Relative biologische Wirksamkeit

Die relative biologische Wirksamkeit, kurz RBW (engl.: relative biological effectiveness (RBE)), ist in der Strahlenbiologie ein Unterscheidungsfaktor für Strahlenarten hinsichtlich ihrer biologischen Effekte.

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Definition

Die relative biologische Wirksamkeit ist definiert durch das Verhältnis der Dosis einer Bezugsstrahlung zu der Dosis einer zu vergleichenden Strahlung:

D_Y ist dabei diejenige Energiedosis, die notwendig ist, um mit der Strahlenart Y unter sonst gleichen Bedingungen am gleichen biologischen Objekt die gleiche biologische Wirkung f zu erzielen, wie mit der Energiedosis D_RBW der Bezugsstrahlenart.

Die Bezugsstrahlenart ist meist 200-kV-Röntgenstrahlung oder Kobalt(⁶⁰Co)-Gammastrahlung.

Die gleiche physikalische Dosis kann bei verschiedenen Strahlenarten unterschiedliche biologische Wirksamkeit entfalten. Gründe dafür können die unterschiedliche Beschaffenheit des Gewebes, die unterschiedliche zeitliche Dosisleistung oder die unterschiedliche örtliche Dosisverteilung (Linearer Energietransfer, LET) und Ionisationsdichte der Strahlung sein. So kann z.B. Röntgenstrahlung eine geringe Dichte von Ionenpaaren erzeugen, wohingegen Protonenstrahlung mit der deponierten Dosis eine höhere Dichte der Ionisierung bewirkt. Dicht ionisierende Strahlung erzeugt mehr Ionisationen pro Volumen (Ionisationscluster) und daher ist z.B. im menschlichen Körper in den Zellen die Wahrscheinlichkeit von Doppelstrangbrüchen der DNA größer als von den weniger dramatischen Einzelstrangbrüchen.

Die relative biologische Wirksamkeitkeit ist außerdem abhängig vom betrachteten biologischen Effekt (z.B. Einzelstrangbruch, Doppelstrangbruch der DNA o.ä.). Beispiel:

• Röntgenstrahlung erzeugt etwa 1000 Einzelstrangbrüche pro Zelle und Gray, alpha-Strahlung hingegen ca. 250/Z,Gy. Also ist der RBW-Wert der alpha-Strahlung für die Erzeugung von Einzelstrangbrüchen RBW_α,ESB = 0,25.
• Röntgenstrahlung erzeugt etwa 43 Doppelstrangbrüche pro Zelle und Gray, alpha-Strahlung ungefähr 63/Z,Gy. Der RBW-Wert der alpha-Strahlung für die Erzeugung von Doppelstrangbrüchen ist RBW_α,DSB = 1,5.

Zusammenhang zur Äquivalentdosis

Zunächst wurden im Strahlenschutz für verschiedene Strahlenquellen, z.B. Röntgenstrahlen, Radium, unterschiedliche Grenzwerte empfohlen. Dieses Verfahren wurde auf Empfehlung der internationalen Strahlenschutzkommission durch die Einführung der Äquivalentdosis abgelöst. Dabei werden für alle Strahlenarten einheitliche Grenzwerte in der Einheit der Äquivalentdosis festgelegt und der unterschiedlichen Wirksamkeit verschiedener Strahlenarten (und teilweise -energien) durch Umrechnung der Energiedosis mit einem normativ festgelegten Strahlungswichtungsfaktor w_R (früher Qualitätsfaktor Q) Rechnung getragen. Die resultierende Äquivalentdosis wird in Sievert (Sv) angegeben. Die einzelnen Strahlungsarten entsprechen den folgenden Wichtungsfaktoren:

• Röntgenstrahlung: 1
• Gammastrahlung: 1
• Betastrahlung: 1
• Neutronenstrahlung (je nach Energie): 5–20
• Protonenstrahlung: 5
• Alphastrahlung: 20

Bei den w_R-Faktoren ist zu beachten, dass es sich hierbei nicht um physikalische Messgrößen handelt, sondern lediglich um politisch gesetzte Normen zu einer vereinfachten Handhabung im Strahlenschutz. Sie dürfen nicht verwechselt werden mit den z.T. sehr diskrepanten RBW-Faktoren, die anhand von Experimenten an Zellkulturen oder Versuchstieren mit verschiedenen Strahlenarten und -energien gewonnen wurden.