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Was ist die biologische Wirkung von Strahlung – Definition

Die biologischen Auswirkungen der Strahlung hängen davon ab, wie sich die absorbierte Dosis entlang des Strahlengangs verteilt. Die biologischen Auswirkungen der Strahlung und ihre Folgen hängen stark von der Dosisleistung ab. Strahlendosimetrie

Wir müssen beachten, dass Strahlung überall um uns herum ist. In, um und über der Welt, in der wir leben. Es ist eine natürliche Energiekraft, die uns umgibt. Es ist ein Teil unserer natürlichen Welt, die seit der Geburt unseres Planeten hier ist. Ob es sich um eine natürliche oder künstliche Strahlungsquelle handelt, ob es sich um eine große oder eine kleine Strahlungsdosis handelt, es gibt einige biologische Auswirkungen. Im Allgemeinen ist ionisierende Strahlung schädlich und möglicherweise für Lebewesen tödlich, kann jedoch gesundheitliche Vorteile in der Medizin haben, beispielsweise in der Strahlentherapie zur Behandlung von Krebs und Thyreotoxikose. In diesem Kapitel werden kurz die kurz- und langfristigen Folgen einer Strahlenexposition zusammengefasst. Aber zuerst müssen wir die Unterschiede in der Art der Strahlung und die Unterschiede in den betroffenen Geweben definieren.

High-LET- und Low-LET-Strahlung

Strahlungsgewichtungsfaktoren - aktuell - ICRP
Quelle: ICRP Publ. 103: Die Empfehlungen 2007 der Internationalen Strahlenschutzkommission

Wie bereits geschrieben, interagiert jede Strahlungsart auf unterschiedliche Weise mit der Materie . Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Alphateilchen sind ziemlich massiv und doppelt positiv geladen, so dass sie dazu neigen, nur eine kurze Strecke zurückzulegen und wenn überhaupt nicht sehr weit in das Gewebe einzudringen. Alphateilchen lagern ihre Energie jedoch über ein kleineres Volumen ab (möglicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen Körper eindringen) und richten diesen wenigen Zellen mehr Schaden an.

Beta-Teilchen (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzelne negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alphateilchen. Sie können mehrere Meter zurücklegen, aber an jedem Punkt auf ihrem Weg weniger Energie abgeben als Alphateilchen. Dies bedeutet, dass Betateilchen dazu neigen, mehr Zellen zu schädigen, jedoch mit jeweils geringerem Schaden. Andererseits interagieren elektrisch neutrale Teilchen nur indirekt, können aber auch einen Teil oder alle ihre Energien auf die Materie übertragen.

Es würde sicherlich die Sache vereinfachen, wenn die biologischen Auswirkungen der Strahlung direkt proportional zur absorbierten Dosis wären . Leider hängen die biologischen Wirkungen auch davon ab, wie sich die absorbierte Dosis entlang des Strahlengangs verteilt. Studien haben gezeigt, dass Alpha- und Neutronenstrahlung bei einer bestimmten Energiedeposition pro kg Gewebe einen größeren biologischen Schaden verursachen als Gammastrahlung. Es wurde festgestellt, dass die biologischen Auswirkungen von Strahlung mit dem linearen Energietransfer (LET) zunehmen . Kurz gesagt, die biologische Schädigung durch Strahlung mit hohem LET ( Alphateilchen , Protonen oder Neutronen)) ist viel größer als die von Strahlung mit niedrigem LET ( Gammastrahlen ). Dies liegt daran, dass das lebende Gewebe Schäden durch Strahlung, die sich über eine große Fläche ausbreitet, leichter reparieren kann als solche, die sich auf eine kleine Fläche konzentriert. Natürlich können Gammastrahlen bei sehr hoher Exposition das Gewebe noch stark schädigen.

