Table Of ContentHANDBUCH DER MEDIZINISCHEN
RADIOLOGIE
ENCYCLOPEDIA
OF MEDICAL RADIOLOGY
HERAUSGEGEBEN VON· EDITED BY
L. DIETHELM F.HEUCK
O. OLSSON F.STRNAD H. VIETEN
A. ZUPPINGER
BAND/VOLUME XX
SPRINGE R -VE RLAG
BERLIN· HEIDELBERG· NEWYORK ·TOKYO
STRAHLENGEFAHROUNG UNO
STRAHLENSCHUTZ
RADIATION EXPOSURE AND RADIATION
PROTECTION
VON· BY
M. BAMBERG· DVAN BEUNINGEN . W GaSSNER· F. HEUCK
H.JUNG· G. KELLER· J KUMMERMEHR· H.-A. LADNER ·WLIERSE
A. LUZ . J MEISSNER . 0. MESSERSCHMIDT· H. MONIG . M. MOLLS
H. MUTH . W NOTHDURFT· H. RENNER· R. SAUER· E. SCHERER
G. SCHMITT· C. STREFFER· K.-R.TROTT· M.WANNENMACHER
P.WOLLGENS
REDIGIERT VON· EDITED BY
F. HEUCK E. SCHERER
STUTTGART ESSEN
MIT 244 ABBILDUNGEN (292 EINZELDARSTELLUNGEN)
WITH 244 FIGURES (292 SEPARATE ILLUSTRATIONS)
SPRINGER-VERLAG
BERLIN· HEIDELBERG· NEW YORK· TOKYO
Professor Dr. FRIEDRICH HEUCK, Katharinenhospital
Zentrum fUr Radiologie, Radiologisches Institut
KriegsbergstraBe 60, D-7000 Stuttgart 1
Professor Dr. EBERHARD SCHERER, Universitiitsklinikum
der Gesamthochschule, Radiologisches Zentrum, Strahlenklinik und Poliklinik
HufelandstraBe 55, D-4300 Essen 1
ISBN-13 :978-3-642-82230-8 e-ISBN -13 :978-3-642-82229-2
DOl: 10.1007/978-3-642-82229-2
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Handbuch der medizinischen Radiologie: Encyclopedia of medical radiology / hrsg. v. L. DIETHELM ... -
Berlin; Heidelberg; New York; Tokyo: Springer. Teilw. mit d. Erscheinungsorten Berlin, Heidelberg, New York. NE: DIETHELM, LoTHAR [Hrsg.]; PT
Bd. 20. ~ Strahlengefahrdung und Strahlenschutz
Strahlengefiihrdung und Strahlenschutz: Von M. Bamberg ... Red. von F. Heuck ... 1985-
ISBN-13:978-3-642-82230-8 NE: Bamberg, Michael [Mitverf.]
Das Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von
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bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Die Vergiitungsanspriiche des § 54, Abs. 2 UrhG werden durch die "Verwertungsgesellschaft
Wort", Munchen, wahrgenommen.
© Springer-Verlag Berlin' Heidelberg 1985
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1985
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nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wiiren und daher
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Angaben mussen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit iiberpriift werden.
Gesamtherstellung: Universitiitsdruckerei H. Stiirtz AG, Wiirzburg
2122/3130-543210
Mitarbeiter von Band XX - Contributors to Volume XX
Dr. M. BAMBERG, Universitiitsklinikum der Gesamthochschule, Radiologische Klinik und
Poliklinik, HufelandstraBe 55, D-4300 Essen 1
Privatdozent Dr. D. VAN BEUNINGEN, Universitiitsklinikum der Gesamthochschule, Institut
fUr Medizinische Strahlenphysik und Strahlenbiologie, HufelandstraBe 55, D-4300 Essen 1
Professor Dr. W. GOSSNER, Institut fUr Allgemeine Pathologie und Pathologische Anatomie
der Technischen Universitiit, Ismaninger StraBe 22, D-SOOO Munchen SO
Professor Dr. F. HEUCK, Katharinenhospital, Zentrum fur Radiologie, Radiologisches Insti-
tut, KriegsbergstraBe 60, D-7000 Stuttgart 1
Professor Dr. H. JUNG, Universitiits-Krankenhaus Eppendorf, Institut fUr Biophysik und
Strahlenbiologie, MartinistraBe 52, D-2000 Hamburg 20
Dr. G. KELLER, Institut fUr Biophysik der Universitiit, Boris-Rajewsky-Institut, D-6650
Homburg/Saar
Dr. J. KUMMERMEHR, Abteilung fUr Strahlenbiologie der Gesellschaft fUr Strahlen- und Um-
weltforschung, D-S042 Neuherberg
Professor Dr. H.-A. LADNER, Klinikum der Universitiit, Universitiits-Frauenklinik, Strahlen-
abteilung, Hugstetter StraBe 55, D-7S00 Freiburg i. Brsg.
