Strahlenwirkung im niedrigen Dosisbereich: Was wir wissen, was wir nicht wissen

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Strahlenwirkung im niedrigen Dosisbereich Was
wir wissen, was wir nicht wissen
Wolfgang-Ulrich Müller Institut für Medizinische
Strahlenbiologie Universitätsklinikum Essen
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Strahlenrisiken
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Stochastische und deterministische Effekte
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Ausmaß des strahleninduzierten pränatalen
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.

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Strahleninduzierte Todesfälle durch solide
Tumoren und Leukämien in Hiroshima und Nagasaki
(1950-2000)
Durchschnittliche Dosis ca. 200 mSv
(Quelle Preston et al., Rad.Res. 162 (2004) 377)
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Zunahme der Tumortodesfälle durch locker
ionisierende Strahlung
Grund DDREF 2 (Dosis-Dosisleistungs-Reduktionsf
aktor)
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Extrapolation in den niedrigen Dosisbereich
Adaptive response
Anzahl benötigter Mutationen
Apoptose
Bystander Effekt
Genetische Prädisposition
Genomische Instabilität
Immunabwehr
Reparatur
Reparatursysteme inaktiv?
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Treffer pro Zelle
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X Treffer
9
Adaptive Response
1 Gy
X
X
X
X
1 Gy
0,005 Gy
X
X
10
Adaptive Response (Beispiel)
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Apoptose
Apoptose Unauffälliges Sterben von Zellen auf
Grund eines zelleigenen Selbstzerstörungs-Programm
s
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Bystander-Effekt
X
X
Medium-transfer
X
X
X
X
X
X
X
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Bystander-Effekt Transformation und Apoptose
Transformation
Apoptose (in den vom Bystander- Effekt
betroffenen Zellen)
Tumorrisiko
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Bystander-Effekt und Adaptive Response
Zhou, Randers-Pehrson, Hall, Hei 2001
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Genetische Prädisposition
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Genomische Instabilität
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Rolle der Immunabwehr!?
spontan
nach Strahlung (ohne gesteigerten Einfluss der
Immunabwehr)
nach Strahlung (mit gesteigertem Einfluss der
Immunabwehr)
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Bedeutung der DNA-Reparatur

• Allein durch die Hintergrund-strahlenexposition
  wird pro Jahr im Mittel ein Schaden an der DNA in
  jeder Zelle unseres Körpers hervorgerufen!

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Röntgenstrahlen schädigen Erbgut mehr als gedacht
Meldung vom 1. April 2003

• 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".

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Nachweis von DNA-Doppelstrang-brüchen über
Histonphosphorylierung
Histon-Phosphorylierung
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?-H2AX-Foci
(Foto Dr. Andrea Kinner)
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DSB-Reparatur nach niedrigen Strahlendosen
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CT und ?-H2AX
Dosis ca. 20 mSv
(Quelle Löbrich et al. PNAS 102 (2005)
8984-8989)
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Warum es manchmal sinnvoll sein kann, nicht zu
reparieren!
Fehlerhafte Reparatur
Tumor
Apoptose
Zellneubildung
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Eine eindringliche Warnung

• Man hüte sich davor, einen Mechanismus isoliert
  zu betrachten und daraus Strahlenrisiken
  abzuleiten!

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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.

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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?

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Was wir vor allem nicht wissen

• Wir wissen nicht, wer einen Tumor nach
  Strahlenexposition entwickeln wird!