Da bei gleicher physikalischer Dosis (dh gleicher Energieeintrag pro Masseeinheit des Gewebes) mehr biologische Schäden verursacht werden, ist ein Grau Alpha- oder Neutronenstrahlung schädlicher als ein Grau Gammastrahlung. Diese Tatsache, dass Strahlungen unterschiedlicher Art (und Energie) bei gleicher Energiedosis unterschiedliche biologische Wirkungen haben, wird anhand von Faktoren beschrieben, die als relative biologische Wirksamkeit (RBE) und Strahlungsgewichtungsfaktor (wR) bezeichnet werden.

Zellschaden – Strahlung

Alle biologischen Schädigungseffekte beginnen mit der Folge von Strahlungswechselwirkungen mit den Atomen, die die Zellen bilden. Alle Lebewesen bestehen aus einer oder mehreren Zellen. Jeder Teil Ihres Körpers besteht aus Zellen oder wurde von ihnen aufgebaut. Obwohl wir die Tendenz haben, biologische Effekte in Bezug auf die Wirkung von Strahlung auf lebende Zellen zu sehen , interagiert ionisierende Strahlung per Definition nur mit Atomen durch einen Prozess, der Ionisation genannt wird. Für ionisierende Strahlung ist die kinetische Energie von Teilchen ( Photonen, Elektronen usw. ) ionisierender Strahlung ausreichend und das Teilchen kann Zielatome ionisieren (um Ionen durch Elektronenverlust zu bilden), um Ionen zu bilden. Einfach ionisierende Strahlung kann Elektronen von einem Atom abwerfen.

Es gibt zwei Mechanismen, durch die Strahlung letztendlich Zellen beeinflusst. Diese beiden Mechanismen werden allgemein als:

  • Direkte Auswirkungen . Direkte Effekte werden durch Strahlung verursacht, wenn Strahlung direkt mit den Atomen des DNA- Moleküls oder einer anderen zellulären Komponente interagiert, die für das Überleben der Zelle entscheidend ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung mit dem DNA-Molekül in Wechselwirkung tritt, ist sehr gering, da diese kritischen Komponenten einen so kleinen Teil der Zelle ausmachen.
  • Indirekte Effekte . Indirekte Effekte werden durch Wechselwirkung von Strahlung in der Regel mit Wassermolekülen verursacht . Jede Zelle besteht, genau wie der menschliche Körper, hauptsächlich aus Wasser. Durch ionisierende Strahlung können die Bindungen aufgebrochen werden, die das Wassermolekül zusammenhalten, und Radikale wie Hydroxyl-OH, Superoxidanion O  und andere entstehen. Diese Radikale können zur Zerstörung der Zelle beitragen.

Eine große Anzahl von Zellen eines bestimmten Typs wird als Gewebe bezeichnet . Bildet dieses Gewebe eine spezialisierte Funktionseinheit, spricht man von einem Organ. Die Art und Anzahl der betroffenen Zellen ist ebenfalls ein wichtiger Faktor. Einige Zellen und Organe im Körper reagieren empfindlicher auf ionisierende Strahlung als andere .

Die Empfindlichkeit verschiedener Zelltypen gegenüber ionisierender Strahlung ist sehr hoch für Gewebe, die aus Zellen bestehen, die sich schnell teilen, wie sie in Knochenmark, Magen, Darm, männlichen und weiblichen Fortpflanzungsorganen und sich entwickelnden Feten zu finden sind. Dies liegt daran, dass sich teilende Zellen korrekte DNA-Informationen benötigen, damit die Nachkommen der Zelle überleben können. Eine direkte Wechselwirkung von Strahlung mit einer aktiven Zelle könnte zum Tod oder zur Mutation der Zelle führen, während eine direkte Wechselwirkung mit der DNA einer ruhenden Zelle eine geringere Wirkung hätte.

Infolgedessen können lebende Zellen nach ihrer Reproduktionsrate klassifiziert werden, was auch ihre relative Empfindlichkeit gegenüber Strahlung anzeigt. Infolgedessen sind aktiv reproduzierende Zellen empfindlicher gegenüber ionisierender Strahlung als Zellen, aus denen Haut-, Nieren- oder Lebergewebe besteht. Die Nerven- und Muskelzellen regenerieren sich am langsamsten und sind die am wenigsten empfindlichen Zellen.

