Radioaktivität in der Medizin

Inhalt:

Einleitung

Röntgenstrahlung

Das Röntgendiagnosegerät

Die Strahlentherapie

1. Einleitung:

Jeder Mensch, der schon einmal geröntgt wurde, mußte sich radioaktiver Strahlung aussetzen. Auch hier findet man viele Punkte bestätigt, mit denen man sich beim Thema Atomphysik beschäftigt hat. Zum Schutz anderer Organe werden nicht zu durchleuchtende Körperteile mit Bleiwesten abgehangen. Auch verlassen Angestellte den Raum, wenn "die Bilder geschossen werden".

Das Prinzip ist theoretisch einfach: Körperteile mit hoher Dichte lassen weniger Strahlung durch als Weichteile, Knochen erscheinen auf dem Film anschließend hell. Dort wo der Knochen gebrochen ist können Strahlen durchdringen und belichten das Fotopapier. Nun hat man den Bruch auf dem Bild

Auch bei Durchblutungsstörungen kommt Strahlung zum Einsatz: Man injiziert dem Patienten eine radioaktive Lösung die dann den Laufweg des Blutes auf  einem Meßgerät sichtbar macht. Jetzt kann man erkennen, wo in der Arterie (z.B. Herzmuskel / Kranzgefäße) eine Verkalkung vorliegt.

Auch bei Schilddrüsenerkrankungen kommt Radioaktivität vor. Zerstörtes Gewebe der Schilddrüse speichert kein Jod mehr (das für diesen diagnostischen Zweck strahlt), auf dem Meßgerät kann man den Umfang eines Geschwulstes sofort deutlich erkennen.

In der Krebstherapie wird neben der häufiger angewandten Chemotherapie auch Strahlentherapie verwendet, um die zerstörten Zellinformationen einer Krebszelle ganz zu vernichten und die Zelle abzutöten. Ein weiteres Teilen dieser bösartigen Geschwulst kann bei richtiger Anwendung fast ausgeschlossen werden.

2. Röntgenstrahlung:

Röntgenstrahlung ist eine kurzweilige, energiereiche elektromagnetische Strahlung, die Materie durchdringen kann. Die Wellenlänge von Röntgenstrahlen ist kürzer als die von sichtbarem Licht: Der Bereich reicht zwischen 100 Nanometer (1 Nanometer = 1 milliarstel Meter) bis zu 0,01 Pikometer (1 Pikometer = 1 billionstel Meter). 1895 entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen zufällig diese Strahlung bei Experimenten mit Gasentladungsröhren. (Er untersuchte dabei Kathodenstrahlen). Er gab dieser unsichtbaren und bis dahin unentdeckte Strahlung den Namen "X-Strahlung". Röntgen beschrieb die Eigenschaften der später nach ihm benannten Strahlung sehr genau und erhielt 1901 für seine Arbeit den ersten Nobelpreis für Physik.

Im oberen Bereich grenzt Röntgenstrahlung an die kurzwellige ultraviolette Strahlung und im unterem  Bereich an die Gammastrahlung an.

Je kürzer die Wellenlänge einer elektromagnetischer Strahlung ist, desto größer sind Energie und Durchdringungskraft. Im Falle der Röntgenstrahlung spricht man daher bei größeren Wellenlängen nahe des ultravioletten Strahlungsbandes des Spektrums von weichen, entsprechend bei kürzeren Wellenlängen am unteren Rand des Spektrums der Gammastrahlen von harten Röntgenstrahlen. Insgesamt teilt man die Röntgenstrahlen in sechs große Bereiche ein -Röntgen- UV, überweiche, weiche, mittelharte, harte und überharte Röntgenstrahlen. Ein Gemisch von Röntgenstrahlen 

mit vielen verschieden Wellenlängen bezeichnet man als weiße Röntgenstrahlen; dagegen enthält z.B. monochronomatische Röntgenstrahlung nur eine einzige Wellenlänge. Monochromatische Strahlung lässt sich aus weißem Röntgenlicht gewinnen, das dazu durch einen speziellen Filter geleitet wird. Röntgenstrahlung wird durch Elektronenübergänge zwischen den Elektronenschalen eines Atoms erzeugt. Röntgenstrahlung entsteht, wenn sich Elektronen mit sehr hoher Energie auf einen Atomkern zu bewegen und ein Kern nahes Elektron anregen. Beim eindringen in die Atomhülle geben die abgebremsten Elektronen einen Teil ihrer Energie in elektromagnetischer Strahlung ab (weiße Röntgenstrahlen).

