strahlenwirkung im niedrigen dosisbereich: was wir wissen, was wir nicht wissen wolfgang-ulrich...
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Strahlenwirkung im Strahlenwirkung im niedrigen Dosisbereich: niedrigen Dosisbereich:
Was wir wissen, Was wir wissen, was wir nicht wissenwas wir nicht wissen
Wolfgang-Ulrich MüllerWolfgang-Ulrich Müller
Institut für Medizinische Institut für Medizinische StrahlenbiologieStrahlenbiologie
Universitätsklinikum EssenUniversitätsklinikum Essen
StrahlenrisikenStrahlenrisiken
Stochastische und Stochastische und deterministische Effektedeterministische Effekte
Dosis-Effekt-Beziehungen
stochastischerEffekt
deterministischerEffekt
SchwereAnzahl
(erfordert sehr vielegeschädigte (=getötete)Zellen)
(erfordert einegeschädigte (=veränderte)Zelle)
Strahlendosis
Str
ahle
nef
fekt
Schwellendosis mit Sicherheit vorhanden
Vermutlich keineSchwellendosis
100 mSv
Ausmaß des strahleninduzierten Ausmaß des strahleninduzierten pränatalen Tumorrisikospränatalen Tumorrisikos
Signifikante Erhöhung ab 10 mGy!
Verdoppelung des Risikos durch 30 mGy!
Aber:Eine Verdoppelung des Risikos bedeutet, dass statt 5 Fällen pro 100.000 Kindern pro Jahr 10 Fälle auftreten.
Strahleninduzierte Todesfälle durch Strahleninduzierte Todesfälle durch solide Tumoren und Leukämien in solide Tumoren und Leukämien in
Hiroshima und Nagasaki (1950-2000)Hiroshima und Nagasaki (1950-2000)
(Quelle: Preston et al., Rad.Res. 162 (2004) 377)
Durchschnittliche Dosis: ca. 200 mSv
Beobachtete Todesfälle
Erwartete Todesfälle
Strahleninduzierte Todesfälle
Solide Tumoren
10.127(von 86.611)
9.647 479
Leukämien 296(von 86.955)
203 93
Summe 572
Zunahme der Tumortodesfälle Zunahme der Tumortodesfälle durch locker ionisierende durch locker ionisierende
StrahlungStrahlung
10% pro GyUNSCEAR:
5% pro GyICRP:
Grund:DDREF = 2(Dosis-Dosisleistungs-Reduktionsfaktor)
Extrapolation in den niedrigen Dosisbereich
Adaptive response
Bystander EffektGenetische PrädispositionGenomische InstabilitätImmunabwehrReparatur
Anzahl benötigter MutationenApoptose
Reparatursysteme inaktiv?
Treffer pro ZelleTreffer pro Zelle
X = Treffer
X
X
XX
XX
X X X
X
X
XXX
XX
XX
X
XX X
X
X
X
Hohe Dosis
Niedrige Dosis
Adaptive ResponseAdaptive Response
0,005 Gy1 Gy
1 Gy
XX
X
X
X
X
Adaptive Response (Beispiel)Adaptive Response (Beispiel)
Kontrol
le
0,05
Gy
1 Gy
0,05
+1
Gy
Ab
err
ati
on
en
/1000 Z
ellen
100
0
ApoptoseApoptose
Apoptose = „Unauffälliges“ Sterben von Zellen auf Grund eines zelleigenen Selbstzerstörungs-Programms
Bystander-EffektBystander-Effekt
Medium-transfer
X
XX
X
X
X X XX
Bystander-Effekt: Bystander-Effekt: Transformation und ApoptoseTransformation und Apoptose
Transformation
Apoptose (in den vom Bystander- Effekt betroffenen Zellen)
TumorrisikoDosis
Bystander-Bystander-EffektEffekt
Bystander-Effekt und Bystander-Effekt und Adaptive ResponseAdaptive Response
10% der Zellen getroffen
0,1 Gy+10% der Zellen getroffen
Zhou, Randers-Pehrson, Hall, Hei 2001
Genetische PrädispositionGenetische Prädisposition
Genomische InstabilitätGenomische Instabilität
Rolle der Immunabwehr!?Rolle der Immunabwehr!?
Normalzelle Tumorzelle tote 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
Bedeutung der Bedeutung der DNA-ReparaturDNA-Reparatur
Allein durch die Hintergrund-strahlenexposition wird pro Jahr im Mittel ein Schaden an der DNA in jeder Zelle unseres Körpers hervorgerufen!
Röntgenstrahlen schädigen Röntgenstrahlen schädigen Erbgut mehr als gedachtErbgut 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
Nachweis von DNA-Doppelstrang-Nachweis von DNA-Doppelstrang-brüchen über Histonphosphorylierungbrüchen über Histonphosphorylierung
Histon-Phosphorylierung
Histone
--H2AX-FociH2AX-Foci
(Foto: Dr. Andrea Kinner)
DSB-Reparatur nach niedrigen DSB-Reparatur nach niedrigen StrahlendosenStrahlendosen
Quelle: Rothkamm, Löbrich | PNAS | April 29, 2003 | vol. 100 | 5057-5062
Hintergrund
CT und CT und --H2AXH2AX
(Quelle: Löbrich et al.; PNAS 102 (2005) 8984-8989)
Dosis: ca. 20 mSv
Warum es manchmal sinnvoll Warum es manchmal sinnvoll sein kann, sein kann, nichtnicht zu reparieren! zu reparieren!
Fehlerhafte Reparatur
Apoptose Zellneubildung
Tumor
Eine eindringliche Eine eindringliche Warnung:Warnung:
Man hüte sich davor, Man hüte sich davor, eineneinen Mechanismus Mechanismus isoliert zu betrachten und isoliert zu betrachten und daraus Strahlenrisiken daraus Strahlenrisiken abzuleiten!abzuleiten!
Was wir wissen: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.
Was wir nicht wissen: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?
Was wir vor allem Was wir vor allem nichtnicht wissen: wissen:
Wir wissen nicht, wer einen Tumor nach Strahlenexposition entwickeln wird!