Strahlenkrankheit – Folgen eines Strahlenunfalls

Strahlenkrankheit - Folgen eines Strahlenunfalls

Strahlenkrankheit beschreibt die schädlichen Wirkungen – akut, verzögert oder chronisch –, die durch die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung entstehen. Ein beobachtbarer Effekt durch Strahlenbelastung ist nach einer Einzeldosis von mehreren hundert Rad ziemlich sicher. In der Regel sind hohe Strahlendosen wegen ihrer unmittelbaren Auswirkungen auf den Körper (somatisch) bedenklich, während niedrige Dosen wegen möglicher späterer somatischer und langfristiger genetischer Wirkungen bedenklich sind. 

Die Auswirkungen der Strahlenexposition auf eine Person sind kumulativ.

Obwohl es derzeit keine Behandlung gibt, um Zellen zu reparieren, die bereits durch Strahlung geschädigt wurden, hat die FDA kürzlich Medikamente zugelassen, die radioaktive Elemente sehr effektiv aus dem Körper entfernen. Da der Schaden irreversibel ist, sollten Patienten, die Strahlung ausgesetzt sind und Symptome aufweisen, sofort einen Arzt aufsuchen, damit Medikamente verabreicht werden können.

Einführung

Die ersten beobachtbaren Fälle von Strahlenkrankheit traten nach den Atombombenabwürfen auf Hiroshima und Nagasaki auf. Japanische Ärzte beschrieben eine unbekannte Krankheit mit Symptomen, die „bei bestimmten Patienten plötzlich ohne offensichtliche Verletzungen auftraten“. Es ist jetzt bekannt, dass diese ersten Patienten unter Spätfolgen der Strahlenexposition litten. Strahlenkrankheit kann bei Patienten mit geringer Exposition, wie z. B. Krebsbehandlungen, zu Symptomen führen, die denen eines Grippefalls ähneln. Bei extremer Exposition durch Atomwaffen oder eine Kernschmelze eines Kraftwerks wie Tschernobyl können die Auswirkungen jedoch tödlich sein.

Gesamtdosis und Dosisleistung bestimmen die somatischen oder genetischen Wirkungen der Strahlung. Die üblicherweise zur Bestimmung der Strahlenbelastung oder -dosis verwendeten Maßeinheiten sind Röntgen, Rad und Rem. Das Röntgen (R) ist ein Maß für die Menge der x- oder gamma-ionisierenden Strahlung in der Luft. Die absorbierte Strahlungsdosis (rad) ist die Energiemenge, die in einer beliebigen Substanz durch Exposition absorbiert wird, und gilt für alle Arten von Strahlung. Das R und das Rad sind für praktische Zwecke nahezu energiegleich. Das Rem wird verwendet, um die Beobachtung zu korrigieren, dass einige Arten von Strahlung, wie z. B. Neutronen, bei einer äquivalenten Menge an absorbierter Energie eine größere biologische Wirkung hervorrufen können; somit ist rem gleich dem rad multipliziert mit einer Konstante, die als „Qualitätsfaktor“ bezeichnet wird. Für x- und Gammastrahlung ist rem gleich rad.

Anzeichen und Symptome

Die akute Strahlenkrankheit ist gekennzeichnet durch Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, Anorexie, Kopfschmerzen, Unwohlsein und schnellen Herzschlag (Tachykardie). Bei leichter ARS klingen die Beschwerden innerhalb weniger Stunden oder Tage ab. Es gibt jedoch drei verschiedene Arten von schwerem ARS, die sich durch hohe Dosen (z. B. eine Atomexplosion) bis hin zu kleinen Dosen (z. B. wiederholte Röntgenstrahlen über einen Zeitraum von Tagen oder Wochen) entwickeln können:

Die Art des schweren ARS hängt von der Dosis, der Dosisrate, dem betroffenen Körperbereich und der nach der Exposition verstrichenen Zeit ab. Das schwere ARS ist auf eine durchdringende Strahlung zurückzuführen, die den größten Teil oder den gesamten Körper in kurzer Zeit, normalerweise einige Minuten, durchdringt. Ein Patient mit jeder Art von schwerem ARS durchläuft normalerweise drei Stadien: Im Prodromalstadium sind die klassischen Symptome Übelkeit, Durchfall und Erbrechen. Diese Phase kann einige Minuten bis zu einigen Tagen andauern. Im nächsten Stadium, dem so genannten Latenzstadium, scheint sich ein Patient so weit zu verbessern, dass er für einige Stunden oder sogar einige Wochen im Allgemeinen gesund ist. Das letzte Stadium, das als offenes oder manifestes Krankheitsstadium bezeichnet wird, ist für jeden Typ spezifisch. Sie sind Herz-Kreislauf-/Zentralnervensystemkrankheit, Magen-Darm-Krankheit und hämatopoetische Krankheit.

Herz-Kreislauf-/Krankheit des zentralen Nervensystems ist die Art von ARS, die durch extrem hohe Ganzkörper-Strahlungsdosen (größer als 3000 Rad) hervorgerufen wird. Diese Art ist die schwerste und endet immer tödlich. Neben Übelkeit und Erbrechen im Prodromalstadium treten bei Patienten mit zerebralem Syndrom innerhalb weniger Stunden auch Angstzustände, Verwirrtheit und Bewusstlosigkeit auf, die Latenzzeit tritt ein. 5 oder 6 Stunden nach der ersten Strahlenexposition beginnen Zittern und Krämpfe, und schließlich sind Koma und Tod innerhalb von 3 Tagen unvermeidlich.

Magen-Darm-Krankheit ist die Art von ARS, die auftreten kann, wenn die Gesamtstrahlendosis niedriger, aber immer noch hoch ist (400 oder mehr Rad). Sie ist gekennzeichnet durch hartnäckige Übelkeit, Erbrechen, Elektrolytstörungen und Durchfall, die zu schwerer Dehydratation, verringertem Plasmavolumen, Gefäßkollaps, Infektionen und lebensbedrohlichen Komplikationen führen.

Hämatopoetische Krankheit (Knochenmarkkrankheit) ist die Art von ARS, die bei einer Exposition von 200 bis 1000 Rad auftritt. Anfänglich ist sie durch Appetitlosigkeit (Anorexie), Fieber, Unwohlsein, Übelkeit und Erbrechen gekennzeichnet, die innerhalb von 6 bis 12 Stunden nach der Exposition maximal sein können. Die Symptome klingen dann also innerhalb von 24 bis 36 Stunden nach der Exposition ab. Während der Latenzzeit für diesen Typ beginnen die Lymphknoten, die Milz und das Knochenmark zu verkümmern, was zu einer Unterproduktion aller Arten von Blutzellen führt (Panzytopenie). Im peripheren Blut beginnt sofort ein Mangel an Lymphzellen (Lymphopenie), der innerhalb von 24 bis 36 Stunden einen Höhepunkt erreicht. 

Der Mangel an Neutrophilen, einer Art weißer Blutkörperchen, entwickelt sich langsamer. Ein Mangel an Blutplättchen (Thrombozytopenie) kann innerhalb von 3 oder 4 Wochen deutlich werden. Eine erhöhte Anfälligkeit für Infektionen entsteht aufgrund einer Abnahme von Granulozyten und Lymphozyten, einer Beeinträchtigung der Antikörperproduktion und der Granulozytenmigration, einer verringerten Fähigkeit, Bakterien anzugreifen und abzutöten, einem verringerten Widerstand gegen Diffusion in subkutanes Gewebe und blutenden (hämorrhagischen) Bereichen der Haut und des Darms fördern den Eintritt und das Wachstum von Bakterien. 

Blutungen treten hauptsächlich aufgrund des Mangels an Blutplättchen auf.

Verzögerte Strahlenwirkungen können zu Zwischenwirkungen und somatischen und genetischen Spätfolgen führen. Zwischenwirkungen einer längeren oder wiederholten Exposition gegenüber niedrigen Strahlendosen aus verschiedenen Quellen können das Ausbleiben der Menstruation (Amenorrhö), verminderte Fruchtbarkeit bei beiden Geschlechtern, verminderte Libido bei Frauen, Anämie, verminderte weiße Blutkörperchen (Leukopenie), verminderte Blutplättchen hervorrufen (Thrombozytopenie), Hautrötung (Erythem) und Katarakte

Eine stärkere oder stark lokalisierte Exposition verursacht Haarausfall, Hautatrophie und -geschwüre, Hautverdickung (Keratose) und vaskuläre Veränderungen in der Haut (Teleangiektasie). 

