Strahlenschäden

Ionisierende Strahlung schädigt das Gewebe auf unterschiedliche Weise, abhängig von Strahlungsart, Dosis, Grad und Art der äußeren Einwirkung. Die Symptome können lokal (z. B. Verbrennungen) oder systemisch (z. B. akute Strahlenkrankheit) sein. Die Diagnose basiert auf der Strahlenanamnese und manchmal auf Alpha- oder Geigerzählern. Die Behandlung von Strahlenschäden besteht in Isolierung und (falls erforderlich) Dekontamination; unterstützende Maßnahmen sind jedoch in der Regel angezeigt. Bei innerer Kontamination mit bestimmten Radionukliden werden Absorptionsinhibitoren oder Chelatbildner eingesetzt. Die Prognose wird durch Messung der Lymphozytenzahl während der ersten 24–72 Stunden beurteilt.

Strahlung besteht aus hochenergetischen elektromagnetischen Wellen (Röntgenstrahlen, Gammastrahlen) oder Teilchen (Alphateilchen, Betateilchen, Neutronen), die von radioaktiven Elementen oder künstlichen Quellen (wie Röntgenröhren und Strahlentherapiegeräten) abgegeben werden.

Alphateilchen sind Heliumkerne, die von verschiedenen Radionukliden (z. B. Plutonium, Radium, Uran) emittiert werden und nicht tiefer als 0,1 mm in die Haut eindringen. Betateilchen sind hochenergetische Elektronen, die von Kernen instabiler Atome (insbesondere ¹³⁷ Cs, ¹³¹ I) emittiert werden. Diese Teilchen können tiefer in die Haut eindringen (1 – 2 cm) und das Epithel und die subepitheliale Schicht schädigen. Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen, die von Kernen einiger radioaktiver Atome emittiert und infolge von Kernreaktionen (z. B. in Reaktoren, Linearbeschleunigern) gebildet werden. Sie können tief in Gewebe eindringen (mehr als 2 cm), wo ihre Kollisionen mit stabilen Atomen zur Emission von Alpha- und Betateilchen sowie Gammastrahlung führen. Gamma- und Röntgenstrahlung sind hochenergetische elektromagnetische Strahlung (d. h. Photonen), die menschliches Gewebe viele Zentimeter tief durchdringen können.

Aufgrund dieser Eigenschaften entfalten Alpha- und Betateilchen ihre primäre schädliche Wirkung, wenn sich die radioaktiven Elemente, die sie aussenden, im Körperinneren (innere Kontamination) oder direkt auf seiner Oberfläche befinden. Gammastrahlen und Röntgenstrahlen können auch in großer Entfernung von ihrer Quelle Schäden verursachen und sind eine typische Ursache für akute Strahlensyndrome (siehe den entsprechenden Abschnitt).

Maßeinheiten. Man unterscheidet folgende Maßeinheiten: Röntgen, Gray und Sievert. Röntgen (R) bezeichnet die Intensität der Röntgen- bzw. Gammastrahlung in der Luft. Gray (Gy) bezeichnet die vom Gewebe absorbierte Energiemenge. Da der biologische Schaden pro Gray je nach Strahlungsart variiert (er ist bei Neutronen und Alphateilchen höher), muss die Dosis in Gray mit einem Qualitätsfaktor multipliziert werden, der ebenfalls als Sievert (Sv) bezeichnet wird. Gray und Sievert haben in der modernen Nomenklatur die Einheiten „Rad“ und „Rem“ (1 Gy = 100 Rad; 1 Sv = 100 Rem) ersetzt und sind bei der Beschreibung von Gamma- bzw. Betastrahlung praktisch gleichwertig.

Strahlenbelastung. Es gibt zwei Hauptarten der Strahlenbelastung: Kontamination und Bestrahlung. In vielen Fällen hat Strahlung beide Auswirkungen.

• Kontamination bezeichnet das Eindringen und Verbleiben radioaktiver Stoffe im Körper, meist in Form von Staub oder Flüssigkeit. Äußere Kontamination befindet sich auf der Haut oder Kleidung, von wo sie abfallen oder einfach abgerieben werden kann und so andere Menschen und umliegende Gegenstände kontaminiert. Radioaktive Stoffe können auch über die Lunge, den Magen-Darm-Trakt oder die Haut aufgenommen werden (innere Kontamination). Absorbiertes Material wird an verschiedene Stellen im Körper transportiert (z. B. ins Knochenmark), wo es weiterhin Strahlung abgibt, bis es entfernt wird oder zerfällt. Innere Kontamination ist schwieriger zu entfernen.
• Bestrahlung ist die Wirkung durchdringender Strahlung, jedoch nicht radioaktiver Substanzen (d. h. es liegt keine Kontamination vor). Dieser Effekt wird in der Regel durch Gamma- und Röntgenstrahlung verursacht. Die Bestrahlung kann den gesamten Körper mit der Bildung systemischer Symptome und Strahlensyndrome (siehe entsprechenden Abschnitt) oder einen kleinen Teil davon (z. B. während der Strahlentherapie) mit lokalen Manifestationen bedecken.

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Pathophysiologie der Strahlenverletzung

Ionisierende Strahlung schädigt mRNA, DNA und Proteine direkt oder durch die Bildung hochreaktiver freier Radikale. Hohe Dosen ionisierender Strahlung führen zum Zelltod, während niedrigere Dosen die Zellproliferation beeinträchtigen. Schäden an anderen Zellbestandteilen führen zu fortschreitender Hypoplasie, Atrophie und schließlich Fibrose. Genetische Schäden können eine maligne Transformation oder erbliche genetische Defekte auslösen.

