Strahlenbiologie / Radiation Biology: Teil 3 / Part 3

ISBN-13: 9783642807114 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 396 str.

A. Zuppinger

Opis

Bei der Konzeption des Bandes Strahlenbiologie gingen die Herausgeber von der Annahme aus, daB sich der derzeitige Stand des Faches in zwei Teilbanden befriedigend darstellen lasse. Dabei war Teil 1 den primaren chemischen und biochemischen Auswir- kungen ionisierender Strahlen auf Zellen und Zellbestandteile, den genetischen Effekten und generellen Faktoren der Strahlenwirkung, wie in der relativen biologischen Wirksam- keit und dem Zeitfaktor zugedacht; Teil 2 sollte die Phanomenologie der Strahlenwirkung auf Einzeller und Vielzeller, insbesondere die Pathomorphologie und -physiologie der Saugetiere einschlieBlich des Menschen, darstellen. Spatestens nach Eingang der letzten Manuskripte zeigte sich dann, daB trotz sorg- faltiger Planung noch einige erhebliche Lucken offen geblieben waren, die einen dritten Teil notwendig machten. Das ergab sich vor allem aus der rapiden Entwicklung mancher Gebiete der Strahlenbiologie, und zwar gerade solcher, die fur die klinische Radiologie wachsende Bedeutung gewonnen haben. Einige Themen sind in der Zwischen zeit sozu- sagen handbuchwurdig geworden. Besondere Fragestellungen und Ergebnisse, die in den bisherigen Beitragen oft nur angeschnitten oder unter einem besonderen Aspekt behandelt worden waren, forderten nunmehr eine geschlossene Darstellung.

Spis treści

/ Contents.- A. Theory of dose-effect-relations.- I. Introduction.- II. The concepts of dose and effect.- III. The dose-effect relation.- 1. Low levels of dose and effect.- 2. High levels of dose and effect.- IV. Target theory analysis of dose-effect relations.- 1. Exponential dose-effect relations.- 2. Multi-hit and multi-target models.- V. General description of dose-effect relations.- 1. Random factors in the response curve.- 2. Conventional parameters of the dose-effect relation.- 3. The recommended new parameters and their connection with the conventional quantities.- VI. Theorems on dose-effect relations.- 1. Dose-effect relations and event number.- 2. Relative steepness and minimum number of events.- 3. The meaning of the slope of the dose-effect curve in the logarithmic representation.- VII. Dose-effect relations and radiation quality.- 1. Evaluation of radiation quality.- 2. Size of the sensitive regions and interaction distances between absorption events.- 3. Analysis of relative biological effectiveness.- References.- B. Strahlenwirkungen auf die Vermehrung von Säugetierzellen.- I. Einleitung.- 1. Ältere Studien an Gewebekulturen.- II. Dosiseffektkurven in vitro.- 1. Neuere Untersuchungen an Zellkulturen.- 2. Probleme der Kolonie — Testmethode.- 3. Dosiseffektkurven von Cytostatika.- III. Dosiseffektkurven in vivo.- 1. Haut.- 2. Dünndarmschleimhaut.- 3. Knorpel.- 4. Haarbalg.- 5. Knochenmark.- 6. Dosiseffektkurven maligner Zellen in vivo.- IV. Störungen der Zellvermehrung nach Bestrahlung.- 1. Die Mitoseverzögerung nach Bestrahlung.- 2. Der 2. Zellzyklus nach Bestrahlung.- 3. Die Koloniegrößenverteilung nach Bestrahlung.- 4. Die direkte Beobachtung des Proliferationsmusters bestrahlter Zellen.- V. Die Abhängigkeit der Strahlenwirkung von der Strahlenqualität.- VI. Die Abhängigkeit der Strahlenwirkung von der Dosisleistung.