Letztendlich kann es eine Art von Hautkrebs namens Plattenepithelkarzinom verursachen.

Veränderungen der Nierenfunktion umfassen eine Abnahme des renalen Plasmaflusses, der glomerulären Filtrationsrate (GFR) und der tubulären Funktion. Nach einer Latenzzeit von sechs Monaten bis zu einem Jahr nach extrem hohen Strahlendosen können sich Eiweiß im Urin, Niereninsuffizienz, Blutarmut und Bluthochdruck entwickeln. Wenn die kumulative Nierenexposition in weniger als 5 Wochen mehr als 2000 Rad beträgt, kann es in etwa 37 % der Fälle zu Nierenversagen mit verminderter Urinausscheidung kommen.

Große kumulierte Strahlendosen auf die Muskeln können zu einer schmerzhaften Myopathie mit Atrophie und Verkalkung führen.

Entzündungen des Herzbeutels (Perikarditis) und des Herzmuskels (Myokarditis) wurden durch ausgedehnte Bestrahlung des mittleren Bereichs zwischen den Lungen (Mediastinum) hervorgerufen.

Eine Myelopathie kann sich entwickeln, nachdem ein Segment des Rückenmarks kumulative Dosen von mehr als 4000 Rad erhalten hat. Nach einer intensiven Therapie der abdominalen Lymphknoten bei Seminomen, Lymphomen, Ovarialkarzinomen oder chronischen Ulzerationen können sich Fibrose und Perforation des Darms entwickeln.

Somatische und genetische Spätfolgen der Strahlung können die Gene in proliferierenden Körperzellen und Keimzellen verändern. Bei Körperzellen kann sich dies letztendlich als somatische Erkrankung wie Krebs (Leukämie, Schilddrüse, Haut, Knochen) oder grauer Star äußern. Eine andere Krebsart, das Osteosarkom, kann Jahre nach dem Verschlucken radioaktiver knochensuchender Nuklide wie Radiumsalze auftreten. Verletzungen exponierter Organe können gelegentlich nach ausgedehnter Strahlentherapie zur Behandlung von Krebs auftreten.

Wenn Zellen einer Strahlung ausgesetzt werden, erhöht sich die Zahl der Mutationen. Wenn Mutationen an Kinder weitergegeben werden, kann dies zu genetischen Defekten bei den Nachkommen führen.

Ursachen

Schädliche Quellen ionisierender Strahlung beschränken sich hauptsächlich auf hochenergetische Röntgenstrahlen, die für Diagnose und Therapie verwendet werden, sowie auf Radium und verwandte radioaktive Materialien. Gegenwärtige Quellen potentieller Strahlung umfassen Kernreaktoren, Zyklotrone, Linearbeschleuniger, alternierende Gradienten-Synchrotone und versiegelte Kobalt- und Cäsiumquellen für die Krebstherapie. Durch Neutronenaktivierung in Reaktoren wurden zahlreiche künstliche radioaktive Materialien für den Einsatz in Medizin und Industrie hergestellt.

Der unbeabsichtigte Austritt mittlerer bis großer Strahlungsmengen aus Reaktoren ist mehrmals vorgekommen. Die Strahlung der Atombomben, die in Hiroshima und Nagasaki abgeworfen wurden, verursachte Jahre nach der Explosion Hunderte von Fällen von Krebs, Mutationen und genetischen Defekten. Die Strahlenbelastung durch Reaktorunfälle wie beispielsweise Tschernobyl führte zu 134 Erkrankungen und 28 Todesfällen.

Sehr niedrige Strahlungsdosen wie unvermeidbare Hintergrundstrahlung (etwa 0,1 rad/Jahr) erzeugen keine messbare Wirkung. Leichte Symptome wurden bei Dosen von nur 30 rad beobachtet. Die Wahrscheinlichkeit messbarer Wirkungen steigt mit zunehmender Dosisleistung und/oder Gesamtdosis.

