10μm-Welt: Blick in eine Zelle

Hier unterbrechen wir unseren Abstieg in die Welt des Unsichtbaren, um einen Blick auf das Schema einer Zelle zu werfen. Dabei sollen uns hier nicht die verschiedenen Organellen der Zelle interessieren, sondern der hinten rechts dargestellte Zellkern. Die Poren seiner Membran werden wir in der nächsten Vergrößerungsstufe (1 μm) wieder erkennen können.

Den Aufbau der kräftig angefärbten Substanz im Innern des Zellkerns, des Chromatins, zeigt das übernächste Bild (0,1 μm  = 100 nm): Die in mehrfachen Windungen verdichtete Erbsubstanz, die Desoxyribonukleinsäure (DNS), englisch DNA. Auf Einzelheiten dazu können wir hier verzichten, im Zweifel hilft ein Blick zu diesem Stichwort in Wikipedia weiter.

Gibt es mikrodosimetrisch kleine Dosen?

Das Bild mit einer Kantenlänge von 10 nm schließt die Serie hier ab. Deutlich ist das DNS-Molekül in der Form einer gewundenen Strickleiter zu erkennen. An den beiden seitlichen Strängen dieses Moleküls sind wie die Sprossen einer Leiter die Nukleotide aufgereiht. Jeweils drei in einer Folge bestimmen eine Aminosäure als Baustein des durch sie kodierten Eiweißmoleküls.

Ein ioniserender Strahlentreffer, der in diesem Erbmolekül einen Schaden anrichtet, ist für die gesundheitlichen Auswirkungen der ionisierenden Strahlen entscheidend. Maßgeblich ist deshalb, dass eine Strahlung in diesem mikrodosimetrischen Volumen eine zur Ionisation und damit Molekülzerstörung ausreichende Energie übertragen kann.

Nach dieser Vorbetrachtung können wir nun den Begriff der Energiedosis in der makro- und mikrodosimetrischen Betrachtung gegenüberstellen. Sie wird in der Einheit Joule pro Kilogramm gemessen und mit Gray (Gy) benannt. Um im Strahlenschutz für verschieden wirksame Strahlen dieselben Grenzwerte verwenden zu können, wird die Energiedosis mithilfe eines normativ vorgeschriebenen Strahlungswichtungsfaktors w_R in die Äquivalentdosis (Gleichwertigkeitsdosis) umgerechnet. Sie wird in derselben Einheit angegeben, zur Unterscheidung aber Sievert (Sv) benannt.

Zur Vereinfachung wird hier eine Strahlung mit einem Strahlungswichtungsfaktor von Eins betrachtet und zwar eine Gammastrahlung mittlerer Energie. Als bestrahlte Masse werden ein Kilogramm in Makrowelt und ein Nanogramm in der Mikrowelt, also ungefähr die Masse einer Zelle, einander gegenübergestellt.