Strahlenwirkung

Die direkte Wirkung einer ionisierende Strahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorption im biologisch kritischen Zielmolekül selbst erfolgt. Die Energieabsorption und die Auslösung der biologischen Wirkung passiert somit innerhalb des gleichen Moleküls, entweder direkt an den Strukturen oder durch intramolekulare Weiterleitung. Es befolgt damit das sogenannte direkte Trefferprinzip.

Bei der indirekten Wirkung entstehen durch die Strahlung diffuse Radikale, die durch Radikalkettenreaktionen zu einer sekundären Schädigung des Targets (z.B. DNA) führen. Energieabsorption und Auslösung der biologischen Wirkung erfolgen hierbei in verschiedenen Molekülen.

Wird Wasser Strahlung ausgesetzt, kommt es zu direkten und indirekten Strahlenwirkungen:

• Direkte Ionisierung
  • Durch Energieabsorption wird in Wasser die Bildung eines Elektrons induziert und damit eines H₂O+ Teilchens
  • Dieses H₂O+ -Teilchen zerfällt zu einem Proton und einem wirksamen Hydroxid-Radikal (OH*) = Kationisierung
  • Hydroxid-Radikal wirkt fort und auf das relevante Molekül

• Indirekte Ionisierung
  • Das gebildete Elektron aus der direkten Wirkungen wirkt auf ein anderes Wassermoleküle und wird aufgenommen
  • Es kommt zur Bildung eines negativ geladenen H₂O- Teilchen = Anionisierung
  • Dieses zerfällt zu einem Hydroxid-Ion und einem Wasserstoffradikal (unmittelbare Folgereaktion).

Die DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist das Erbmaterial unserer Zellen. Sie besteht aus einem Rückgrat aus Desoxyribose- und Phosphat- Molekülen, zur Mitte hin zeigen 4 verschiedene Basen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin).

Bei der Einwirkung von energetischer Strahlung werden hochselektive Radikale gebildet, welche zu chemischen Veränderungen an der DNA führen.

1. Einzelstrangbruch: Trennung der Phosphodiesterbindung zwischen Desoxyribose und Phosphat, einseitig
2. Doppelstrangbruch: Trennung der Phosphodiesterbindung zwischen Desoxyribose und Phosphat, zweiseitig
3. Basenschäden: Stickstoffhaltige Basen werden chemisch modifiziert, oxidiert, z.B. Dimerisierung von Pyrimidinbasen
4. Gehäufte Läsionen: mehrere Schäden dicht beieinander ("Bulky lesion")
5. DNA-Protein-Verbindungen: Wechselwirkung von Histonen mit DNA geht in eine kovalente Bindung über.