- 1. Sehr hohe Dosisleistung.- 2. Sehr kleine Dosisleistungen.- VII. Die Strahlenwirkung auf Säugetierzellen in vitro in verschiedenen Wachstums- und Zellzyklusphasen.- 1. Die Strahlenempfindlichkeit von Zellen in Plateau-Phase.- 2. Die Abhängigkeit der Strahlenwirkung vom Zellzyklus.- 3. Die Abhängigkeit der Zytostatikawirkung vom Zellzyklus.- 4. Synchronisation.- VIII. Erholungsprozesse nach Bestrahlung.- 1. Fraktionierungseffekt.- a) Der Fraktionierungseffekt bei locker ionisierenden Strahlen.- b) Abhängigkeit des Fraktionierungseffektes von der Strahlenart.- c) Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus des Fraktionierungseffekts.- ?) Temperaturabhängigkeit.- ?) Die Stoffwechselabhängigkeit des Fraktionierungseffektes.- d) Fraktionierungseffekt bei Cytostatika.- e) Fraktionierungseffekt und Dosisleistungseffekt.- 2. Erholung vom potentiell letalen Strahlenschaden.- IX. Die Abhängigkeit der Strahlenwirkung von der Sauerstoffkonzentration.- 1. Der Sauerstoffverstärkungsfaktor bei Bestrahlung mit locker ionisierenden Strahlen.- 2. Die Abhängigkeit des Sauerstoffverstärkungsfaktors von der Strahlenqualität.- 3. Die Form der Dosiseffektkurve bei Bestrahlung hypoxischer Zellen.- 4. Der Fraktionierungseffekt bei hypoxischen Zellen.- 5. Proliferationskinetik hypoxischer Zellen.- 6. Die Bedeutung des Sauerstoffeffektes für die Strahlentherapie.- Literatur.- C. Strahleninduzierte Chromosomenaberrationen.- I. Einführung.- II. Allgemeine Interpretation der Entstehungsweise und Struktur strahleninduzierter Chromosomenaberrationen.- 1. Hypothesen zur Aberrationsentstehung.- a) Bruch-Reunions-Hypothese (Breakage-first-Hypothese).- b) Austauschhypothese (Exchange-Hypothese).- 2. Dosis-Wirkungs-Beziehung strahleninduzierter Chromosomenaberrationen.- a) Dicht ionisierende Strahlenarten.- b) Locker ionisierende Strahlenarten.- 3. Zeit- und Raumfaktor der Aberrationsentstehung.- a) Zeitfaktor.- b) Raumfaktor.- 4. Relative biologische Wirksamkeit verschiedener Strahlenarten (RBW)).- 5. Veränderungen der Aberrationsausbeute durch den Sauerstoff (Sauerstoffeffekt).- 6. Aberrationstypen.- a) Strukturelle Chromosomenaberrationen.- ?) Chromosomenaberrationen.- ?) Chromatidaberrationen.- ?) Subchromatidaberrationen.- b) Achromatische Lücken (gaps).- c) Numerische Aberrationen.- ?) Aneuploidie.- ?) Polyploidie.- 7. Klassifikation der Aberrationen.- III. Experimentelle Befunde über strahleninduzierte Chromosomenaberrationen in menschlichen peripheren Lymphozyten.- 1. Die Lymphozytenkultur.- 2. Die Abhängigkeit der Aberrationshäufigkeit von der Kulturdauer.- 3. Strahleninduzierte Chromosomenaberrationen in vitro.- a) Untersuchungen der Dosiswirkungsbeziehung.- ?) Röntgen- und Gammastrahlen.- ?) Schnelle Neutronen.- ?) Protonen.- 4. Strahleninduzierte Chromosomenaberrationen in vivo.- a) Medizinische Strahlenanwendung.- ?) Strahlendiagnostische Maßnahmen.- ?) Strahlentherapie mit externaler Bestrahlung bzw. Radiumeinlagen.- ?1) Teilkörperbestrahlung.- ?1) Ganzkörperbestrahlung.- ?1) Extrakorporale Bestrahlung.- y) Medizinische Radioisotopenanwendung.- b) Berufliche Strahlenexposition.- c) Strahlenunfälle.- d) Kernwaffenexplosionen.- e) Erhöhte natürliche Strahlenbelastung.- IV. Die Verwendung strahleninduzierter Chromosomenaberrationen in menschlichen Lymphozyten zur biologischen Dosimetrie.- 1. Dosiswirkungsbeziehung bei in vitro-Versuchen.