Strahlenbiologische Wirkungen Bence Tamás dr. Szabó 26. September 2016.

Netzähnliche Veränderungen Am Haut bőrön Pressen présel, rányom ist explodiert r Drahtzaun drótkerítés e Muster minta

Litvinenko, Geheimagent wirken so

Der Kreislauf wurde geschadet. Eine Strahlungstherapie bekommen hat.

Definition allgemeine Strahlenbiologie: Wissenschaftszweig der sich mit der auf lebendige Stoffe ausgeübten Wirkung der (ionisierenden oder nicht ionisierenden) Strahlung beschäftigt (allgemeine Gesetzlichkeiten der morfologischen, funktionellen, somatischen, genetischen und biochemischen Wirkungen) spezielle Zielen => angewendete Strahlungsbiologie (ärtztliche, tierärtztliche, militärische, industrielle...) ärtztliche Strahlungsbiologie beschäftigt sich mit der auf den Menschen ausgeübten Strahlungswirkungen aushüben – kifejt Gesetzlichkeit törvényszerűség

Sie werden viel mehr von den Strahlungen bedroht/ Sie sind der Gefahr eines Strahlungschades ausgesetzt.

E Erfindung találmány erfinden feltalál Durchleuchten Es war zur Zeit als die Röntgenstrahlen entdeckt wurden und man probierte alles Mögliche zur Anwendung der Röntgenstrahlen aus

1903: Nobelpreis für Physik 1911: Nobelpreis für Chemie Marie Curie (1867 - 1934) Pierre Curie (1859 - 1906) 1903 spontán radiokativitás felfedezéséért : M+P Curie + Becquerel den Nobel Preis erhalten – megkap ; für die Entdeckung (felfedezés) der spontanen Radioaktivität 1911 Ra (rádium) és Po (pollónium) felfedezéséért M. Curie hat erhalten für die Entdeckung von Pollonium und Radium 1903: Nobelpreis für Physik 1911: Nobelpreis für Chemie

Antoine-Henri Becquerel (1852-1908) 1903: Nobelpreis für Physik

Quellen der ionisirenden Strahlen natürliche ausser Erdkruste Gesteine kosmische Universum inner jedes Isotop, das in die Körper gelangt künstliche Atomexplosion, Kernwaffen, radioaktiver Abfall ärtztliche Untersuchung, Therapie

Wie wirkt die Strahlung auf uns? ioisierende Strahlung α,β.γ, usw. physische Wirkung Ionisation Anregung WASSERmoleküle! Chemische Wirkung Bildung von freien Radikalen biologische Wirkung DNS, ungesättigt Fettsäuren der Zellmembran direkte & indirekte Wirkung Messbare Anregung gerjesztés 10-17 -10-12 sec 10-10 - 103 sec 1 s - Jahre

direkte Strahlenwirkung Biológiai hatás direkte Strahlenwirkung Energieabsorbtion und Schädigungen an demselben Molekül indirekte Strahlenwirkung Energieabsorption durch ein (Wasser)Molekül (als Freiwurzel) das ein anderes (Makro)Molekül schädet Energie wird verschluckt wie oma von dem Wulf

DNS im Rampenlicht? wörtlich! DNS-Schäden: Chromosomenaberrationen: Strahlenempfindlichkeit: DNS > RNS > Proteine > Lipide DNS-Schäden: Einzelstrangbruch Doppelstrangbruch Basenschaden Kreuzverkopplung DNS-Protein Quervernetzung Protein-Protein Quervernetzung Chromosomenaberrationen: Deletion Translokation dizentrische und Ringchromosomen: biologische Dosimetrie

Dizentrische und Ringchromosom: biologische Dosimetrie verurschen – okoz sich vereinigen – egyesül Die Endungen trennen sich ab und die Ringkromosome schliesst sich in sichselbst.