Auch die Körperregion, die der Strahlung ausgesetzt ist, ist ein wichtiger Faktor. Der gesamte menschliche Körper kann wahrscheinlich bis zu 200 Rad akut ohne Todesfälle absorbieren. Wenn sich die Ganzkörperdosis jedoch 450 Rad nähert, liegt die Sterblichkeitsrate bei etwa 50 %, und eine Gesamt-Ganzkörperdosis von mehr als 600 Rad, die in sehr kurzer Zeit eingenommen wird, ist mit ziemlicher Sicherheit tödlich. Im Gegensatz dazu können viele tausend Strahlen, die über einen langen Zeitraum (z. B. zur Krebsbehandlung) abgegeben werden, vom Körper toleriert werden, wenn kleine Gewebevolumina bestrahlt werden. Auch die Verteilung der Dosis im Körper ist wichtig. Beispielsweise ermöglicht der Schutz von Darm oder Knochenmark durch geeignete Abschirmung das Überleben der exponierten Person gegenüber einer ansonsten tödlichen Ganzkörperdosis.

Betroffene Bevölkerungsgruppen

Die Strahlenkrankheit kann Männer und Frauen gleichermaßen betreffen.

Diagnose

Die Diagnose wird in der Regel auf der Grundlage einer signifikanten Strahlenexposition in der Vorgeschichte gestellt. Die Zeit zwischen Exposition und Erbrechen kann ebenfalls gute Schätzungen der Expositionsniveaus bei einem Patienten liefern.

Klinische Prüfung und Aufarbeitung

Die Überwachung exponierter Patienten ist obligatorisch, wobei Geigerzähler oder ausgeklügelte Ganzkörperzähler verwendet werden. Der Urin sollte auf nicht-Gammastrahlen emittierende Radionuklide untersucht werden, wenn der Verdacht auf eine Exposition gegenüber diesen Stoffen besteht. Bei Verdacht auf Radiumaufnahme kann eine Radon-Atemanalyse durchgeführt werden.

Standardtherapien

Behandlung

Kontamination der Haut durch radioaktive Stoffe sollte sofort durch reichliches Spülen mit Wasser und speziellen Lösungen entfernt werden, die einen Wirkstoff wie EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure), einen Chelatbildner, der viele radioaktive Isotope bindet, enthalten. Kleine Stichwunden müssen kräftig gereinigt werden, um Verunreinigungen zu entfernen. Spülen und Entfernen von kontaminiertem Gewebe sind notwendig, bis die Wunde frei von Radioaktivität ist. Verschlucktes Material sollte sofort durch induziertes Erbrechen oder durch Ausspülen des Magens entfernt werden, wenn die Exposition erst kürzlich stattgefunden hat.

Wenn Radiojod inhaliert oder in großen Mengen eingenommen wird, sollte dem Patienten Kaliumjodid verabreicht werden, um die Schilddrüsenaufnahme für Tage bis Wochen zu blockieren, und die Diurese sollte gefördert werden.

Im Jahr 2015 wurde Neupogen (Filgrastim) zur Behandlung von erwachsenen und pädiatrischen Patienten zugelassen, die akut myelosuppressiven Strahlendosen ausgesetzt waren (hämatopoetisches Syndrom des akuten Strahlensyndroms oder Strahlenkrankheit). Neupogen wird von Amgen, Inc. hergestellt.

Preußischblau ist ein Pigment, das seit Jahrhunderten in der Industrie verwendet wird und auch von der FDA für die Behandlung von radioaktivem Cäsium und nicht radioaktivem Thallium zugelassen wurde. Preußischblau fängt diese Elemente im Darm ein, sodass sie als Stuhl aus dem Körper ausgeschieden werden können, anstatt absorbiert zu werden.

Ca-DTPA und Zn-DTPA sind ebenfalls von der FDA zugelassene Medikamente, die die Ausscheidung von Elementen wie Plutonium, Americium und Curium aus dem Körper beschleunigen. Ca-DTPA wird als erste Dosis verabreicht, da es wirksamer ist, aber nach den ersten 24 Stunden sind beide gleich wirksam und Zn-DTPA wird bevorzugt, da es weniger essentielle Metalle wie Zink entfernt.

