Radiobiological fundamentals in radioepidemiology and radiation protection

Summary

Radiation is a convenient tool to study fundamental processes of life. Biological effects of irradiation may result from indirect actions which are mediated by free radicals (e.g. OH-radicals) or from direct actions which involve ionizations in the DNA and other biomolecules. Damage to the DNA is the principal, but not exclusive target for cell death, loss of reproductive integrity, mutation, cancer, developmental anomalies and other radiobiological effects. Repair of damaged DNA and cellular recovery processes play an essential role in affecting the survival of cells. Dose, dose rate, radiation quality, biological and chemical modifiers also have a pronounced effect upon the extent of radiation responses. The biological effects of ionizing radiation are somatic or hereditary and can further be classified into stochastic and deterministic effects. For radiation epidemiology and protection the stochastic action is more relevant because the probability of an effect is a function of dose, without a threshold. Induction of cancer, hereditary diseases and probably also mental retardation are regarded as stochastic effects.

Résumé

Les rayonnements ionisants représentent un instrument très efficace pour l'examen des phénomènes fondamentaux de la vie. Les effets biologiques d'une irradiation sont le résultat de mécanismesindirects (formation de radicaux) oudirects, comme par exemple des ionisations de l'ADN ou d'autres molécules. Les lésions dans l'ADN sont considérées comme la principale cause de mort cellulaire et de mutations, de tumeurs et de troubles du développement. Il est important de savoir qu'il existe des mécanismes de réparation cellulaire, capables de restaurer la structure normale de l'ADN, des membranes, et des autres structures cellulaires. Les facteurs déterminants des effets biologiques induits par l'irradiation sont la dose, le débit de dose, la qualité du rayonnement et les substances chimiques. On distingue deux groupes d'effets selon la relation dose-effet, stochastiques et non-stochastiques. Concernant la radio-épidémiologie et la protection contre les irradiations, ce sont les effets stochastiques qui jouent le rôle principal: Ils apparaissent en fonction de la dose et sans valeur seuil. Cela est le cas pour l'induction de tumeurs, de troubles génétiques et des troubles mentaux chez les enfants irradiés in utero.

Zusammenfassung

Ionisierende Strahlen sind ein geeignetes Werkzeug, um grundlegende Lebensprozesse zu studieren. Biologische Strahlenwirkungen können auf indirektem Weg (via Radikalbildung) oder direkt, durch lonisationen in der DNS oder anderen Biomolekülen, erzeugt werden. Veränderungen in der DNS werden als Hauptursache bei der Auslösung von Zelltod, Mutationen, Krebs, Entwicklungsstörungen und anderen Effekten betrachtet. Durch Reparaturprozesse können strahlenbedingte Änderungen der DNS, der Membranen und anderen Zellkomponenten auch wieder rückgängig gemacht werden. Dosis, Dosisrate, Strahlenqualität und chemische Substanzen haben einen bedeutenden Einfluss auf die Strahlenwirkung. Je nach dem Verlauf der Dosis-Effekt-Kurve können stochastische oder nicht stochastische (deterministische) Wirkungen unterschieden werden. In bezug auf Strahlenepidemiologie und-schutz stehen stochastische Effekte im Vordergrund, da sie als Funktion der Dosis auftreten, ohne dass eine Schwellendosis angenommen wird. Zu diesen Wirkungen werden die Krebsinduktion, genetisch bedingte Leiden und oft auch geistige Zurückgebliebenheit bei Kindern nach intrauteriner Bestrahlung gezählt.