Biologische Wirkungsmechanismus Schicksal der Zellen DNS-Reparatur: GENÜGEND DNS-Reparatur: nicht GENÜGEND Störungen von Zellenzyklus Apoptose (Lymphozyten) reproduktiver Zelltod (am meistens) Mutationen Erbschaden??? malignere Umwandlung s Schicksal – sors e Umwaldung - átalakulás

Strahlungsempfindlichkeit der Natur infolge következtében + genitiv Am Anfang der Herausbildung des Lebens auf der Erde gab es keine Ozonschicht trafen/erreichten die Erde. Túlél überleben Niedrig Wie sich die Lebewesen (élőlények) entwickelt haben, ist die Strahlungsempfindlichkeit gewachsen. sich währen –védekezni Mit der Herausbildung der Ozonschicht brauchten die Lebewesen sich nicht mehr so sehr gegen die ionisierenden Strahlen zu währen wachsen, wuchs, i gewachsen nőni

Die Wirkungen sind beeinflussbar! physische Qualität der Strahlung Dosisleistung Dosisfraktionierung Temperatur chemische Sauerstoff-Effekt Wassergehalt freie Radikale biologische Geschlecht Lebensalter Zellzyklus

Qualität der Strahlung: Qualitätsfaktoren LET= Linear Energy Transfer = linearer Energietransfer der ΔE Energieverlust eines primären Teilchens pro Δs Längeneinheit LET=ΔE/ Δs keV/μm abhängig: Masse, Ladung, Geschwindigkeit niedrig: Röntgen, γ, β- Strahlen, Photonen, Elektronen (indirekte Wirkung) hoch: α Teilchen, schnelle Neutronen, Protonen (direkte Wirkung) Ionisationsdichte ~ LET-Wert ~ biologische Wirkung a ist proportional zu b egyenesen arányos oder umgekehrt proportional

Qualitätsfaktoren relative biologische Wirksamkeit Sauerstoff-Verstärkungs-Faktor (OER = Oxygen Enhancement Ratio) 1909: beobachtet, daß die Anwesenheit von Sauerstoff die Strahlwirkung erhöht durchschnittlicher OER-Wert für Gammastrahlung bzw 2-3 Bei Strahlentherapie man muss beachten, dass die Strahlenresistenz durch die Strahlen mit niedrigen LET-Werte in Hypoxie erhöht wird (Révész). „x gleich a durch b“

Qualitätsfaktoren Dosis-Modifizierungs-Faktor (DMF) : gebräuchlich in Strahlentherapie

ionisierende Strahlung deterministische Strahleneffekt früh Strahlenkrankheit verspätet Strahlenkrankheit lokale Strahlenschäden stochastische maligne Tumoren Erbschaden erbschaden öröklődő betegség

Deterministische Strahleneffekt Wirkung erscheint immer über Schwellendosis und nie darunter sigmoid Verhältnis Gewebe- und Organveränderung mit Zelltod das Mass des Schadens ist proportional zur Dosis Je kleiner der Schwellendosis ist, desto strahlenempfindlicher ist die bestrahlte Rauminhalt pl.: Hautschäden, Katarakt, Verringerung der Blutkörperchen, Oligo- és Aspermie Grenzdosis Je kleiner der Grenzdosis ist, desto strahlenempfindlicher ist die bestrahlte Rauminhalt e Gewichtigkeit súlyosság s Mass mérték Gewichtigkeit von biologischer Wirkung Dosis

Strahlenempfindlichkeit der menschlichen Gewebe Lymphgewebe Knochenmark GI Schleimhaut Gamete - Keimzellen Haut – proliferative Zellschicht(stratum basale) Gefässe - Endolthelzellen Drüsengewebe, Leber Bindegewebe Muskelgewebe Nervengewebe Reproduktionspotenzial ist proportional zur Strahlenempfindlichkeit Gesetz von Bergonié-Tribondeau(1906) : die Strahlenempfindlichkeit der Zelle während Zellyklusses S fázis < G1-G2 Phase< M Phase => Reproduktionspotenzial ~ Strahlenempfindlichkeit

Lymphatisches System ein paar hundert mGy: die Zahl der Lymphozyten sich verringert: prognostische und diagnostische Wert im Fall des Strahlenschadenes ≥1500/mm3 : klein Dosis, braucht keine ärtztliche Behandlung 1000-1500/mm3 : Transfusion der Granulozyten und Thrombozyten kann notwendig 500-1000/mm3 :schwerer Strahlenschaden, Hospitalisation!! <500/mm3 : kann fatal sein wegen der Komplikationen der Panzytopenie 0/mm3 : supraletale Strahlendosis zum Patient Lymphozyten würden sofort sterben notwendig - szükséges

Lymphatisches System normale menschliche Lymphozyte

Lymphatisches System nach der Apoptose

Knochenmark immer sich erneuernde Systeme multipotente Stammzellen (besonders strahlenempfindlich, D0= 0,8-1,6 Gy) -> Granulozyten, Erythrozyten, Macrophyagen, Megakaryozyten (letzte sehr strahlenresistente, D0=50 Gy) Erythrozytenproduktionssystem sich beschädigt am stärksten <= transiente Progenitorzellen sind strahlenempfindlich!!!

