academy of Sciences (NAS durch die BEIR-Studien)
- Französisches Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN)
- European Committee on Radiation Risk (ECRR) das Stadium der Bestrahlung hängt von dem Stadium ab, in dem die Körperteile betroffen sind
Expositionspfade
Extern
Externe Exposition ist eine Exposition, die auftritt, wenn sich die radioaktive Quelle (oder eine andere Strahlenquelle) außerhalb des exponierten Organismus befindet (und außerhalb bleibt). Beispiele für externe Exposition sind:
- Eine Person, die eine versiegelte radioaktive Quelle in die Tasche steckt
- Ein Weltraumreisender, der von kosmischer Strahlung bestrahlt wird
- Eine Person, die entweder durch Teletherapie oder Brachytherapie gegen Krebs behandelt wird . Während sich bei der Brachytherapie die Quelle im Inneren der Person befindet, wird sie dennoch als externe Exposition betrachtet, da sie nicht zu einer festgelegten Dosis führt .
- Ein Atomarbeiter, dessen Hände mit radioaktivem Staub verschmutzt sind. Unter der Annahme, dass seine Hände gereinigt werden, bevor radioaktives Material aufgenommen, eingeatmet oder aufgenommen werden kann, gilt eine Hautkontamination als äußere Exposition.
Die externe Exposition ist relativ einfach abzuschätzen, und der bestrahlte Organismus wird nicht radioaktiv, außer wenn die Strahlung ein intensiver Neutronenstrahl ist , der eine Aktivierung verursacht .
Nach Art der medizinischen Bildgebung
Zielorgane | Prüfungstyp | Wirksame Dosis bei Erwachsenen | Äquivalente Zeit der Hintergrundstrahlung |
---|---|---|---|
CT des Kopfes | Einzelserie | 2 mSv | 8 Monate |
Mit + ohne Röntgenkontrast | 4 mSv | 16 Monate | |
Truhe | CT der Brust | 7 mSv | 2 Jahre |
CT der Brust, Lungenkrebs-Screening-Protokoll | 1,5 mSv | 6 Monate | |
Brust Röntgen | 0,1 mSv | 10 Tage | |
Herz | Koronare CT-Angiographie | 12 mSv | 4 Jahre |
Koronar-CT Kalziumscan | 3 mSv | 1 Jahr | |
Bauch | CT von Bauch und Becken | 10 mSv | 3 Jahre |
CT von Abdomen und Becken, Protokoll mit niedriger Dosis | 3 mSv | 1 Jahr | |
CT von Abdomen und Becken, mit + ohne Röntgenkontrast | 20 mSv | 7 Jahre | |
CT-Kolonographie | 6 mSv | 2 Jahre | |
Intravenöses pyelogramm | 3 mSv | 1 Jahr | |
Obere Magen-Darm-Serie | 6 mSv | 2 Jahre | |
Untere Magen-Darm-Serie | 8 mSv | 3 Jahre | |
Wirbelsäule | Wirbelsäulen-Röntgen | 1,5 mSv | 6 Monate |
CT der Wirbelsäule | 6 mSv | 2 Jahre | |
Extremitäten | Röntgen der Extremität | 0,001 mSv | 3 Stunden |
CT-Angiographie der unteren Extremitäten | 0,3 - 1,6 mSv | 5 Wochen - 6 Monate | |
Zahnröntgen | 0,005 mSv | 1 Tag | |
DEXA (Knochendichte) | 0,001 mSv | 3 Stunden | |
PET-CT- Kombination | 25 mSv | 8 Jahre | |
Mammographie | 0,4 mSv | 7 Wochen |
Intern
Innere Exposition tritt auf, wenn das radioaktive Material in den Organismus gelangt und die radioaktiven Atome in den Organismus eingebaut werden. Dies kann durch Inhalation, Einnahme oder Injektion erfolgen. Nachfolgend finden Sie eine Reihe von Beispielen für die interne Exposition.
- Die durch Kalium-40 verursachte Exposition bei einer normalen Person.
- Die Exposition gegenüber der Einnahme einer löslichen radioaktiven Substanz, wie zum Beispiel 89 Sr in cows ' milk .
