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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Allgemeine Strahlenbiologie und Strahlenpathologie

1. Zelluläre Strahlenbiologie und Strahlenpathologie (Ganz- und Teilkörperbestrahlung)

Zusammenfassung
Wenige Jahre nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen und der natürlichen Radioaktivität sind einige grundlegende Phänomene der biologischen Strahlenwirkung beschrieben worden, die noch heute festen Bestand haben. So ist die hohe Strahlenempfindlichkeit der Lymphozyten beobachtet (Heineke 1904), die Hemmung der Zellteilung gefunden worden. Bergonié und Tribondeau (1906) stellten die Regel auf, daß die Strahlenempfindlichkeit von Zellen mit steigender Proliferation zunimmt und mit steigender Differenzierung abnimmt. Zellbiologische Problemstellungen und insbesondere die Zellabtötung sowie die ihr zugrundeliegenden Mechanismen haben seither im Vordergrund strahlenbiologischer Forschung gestanden. Dennoch muß man feststellen, daß diese Mechanismen heute noch nicht klar, vor allem hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge, erkannt sind.
C. Streffer, D. van Beuningen

2. Biologische Wirkung dicht ionisierender Teilchenstrahlen

Zusammenfassung
Werden biologische Objekte mit Strahlen unterschiedlicher Art (Photonen oder Teilchen unterschiedlicher Ladung) oder verschiedener Energie bestrahlt, so kann die Wirkung bei gleicher absorbierter Dosis unterschiedlich stark ausgeprägt sein, d.h. um gleiche Wirkung zu erzielen, sind unterschiedlich hohe Strahlendosen erforderlich. Aufgrund der großen Fortschritte auf dem Gebiet der Beschleuniger-Technologie steht heutzutage dem strahlenbiologischen Experimentator eine breite Palette verschiedenster Strahlenarten zur Verfügung, die Röntgenstrahlen mit Energien von 1,5 keV bis zu mehreren GeV, Neutronen sowie geladene Teilchen von Elektronen bis zu beschleunigten Uran-Kernen umfaßt. Entsprechend breit ist auch das Spektrum der strahlenbiologischen Befunde, die bisher nach Einwirkung verschiedener Strahlenarten an einer Vielzahl biologischer Objekte erhoben wurden. Deshalb erschien es angebracht, den strahlenbiologischen Besonderheiten dicht ionisierender Strahlen im Rahmen dieses Handbuches ein separates Kapitel zu widmen. Da der Umfang dieses Beitrags vorgegeben war, wurde bewußt darauf verzichtet, die gesamte Strahlenbiologie für dicht ionisierende Strahlen in komprimierter Form abzuhandeln. Denn bei der Menge der vorliegenden experimentellen Daten wäre daraus im wesentlichen eine Aufzählung diverser Befunde geworden, was die Lesbarkeit stark eingeschränkt hätte.
H. Jung

Strahlenempfindlichkeit von Organen und Geweben

1. Strahlenwirkungen auf die Abdominalorgane

Zusammenfassung
Die Abdominalorgane sind relativ strahlenempfindlich und haben deshalb seit jeher der Strahlentherapie der Tumoren des Abdominalraums (mit Ausnahme der Tumoren des kleinen Beckens) enge Grenzen gesetzt. Wenn auch die pathogenetischen Mechanismen aller akuten Strahlenfolgen der verschiedenen Organe wie auch aller chronischen Strahlenfolgen jeweils gleich sind [im übrigen ja die gleichen wie an der Haut, wo sie im Detail beschrieben werden (s.S. 176ff.)], sind die klinischen und pathomorphologischen Folgezustände entsprechend der unterschiedlichen Struktur und Funktion der verschiedenen Organe doch so unterschiedlich, daß eine separate Darstellung der Strahlenfolgen von Magen, Darm und Leber angezeigt ist. Angesichts der zum Teil kaum mehr zu übersehenden Fülle von klinischen und experimentellen Arbeiten (insbesondere über die Strahlenreaktion des Darms) kann nur eine thematisch eng begrenzte Auswahl zur Darstellung der heute für klinisch relevant erachteten Probleme herangezogen werden.
K.-R. Trott

