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Strahlenbelastung und Kontamination
Pathophysiologie der Strahlenbelastung und Kontamination
Ionisierende Strahlung kann DNA, RNA und Proteine direkt schädigen, aber häufiger ist die Schädigung dieser Moleküle indirekt, verursacht durch hochreaktive freie Radikale, die durch die Interaktion von Strahlung mit intrazellulären Wassermolekülen hervorgerufen werden. Hohe Strahlungsdosen können den Zelltod verursachen, und niedrigere Dosen können die endogenen molekularen Reparatursysteme, die Homöostase und die Zellproliferation beeinträchtigen. Die Schädigung dieser und anderer Zellkomponenten kann eine progressive Gewebehypoplasie, Atrophie und schließlich Fibrose zur Folge haben. Inzwischen ist jedoch klar, dass die Zelltötung allein viele Gewebereaktionen nicht erklären kann, da diese Reaktionen auch von komplexen Vorgängen abhängen, zu denen entzündliche, chronisch-oxidative und Immunreaktionen sowie Schäden am Gefäßsystem und an der extrazellulären Matrix gehören. Im Allgemeinen gehen frühe Reaktionen, z. B. in der Haut und im Magen-Darm-Trakt, mit dem Absterben der Stamm- bzw. frühen Vorläuferzellen einher, die die reifen funktionellen Zellen im Gewebe versorgen, sowie mit Entzündungsreaktionen. Andererseits sind Spätreaktionen (z. B. in Lunge, Nieren und Gehirn) mit komplexen und dynamischen Interaktionen zwischen mehreren Zelltypen in den Geweben und Organen verbunden und umfassen infiltrierende Immunzellen, die Produktion von Zytokinen und Wachstumsfaktoren, oft in anhaltenden, zyklischen Kaskaden, und chronischen oxidativen Stress. Die biologische Reaktion auf Strahlung variiert je nach Strahlenempfindlichkeit des Gewebes Dosis Dosisrate Dauer der Exposition Grad der Entzündungsreaktion Das Alter des Patienten Komorbiditäten Vorhandensein von genetischen DNA-Reparaturdefekt-Störungen (z. B. Ataxia teleangiectatica , Bloom-Syndrom, Zellen und Gewebe unterscheiden sich in ihrer Strahlenempfindlichkeit. Im Allgemeinen sind undifferenzierte Zellen und Zellen mit einem hohen mitotischen Anteil (z. B. Stammzellen, Krebszellen) besonders anfällig für Bestrahlung. Da Strahlung sich meist sehr schnell abbaut und dabei sehr schnell teilende Stammzellen über die reifen, resistenteren Zellen verteilt, gibt es typischerweise eine Latenzzeit zwischen der Strahlenbelastung und einer offenkundigen Strahlenkrankheit. Eine Verletzung zeigt sich erst, wenn ein bedeutender Anteil der reifen Zellen durch natürliche Seneszenz stirbt und sie wegen des Verlusts an Stammzellen nicht ersetzt werden können. Empfindliche Zellenin ungefährer absteigender Reihenfolge von sehr empfindlich bis zu kaum empfindlich sind: Lymphoidzellen Keimzellen Proliferierende Knochenmarkzellen Intestinale Epithelzellen Epidermale Stammzellen Leberzellen Epithel der Lungenbläschen und Gallenwege Nieren-Epithelzellen Endothelzellen (Brust- und Bauchfell) Bindegewebszellen Knochenzellen Muskel-, Gehirn- und Rückenmarkszellen Die Schwere der Verletzungen durch Strahlung hängt von der Dosis und der Dauer, während der sie abgegeben wird, ab. Eine hohe, einzelne schnelle Dosis kann mehr Schaden anrichten als die gleiche Dosis über Wochen oder Monate verteilt. Die Dosis-Wirkungs-Kurve hängt auch von dem Anteil der exponierten Körperfläche ab. Die Folge sind schwerwiegende Krankheiten, und Tod ist nach einer Ganzkörperbestrahlung mit>4,5 Gy innerhalb eines kurzen Intervalls (Minuten bis Stunden) möglich; jedoch können Zehntel-Gy gut toleriert werden, wenn sie über eine lange Zeit an kleine Gewebestellen verabreicht werden (z. B. als Karzinomtherapie). Andere Faktoren können die Empfindlichkeit gegenüber Strahlungsschäden erhöhen. Kinder sind anfälliger für Strahlenschäden, weil sie eine höhere Zellproliferation haben. Menschen, die homozygot für das Ataxia teleangiectatica -Gen sind, zeigen eine stark erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Strahlungsbelastung. Erkrankungen wie Störungen des Bindegewebes und Diabetes können Empfindlichkeit gegenüber Strahlung erhöhen. Einige Medikamente und Chemotherapeutika (z. B. Actinomycin D, Doxorubicin, Bleomycin, 5-Fluorouracil, Methotrexat) können ebenfalls die Empfindlichkeit gegenüber Strahlenschäden