Professor Dr. W. LIERSE, Universitiits-Krankenhaus Eppendorf, Anatomisches Institut, Ab-
teilung fUr Neuroanatomie, MartinistraBe 52, D-2000 Hamburg 20
Privatdozent Dr. A. Luz, Gesellschaft fur Strahlen- und Umweltforschung mbH, Institut
fur Biologie, Abteilung fur Pathologie, Ingolstiidter LandstraBe 1, D-S042 Neuherberg
Professor Dr. J. MEISSNER, Muhloh 1, D-2061 Borstel
Professor Dr. O. MESSERSCHMIDT, NeuherbergstraBe 54, D-SOOO Munchen 45
Professor Dr. H. MONIG, Institut fUr Biophysik und Strahlenbiologie der Universitiit, Albert-
straBe 23, D-7S00 Freiburg i. Brsg.
VI Mitarbeiter von Band XX - Contributors to Volume XX
Privatdozent Dr. M. MOLLS, UniversiHitsklinikum der Gesamthochschule, Institut fUr Medi-
zinische Strahlenphysik und Strahlenbiologie und Strahlenklinik, Hufe1andstraBe 55,
D-4300 Essen 1
Professor Dr. H. MUTH, Institut fur Biophysik der UniversiHit, Boris-Rajewsky-Institut,
D-6650 Homburg/Saar
Professor Dr. W. NOTHDURFT, Abteilung fur Klinische Physiologie und Arbeitsmedizin der
Universitat, Oberer Ese1sberg, D-7900 Ulm
Professor Dr. H. RENNER, Radiologisches Zentrum Klinikum Nurnberg, Abteilung Strahlen-
therapie, FlurstraBe 17, D-8500 Nurnberg 90
Professor Dr. R. SAUER, Strahlentherapeutische Klinik der Universitat Erlangen-Nurnberg,
KrankenhausstraBe 12, D-8520 Erlangen
Professor Dr. E. SCHERER, Universitatsklinikum der Gesamthochschule, Radiologisches
Zentrum, Strahlenklinik und Poliklinik, Hufe1andstraBe 55, D-4300 Essen 1
Professor Dr. G. SCHMITT, Alfried Krupp Krankenhaus, Klinik fUr Nuklearmedizin und
Strahlentherapie, Alfried-Krupp-StraBe 21, D-4300 Essen 1
Professor Dr. C. STREFFER, Universitatsklinikum der Gesamthochschule, Institut fUr Medizi-
nische Strahlenphysik und Strahlenbiologie, HufelandstraBe 55, D-4300 Essen 1
Professor Dr. K.-R. TROTT, Strahlenbiologisches Institut der Universitat, SchillerstraBe 42,
D-8000 Munchen 2
Professor Dr. Dr. M. WANNENMACHER, Klinikum der Universitat, Zentrum Radiologie, Ab-
teilung Rontgen- und Strahlentherapie, Hugstetter StraBe 55, D-7800 Freiburg i. Brsg.