- Eine Person, die mit einem Radiopharmazeutikum gegen Krebs behandelt wird, bei dem ein Radioisotop als Arzneimittel verwendet wird (normalerweise eine Flüssigkeit oder eine Pille). Eine Übersicht zu diesem Thema wurde 1999 veröffentlicht. Da das radioaktive Material innig mit dem betroffenen Objekt vermischt wird, ist es oft schwierig, das Objekt oder die Person bei einer internen Exposition zu dekontaminieren. Während einige sehr unlösliche Materialien wie Spaltprodukte in einer Urandioxidmatrix möglicherweise nie wirklich Teil eines Organismus werden können, ist es normal, solche Partikel in der Lunge und im Verdauungstrakt als eine Form der inneren Kontamination zu betrachten, die zu einer inneren Exposition führt .
- Die Bor-Neutronen-Einfang-Therapie (BNCT) beinhaltet die Injektion einer Bor-10- markierten Chemikalie, die bevorzugt an Tumorzellen bindet. Neutronen aus einem Kernreaktor werden von einem Neutronenmoderator auf das für die BNCT-Behandlung geeignete Neutronenenergiespektrum geformt. Mit diesen Neutronen wird der Tumor selektiv beschossen. Die Neutronen verlangsamen sich im Körper schnell und werden zu thermischen Neutronen niedriger Energie . Diese thermischen Neutronen werden vom injizierten Bor-10 eingefangen und bilden angeregtes (Bor-11), das in Lithium-7 und ein Helium-4- Alpha-Teilchen zerfällt. Beide erzeugen eng beieinander liegende ionisierende Strahlung. Dieses Konzept wird als binäres System beschrieben, das zwei separate Komponenten für die Krebstherapie verwendet. Jede Komponente an sich ist für die Zellen relativ harmlos, aber wenn sie zur Behandlung miteinander kombiniert werden, erzeugen sie eine stark zytozide ( zytotoxische ) Wirkung, die tödlich ist (innerhalb eines begrenzten Bereichs von 5-9 Mikrometern oder ungefähr einem Zelldurchmesser). Klinische Studien mit vielversprechenden Ergebnissen werden derzeit in Finnland und Japan durchgeführt.
Wenn radioaktive Verbindungen in den menschlichen Körper gelangen, sind die Auswirkungen anders als bei einer Exposition gegenüber einer externen Strahlenquelle. Insbesondere bei Alphastrahlung, die normalerweise nicht in die Haut eindringt, kann die Exposition nach Verschlucken oder Inhalation viel schädlicher sein. Die Strahlenexposition wird normalerweise als gebundene Dosis angegeben .
Geschichte
Obwohl Ende des 19. Jahrhunderts Strahlung entdeckt wurde, wurden die Gefahren der Radioaktivität und der Strahlung nicht sofort erkannt. Akute Wirkungen von Strahlung wurden zum ersten Mal bei der Verwendung von Röntgenstrahlen beobachtet , wenn Wilhelm Röntgen seine Finger absichtlich ausgesetzte Röntgenstrahlen im Jahr 1895 veröffentlichte er seine Beobachtungen über die Verbrennungen , die entwickelt, obwohl er sie Ozon misattributed, einen freien Radikale produzierte in Luft durch Röntgenstrahlen. Andere im Körper produzierte freie Radikale werden heute als wichtiger angesehen. Seine Verletzungen heilten später.
Als medizinisches Gebiet entstand die Strahlenbiologie aus der 1896 von Leopold Freund demonstrierten therapeutischen Behandlung eines behaarten Maulwurfs mit einer neuen Art elektromagnetischer Strahlung namens Röntgenstrahlen , die 1 Jahr zuvor von dem deutschen Physiker Wilhelm Röntgen entdeckt wurde . Nachdem Ivan Romanovich Tarkhanov Anfang 1896 Frösche und Insekten mit Röntgenstrahlen bestrahlt hatte, kam er zu dem Schluss, dass diese neu entdeckten Strahlen nicht nur fotografieren, sondern auch "die lebende Funktion beeinflussen". Zur gleichen Zeit entdeckten Pierre und Marie Curie das radioaktive Polonium und Radium, das später zur Behandlung von Krebs eingesetzt wurde .
Die genetischen Auswirkungen der Strahlung, einschließlich der Auswirkungen auf das Krebsrisiko, wurden erst viel später erkannt. 1927 veröffentlichte Hermann Joseph Müller Forschungen über genetische Effekte und erhielt 1946 für seine Erkenntnisse den Nobelpreis .
Im Allgemeinen gab es in den 1930er Jahren Versuche, ein allgemeines Modell für die Strahlenbiologie zu entwickeln. Hervorzuheben ist hier Douglas Lea , deren Präsentation auch eine umfassende Überprüfung von rund 400 Begleitpublikationen beinhaltete.