Gewebe, das sich normalerweise schnell und kontinuierlich erneuert, ist besonders anfällig für ionisierende Strahlung. Lymphatische Zellen reagieren am empfindlichsten auf Strahlung, gefolgt von Keimzellen, sich teilenden Zellen des Knochenmarks, Darmepithelzellen, Epidermis, Hepatozyten, Epithel der Lungenbläschen und Gallengänge, Nierenepithelzellen, Endothelzellen (Pleura und Peritoneum), Nervenzellen, Knochenzellen, Bindegewebszellen und Muskelzellen.

Die genaue Dosis, bei der die Toxizität einsetzt, hängt von der Dynamik der Bestrahlung ab. So ist eine einzelne, rasch verabreichte Dosis von wenigen Gray schädlicher als die gleiche Dosis über Wochen oder Monate. Die Dosis-Wirkungs-Beziehung hängt auch vom bestrahlten Körperbereich ab. Der Schweregrad der Erkrankung ist unbestritten; bei Ganzkörperbestrahlungen über 4,5 Gy kommt es zu Todesfällen. Dosen von mehreren zehn Gray können jedoch gut vertragen werden, wenn die Bestrahlung über einen längeren Zeitraum verteilt und auf einen kleinen Körperbereich konzentriert wird (z. B. bei der Krebsbehandlung).

Kinder sind aufgrund der höheren Zellvermehrungsrate und der größeren Anzahl an Zellteilungen anfälliger für Strahlenschäden.

Strahlungsquellen

Der Mensch ist ständig natürlicher Strahlung (Hintergrundstrahlung) ausgesetzt. Zur Hintergrundstrahlung gehört auch die kosmische Strahlung, die größtenteils von der Atmosphäre absorbiert wird. Daher wirkt sich die Hintergrundstrahlung stärker auf Menschen aus, die im Hochgebirge leben oder im Flugzeug fliegen. Radioaktive Elemente, insbesondere Radongas, kommen in vielen Gesteinen und Mineralien vor. Diese Elemente gelangen in verschiedene Substanzen, unter anderem in Lebensmittel und Baumaterialien. Die Radonbelastung macht in der Regel zwei Drittel der Gesamtdosis natürlicher Strahlung aus.

Strahlungsquellen

Symptome einer Strahlenvergiftung

Die Erscheinungsformen hängen davon ab, ob die ionisierende Strahlung den gesamten Körper (akutes Strahlensyndrom) oder nur einen Teil des Körpers betrifft.

Nach einer Ganzkörperbestrahlung treten verschiedene Syndrome auf. Diese Syndrome verlaufen in drei Phasen:

• Prodromalphase (0 bis 2 Tage nach der Bestrahlung) mit allgemeiner Schwäche, Übelkeit und Erbrechen;
• latente asymptomatische Phase (1-20 Tage nach der Bestrahlung);
• die akute Phase der Erkrankung (2-60 Tage nach der Bestrahlung).

Symptome einer Strahlenvergiftung

Diagnose von Strahlenschäden

Nach der akuten Bestrahlung werden Laboruntersuchungen durchgeführt, darunter Blutbild, Blutchemie und Urinanalyse. Blutgruppe, Verträglichkeit und HLA-Antigene werden bei Bluttransfusionen oder, falls erforderlich, einer Stammzelltransplantation bestimmt. Lymphozytenzählungen werden 24, 48 und 72 Stunden nach der Bestrahlung durchgeführt, um die initiale Strahlendosis und die Prognose zu bestimmen. Klinische Blutuntersuchungen werden wöchentlich wiederholt. Dies ist notwendig, um die Knochenmarkaktivität zu überwachen und hängt gegebenenfalls vom klinischen Verlauf ab.

Diagnose von Strahlenschäden

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Behandlung von Strahlenschäden

Die Exposition gegenüber ionisierenden Strahlen kann mit körperlichen Verletzungen einhergehen (z. B. durch eine Explosion oder einen Sturz). Diese Verletzungen können lebensbedrohlicher sein als die Strahlenexposition und erfordern eine sofortige Behandlung. Die Behandlung schwerer Verletzungen sollte nicht bis zum Eintreffen der Strahlendiagnostik- und Strahlenschutzdienste verzögert werden. Die in der Traumaversorgung üblichen Standardvorkehrungen reichen zum Schutz der Rettungskräfte aus.

Behandlung von Strahlenschäden

Vorhersage von Strahlenschäden

Ohne medizinische Versorgung beträgt die LD50 (die Dosis, die bei 50 % der Patienten innerhalb von 60 Tagen zum Tod führt) bei Ganzkörperbestrahlung etwa 4 Gy; >6 Gy sind fast immer tödlich. Bei Dosen <6 Gy ist das Überleben umgekehrt proportional zur Gesamtdosis. Die Zeit bis zum Tod ist ebenfalls umgekehrt proportional zur Dosis (und somit zu den Symptomen). Der Tod tritt beim zerebralen Syndrom innerhalb von Stunden bis wenigen Tagen ein, beim gastrointestinalen Syndrom normalerweise innerhalb von 3–10 Tagen. Beim hämatologischen Syndrom kann der Tod innerhalb von 2–4 Wochen durch eine Sekundärinfektion oder innerhalb von 3–6 Wochen durch massive Blutungen eintreten. Patienten, die Ganzkörperbestrahlungsdosen <2 Gy erhalten haben, erholen sich normalerweise innerhalb eines Monats vollständig, obwohl Spätkomplikationen (z. B. Krebs) möglich sind.

Bei der Behandlung liegt die LD 50 bei etwa 6 Gy, in einigen Fällen überlebten Patienten nach einer Bestrahlung mit 10 Gy.

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