Dr. med. P. WOLLGENS, Stadtische Kliniken, Strahleninstitut, Radiologie II/Strahlentherapie,
GrafenstraBe 9, D-6100 Darmstadt
Vorwort
Der vorliegende Band des Handbuchs der medizinischen Radiologie zu der bisher wenig
beachteten Frage von Strahlengefahrdung und Strahlenschutz umfaBt unseren heutigen Wis-
sensstand tiber die Vedinderungen an Organen und Geweben, Funktionseinheiten und Syste-
men des Organismus, die durch Einwirkungen ionisierender Strahlen und anderer physika-
Ii scher Energien auftreten konnen. Vorangestellt werden Kenntnisse tiber die allgemeine
zelluHire Strahlenbiologie und Strahlenpathologie sowie die generellen Fragen der biolo-
gischen Wirkung dicht-ionisierender Teilchenstrahlen, urn allgemein die Strahlenwirkungen
auf den lebenden Organismus besser verstehen zu konnen. Neben den Ubersichten der Strah-
lenwirkungen auf die Abdominalorgane, den Harntrakt, die Lunge, das Hirn- und Nervenge-
webe, den Knochen und die Haut werden das lymphatische System, das Knochenmark
als blutbildendes System und die Strahlenreaktionen an den Generationsorganen in ihren
verschiedenen Reaktionsphasen bis zur Schadigung und die Gewebserholung mit reparativen
Vorgangen abgehandelt.
Ein eigener Abschnitt des Bandes befaBt sich mit der Strahlengefahrdung durch Umwelt-
einfltisse und berticksichtigt die nattirliche Strahlenexposition, behandelt das Berufsrisiko
beim Urn gang mit radioaktiven Stoffen und setzt sich mit Strahlenkatastrophen aus arztlicher
Sicht auseinander. Dabei werden nicht nur Reaktorunfalle, sondern auch Atombombenexplo-
sionen mit ihren Schaden und den Moglichkeiten ihrer Behandlung eingehend erortert. Der
Kenntnisstand tiber den chemischen Strahlenschutz bei Saugetieren und beim Menschen
wird ausfUhrlich abgehandelt und abschlieBend werden der Wirkungsmechanismus von
Strahlenschutzsubstanzen beim Menschen sowie die bisher gesammelten Erfahrungen einge-
hend besprochen.
1m letzten Abschnitt des Handbuches werden die Probleme der kombinierten Strahlenthe-
rapie erortert. Dabei werden die Verbesserungen der Effektivitat der radiologischen Tumor-
therapie durch schwere Teilchen sowie die Hyperthermie und die Bedeutung der Effektivitat
einer Tumortherapie durch elektronenaffine Substanzen erlautert. Ferner werden die gleich-
zeitige Anwendung von Strahl en und pharmakologischen Substanzen in der Tumorbehand-
lung berticksichtigt und besprochen. Damit geht dieser Band etwas tiber die primare Zielset-
zung des Themas Strahlengefahrdung und Strahlenschutz hinaus und berticksichtigt bewuBt
die Belange der praktischen Arbeit des Strahlentherapeuten und Radioonkologen in der
Geschwulstbehandlung. Dieser Handbuchband vermittelt als Sammelwerk eine Ftille von
Informationen, die nach Themen und Schwerpunkten gegliedert, dargestellt worden sind.
Er ist somit auch als Nachschlagewerk gedacht und dtirfte fUr die alltagliche Praxis der
Radioonkologie von hohem Nutzen sein.
FRIEDRICH HEUCK EBERHARD SCHERER
Preface
This volume of the Handbook of Medical Radiology is devoted to the previously little
heeded topic of radiation hazards and the protective measures which can be taken. It describes
the current state of knowledge on the changes which exposure to ionizing rays and other
forms of physical energy can induce in organs and tissues, in the functional units and
systems of the organism. Special attention is paid to general cellular radiation biology and
radiation pathology and to general questions of the biological effects of densely ionizing
particle radiation, in order to achieve a better all-round understanding of the effects of
radiation on the living organism. Aside from the overviews dealing with the effects of radia-
tion on the abdominal organs, urinary tract, lungs, cerebral and nervous tissue, bones,
and skin, the discussion continues with the lymphatic system, the bone marrow as a blood-
forming organ, and the various phases of reaction in the reproductive organs, including
damage and subsequent regeneration and repair of tissues.