Knochenmark Granulozytopenie 5-8 Tagen Thrombozytopenie 3-4 Wochen Anaemie nur mehr Wochen später (Erythrozyten durchschnittliche Lebensdauer: 120 Tage) nach subletaler Strahlendosis die intakte Knochenmarkinseln fangen die Wiederbevölkerung der abgestorbenen Begreiche an

Gastrointestinale Systeme immer sich erneuernde Systeme die strahlenempfindlichste Abschnitte: der Dünndarm, Stammzellen tief in der Krypten woraus die Tochterzelle zur Ende der Zotten wandern und ihre Strahlungsempfindlichkeit sich verringert Darmschleimhaut würde nach einer Woche absterben => Grenzebereich gegen Bakterien fehlt => Sepsis, Tod) e Zotte - bélboholy

Gameten Frauen: keinen Unterschied in Fruchtbarkeit zwischen der normalen und der Überlebenden von Hiroshima beobachtet wurden vorübergehende Unfruchtbarkeit: 1,5-2 Gy endgültige: 3-10 Gy Männer: Schwellendosis vorübergehender Unfruchtbarkeit: 0,5-4 Gy (nach 2-6 Gy Regeneration braucht 40-60 Monaten) endgültige 5-9 Gy bezüglich der Gesundheit der Nachkommen die elterliche Keimdrüse sind die empfindlichste Organe

Haut strahlenempfindlichste Zellen: Wirkungen: Zellen des str. basales in Epidermis <= Gesetz von Bergonié –Tribondeau Wirkungen: Erythem: 1-24 Stunden nach der Bestrahlung után (3-5 Gy) Allopezie: 5 Gy- reversibel; 20 Gy- irreversibel Pigmentierung: erscheint in acht Tagen nach der Bestrahlung trockene und feuchte Abschuppung (desquamatio):  20 Gy spät Wirkungen: Teleangiectasie, Fibrose. DERMIS EPIDERMIS From “Atlas de Histologia...”. J. Boya

Gefäßsystem die empfindlichste: Endothelzellen (1,5 Gy) kleine Blutgefäße mehr als die Grosse Beschädigung der Kapillare und arteriolar System Gefäßreaktionen früh: vasoaktive Substanzen – geachsene Durchlässigkeit der Gefäße -Ödem - Ernährung und Gasaustauschstörung spät: Verdickung der Endothelschicht, Anfälligkeit: Atherosklerose

Zentralnervensystem Neuronen: extreme Strahlenresistenz (100-1000 Gy) Schäden der Gliazellen => Demyelinisierung Endothel: strahlenempfindlicher 1,5 Jahre später, funktionelle Störugen Nervenstörungen durch Durchblutungsstörungen 10-50 Gy kann akute Strahlenkrankheit innerhalb von 2 Tagen verursachen => Tod

Linse des Auges Katarakt: Spätdeterministische Wirkungen, Schwellendosis 2 Gy Epithelzellen des Linses enthält keine Kerne, sind in Linsenfasern differenziert, deshalb haben sie keine Reparatur in Jugendliche: Linse ist empfindlicher

Leber, Schilddrüse, Herz, Lunge Leber: wird geschädigt durch die Schäden ihres Gefäßsystem Schilddrüse: mässig strahlenempfindlich <= gut differenzierte Zellen!! Lunge: Strahlenpneumonitis <= Schäden der Endothelschict der Alveolen Herzmuskel: strahlenresistent, hohe Dosis: exsudative Perikarditis mint a belső elválasztású mirigyek általában -