- 2. Der Einfluß physikalischer und biologischer Faktoren auf die Aberrationsausbeute in vivo.- Literatur.- D. Strahlenwirkung auf extrakaryotisehe Zellbestandteile.- I. Relative Empfindlichkeit des extranucleären Zellanteils.- 1. Direkter Vergleich der Strahlenempfindlichkeit von Plasma und Kern.- a) Physiologische Untersuchungen.- b) Cytologische Untersuchungen.- 2. Wechselwirkung zwischen bestrahlten und unbestrahlten Zellteilen.- a) Plasma-Plasma-Wirkung.- b) Plasma-Kern-Wirkung.- II. Das Grundplasma.- 1. Viskositätsänderung.- a) Allgemein.- b) Viskositätsänderung während der Zellteilung.- 2. Plasmakoagulation.- 3. Vakuolisation.- 4. Fettablagerung.- III. Membranstrukturen.- 1. Die äußere Plasmamembran.- a) Cytologische Beobachtungen.- b) Permeabilitätsänderungen.- 2. Das endoplasmatische Retikulum (EPR).- 3. Das Ergastoplasma.- 4. Der Golgiapparat.- 5. Unbekannte Membranstruktur.- 6. Neu auftretende Membranstrukturen.- a) Bläschenreihen.- b) Plasmakapseln.- c) Membrankomplexe.- IV. Geschlossene Zellorganellen mit lamellärem Aufbau.- 1. Mitochondrien.- a) Volumen- und Feinstrukturänderungen.- b) Mitochondrien-Zerfall.- c) Lipophanerose.- d) Mitochondrienzahländerungen.- e) Verlagerung.- 2. Plastiden.- V. Zelleinschlüsse.- 1. Cytosomen.- 2. Neuauftretende Zelleinschlüsse.- VI. Zellteilungsapparat.- 1. Centrosomen und Spindel.- VII. Erbliche Änderungen an nicht näher bestimmten cytoplasmatischen Einheiten.- Literatur.- E. Irradiation of generative organs.- I. Gametogenesis.- 1. Prenatal and neonatal.- 2. Female.- 3. Male.- II. Radiation response, males.- 1. Prenatal and neonatal stages.- 2. Adult.- 2. Spermatids and spermatozoa.- 4. Spermatocytes.- 5. Spermatogonia.- 6. Dose rate.- 7. Dose fractionation.- 8. Radiation quality.- 9. Endocrine system.- 10. Response of the human testis.- III. Radiation response of females.- 1. Prenatal and neonatal stages.- 2. Adult.- References.- F. Strahlenbedingte Entwicklungsstörungen.- I. Einführung.- 1. Intrazellulär.- 2. Zellulär.- 3. Interzellulär.- II. Strahlenbedingte Entwicklungsstörungen bei Insekten (Dipteren) als Vertretern der Wirbellosen.- 1. Abhängigkeit der Strahlenreaktion vom Entwicklungsstadium.- a) Embryonale Sterblichkeit.- b) Strahlenreaktionen der Puppe.- 2. Abhängigkeit der strahlenbedingten Entwicklungsstörungen von verschiedenen Parametern.- a) Milieufaktoren.- b) LET (linear energy transfer) Qualität der Strahlung.- 3. Strahleneffekte an Blastemen.- a) Genitalprimordien.- b) Differenzierung männlicher Keimzellen.- III. Strahlenbedingte Entwicklungsstörungen bei Wirbeltieren (Amphibien, Säugetieren und Mensch).- 1. Abhängigkeit des Strahleneffektes vom Entwicklungsstadium.- a) Periode der Blastogenese.- b) Organogenese und Gastrulation.- c) Fetalperiode.- d) Bestrahlungen neonataler Stadien.- e) Zusammenfassung.- 2. Einige strahleninduzierte Entwicklungsstörungen bei Säugetieren.- a) Zentrales Nervensystem.- ?) Makroskopisch und mikroskopisch faßbare Änderungen.- ?) Biochemische Änderungen und Funktionsstörungen.- b) Augenmißbildungen.- c) Skeletanomalien.- d) Gonaden.- e) Weitere Anomalien.- 3. Strahlenschädigung des menschlichen Embryos und Fetus.- 4. Induktion von Neoplasmen.- a) Schilddrüsenkarzinom.- b) Leukämie nach therapeutischer Bestrahlung von Kindern und Säuglingen.- c) Leukämie bei Kindern nach einer Bestrahlung in utero.