Bevor die biologischen Auswirkungen der Strahlung bekannt wurden, hatten viele Ärzte und Unternehmen damit begonnen, radioaktive Substanzen als Patentmedizin und radioaktive Quacksalberei zu vermarkten . Beispiele waren Radium- Einlaufbehandlungen und radiumhaltige Wässer, die als Stärkungsmittel getrunken werden sollten. Marie Curie sprach sich gegen diese Art der Behandlung aus und warnte davor, dass die Auswirkungen der Strahlung auf den menschlichen Körper nicht gut verstanden werden. Curie starb später an aplastischer Anämie, die durch eine Strahlenvergiftung verursacht wurde. Eben Byers , ein berühmter amerikanischer Prominenter, starb 1932 an mehreren Krebsarten (aber nicht an akutem Strahlensyndrom), nachdem er über mehrere Jahre große Mengen Radium konsumiert hatte; sein Tod machte die Öffentlichkeit auf die Gefahren der Strahlung aufmerksam. In den 1930er Jahren waren radiumhaltige Medizinprodukte nach einer Reihe von Fällen von Knochennekrose und Todesfällen bei Enthusiasten fast vom Markt verschwunden.
In den Vereinigten Staaten machte die Erfahrung der sogenannten Radium Girls , bei denen Tausende von Radium-Zifferblattmalern an Mundkrebs erkrankten – aber keine Fälle von akutem Strahlensyndrom – die Warnungen vor der mit Strahlengefahren verbundenen Arbeitsgesundheit populär. Robley D. Evans am MIT entwickelte den ersten Standard für die zulässige Körperbelastung durch Radium , ein wichtiger Schritt bei der Etablierung der Nuklearmedizin als Studienfach. Mit der Entwicklung von Kernreaktoren und Atomwaffen in den 1940er Jahren wurde der Untersuchung aller Arten von Strahlungswirkungen eine erhöhte wissenschaftliche Aufmerksamkeit gewidmet.
Die Atombombenabwürfe von Hiroshima und Nagasaki führten zu einer Vielzahl von Strahlenvergiftungen, die einen besseren Einblick in ihre Symptome und Gefahren ermöglichten. Der Chirurg des Roten Kreuzes, Dr. Terufumi Sasaki, führte in den Wochen und Monaten nach den Bombenanschlägen von Hiroshima intensive Forschungen zu dem Syndrom durch. Dr. Sasaki und sein Team konnten die Auswirkungen der Strahlung bei Patienten mit unterschiedlicher Nähe zur Explosion selbst überwachen, was zur Feststellung von drei aufgezeichneten Stadien des Syndroms führte. Innerhalb von 25 bis 30 Tagen nach der Explosion bemerkte der Chirurg des Roten Kreuzes einen starken Abfall der Anzahl der weißen Blutkörperchen und legte diesen Abfall zusammen mit Fiebersymptomen als Prognosestandard für das akute Strahlensyndrom fest. Die Schauspielerin Midori Naka , die beim Atombombenabwurf von Hiroshima anwesend war, war der erste Vorfall einer Strahlenvergiftung, der ausführlich untersucht wurde. Ihr Tod am 24. August 1945 war der erste offiziell bescheinigte Todesfall als Folge einer Strahlenvergiftung (oder "Atombombenkrankheit").
Die Atombomben-Unfallkommission und die Radiation Effects Research Foundation überwachen seit 1946 den Gesundheitszustand der Überlebenden und ihrer Nachkommen. Sie haben festgestellt, dass die Strahlenbelastung das Krebsrisiko erhöht, aber auch, dass sich die durchschnittliche Lebenserwartung der Überlebenden nur um wenige verringert hat Monate im Vergleich zu denen, die keiner Strahlung ausgesetzt waren. Bei den Kindern der Überlebenden wurden bisher keinerlei gesundheitliche Auswirkungen festgestellt.
Interessengebiete
Die Wechselwirkungen zwischen Organismen und elektromagnetischen Feldern (EMF) und ionisierender Strahlung können auf verschiedene Weise untersucht werden:
- Strahlenphysik
- Strahlenchemie
- Molekular- und Zellbiologie
- Molekulare Genetik
- Zelltod und Apoptose
- Hohe und niedrige elektromagnetische Strahlung und Gesundheit
- Spezifische Aufnahmeraten von Organismen
- Strahlenvergiftung
- Radioonkologie ( Strahlentherapie bei Krebs )
- Bioelektromagnetik
- Elektrisches Feld und magnetisches Feld - ihre allgemeine Natur.