Bei Erkrankungen des kardiovaskulären Systems/Zentralnervensystems ist die Behandlung symptomatisch und unterstützend. Es zielt auf die Bekämpfung von Schock und Sauerstoffmangel, die Linderung von Schmerzen und Angstzuständen und die Sedierung zur Kontrolle von Krämpfen ab.

Entwickelt sich die Magen-Darm-Erkrankung nach äußerer Ganzkörperbestrahlung, richten sich Art und Ausmaß der Therapie nach der Schwere der Symptome. Nach geringer Exposition können Antiemetika und Sedierung ausreichen. Wenn mit der oralen Fütterung begonnen werden kann, wird eine Schonkost am besten vertragen. Flüssigkeit, Elektrolyte und Plasma können in großen Mengen erforderlich sein. Menge und Art werden durch blutchemische Studien (insbesondere Elektrolyte und Proteine), Blutdruck, Puls, Urinausscheidung und Hautturgor bestimmt.

Die Behandlung der hämatopoetischen Krankheit mit ihren offensichtlichen potenziell tödlichen Infektionsfaktoren, Blutungen und Anämie ist ähnlich wie die Behandlung von Knochenmarkshypoplasie und Panzytopenie jeglicher Ursache. Antibiotika, frisches Blut und Thrombozytentransfusionen sind die wichtigsten therapeutischen Hilfsmittel. Eine Nebenwirkung von Thrombozytentransfusionen kann jedoch die Entwicklung einer Immunantwort auf zukünftige Thrombozytentransfusionen sein. Strenge keimfreie Bedingungen (Asepsis) während aller Hautpunktionsverfahren sind obligatorisch, ebenso wie eine strikte Isolierung, um den Kontakt mit krankheitsverursachenden Keimen zu verhindern.

Eine gleichzeitige Anti-Krebs-Chemotherapie oder die Anwendung anderer knochenmarkunterdrückender Medikamente sollte vermieden werden.

Strahlungsgeschwüre und Krebs erfordern eine chirurgische Entfernung und eine plastische Reparatur. Strahleninduzierte Leukämie wird wie jede ähnliche spontan auftretende Leukämie behandelt. Anämie wird durch Bluttransfusion korrigiert. Blutungen aufgrund von Thrombozytenmangel (Thrombozytopenie) können durch Thrombozytentransfusionen verringert werden.

Gegenwärtig gibt es keine wirksame Behandlung von Sterilität oder Funktionsstörungen der Eierstöcke und Hoden (mit Ausnahme von Hormonergänzungen in einigen Fällen).

Untersuchungstherapien

Knochenmarktransplantationen haben sich in einigen Fällen als hilfreich erwiesen. Wenn eine Ganzkörper-Strahlungsdosis von mehr als 200 Rad vermutet wird und wenn Granulozyten und Blutplättchen weiter abnehmen und auf weniger als 500 bzw. 20.000/mm³ fallen, sollte eine kompatible Knochenmarktransplantation durchgeführt werden. Bei Verwendung von Cyclosporin zur Verhinderung einer Abstoßung des Transplantats wird eine Knochenmarktransplantation höchstwahrscheinlich die Überlebenswahrscheinlichkeit erhöhen. 

Dreizehn Menschen in Tschernobyl, die geschätzte Ganzkörper-Strahlungsdosen zwischen 5,6 und 13,4 erhalten hatten, wurden nach dem Unfall von Tschernobyl einer Knochenmarktransplantation unterzogen. Zwei Transplantatempfänger überlebten. Andere starben an verschiedenen Ursachen, darunter Verbrennungen, Graft-versus-Host-Krankheit, Nierenversagen usw. Daher war der Erfolg der Knochenmarktransplantation bei Strahlenkrankheit nicht schlüssig.

Synonyme für Strahlenkrankheit

  • Strahlungseffekte
  • Strahlenschäden
  • Strahlungsreaktion
  • Strahlensyndrom

Unterteilungen der Strahlenkrankheit

  • Akute Strahlenkrankheit
  • verzögerte Strahlenkrankheit

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