- d) Zusammenfassung.- 5. Radionuklide und Entwicklungsstörungen.- 6. Abhängigkeit der embryonalen Strahlenschädigung von physikalischen (LET, Intensität, Fraktionierung) und physiologischen Parametern (Milieufaktoren).- a) Strahlenqualität und LET (linear energy transfer).- b) Abhängigkeit der Wirkung von Verdünnung und Applikation (einmalige Bestrahlung und Fraktionierung).- c) Milieufaktoren.- IV. Dosis minima.- V. Mechanismen der strahlenbedingten Entwicklungsstörungen.- 1. Einige Möglichkeiten der „primären“ Strahlenwirkung.- 2. Erholungs- und Reparationsprozesse.- 3. Strahlensensibilität und Strahlenresistenz.- Literatur.- G. The radiation syndromes.- I. Introduction.- 1. Classification.- a) The early consequences of short-term exposure.- ?) From penetrating radiation.- ?1) White body exposure.- ?1) Partial body or markedly inhomogeneous exposures.- ?) From poorly penetrating radiations.- b) Long-term exposure.- ?) Absorption of radioactive materials.- II. Historical.- III. Definitions of human exposure.- 1. Short-term exposure.- 2. Long-term exposure.- IV. Effect of physical factors on radiation response of mammals.- V. Qualitative and quantitative effects of radiation upon mammals.- 1. Dose mortality responses.- a) Influence of depth dose pattern upon dose mortality.- b) The median lethal dose for human beings.- 2. Cell renewal systems — the basis of understanding radiation effects in the mammal.- a) Erythropoiesis.- b) Granulocytopoiesis.- c) Platelets.- d) Lymphopoietic tissues.- e) Bone marrow.- 3. General cytological and histological effects of radiation on tissue.- a) Central nervous system.- ?) The symptomatology of the CNS syndrome.- ?) Histopathological changes in the central nervous system.- b) Gastrointestinal system.- c) The effect on lymph nodes, thymus and spleen.- d) Bone marrow.- e) Blood vessels and connective tissues.- 4. Blood counts.- a) Effects upon erythrocytes.- b) Granulocytes.- c) Platelets.- 5. Cytological effects of radiation on human bone marrow and peripheral blood.- VI. Physiopathological effects.- 1. The vital signs.- 2. Symptomatology.- 3. Increased susceptibility to infection.- 4. Defects in hemostasis.- VII. Radiation syndrome due to short-term exposure to penetrating radiation.- 1. The central nervous system syndrome.- 2. The gastrointestinal syndrome.- 3. Hemopoietic syndromes.- 4. Clinical evaluation of human beings exposed to radiation.- a) Survival improbable.- b) Survival possible.- c) Survival probable.- 5. Influence of inhomogeneities of dose of radiation and partial body exposure.- a) Partial body exposure.- 6. Therapy of the acute radiation syndromes.- a) Definitive therapeutic outline and guiding principles.- 7. Prophylactic therapy.- VIII. Beta exposure of the skin from fall-out.- IX. Recovery from radiation injury and influence of prior whole-body exposure on response to later exposure.- References.- H. Frequency of induction of malignancies in man by ionising radiation.- I. Introduction.- II. Problems involved in epidemiological surveys.- 1. Estimation of control rate.- 2. Latency.- 3. Dosimetry.- 4. Magnitude of dose.- III. Estimated induction of malignancies.- 1. Leukaemia.- 2. Breast.- 3. Bone.- 4. Mucous membranes.- 5. Lung.- 6. Gastro-intestinal tract.- 7. Thyroid.- 8. Other tissues.- IV. Conclusions.- References.- Namenverzeichnis — Author Index.