Das Röntgendiagnosegerät:

In der Medizin ein Gerät, mit dessen Hilfe man innere Organe untersucht. Seine wesentlichen Bestandteile sind eine Röntgenstrahlröhre und ein Leuchtschirm. Zwischen diesen beiden wird der Körper plaziert den man untersuchen möchte. Röntgenstrahlen, die direkt auf den Schirm treffen, ergeben dort eine helle Fläche. Werden sie im Körper des Patienten teilweise absorbiert, so ergibt sich  auf dem Schirm an den betreffenden Stellen eine mehr oder weniger dunkel graue Fläche. So zeichnen sich der Herzmuskel, als hellere Grautöne ab. Will man den Darm untersuchen, dann wird dem Patienten zuvor ein Salz (meist das Sulfat des Bariums) oral verabreicht oder direkt in den Darm eingeführt. Das Element Barium absorbiert die Röntgenstrahlen relativ stark, so dass der Durchgang des Bariumsalzes durch den Verdauungskanal auf dem Schirm zu erkennen ist.

Mit Hilfe der Röntgendiagnostik kann man beispielsweise Krebserkankungen der Knochen oder des Verdauungstraktes erkennen, Geschwüre von Magen oder Darm sowie Osteoporose, eine Erkrankung, bei der Knochesubstanz abgebaut wird, kann man so ebenfalls erkennen.

Strahlentherapie:

Ist die Behandlung eines erkrankten Körperteils mit ionisierender Strahlung um beispielsweise eine Krebserkrankung zu vernichten. Das Ziel dieser Behandlung ist es den Tumor möglichst stark zu schädigen und das gesunde Gewebe dabei zu schonen. Das erreicht man allerdings nur wenn man die Strahlen optimal auf das erkrankte Gewebe ausrichtet. Bei der Behandlung wird zunächst die Lage des Tumors bestimmt und dann wird eine regelmäßige Strahlendosis verordnet. Diese kann mehrmals täglich verabreicht werden oder auch in anderen regelmäßigen abstände z.B. 2 mal in der Woche, je nach Größe des Tumors. Die Dosis der Strahlen wird in Gray (Gy) gemessen (Strahlungsmenge = Köpermasse von einem Kilogramm die Energie von einem Joule erzeugt).

Ioniesirende Strahlen verursachen Zellschäden indem sie auf die im Zellkern befindliche DAN (Desoxyribonucleinsäure, die Erbsubstanz der Zellen) einwirken und eine normale Zellteilung verhindern oder die Erbsubstanz durch Mutation direkt verändern, so dass es zu Störungen der Zellfunktion kommt. Dadurch werden die Krebszellen abgetötet. Wie auch die zytotoxischen (zellschädigende) Mittel, die in der Chemotherapie angewandt werden, wirkt diese Art der Krebsbehandlung nur begrenzt selektiv, d.h. auch normale (nicht bösartige) Zellen werden geschädigt. Aus diesem Grund muss bei der Strahlentherapie die Lage des Tumors sehr genau festgestellt und berücksichtigt werden, um die Strahlenbelastung des gesunden Gewebes so gering wie möglich zu halten. Gleichzeitig muss man sicherstellen, dass die krebsartigen Wucherungen genau getroffen werden. Es ist äußerst wichtig, dass der Patient bei der Bestrahlung genau positioniert wird und diese Lage bei jeder Behandlung exakt wieder eingenommen werden kann.

