Medizinische Strahlenkunde: Biophysikalische Einführung für Studierende und Ärzte

1. Physikalische Grundlagen.- 1.1.Die Natur ionisierender Strahlen.- 1.1.1.Photonenstrahlung.- 1.1.2.Korpuskularstrahlen.- 1.2.Natürliche und künstliche Radioaktivität.- 1.2.1.Das Gesetz des radioaktiven Zerfalls.- 1.2.2.Die Einheit der Aktivität.- 1.2.3.Radioaktive Familien oder Reihen.- 1.3.Wechselwirkung von Strahlung und Materie.- 1.3.1.Elektronenanregung und Ionisation.- 1.3.1.1.Reichweite direkt ionisierender Teilchen.- 1.3.1.2.Streuung und Absorption von Röntgen- und ?-Strahlen.- 1.3.1.3.Absorption schneller Neutronen.- 1.3.2.Kernprozesse (außer radioaktivem Zerfall).- 1.3.2.1.Kernumwandlung und induzierte Radioaktivität.- 1.3.2.2.Kernspaltung, Kernzertrümmerung.- 1.4.Strahlenquellen.- 1.4.1.Natürliche Strahlenquellen.- 1.4.1.1.Die kosmische Strahlung.- 1.4.1.2.Die terrestrische Strahlung.- 1.4.2.Die medizinische Verwendung von Radionukliden.- 1.4.3.Anlagen zur Erzeugung ionisierender Strahlen..- 1.4.3.1.Die Röntgenröhre.- 1.4.3.2.Geräte zur Erzeugung hochenergetischer Strahlen.- 1.5.Die Strahlendosis und verwandte Begriffe.- 1.5.1.Die Energiedosis und die Einheit „Rad“.- 1.5.2.Die Ionendosis und die Einheit „Röntgen“ (R).- 1.5.3.Beziehung zwischen Ionendosis und Energiedosis.- 1.5.4.Die Dosisleistung.- 1.5.5.Mittlere Dosis und Integraldosis.- 1.5.6.Die makroskopisch-räumlichen Dosisverhältnisse bei Photonenbestrahlung.- 1.5.7.Die Dosis in der Umgebung einer y-Strahlenquelle.- 1.5.8.Die Dosis in der Umgebung einer Quelle von Teilchenstrahlung.- 1.5.9.Berechnung der Dosis bei Inkorporation radioaktiver Nuklide.- 1.5.9.1.Die Dosis bei Inkorporation von ?- und ß-Strahlern.- 1.5.9.2.Die Dosis bei Inkorporation ?-strahlender Nuklide.- 1.5.9.3.Die Dosis bei inhomogener Verteilung von Radionukliden im Körper22.- 1.5.10. Das mikrogeometrische Muster der Energiedeposition.- 1.5.10.1.Ionisationsdichte und linearer Energietransfer (LET).- 1.5.10.2.Die „spezifische Energie“; Mikrodosimetrie.- 1.6.Messungen der Radioaktivität und der Dosis.- 1.6.1.Geräte zur Messung der Radioaktivität.- 1.6.2.Dosimetrie und Dosimeter.- 1.6.2.1.Die Ionisationsmethode.- 1.6.2.2.Photographische und chemische Dosimetrie.- 1.6.2.3.Thermolumineszenzdosimetrie.- 1.6.2.4.Halbleiter-Dosimeter.- 1.6.2.5.„Biologische Dosimetrie“.- 1.7.Zur Methode der Autoradiographie.- 2.Dosiswirkungsbeziehungen.- 2.1.Verschiedene Formen von Dosiswirkungsbeziehungen.- 2.2.Grundlagen der Treffertheorie.- 2.2.1.Eintreffermechanismen.- 2.2.2.Mehrtreffer- und Mehrbereichsmechanismen.- 2.3.Allgemeine Stochastik der Strahlenwirkung.- 2.3.1.Generelle Beschreibung von Dosiswirkungskurven.- 2.3.2.Einfachste Deutung der Dosiswirkungsbeziehungen.- 2.3.3.Gebräuchliche Kenngrößen von Dosiswirkungsbeziehungen.- 2.3.4.Weitere empfohlene Kenngrößen der Dosiswirkungskurven.- 2.4.Darstellung der Dosiswirkungsbeziehung im Bereich relativ kleiner Wirkungen bzw. kleiner Dosen.- 3.Die relative biologische Wirksamkeit (RBW) von Strahlen verschiedener Art und Energie.- 3.1.Allgemeines.- 3.2.Die Abhängigkeit der RBW von der Strahlendosis.- 3.3.RBW und spezifische Energie.- 3.4.RBW in der radiologischen Praxis.- 3.5.RBW und Qualitätsfaktor im Strahlenschutz.- 4.Die Kinetik der Strahlenwirkung; Restitutionsvorgänge und Zeitfaktor.- 4.1.Die Dynamik der Strahlenwirkung.- 4.2.Der Zeitfaktor der Strahlenwirkung.- 4.2.1.Erläuterung einiger Begriffe.- 4.2.2.Biophysikalische Voraussetzungen eines Zeitfaktors.- 4.3.Reversible und irreversible Komponenten der Strahlenwirkung.- 4.4.Die gegenseitige Abhängigkeit von Zeitfaktor und RBW.- 4.5.Zusammenfassung und praktische Schlußfolgerungen.- 5.Die physikalisch-chemischen Primärwirkungen ionisierender Strahlen.- 5.1.Allgemeines.- 5.2.Strahlenchemie des Wassers.- 5.3.Die Ausbeute strahlenchemischer Reaktionen.