A special section deals with environmental radiation hazards, including exposure to natu-
ral radiation and the dangers of working with radioactive substances, and examines radiation
catastrophes from the medical point of view. Not only reactor accidents are covered, but
also nuclear explosions, with exhaustive discussion of possible damage and treatment. The
state of knowledge on chemical protection against radiation in man and other mammals
is reviewed in detail. Finally, there is thorough treatment of the mechanism of the substances
used for protection against radiation damage in man and of experience concerning this
subject to date.
In the final section of the book the problems of combined radiotherapy are discussed.
The improvement in the efficacy of tumor radiotherapy by means of heavy particles is
elucidated, and the significance of the efficacy of tumor therapy using electron-affinitive
substances is explained. There is also discussion of the simultaneous use of radiation and
pharmaceuticals in the treatment of tumors. The scope of the book goes a little beyond
the primary theme of radiation hazards and protection in order to satisfy the practical
demands of radiotherapists and radio-oncologists. The plentiful information presented in
this volume is arranges according to general topics and specific points of interest. This
work is also conceived as a reference book, and will surely prove very useful to the radioonco-
logist in daily practice.
FRIEDRICH HEUCK EBERHARD SCHERER
Inhaltsverzeichnis - Contents
I. Allgemeine Strahlenbiologie und Strahlenpathologie
1. ZelluHire Strahlenbiologie und Strahlenpathologie (Ganz- und Teilkorperbestrahlung).
Von C. STREFFER und D. v AN BEUNINGEN ................... 1
A. Einleitung ...................... 1
B. Biochemische Effekte und DNA-Reparatur nach Bestrahlung 3
C. Zelltod nach Bestrahlung . 7
I. Interphasentod . . . . . 7
II. Reproduktiver Zelltod . . 8
III. Dosiswirkungsbeziehungen 9
D. Strahlenempfindlichkeit und Zellproliferation 13
I. Proliferierende und ruhende ZeBen 13
II. Die Strahlenempfindlichkeit in verschiedenen Phasen des Generationszyklus 14
E. Erholungsphanomene nach Bestrahlung . . . . . . . 18
I. Erholung vom subletalen Strahlenschaden 18
II. Erholung vom potentiellietalen Strahlenschaden 22
III. Slow Repair . . . . 23
IV. Repopulierung . . . 23
V. Dosisleistungseffekte 26
F. Der Sauerstoffeffekt 27
G. Aspekte zum Mechanismus der ZeBabtotung 29
H. Aspekte der Teilkorper- und Ganzkorperbestrahlung 32
Literatur 35
2. Biologische Wirkung dieht ionisierender Teilchenstrahlen. Von H. JUNG 41
A. Einlei tung .......... . 41
B. Ubertragung von Strahlungsenergie 42
I. Physik der Strahlenabsorption 42
XII Inhaltsverzeichnis - Contents
II. Der lineare Energie-Transfer (LET) 44
III. Mikrodosimetrie . . . . 46
C. Strahlenwirkung und LET 47
I. Indirekte Strahlenwirkung 47
II. Inaktivierung von Makromolekiilen, Viren und Bakterien 48
D. Die relative biologisehe Wirksamkeit (RBE) 49
I. Inaktivierung von Saugerzellen . . 50
II. Weitere zellulare Strahlenwirkungen . 53
E. Der Sauerstoff-Effekt 53
F. Die Strahlenempfindliehkeit in versehiedenen Phasen des Zellzyklus 56
G. Dosis-Fraktionierung und Reparatur von Strahlensehaden . . . . 57
H. Vergleieh der physikalisehen und strahlenbiologisehen Eigensehaften der versehie-
denen Strahlenarten 60
I. Neutronen . . 60
II. Protonen 62
III. Sehwere Ionen 63