Gewebegewichtungsfaktor - ICRPDie Empfindlichkeit der verschiedenen Organe des menschlichen Körpers korreliert mit der relativen Empfindlichkeit der Zellen, aus denen sie bestehen. In der Praxis wird diese Empfindlichkeit durch den dargestellten Gewebe – Wichtungsfaktor , T , das der Faktor , mit dem die Äquivalentdosis in einem Gewebe oder Organ T gewichtete den relativen Beitrag des Gewebes oder Organs auf den Gesamtgesundheits Nachteil darstellt aus gleichmäßige Bestrahlung des Körpers (ICRP 1991b).

Wenn eine Person nur teilweise bestrahlt wird, hängt die Dosis stark vom Gewebe ab, das bestrahlt wurde. Beispielsweise entspricht eine 10-mSv-Gammadosis für den gesamten Körper und eine 50-mSv-Dosis für die Schilddrüse hinsichtlich des Risikos einer Ganzkörperdosis von 10 + 0,04 × 50 = 12 mSv.

Akute Dosis und chronische Dosis

Die biologischen Auswirkungen der Strahlung und ihre Folgen hängen stark von der Höhe der erzielten Dosisleistung ab . Die Dosisleistung ist ein Maß für die Intensität (oder Stärke) der Strahlendosis. Niedrige Dosen sind im Alltag üblich. In den folgenden Punkten gibt es einige Beispiele für Strahlenexposition, die aus verschiedenen Quellen erhalten werden können.

  • 05 µSv – Neben jemandem schlafen
  • 09 µSv – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 30 Meilen um ein Kernkraftwerk leben
  • 1 µSv – Eine Banane essen
  • 3 µSv – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 80 km um ein Kohlekraftwerk leben
  • 10 µSv – Durchschnittliche Tagesdosis aus natürlichem Hintergrund
  • 20 µSv – Röntgenaufnahme der Brust

Unter dem Gesichtspunkt der biologischen Konsequenzen ist es sehr wichtig, zwischen Dosen zu unterscheiden, die über kurze und längere Zeiträume erhalten werden . Daher werden biologische Wirkungen von Strahlung typischerweise in zwei Kategorien unterteilt.

  • Akute Dosen . Eine „ akute Dosis “ (kurzfristige Hochdosis) tritt über einen kurzen und begrenzten Zeitraum, dh innerhalb eines Tages, auf.
  • Chronische Dosen . Eine „ chronische Dosis “ (langfristige Niedrigdosis) ist eine Dosis, die über einen längeren Zeitraum, dh Wochen und Monate, anhält, damit sie besser durch eine Dosisleistung beschrieben werden kann.

Hohe Dosen neigen dazu, Zellen abzutöten, während niedrige Dosen dazu neigen, sie zu beschädigen oder zu verändern. Hohe Dosen können visuell dramatische Strahlenverbrennungen und / oder einen raschen Tod durch akutes Strahlensyndrom verursachen . Akute Dosen unter 250 mGy haben wahrscheinlich keine beobachtbaren Auswirkungen. Akute Dosen von etwa 3 bis 5 Gy haben eine 50% ige Chance, eine Person einige Wochen nach der Exposition zu töten, wenn eine Person keine medizinische Behandlung erhält.

Niedrige Dosen, die über lange Zeiträume verteilt sind, verursachen für kein Körperorgan ein unmittelbares Problem. Die Auswirkungen niedriger Strahlendosen treten auf der Ebene der Zelle auf, und die Ergebnisse werden möglicherweise über viele Jahre hinweg nicht beobachtet. Darüber hinaus zeigen einige Studien, dass die meisten menschlichen Gewebe bei längerer Exposition eine stärkere Toleranz gegenüber den Auswirkungen von Strahlung mit niedrigem LET aufweisen als bei einmaliger Exposition gegenüber einer ähnlichen Dosis.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.