erhöhen. Einige Chemotherapeutika (z. B. Doxorubicin, Etoposid, Paclitaxel, Epirubicin), Antibiotika (z. B. Cefotetan), Statine (z. B. Simvastatin) und pflanzliche Präparate können Wochen bis Jahre nach der Bestrahlung an der gleichen Stelle eine entzündliche Hautreaktion hervorrufen (Strahlen-Recall) ( Strahleninduzierte genetische Schäden an somatischen Zellen können zu bösartigen Veränderungen führen, während eine Exposition in der Gebärmutter zu teratogenen Effekten führen kann und eine Schädigung von Keimzellen die theoretische Möglichkeit von übertragbaren genetischen Defekten erhöht. Eine langwierige Ganzkörper-Exposition gegenüber 0,5 Gy erhöht scheint das lebenslange Risiko eines durchschnittlichen Erwachsenen für einen Tod durch Krebs von ca 22% auf etwa 24,5% zu erhöhen, ein 11%iger Anstieg des relativen Risikos, aber nur eine 2,5%ige Erhöhung des absoluten Risikos. Die Wahrscheinlichkeit, an Krebs zu erkranken, ist bei den üblichen Dosen (d. h. bei Hintergrundstrahlung und typischen bildgebenden Untersuchungen [siehe Risiken Medizinischer Strahlung ]) sehr viel geringer und kann bei Null liegen. Schätzungen für ein erhöhtes Risiko von strahleninduziertem Krebs infolge der typischerweise niedrigen Dosen, die Menschen in der Nähe von Reaktorvorfällen wie Fukushima erfahren haben, wurden durch Extrapolation nach unten von bekannten Wirkungen viel höherer Dosen erzielt. Der sehr kleine resultierende theoretische Effekt wird durch eine große Population multipliziert, was eine beunruhigende Anzahl der zusätzlichen Krebstoten zu ergeben scheint. Die Gültigkeit einer solchen Extrapolationen kann nicht bestätigt werden, weil die angenommene Risikoerhöhung zu klein ist, um in epidemiologischen Studien festgestellt zu werden, und die Möglichkeit, dass es kein erhöhtes Krebsrisiko durch diese Exposition gibt, kann nicht ausgeschlossen werden. Kinder sind anfälliger, weil sie eine höhere Anzahl von zukünftigen Zellteilungen und eine längere Lebensdauer haben, während der sich Krebs manifestieren kann. Es wird geschätzt, dass eine CT des Abdomens bei einem 1-Jahr-alten Kind, das absolute Lebenszeitrisiko Krebs zu entwickeln um etwa 0,1% erhöht. Radionuklide, die in spezifischen Geweben eingelagert werden, sind an diesen Stellen potenziell krebserregend (z. B. führte der Chernobyl-Reaktorunfall zu einer erhöhten substanziellen radioaktiven Jodaufnahme aufgrund von Konsum kontaminierter Milch und als Folge traten Fälle von Schilddrüsenkrebs unter Kindern auf). Der Fetus ist besonders anfällig für hochdosierte Strahlung. Bei Dosierungen von<100 mGy, sind teratogene Wirkung unwahrscheinlich. Das fetale Risiko einer Bestrahlung in den typischen Dosen, die bei bildgebenden Untersuchungen üblich sind, denen sich schwangere Frauen in der Regel unterziehen, ist sehr klein im Vergleich zu dem allgemeinen Risiko von Geburtsschäden (2 bis 6% sichtbar bei der Geburt) und dem möglichen diagnostischen Nutzen der Untersuchung. Das erhöhte Risiko der Entwicklung von Krebs aufgrund der In-utero Strahlenbelastung ist in etwa das gleiche wie das nach Strahlenexposition von Kindern, das etwa 2 bis 3 mal das Risiko von Erwachsenen von 5%/Sv beträgt. Die potenziellen Risiken von Strahlenbelastung geben Anlass zu reiflicher Überlegung über die Notwendigkeit (oder Alternativen zu) von bildgebenden Untersuchungen mit Strahlung, die Optimierung der Strahlenbelastung für Habitus und die klinische Fragestellung, sowie die Aufmerksamkeit auf die Verwendung der richtigen Strahlenschutzverfahren, insbesondere bei Kindern und schwangere Frau. Schäden an Keimzellen führen, wie gezeigt werden konnte, zu Missbildungen bei Nachkommen von stark bestrahlten Tieren. Allerdings wurden keine hereditären Auswirkungen bei Kindern gefunden, deren Eltern Strahlung ausgesetzt waren, auch nicht bei den Kindern der Überlebenden der Atombombenexplosion in Japan oder den Kindern von Krebsüberlebenden, die mit Radiotherapie behandelt wurden. Die mittlere Dosis an den Eierstöcken betrug ~ 0,5 Gy und den Hoden 1,2 Gy. 1.Balter S, Hopewell JW, Miller DL, et al: Fluoroscopically guided interventional procedures: A review of radiation effects on patients' skin and hair.Radiology254(2):326-341, 2010. doi:10.1148/radiol.2542082312 