2. Harntrakt

Zusammenfassung
Fast gleichzeitig mit der ersten Anwendung der Röntgenstrahlen beginnt die Diskussion über die durch sie ausgelösten Nebenwirkungen, Folgen und Schäden. In zahlreichen Publikationen in den ersten Jahren nach der Jahrhundertwende entwickelte sich die Streitfrage um die Strahlenempfindlichkeit der Nieren. Während einerseits wie beispielsweise von Buscnke und Schmidt (1905) eine relative Strahlenresistenz festgestellt wurde, erbrachten zum Beispiel Schulz und Hoffmann (1905) den experimentellen Nachweis einer relativ hohen Strahlensensibilität der Nieren, nachdem Baermann und Linser (1904) in einer Arbeit über die lokale und allgemeine Wirkung von Röntgenstrahlen auch die Niere in ihre Betrachtungen einbezogen.
P. Wöllgens

3. Somatische Strahlenreaktionen an Generationsorganen

Zusammenfassung
Wegen der enormen Wissensexplosion in den vergangenen 20 Jahren kann es nur Ziel dieses Handbuch-Kapitels sein, die bisher auf diesem Gebiet veröffentlichten Übersichten und Monographien weiterzuführen. Daher wird mit Literaturhinweisen häufig auf die folgenden 5 zusammenfassenden Veröffentlichungen verwiesen:
Ovar: Baker u. Neal (1977) =Ü1
Testes: Oakberg (1975) =Ü2
Ovar und Testes: Carlsson u. Gassner (1964) =Ü3Mandl (1964) =Ü4Oakberg u. Lorenz (1972) =Ü5.
H.-A. Ladner

4. Strahlenwirkungen auf die Haut

Zusammenfassung
Die Haut ist das bei der Strahlentherapie bösartiger Tumoren am häufigsten mitbestrahlte normale Gewebe. Zudem sind seine Reaktionen offenkundig. In früheren Zeiten haben diese häufig die an tiefgelegenen Tumoren erreichbaren Strahlendosen und damit die Therapieergebnisse begrenzt.
K.-R. Trott, J. Kummermehr

5. Lymphatisches System

Zusammenfassung
Die hohe Strahlensensibilität des lymphatischen Systems wurde schon 1903/4 von Heinecke beschrieben.
H. Renner

6. Knochenmark

Zusammenfassung
Eine umfassende Beurteilung der Strahlenempfindlichkeit des Knochenmarks und der klinischen Konsequenzen, die sich nach verschiedenen Formen einer Strahleneinwirkung aus der Störung der Blutzellbildung ergeben, muß von Kenntnissen der Struktur und Funktion dieses komplexen Organs ausgehen. Deshalb soll diesem Kapitel eine kurze Beschreibung der Biologie des Knochenmarks vorangestellt werden.
W. Nothdurft

7. Knochen

Zusammenfassung
Der Strahlenschaden des Knochens aus klinisch-radiologischer Sicht wurde durch Kolář. und Vrabec (1976) in diesem Handbuch ausführlich dargestellt. Dort ist auch die ältere Literatur umfassend referiert. Die Festlegung, welche Befunde klinisch als Schaden zu betrachten sind, führt naturgemäß aus der Sicht der allgemeinen morphologischen Pathologie und Radiologie zu einem uneinheitlichen Bild, denn ein im Sinne der pathologischen Morphologie schwerer Gewebsschaden muß nicht obligat schwere klinisch-funktionelle Auswirkungen haben. Da aber ein klinisch manifester Schaden zugleich von der funktionellen Belastung des Gewebes abhängt, ist die Kenntnis der patho-morphologischen Veränderungen nötig, um den Patienten vor schweren Schäden zu bewahren. Unter diesem Aspekt kann eine Beschreibung des Strahlenschadens am Knochen aus allgemein-pathologischer Sicht eine Ergänzung zu dem Beitrag von Kolář. und Vrabec (1976) darstellen. Es soll versucht werden, die Kenntnis der formalen Pathogenese und ihrer allgemeinen Gesetzmäßigkeiten in den Vordergrund zu rücken, um so Einsicht in das gewebliche Schicksal nach Eintritt des Strahleninsultes zu gewinnen.
W. Gössner, A. Luz, F. Heuck

