E6 Biologische Schäden durch Strahlung auf zellulärer Ebene

Thema

Wenn ionisierende Strahlung eine lebende Zelle durchdringt, ionisiert sie die Moleküle, auf die sie trifft, und kann die DNA direkt schädigen oder freie Radikale erzeugen, die sie kurz darauf indirekt schädigen. Der Körper verfügt über zelluläre Reparaturmechanismen, die einen Großteil dieser Schäden beheben, solange die aufgenommene Dosis unter einem bestimmten Schwellenwert bleibt. Daher verlaufen die meisten alltäglichen Schäden ohne sichtbare klinische Folgen.

Oberhalb dieses Schwellenwerts ist die Reparaturkapazität überlastet, und es treten deterministische Effekte auf: Je höher die aufgenommene Dosis, desto schwerwiegender das resultierende klinische Bild – ein Mechanismus, der im nächsten Modell dieser Reihe detailliert beschrieben wird. Unterhalb des Schwellenwerts verschwindet das Risiko jedoch nicht, sondern verändert sich: Es wird stochastisch, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, Jahre später an Krebs zu erkranken, erhöht ist, ohne dass ein klarer Schwellenwert existiert, unterhalb dessen das Risiko exakt null ist.

Die vier Strahlungsarten, die bereits im vorherigen Modell unterschieden wurden, schädigen eine Zelle nicht gleichmäßig pro absorbierter Dosis: Der lineare Energietransfer – wie viel Energie jedes Teilchen pro zurückgelegter Strecke im Gewebe abgibt – erklärt, warum Alphateilchen und Neutronen biologisch schädlicher sind als Gammastrahlung, selbst bei gleicher physikalischer Absorptionsdosis. Daher muss stets zwischen der Absorptionsdosis (der deponierten physikalischen Energie) und der biologisch äquivalenten Dosis (dem tatsächlichen Gewebeschaden) unterschieden werden.

Dieses Modell, das mit der Ionisierung eines Moleküls in einer Zelle durch Strahlung beginnt, bildet somit die Grundlage sowohl der radiologischen Medizin als auch groß angelegter, langfristiger epidemiologischer Studien: Alles Wissen über das Strahlenrisiko für den Einzelnen basiert auf dieser Kette – von der molekularen Schädigung über die Reparatur bis hin zur Schwelle, die den deterministischen vom stochastischen Effekt trennt.

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