IV. Negative Pionen 63
V. Tiefendosis-Verteilung 63
J. RBE und Qualitatsfaktor im Strahlensehutz 64
Literatur ............... . 66
II. Strahlenempfindlichkeit von Organen und Geweben
1. Strahlenwirkungen auf die Abdominalorgane. Von K.-R. TROTT 69
A. Einleitung ............. 69
B. Die Strahlenfolgen am Magen . . . . . 69
I. Klinik der Strahlenfolgen am Magen 69
II. Histopathologisehe Veranderungen des Magens naeh Bestrahlung 71
III. Die Pathogenese der akuten und ehronisehen Strahlenfolgen am Magen 72
IV. Tierexperimentelle Modelle zum Studiumder Strahlenreaktion des Magens 73
V. Der Zeitfaktor bei der Entstehung der Strahlenfolgen des Magens 74
C. Strahlenwirkung auf den Darm .......... 75
I. Klinik der Strahlenfolgen am Darm . . . . . . 75
II. Die Histopathologie der Strahlenfolgen am Darm 78
III. Pathogenese der Strahlenfolgen am Darm 80
IV. Tierexperimentelle Modelle zum Studium der Strahlenfolgen am Darm 81
V. Die Abhangigkeit akuter und ehroniseher Strahlenwirkungen des Darms von
Fraktionierung und Protrahierung .................. 82
VI. Die Strahlenwirkungen auf den Darm bei Bestrahlung mit dieht ionisierenden
Teilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
VII. Die Wirkung der Kombination von Chemotherapie und Strahlentherapie auf
den Darm . . . . . . . . . . . . 85
D. Strahlenwirkungen auf die Leber . . . . . . . . . . . 86
I. Klinik der Strahlenfolgen an der Leber ..... 86
II. Die Histopathologie der Strahlenfolgen an der Leber 90
Inhaltsverzeichnis - Contents XIII
III. Tierexperimentelle Modelle zum Studium der Strahlenschiidigung der Leber 91
IV. Offene Probleme beziiglich der Strahlenschiidigung der Leber 95
E. Die Strahlenfolgen am Pankreas 95
Literatur 96
2. Harntrakt. Von P. W OLLGENS 101
A. Strahlengefiihrdung der Niere . . . . 101
I. Die Strahlensensibilitiit der Niere 102
1. Pathologische Anatomie 102
a) Die Nephroendotheliose 102
b) Die Nephrosklerose 105
c) Die Nephroglomerulose 105
2. Formen der radiogenen Nierenschadigung 105
a) Die radiogene renale Hypertonie . . . 105
b) Die Radionephritis ........ 107
II. Die klinische Relevanz der Strahlenbelastung der Niere 108
III. Moglichkeiten zur Vermeidung radiogener Nierenschiiden 110
1. Lageiinderung der Nieren . . . . . 110
2. Bestrahlungsplanung . . . . . . . . 110
3. Strahlentherapie plus Chemotherapie 111
IV. Behandlung der radiogenen Nierenschiiden 112
B. Strahlengefiihrdung des Ureters ....... 112
I. Funktionelle und anatomische Veriinderungen 113
1. Die Friihreaktion ........ 113
2. Die Spatveriinderungen . . . . . . 113
3. Sekundiire Folgen der Ureterstenose 115
II. Die Strahlentoleranz des Ureters 115
C. Strahlengefahrdung der Harnblase und der Harnrohre 115
I. Strahlengefahrdung bei der Strahlentherapie gyniikologischer Karzinome 116
II. Strahlengefahrdung bei der Strahlentherapie von Harnblasenkarzinomen 118
1. Die praoperative Strahlentherapie 118
2. Die postoperative Strahlentherapie . . . . . . . . . . . . . 118
3. Die alleinige Strahlentherapie ............... 118
III. Strahlengefahrdung bei der Strahlentherapie des Prostatakarzinoms 118
1. Die Strahlenbelastung der Harnblase 118
2. Die Strahlenbelastung der Harnrohre . . 119
Anhang: Strahlenveranderungen der Prostata 120
Literatur 120
3. Somatische Strahlenreaktionen an Generationsorganen. Von H.-A. LADNER 123
A. Einfiihrung . . . . . . . . . . . . . 123
I. Historisches und Entwicklungslinien 124