8. Klinik der Strahlenfolgen am Hirn- und Nervengewebe

Zusammenfassung
Die Strahlentherapie der primären und sekundären Hirngeschwülste, aber auch die im Rahmen der Therapie der Leukämien eingesetzte adjuvante Schädelbestrahlung, schädigen gesundes Hirngewebe. Das Zentralnervensystem (ZNS) erweist sich als nicht so strahlenresistent, wie es noch vor 30 Jahren schien. Allerdings sind unsere Kenntnisse über die Strahlenfolgen am Hirn, am Rückenmark und am peripheren Nerven unter klinischen Bedingungen noch unvollkommen und zum Teil lückenhaft.
R. Sauer

9. Experimentelle Strahlenfolgen am Hirngewebe

Zusammenfassung
Die strahlenbiologische Reaktion des Hirngewebes wird bestimmt durch, vom Untersucher wenig beeinflußbare, biologische Vorgänge in den Zellen und in ihrer Umgebung und durch planbare physikalische Parameter der Strahlung. Während der prä- und postnatalen Phase sind die biologischen Faktoren noch schwerer überschaubar als beim erwachsenen Tier oder Menschen, weil teilungsfähige, ramifizierende und im Stoffwechsel labile Zellen strahlenbiologisch teils empfindlicher, teils resistenter reagieren. Im nachfolgenden Kapitel bleiben perinatale Veränderungen des zentralen Nervensystems deshalb unberücksichtigt.
W. Lierse

10. Strahlenbiologische Veränderungen der Lunge

Zusammenfassung
Die ersten, die das klinische Bild der Strahlenpneumonitis und der Alveolarwand-Fibrose beschrieben, waren Groover et al. (1922) und Hines (1922). Wintz (1923) lenkte die Aufmerksamkeit auf die klinische Komplikation der Pneumonitis nach Bestrahlung des Lungen- und Mammakarzinoms. Die Erkenntnis, daß die Lunge bei Strahlenbehandlung von Thorax- und Thoraxwandorganen eine dosislimitierende Struktur darstellt, führte zur Intensivierung tierexperimenteller Studien. An Kaninchen galt schon relativ früh das besondere Interesse dem zeitlichen Ablauf der pathologischen Veränderungen (Engelstad 1940). Eine wertende Übersicht und Chronologie der klinischen und experimentellen Untersuchungen findet sich bei Rubin und Casarett (1968).
M. Molls, D. van Beuningen

Strahlengefährdung durch Umwelteinflüsse

1. Natürliche Strahlenexposition

Zusammenfassung
Die Kenntnis der verschiedenen Komponenten der natürlichen Strahlenexposition des Menschen bildet eine entscheidende wissenschaftliche Grundlage zur Beurteilung der Auswirkungen einer zusätzlichen künstlichen Strahlenbelastung, der der Mensch im Rahmen der modernen technisch-wissenschaftlichen Entwicklung in steigendem Maße ausgesetzt ist. Diese Belastung aus „man made sources“ wird oft auch als „Zivilisatorische Strahlenbelastung“ bezeichnet, eine Bezeichnung, die jedoch im Hinblick auf die allgemein wohl positive Bedeutung des Wortes „Zivilisation“ zumindest als nicht sehr glücklich und zutreffend angesehen werden muß. Grundsätzlich ist wohl jede zur natürlichen Strahlenexposition hinzutretende künstliche Strahlenbelastung zunächst negativ zu bewerten und als unerwünscht anzusehen, da sie ein zusätzliches Risiko für den Menschen beinhaltet. Für sie gilt daher die Grundregel des Strahlenschutzes „Keep the dose as low as you can“.
G. Keller, H. Muth