Der Patient wird meist suspiniert, d.h. in der Rückenlage behandelt. Ein gerichteter, gebündelter Strahl wird dann durch den zu behandelnden Körperteil geschickt. Man zeichnet die genaue anatomische Lage zunächst auf der Haut mit speziellen Markierstiften auf. Immer häufiger wird die sogenannte Computertomographie (CT) für die Planung der Strahlentherapie genutzt (eine bestimmte Art des Röntgen). Mit Hilfe dieses Verfahrens lässt sich die genaue Lage der äußeren Tumorränder bestimmen. Die Ausrichtung der Strahlen wird in der Regel mit einem sogenannten Simulator durchgeführt, mit dem isozentrische Drehbewegungen (Drehung über Achsen mit den gleichen Radien) möglich sind. Durch die genaue Einhaltung des Achsenabstandes am Behandlungsgerät stellt der Simulator sicher, dass die geringst mögliche Photonenzahl (Strahlenmenge) auf das gesunde Gewebe und gleichzeitig eine homogene (einheitlich hohe) Strahlendosis auf den Tumor trifft.

Die meisten Bestrahlungen werden mit der Telecurie- oder Telegammatherapie verabreicht. Dabei wird ein Photonenstrahl von außen auf den Tumor im Körperinneren gerichtet (externe Strahlentherapie). Eine andre Möglichkeit ist die Tiefentherapie, bei der die Strahlenquelle in eine befalle Körperhöhle oder direkt in den Tumor gesetzt wird. Die Telecurietherapie wird in verschieden Energiebereichen angewendet. Man unterscheidet Oberflächen-, Orthovolt- und Megavolttherapie. Bei der Oberflächenthrapie werden weiche Strahlen auf die oberste Hautschicht und die Lippen gesetzt. Die mittelharten Strahlen der Orthovolt- und Megavolttherapie werden meist benutzt um die Tochtergeschwülste eines Haupttumors zu vernichten. Die Megavolttherapie kann hierbei sogar bei tiefer liegenden Geschwülsten angewandt werden.

Bei der Tiefentherapie werden versiegelte radioaktive Strahlenquellen, beispielsweise Cäsium 137, in eine Köperhöhle oder einen Tumor selbst eingebracht und dort einige Tage belassen. Diese Methode kommt insbesondere bei der Bekämpfung von Cervixtumoren (Krebserkrankungen des Gebärmutterhlases /mund) vor. Der Vorteil ist die hoch dosierte Radioaktivität, die damit örtlich begrenzt auf den Tumor einwirkt. Er lässt sich jedoch nur anwenden, wenn der Tumor leicht zugänglich ist und sich seine Größe genau bestimmen lässt.

Ein Risiko der Strahlentherapie ist, das sie nicht nur bekämpfen kann sondern auch Krebs verursachen kann. Besonders Kinder sind dabei sehr anfällig, man stellte fest, dass Kinder die frühzeitig einer hohen Strahlendosis ausgesetzt waren bösartige Schilddrüsentumore hatten. Viele Leukämieerkrankungen lassen sich auf eine erhöhte Strahlendosis in der Kindheit zurückführen. Die Nebenwirkungen einer Strahlentherapie sind meisten Appetitmangel, Übelkeit und Erbrechen, das Auftreten dieser Körperreaktionen bezeichnet man als Strahlenkater. Häufig kommt es allerdings auch zu Hautstörungen wie Rötung, Abschuppung und Juckreiz. Viele Patienten klagten nach einer Strahlentherapie allerdings auch über eine Entzündung des Magen-Darm-Traktes. Zusätzlich kann es zu Funktionsstörungen des Knochenmarks führen. Häufig entwickeln strahlenbehandelte Patienten daher auch Infektionen wie Tuberkulose, Pilizinfektionen oder verschiedene parasitäre (durch Parasiten hervorgerufene) Erkranken, deren Erreger bei gesunden Menschen eher selten Probleme verursachen.