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Entwicklung einer Radonkammer und Messung der Radonlöslichkeit in Gewebe

Maier, Andreas :
Entwicklung einer Radonkammer und Messung der Radonlöslichkeit in Gewebe.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Entwicklung einer Radonkammer und Messung der Radonlöslichkeit in Gewebe
Language: German
Abstract:

Jedes Jahr unterziehen sich tausende Patienten mit entzündlichen Erkrankungen des Bewegungsapparates einer Therapie mit Radon. Die molekularenWirkungsmechanismen und Risiken dieser Therapie sind allerdings nicht verstanden. Um die Effekte der Radonexposition in vitro und in vivo zu ntersuchen, wurde im Rahmen des GREWIS Projekts eine Radonexpositionskammer gebaut. Mit dieser Kammer ist es möglich, Proben unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen, wie sie in Radonheilstollen in Österreich oder Deutschland vorherrschen, zu exponieren. Einstellbare Parameter sind die Radonaktivitätskonzentration, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Expositionszeit, die permanent überwacht und geregelt werden. Für Zellkulturexperimenten ist es zusätzlich möglich,die CO2-Konzentration einzustellen. In der Radonkammer können Tierexperimente mit Mäusen durchgeführt werden. Um die Aufnahme des Radons in verschiedenen Geweben zu messen, wurden verschiedene Gewebearten wie Fett oder Muskel, aber auch Mäuse in der Radonkammer exponiert. Anschließend wurden die Gamma-Spektren der kurzlebigen Radonzerfallsprodukte Blei-214 und Wismut-214 in der Probe mit einem Germanium-Detektor gemessen. Die Spektren wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach dem Ende der Expositions aufgenommen. Damit war es möglich, die Radonkonzentration in der Probe zum Ende des Expositionsintervalls zu berechnen und die Diffusion des Radons aus den Proben zu untersuchen. Diese Experimente wurden für verschiedene Gewebearten und Aktivkohle durchgeführt. In der Aktivkohleprobe wird Radon über Van-der-Waals-Kräfte gebunden und der radioaktive Zerfall des Radons mit 3,8 Tagen Halbwertszeit bestimmt den zeitlichen Verlauf. In den biologischen Proben hingegen diffundiert das Radon mit effektiven Halbwertszeiten von weniger als 20 Minuten aus den Proben. Danach folgen die Zerfallskinetiken den Halbwertszeiten der Tochternuklide. Die Messungen wurden erstmals unter Bedingungen wie bei einer Heilstollentherapie und bei höheren Aktivitäten durchgeführt. In den Experimenten konnte für Fettgewebe eine erhöhte Ansammlung von Radon und seiner Zerfallsprodukte im Vergleich zu Muskelgewebe gefunden werden. Außerdem konnte auch in Sehnengewebe eine vermehrte Ansammlung des Radons beobachtet werden. Diese Ergebnisse wurden mit den wenigen bekannten Literaturquellen verglichen. Abweichungen von unseren Daten können an den unterschiedlichen Messverfahren liegen und werden in der Arbeit im Detail diskutiert. Ferner konnte anhand der Daten die lokal deponierte Dosis des Radons und seiner Zerfallsprodukte in den unterschiedlichen Geweben berechnet werden. Die Ganzkörperdosis ist deutlich kleiner als sie während einer Röntgentherapie appliziert wird. Betrachtet man jedoch die lokalen Dosen so liegen diese auf Grund des mikrodosimetrischen Profils der Alphateilchen im selben Bereich. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben somit Anhaltspunkte auf einen möglichen Wirkmechanismus der Radontherapie, ausgelöst durch eine Ungleichverteilung des Radons und lokaler Niedrigdosis-Bestrahlung.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Every year thousands of patients with inflammatory diseases of the musculoskeletal system undergo radon therapy, but the molecular mechanism and the risk of this therapy are not understood. To study the effects of radon exposure in vitro and in vivo we constructed a radon exposure chamber in the framework of the GREWIS project. With this device we are able to expose samples under controlled and reproducible conditions including the radon galleries in Austria and Germany. Adjustable parameters are radon activity-concentration, temperature, humidity and exposure time. These parameters are permanently monitored and controlled. During experiments with cell cultures it is also possible to adjust the CO2-concentration. In addition, experiments with mice can be performed with this setup. To measure the radon kinetics in different types of tissue we exposed tissue samples like fat or muscle and mice in the radonchamber. Afterwards we measured the -spectra of the short living radon decay products lead-214 and bismuth-214 in the exposed samples with a HPGe-Detector. We recorded the spectra at different time points after exposure and calculated the initial amount of radon at the end of the exposure period in the sample and investigated the diffusion of the radon out of it. We compared the results from different types of tissue but also activated coal. In an activated coal sample the radon is bound to it via Van-der-Waals-force and the decay spectra are governed by the life time of the bound radon (3,8 days). In contrast in the biological samples the primary radon diffuses out of the samples in less than 20 minutes and the spectra follow the kinetics of the decay of the daughter products. These measurements where performed for the first time under therapy conditions like in radon galleries and also with higher radon concentration. In our experiments we could see an enhanced accumulation of radon and its decay products in fatty tissue compared to muscle tissue. Also in tendon we could measure increased radon concentrations. We compared the results with the few known data from literature. We could see minor variances to our data which will be discussed in detail and might be due to the different measurement protocolls. From our data we could calculate the local deposited dose caused by radon and its decay products in the different tissues. They are smaller than than the doses used in x-ray therapy. But the local doses caused by the microdosimetric profile of the alpha-particles are in the same range. These data give evidence about possible effect of the radon therapy caused by irregular distribution of radon and local lowdose-irradiation.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 10 Department of Biology
10 Department of Biology > Radiation Biology and DNA Repair
Date Deposited: 02 Jul 2015 12:32
Last Modified: 02 Jul 2015 12:32
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-45930
Referees: Durante, Prof. Marco and Thiel, Prof. Gerhard
Refereed: 22 April 2015
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4593
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