2. Berufsrisiko beim Umgang mit radioaktiven Stoffen

Zusammenfassung
Der Entdeckung von Röntgenstrahlung und Radioaktivität in den Jahren 1895 und 1896 folgten nicht nur Forschungen über die physikalischen Phänomene, sondern auch eine rasant einsetzende Entwicklung von Anwendungsverfahren vornehmlich für den medizinischen Bereich. Schon früh wurden aber auch Erfahrungen und Erkenntnisse über gesundheitliche Risiken sowie über Notwendigkeit und Möglichkeit von Strahlenschutzmaßnahmen gewonnen. Bei den von beruflichen Strahlenexpositionen folgenschwer Betroffenen handelte es sich vorwiegend um Ärzte und Krankenschwestern, daneben aber auch um Techniker, die sich in Industrie- und Applikationslaboratorien der fortschreitenden Entwicklung von Methoden und Verfahren widmeten. Zunächst hat sich dieser Kreis von beruflich mit den Strahlungen umgehenden Personen in weitgehender Unkenntnis der damit verbundenen Gefahren meist recht unbedenklich den im Arbeitsgang anfallenden Strahlenexpositionen ausgesetzt. Erst als in zunehmendem Maße Einzelbeobachtungen von ursächlich der Bestrahlung zuzuschreibenden Schädigungen in Relation zu experimentell erhobenen strahlenbiologischen Befunden gebracht wurden, konnten Forderungen nach wirksamen Strahlenschutzmaßnahmen erhoben werden. Es erwies sich aber als ein weiter Weg, um von den ersten Erfahrungen bis zu verbindlichen Vorschriften und Verordnungen zu kommen (vgl. Beck et al. 1959; Rausch 1963). Dies war nicht nur durch die Schwierigkeiten bei der Erarbeitung der gesetzlichen Grundlagen bedingt, die schließlich mit dem Inkrafttreten der Röntgenverordnung (RöV 1973) und der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV 1976) ihren vorläufigen Abschluß fanden.
J. Meissner

3. Strahlenkatastrophen aus ärztlicher Sicht

Zusammenfassung
Die Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Friedrich Strassmann im Jahre 1938 hat nicht nur gänzlich neue Wege zur Erzeugung riesiger Mengen an Energie eröffnet, sondern auch biologische Gefahren heraufbeschworen, die zunächst niemand vorausahnte und die erst durch die Abwürfe der beiden Atombomben auf Hiroshima und Nagasaki in das Bewußtsein der Menschen gerückt wurden.
O. Messerschmidt

Chemischer Strahlenschutz bei Säugetieren und beim Menschen

IV. Chemischer Strahlenschutz bei Säugetieren und beim Menschen

Zusammenfassung
Bei Versuchen mit Enzymen in vitro (Barron et al. 1949) und Mikroorganismen (Latarjet U. Ephrati 1948) konnte nachgewiesen werden, daß bestimmte chemische Substanzen die Strahlenwirkung herabsetzen. Patt et al. verwendeten im Jahre 1949 erstmals einen Strahlenschutzstoff (Cystein) bei Ganzkörperbestrahlung von Säugetieren mit Röntgenstrahlen. Die Autoren konnten bei Ratten einen deutlichen Schutzeffekt feststellen, wenn den Tieren die Substanz kurz vor der Bestrahlung injiziert wurde (Patt et al. 1949, 1950). Gab man dagegen diesen Stoff nach der Bestrahlung, so zeigte sich keine schützende Wirkung. Dieses Verhalten kann einer Darstellung (Abb. 1) von Untersuchungsergebnissen entnommen werden, die Bacq et al. (1951) mit der Substanz Mercaptoethylamin (HS-CH2-CH2-NH2) — auch Cysteamin genannt — bei Mäusen durchgeführt haben. Wie aus Abb. 1 zu erkennen ist, ergibt sich kein Schutzeffekt, wenn die Verbindung erst nach der Bestrahlung gegeben wird. Allerdings haben Versuche an Tieren mit vermindertem Stoffwechsel gezeigt, daß eine Schutzsubstanz auch nach der Bestrahlung wirksam werden kann. So war nach einer im Winterschlaf an Siebenschläfern (Glis glis) erfolgten Ganzkörperbestrahlung eine Schädigung der Tiere 3 Wochen lang nicht feststellbar. Eine i. p. Injektion von Cystein zum Zeitpunkt des Erwachens, also 3 Wochen nach erfolgter Bestrahlung, übte einen vollen Schutzeffekt aus (Künkel u. Heckman 1958). Eine entsprechende Wirkung konnte allerdings bei winterschlafenden Erdhörnchen (Citellus tridecemlineatus) nicht beobachtet werden (Smith 1959, 1960).
H. Mönig, O. Messerschmidt, C. Streffer