Ganzkörper-Bestrahlung Die Ursachen der akuten Strahlenkrankheit: Unfall - menschliche Unwissenheit / Fahrlässigkeit oder technisches Versagen (Diebstall der 137Cs Quelle Strahlentherapie Diebstahl, Demontage, Verletzung der Sicherheitsbestimmungen ...) Immunsuppression, Hälfte und Ganzkörperbestrahlung wegen therapeutischen Zielen Militär Raumfahrt Späten klinischen Strahlenkrankheit (deterministischen und stochastischen Phänomenen auch auftreten) Lebensdauerverkürzung Katarakt Leukämie degenerative Erkrankung Tumor Fehlbildungen

Szindroma - típusok Gastrointestinalis Haematológiai Központi idegrendszeri Gastrointestinalis Haematológiai Determináns szerv Agy Vékonybél Csontvelő Küszöbdózis >100 Gy 5-12 2,5-5 Latentiaidő 1/4-3 óra 3-5 nap 2-3 hét Klinikum Temor Ataxia Convulsio Hányinger, Hányás Hasmenés, Étvágytalanság Láz, Dehydratio, Elektrolyvesztés, Collapsus, Rossz közérzet Septikaemia Rossz közérzet, Láz Dyspnoe, Leukopenia Thrombopenia-purpura Fáradtság, Infectio, Anaemia Pathológia Vasculitis Encephalitis Meningitis Oedema Bélepithelium depletio Neutropenia, Infectio Csontvelőatrophia Pancytopenia Haemorrhagia, Anaemia

Stochastische Strahleneffekt linear, ohne Schwellendosis (ALARA!) stasztikai valószínűség szerint megjelenő hatások maligner Tumor ((genetische Schádigungen)) Gewichtigkeit von biologischer Wirkung Dosis

Karzinogenese stochastische nur mit vielzahligelementer epidemiologischen Studie bestrahlten Populationen wegen therapeutische Zwecke und bei der Verfolgung der Opfer von Atomwaffentests mindestens zwei / multi Genfehler-Akkumulation ist notwendig: Fehler => instabile Genom => ein weiterer Fehler Latenzzeiten: Leukämie: 4-7 Jahre soliden Tumoren: min.10-15 Jahr

Genetische Strahlenwirkung stochastische natürliche Selektion eliminiert die dominante Mutation (empirische Tatsache), aber die unsichtbare und rezessive Mutationen können über Generationen bestehen bleiben um die rezessive Mutationen der Gesamtbevölkerung zu beseitigen, müssen wir die Strahlenbelastung reduziert (ALARA-Prinzip = As Low As Reasonably Achievable)

Epidemiologische Studien Part No...., Module No....Lesson No Module title Epidemiologische Studien Leukämie: Überlebende der Atombombe Angriff, verletzten Personen während der Atombombentests, Tschernobyl-Reaktor (Dampfexplosion) Lungenkarzinom: Überlebende der Atombombe Angriff, U Bergleute Bei Jungen schnell erhöhte Leukämieinzidenz nach der Bestrahlung. Aber bei älteren Menschen nur nach 20-30 Jahren zeigten die Erhöhung der Leukämieinzidenz mit soliden Tumoren. IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Biologische Dosimetrie bőrpír: kezdeti próbálkozás nukleinsav és fehérje anyagcseretermékek serumból és vizetletből való kimutatása:1950-es évek (nem sugárspecifikus, gyorsan lecseng) :biológiai indikátorként nem használható lymphocyták száma mikronukleuszok száma a lymphocytákban kromoszóma dozimetria: 1 Gy alatt az elszenvedett dózis mérésére csaknem kizárólagos módszer dicentrikus és ring kromoszómák (kialakulása egyértelműen dózisfüggő, és legtöbbször sugárspecifikus) nincs prognosztikai értéke a beteg ellátását a klinikum határozza meg egyetlen minta elemzése is több napba telik termográfia (3-4 fok különbség van az ép és a sugársérülést szenvedett oldal között), ha csak helyi sugársérülésről van szó, pl. végtag

Literaturquelle Sugárterápia, Springer, 2001, Németh György szerkesztésében (Sugárbiológia fejezet: Gundy Sarolta) Sugáregészségtan, Medicina, 2002, Köteles György szerkesztésében Az ionizáló sugárzások biológiai hatása, Dr. med. habil. Mózsa Szabolcs IAEA Training Material on Radiation Protection in Diagnostic and Interventional Radiology The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP publication 103. Ann ICRP. 2007;37 (2-4): 1-332. Farr's physics for medical imaging. Saunders Ltd. (2007) ISBN:0702028444.

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