- Elektrophysiologie - die wissenschaftliche Untersuchung der elektrischen Eigenschaften biologischer Zellen und Gewebe.
- Biomagnetismus – die magnetischen Eigenschaften lebender Systeme (siehe zum Beispiel die Forschung von David Cohen mit SQUID- Bildgebung) und Magnetobiologie – die Untersuchung der Wirkung von Magneten auf lebende Systeme. Siehe auch Elektromagnetische Strahlung und Gesundheit
- Bioelektromagnetismus – die elektromagnetischen Eigenschaften lebender Systeme und Bioelektromagnetik – die Untersuchung der Wirkung elektromagnetischer Felder auf lebende Systeme.
- Elektrotherapie
- Strahlentherapie
- Radiogenomik
- Elektroschock-Therapie
- Transkranielle Magnetstimulation – ein starker elektrischer Strom erzeugt ein vorübergehendes, räumlich fokussiertes Magnetfeld, das die Kopfhaut und den Schädel einer Person durchdringen und elektrische Aktivität in den Neuronen auf der Oberfläche des Gehirns induzieren kann.
- Magnetresonanztomographie - Ein sehr starkes Magnetfeld wird verwendet, um ein 3D-Bild der Dichte der Wassermoleküle des Gehirns zu erhalten, das verschiedene anatomische Strukturen aufzeigt. Ein verwandtes Verfahren, die funktionelle Magnetresonanztomographie , zeigt das Blutflussmuster im Gehirn auf und kann zeigen, welche Teile des Gehirns an einer bestimmten Aufgabe beteiligt sind.
- Embryogenese , Ontogenese und Entwicklungsbiologie - eine Disziplin, die viele wissenschaftliche Feldtheorien hervorgebracht hat.
- Bioenergetik - das Studium des Energieaustausches auf molekularer Ebene lebender Systeme.
- Biologische Psychiatrie , Neurologie , Psychoneuroimmunologie
- Biolumineszenz - eine ausgeprägte Phosphoreszenz in Pilzen, Tiefseelebewesen etc. im Gegensatz zu Biophoton - eine viel schwächere elektromagnetische Strahlung, die von ihrem Entdecker Alexander Gurwitsch als eine Form der Signalübertragung angesehen wurde.
Die Aktivität biologischer und astronomischer Systeme erzeugt unweigerlich magnetische und elektrische Felder, die mit empfindlichen Instrumenten gemessen werden können und die manchmal als Grundlage für " esoterische " Energievorstellungen vorgeschlagen wurden.
Strahlenquellen für die experimentelle Strahlenbiologie
Radiobiologische Experimente verwenden typischerweise eine Strahlungsquelle, die sein könnte:
- Eine Isotopenquelle , in der Regel 137 Cs oder 60 Co .
- Ein Teilchenbeschleuniger, der hochenergetische Protonen , Elektronen oder geladene Ionen erzeugt. Biologische Proben können entweder mit einem breiten, gleichförmigen Strahl oder mit einem Mikrostrahl , der auf zelluläre oder subzelluläre Größen fokussiert ist, bestrahlt werden .
- Eine UV-Lampe .
Siehe auch
- Hintergrundstrahlung
- Biologische Auswirkungen der Strahlung auf das Epigenom
- Zellüberlebenskurve
- Gesundheitsgefährdung durch kosmische Strahlung
- NASA Weltraumstrahlungslabor
- Nuklearmedizin
- Radioaktivität in der Biologie
- Radiologie
- Radiophobie
- Strahlenempfindlichkeit
- Relative biologische Wirksamkeit
Verweise
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- ^ Pattison JE, Hugtenburg RP, Beddoe AH, Charles MW (2001). "Experimentelle Simulation von Atombomben-Gammastrahlen-Spektren für radiobiologische Studien" (PDF) . Strahlenschutzdosimetrie . Oxford-Akademiker. 95 (2): 125–136. doi : 10.1093/oxfordjournals.rpd.a006532 . PMID 11572640 . S2CID 8711325 . Archiviert vom Original (PDF) am 16.07.2020.
Quellen
- ICRP, 2007. Die Empfehlungen der Internationalen Strahlenschutzkommission von 2007 . ICRP-Publikation 103. Ann. ICRP 37 (2-4).
Weiterlesen
- Eric Hall, Radiobiologie für den Radiologen . 2006. Lippincott
- G. Gordon Steel, "Grundlegende klinische Radiobiologie". 2002. Hodder Arnold.
- Das Institut für Strahlenbiologie am Helmholtz-Zentrum für Umwelt und Gesundheit [1]