Probleme kombinierter Strahlentherapie

1. Verbesserung der Effektivität der radiologischen Tumortherapie durch schwere Teilchen

Zusammenfassung
Schwere Teilchen, die experimentell oder klinisch in der Tumortherapie verwendet werden, sind Neutronen, Ionen und Pionen (π -Mesonen). Ionen und Pionen weisen gegenüber dünn ionisierenden Strahlenarten eine günstigere räumliche Dosisverteilung auf, d. h. eine bessere Dosiskonzentration im Zielvolumen und damit eine geringere Integraldosis. Diesen Vorzug bieten Neutronen nicht. Wichtiger ist aber im Vergleich zu dünn ionisierenden Strahlenarten der Unterschied im linearen Energieübertragungsvermögen (LET).
G. Schmitt

2. Die Hyperthermie

Zusammenfassung
Seit Ende des 19. Jahrhunderts ist die Hyperthermie als eine Behandlungsform bösartiger Tumoren bekannt. So beschrieben Busch 1886 und Bruns 1888 Spontanheilungen von malignen Tumoren nach langdauernden Fieberperioden infolge von Erysipelinfektionen. Seitdem wurde immer wieder versucht, die Hyperthermie in die klinische Behandlung von Malignomen einzuführen, ohne daß sie jedoch einen breiten Zugang in die Klinik gefunden hätte.
D. van Beuningen, C. Streffer

3. Verbesserung der Effektivität der radiologischen Tumortherapie durch elektronenaffine Substanzen

Zusammenfassung
Die relative Strahlenresistenz hypoxischer Zellen, die in menschlichen Tumoren vermutet werden, wird in der Radioonkologie als eine entscheidende Ursache für das Auftreten von Lokalrezidiven angesehen. Nach grundlegenden Untersuchungen von Thomlinson und Gray (1955) entstehen diese sauerstoffarmen Zellregionen als Folge ungeordneten Tumorwachstums, wenn die Vaskularisierung des Tumors mit der Zellproliferation nicht mehr Schritt halten kann.
M. Bamberg, Eberhard Scherer

4. Probleme der gleichzeitigen Tumortherapie mit Strahlen und chemischen Substanzen

Zusammenfassung
Die gleichzeitige Anwendung von ionisierenden Strahlen und chemischen Substanzen verfolgt generell drei unterschiedliche Wege:
1.
Die Strahlentherapie saniert analog der Operation lokal den Tumor und gleichzeitig wird eine (adjuvante) Chemotherapie eingesetzt, um eine nachgewiesene oder anzunehmende Fernmetastasierung zu behandeln. Eine Wirkung der zusätzlichen Chemotherapie am Primärtumor wird dabei nicht erwartet.
 
2.
Strahlentherapie und Chemotherapie werden gemeinsam in bestimmtem zeitlichem Zusammenhang eingesetzt, um am Tumor eine additive Wirkung zu erzielen unter der Vorstellung, daß diese an den umgebenden gesunden Geweben keine kumulative Wirkung hervorruft.
 
3.
Die Chemotherapie wird mit dem Ziel eingesetzt, eine Verstärkung der Strahlentherapie am Tumor im Sinne einer Sensibilisierung zu erreichen. Ist die Wirksamkeit der Kombination größer, als diejenige der Einzeleffekte, so liegt eine Potenzierung, zumindest aber ein Synergismus vor. Dabei geht man von der Vorstellung aus, daß die Interaktion am Tumor entscheidend zur Vernichtung der Zellen führt, diejenige am gesunden Gewebe jedoch toleriert wird.
 
M. Wannenmacher

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