- 5.4.Die räumliche Verteilung strahleninduzierter Radikale (in Abhängigkeit vom LET).- 5.5.Die Wechselwirkung von Radikalen und ihre zeitliche Verteilung.- 5.6.Indirekte Wirkung auf in Wasser gelöste Stoffe.- 5.7.Direkte Wirkung auf organische Moleküle.- 5.8.Unterscheidung zwischen direkter und indirekter Strahlenwirkung.- 5.9.Effekt-modifizierende Substanzen: Strahlenschutzsubstanzen, Sensibilisatoren.- 5.10.Die Messung freier Radikale.- 6.Strahlenchemie organischer Zellbestandteile.- 6.1.Aminosäuren, Peptide und Proteine.- 6.1.1.Chemisch nachweisbare Änderungen der Primärstruktur.- 6.1.2.Störungen der sekundären und höheren Strukturen organischer Moleküle.- 6.1.3.Enzyminaktivierung.- 6.1.4.Schlußfolgerungen.- 6.2.Nukleinsäuren und Nukleotide.- 6.2.1.Molekülbrüche.- 6.2.2.Veränderung der Purin- und Pyrimidinbasen.- 6.2.3.Nachweis freier Radikale bei Purin- und Pyrimidinbasen und ihren Verbindungen.- 6.2.4.Störungen der Konfiguration der DNA-Moleküle.- 6.2.5.Zusammenhang zwischen chemischen Veränderungen der DNA und biologischen Strahleneffekten.- 6.2.6.Nukleotide des Stoffwechsels.- 6.3.Fettsäuren, Fette und Lipoide.- 6.3.1.Fette und Fettsäuren.- 6.3.2.Lipoide.- 6.4.Kohlenhydrate und ihre Verbindungen.- 7.Strahleninduzierte Synthesestörungen und die Reparation molekularer Strahlenschäden.- 7.1.Störungen der DNA-Synthese.- 7.2.Störungen der Protein-Synthese.- 7.3.Die Reparation von DNA-Schäden in der Zelle.- 8.Strahlenwirkungen auf die Kinetik biochemischer Prozesse und den Betriebsstoffwechsel der Zelle.- 8.1.Veränderungen der Enzymkinetik.- 8.2.Die Glykolyse.- 8.3.Die oxidative Phosphorylierung.- 8.4.Die Zellatmung.- 9.Strahlenzytologie: Proliferationsstörungen und Zelltod.- 9.1.Der Begriff der Strahlenempfindlichkeit.- 9.2.Proliferationsstörungen.- 9.2.1.Zur Kinetik der Zellproliferation.- 9.2.1.1.Der Zellzyklus.- 9.2.1.2.Wachstumscharakteristika von Zellpopulationen.- 9.2.1.3.Methoden der Erfassung der Zellkinetik.- 9.2.2.Strahleninduzierte Hemmung der Zellvermehrung.- 9.2.3.1.Beeinflussung der mitotischen Aktivität.- 9.2.3.2.Pathologische Mitoseformen.- 9.3.Zelltod und Zellinaktivierung.- 9.3.1.Inaktivierung von Säugetierzellen in vitro.- 9.3.1.1.Methodisches.- 9.3.1.2.Dosiswirkungsbeziehung der Zellinaktivierung.- 9.3.1.3.Abhängigkeit der Wirkung von der Strahlenqualität..- 9.3.1.4.Intrazelluläre Erholungsvorgänge.- 9.3.1.5.Die Rolle der Erholung für den Zeitfaktor der zellulären Strahlenwirkung.- 9.3.1.6.Der Sauerstoffeffekt.- 9.3.1.7.Die chemische Beeinflußbarkeit der Strahlenempfindlichkeit.- 9.3.1.8.Die Abhängigkeit der Strahlenempfindlichkeit vom Zellzyklus.- 9.3.2.Die Zellinaktivierung bei Bestrahlung in vivo.- 9.3.3.Die Interpretation der zellulären Dosiswirkungskurven.- 10.Zytophysiologische Störungen.- 10.1.Störungen der Zellpermeabilität.- 10.1.1.Elektrolytverschiebungen.- 10.1.2.Bioelektrische und verwandte Phänomene.- 10.3.Funktionsstörungen peripherer Nerven.- 10.4.Motilitätsstörungen, insbesondere von Muskelzellen.- 10.5.Strahlenwirkung auf Sinnesrezeptoren.- 10.6.Durch Bestrahlung ausgelöste reflexartige Sofortreaktionen.- 10.7.Mögliche Wirkungsmechanismen und Folgen zytophysiologischer Störungen.- 11.Zytogenetische Strahlenwirkungen.- 11.1.Numerische Chromosomenaberrationen.- 11.2.Strukturelle Chromosomenaberrationen.- 11.3.Mögliche Wirkungsmechanismen.- 11.4.Die Dosiswirkungsbeziehung der Chromosomenaberrationen.- 11.5.Die Abhängigkeit von der zeitlichen Dosisverteilung.- 11.6.Die Abhängigkeit von der Strahlenqualität.- 11.7.Andere, den Effekt beeinflussende Faktoren.- 11.8.Chromosomenaberrationen menschlicher Zellen.- 11.8.1.Nach Bestrahlung von Blutproben in vitro.- 11.8.2.Chromosomenaberrationen nach Strahlenexposition des Menschen.- 11.9.Der Zeitverlauf strahleninduzierter Chromosomenaberrationen.- 11.10.Die Folgen strahleninduzierter Chromosomenaberrationen im Organismus.