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Strahlenwirkung im niedrigen Dosisbereich: Was wir wissen, was wir nicht wissen Wolfgang-Ulrich Müller Institut für Medizinische Strahlenbiologie Universitätsklinikum.

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Präsentation zum Thema: "Strahlenwirkung im niedrigen Dosisbereich: Was wir wissen, was wir nicht wissen Wolfgang-Ulrich Müller Institut für Medizinische Strahlenbiologie Universitätsklinikum."—  Präsentation transkript:

1 Strahlenwirkung im niedrigen Dosisbereich: Was wir wissen, was wir nicht wissen Wolfgang-Ulrich Müller Institut für Medizinische Strahlenbiologie Universitätsklinikum Essen

2 Strahlenrisiken

3 Stochastische und deterministische Effekte Schwellendosis mit Sicherheit vorhanden Vermutlich keine Schwellendosis 100 mSv

4 Ausmaß des strahleninduzierten pränatalen Tumorrisikos Signifikante Erhöhung ab 10 mGy! Verdoppelung des Risikos durch 30 mGy! Aber: Eine Verdoppelung des Risikos bedeutet, dass statt 5 Fällen pro Kindern pro Jahr 10 Fälle auftreten.

5 Strahleninduzierte Todesfälle durch solide Tumoren und Leukämien in Hiroshima und Nagasaki ( ) (Quelle: Preston et al., Rad.Res. 162 (2004) 377) Durchschnittliche Dosis: ca. 200 mSv Beobachtete Todesfälle Erwartete Todesfälle Strahleninduzierte Todesfälle Solide Tumoren (von ) Leukämien296 (von ) Summe 572

6 Zunahme der Tumortodesfälle durch locker ionisierende Strahlung 10% pro Gy UNSCEAR: 5% pro Gy ICRP: Grund: DDREF = 2 (Dosis-Dosisleistungs-Reduktionsfaktor)

7 Extrapolation in den niedrigen Dosisbereich Adaptive response Bystander Effekt Genetische Prädisposition Genomische Instabilität Immunabwehr Reparatur Anzahl benötigter Mutationen Apoptose Reparatursysteme inaktiv?

8 Treffer pro Zelle X = Treffer X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Hohe Dosis Niedrige Dosis

9 Adaptive Response 0,005 Gy 1 Gy X X X X X X

10 Adaptive Response (Beispiel) Kontrolle 0,05 Gy 1 Gy 0,05+1 Gy Aberrationen/1000 Zellen 100 0

11 Apoptose Apoptose = Unauffälliges Sterben von Zellen auf Grund eines zelleigenen Selbstzerstörungs-Programms

12 Bystander-Effekt Medium- transfer X X X X X X XX X

13 Bystander-Effekt: Transformation und Apoptose Transformation Apoptose (in den vom Bystander- Effekt betroffenen Zellen) Tumorrisiko Dosis Bystander- Effekt

14 Bystander-Effekt und Adaptive Response 10% der Zellen getroffen 0,1 Gy+ 10% der Zellen getroffen Zhou, Randers-Pehrson, Hall, Hei 2001

15 Genetische Prädisposition

16 Genomische Instabilität

17 Rolle der Immunabwehr!? NormalzelleTumorzelletote Tumorzelle nach Strahlung (ohne gesteigerten Einfluss der Immunabwehr): nach Strahlung (mit gesteigertem Einfluss der Immunabwehr): spontan: zusätzliche durch Strahlung induzierte Tumorzelle durch gesteigerte Immunabwehr zerstörte Tumorzelle

18 Bedeutung der DNA-Reparatur Allein durch die Hintergrund- strahlenexposition wird pro Jahr im Mittel ein Schaden an der DNA in jeder Zelle unseres Körpers hervorgerufen!

19 Röntgenstrahlen schädigen Erbgut mehr als gedacht Homburg/Saar - Eine Röntgenaufnahme beim Zahnarzt oder im Krankenhaus schädigt das Erbgut stärker als bisher vermutet, schreiben die Homburger Forscher Kai Rothkamm und Markus Löbrich im amerikanischen Fachmagazin "PNAS". Meldung vom 1. April 2003

20 Nachweis von DNA-Doppelstrang- brüchen über Histonphosphorylierung Histon- Phosphorylierung Histone

21 -H2AX-Foci-H2AX-Foci (Foto: Dr. Andrea Kinner )

22 DSB-Reparatur nach niedrigen Strahlendosen Quelle: Rothkamm, Löbrich | PNAS | April 29, 2003 | vol. 100 | Hintergrund

23 CT und -H2AX (Quelle: Löbrich et al.; PNAS 102 (2005) ) Dosis: ca. 20 mSv

24 Warum es manchmal sinnvoll sein kann, nicht zu reparieren! Fehlerhafte Reparatur Apoptose Zellneubildung Tumor

25 Eine eindringliche Warnung: Man hüte sich davor, einen Mechanismus isoliert zu betrachten und daraus Strahlenrisiken abzuleiten!

26 Was wir wissen: Deterministische Effekte kommen im niedrigen Dosisbereich (bis etwa 500 mSv) nicht vor. Dosen oberhalb von 100 mSv (Erwachsene) bzw. 10 mSv (Fetus) führen nachweislich zu einer Erhöhung des Tumorrisikos. Rein epidemiologische Analysen werden nicht zu wesentlich mehr Erkenntnissen führen. Dosen im Bereich einiger mSv können Doppelstrangbrüche und chromosomale Aberrationen auslösen.

27 Was wir nicht wissen: Wie hoch ist das Tumorrisiko unterhalb von etwa 100 mSv (Erwachsene) bzw. 10 mSv (Fetus)? Welche Bedeutung hat der Nachweis, dass Dosen im Bereich einiger mSv chromosomale Aberrationen auslösen? Zu welchem Ergebnis führt die Summe aller bekannten molekularen Mechanismen? Kennen wir bereits alle relevanten molekularen Mechanismen?

28 Was wir vor allem nicht wissen: Wir wissen nicht, wer einen Tumor nach Strahlenexposition entwickeln wird!


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