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Die Strahlenbiologie hat sich von einem Forschungszweig, mit dem sich noch vor wenigen Jahrzehnten nur die Strahlentherapeuten und vereinzelte Biologen beschaftigten, zu einem Arbeitsgebiet entwickelt, das die gesamte Medizin und weiteste Gebiete der Biologie interessieren muB. Auf dem Gebiet der Radiologie wird die Radiobiologie von zwei verschiedenen Richtungen gefordert. Einerseits - hier ist der Ursprung dieser Wissenschaft zu suchen - ergeben sich aus der klinischen Beobachtung Fragestellungen, die man auf experimentellem Weg zu beantworten versucht. Andererseits bearbeitet eine besondere Gruppe von Biologen, die vornehmlich die ionisierende Strahlung als Instru- ment benutzt, ihre Probleme. Beide Gebiete haben enge Verbindung, solI ten sich gegen- seitig fordern und konnen auch vereint, sogar durch dieselbe Person, ihre praktische Auswirkung erfahren. Zuerst haben die Radiologen ihre mannigfaltigen Probleme selbst aufzuklaren versucht. Mit zunehmender Verbesserung und Verfeinerung der Methode hat sich im Rahmen der Radiologie die besondere Arbeitsrichtung der Radiobiologie ausgesondert, die heute zum Teil eigene Wege geht.
Die Radiobiologie gewinnt fur die Strahlentherapie immer mehr an Bedeutung, so daB man versucht ist, die Hoffnung auszudrucken, daB die Radiobiologie berufen sein wird, die Radiotherapie aus der empiri- schen Sphare in eine exakt fundierte zu fiihren. In noch starkerem MaB hat sich auf dem Gebiet der Radiodiagnostik die Situation gewandelt. Ohne grundliche radiobiologische Kenntnisse kann die Anwendung ionisierender Strahl en fur Untersuchungszwecke heute nicht mehr verantwortet werden. Die N uclearmedizin vereinigt auf radiobiologischem Gebiet die Forderungen, die fur Radiotherapie und -diagnostik aufgestellt wurden.

Contents:

A. Phenomenology of radiation effects on microorganisms.- I. The physical character of radiation and its action on biological macromolecules.- 1. The physical nature of ionizing radiation.- a) Roentgen rays, gamma rays and neutrons.- b) Energy distribution for fast electrons.- c) Ionization by protons, deuterons, and alpha particles.- ?) Allowance for delta rays.- ?) Use of variable linear energy transfer.- ?) Radial distribution of primary and secondary ionization.- d) Statistical calculations for ionization.- e) Relation of heavy particle ionization distribution to measurements in rads.- 2. Effects of ionizing radiation on the macromolecules of biology.- a) Radiation action on protein.- b) Radiation action on nucleic acids.- c) Radiation action on lipids.- d) Action of radiation on water.- e) Reactive effects of the ionization of water on protein and nucleic acid.- f) The action of radiation on small metabolites.- II. The effect of ionizing radiation on the ability of microorganisms to form colonies.- 1. Introduction.- 2. The irradiation of yeast.- a) Radiation effects on haploid yeast.- b) Kadiation effects on diploid and polyploid yeast.- 3. The irradiation of Escherichia coli.- 4. Radiation effects on other bacteria.- 5. Summary of radiation effects on cell division.- III. The action of ionizing radiation on other aspects of viability.- a) Respiration.- b) Enzyme formation.- c) Formation of DNA.- d) Uptake of phosphate and sulfate.- e) Formation of lipid after radiation.- f) Incorporation of amino acids.- g) Radiation action on cellular enzymes themselves.- h) Radiation effects on permeability.- i) Summary of radiation action on aspects of viability.- IV. The effect of ionizing radiation on viruses.- 1. The effect of ionizing radiation on the infectivity of various kinds of viruses.- a) Newcastle disease virus.- b) Influenza virus.- c) Vaccinia.- d) Herpes simplex.- e) Poliomyelitis.- f) Tobacco mosaic virus (TMV).- g) Bacteriophage.- 2. The effect of ionizing radiation on various properties of viruses.- a) Differential radiation studies on bacteriophage.- b) Differential radiation studies on animal viruses.- 3. The effect of ionizing radiation on the host-virus complex.- V. Theoretical interpretation of the effect of ionizing radiation on microorganisms.- 1. Radiation sensitive elements of the cell.- 2. Consequence of radiation action on the various cellular elements.- a) Effect of damage to DNA.- b) Effect of damage to specific RNA.- c) Effect of damage to DNA polymerase and DNA-RNA transferase.- d) Effect of damage to ribosomes.- e) Effect of damage to enzymes.- f) Effect of damage to soluble RNA.- g) Effect of damage to triphosphates.- h) Effect of action on amino acids.- i) Summary of radiation effects.- References.- B. Phanomenologie der Strahlenwirkungen auf Organe und Organsysteme..- I. Histopathologie der Wirkung ionisierender Strahlen auf hoehere Organismen (Tier und Mensch).- 1. Einleitung.- 2. Allgemeine Radiohistopathologie.- a) Die Begriffe der Strahlenempfindlichkeit und Strahlenresistenz.- b) Charakteristik der cytologischen und histologischen Strahlenschaden.- c) Einfluss der Bestrahlungsart auf die morphologischen Zell- und Gewebeveranderungen.- ?) Strahlenqualitat, Strahlenenergie und oertliche Verteilung der Strahlendosis.- ?) Strahlendosis.- ?) Dosisleistung.- ?) Fraktionierung der Dosis.- d) Bedeutung von Art und Zustand des biologischen Systems fur die morphologisch fassbare Strahlenwirkung.- ?) Bestrahlung in vitro und in vivo.- ?) Morphologisch fassbare Strahlenwirkungen auf einzelne Zellbestandteile.- ?) Die strahlensensiblen Phasen des cellularen Generationscyclus.- ?) Die Strahlenempfindlichkeit der verschiedenen Zellarten.- ?) Strahlenwirkungen auf Zellen im organisierten Gewebeverband und im Rahmen des Gesamtorganismus.- ?) Einflusse physikalischer, metabolischer und hormonaler Gregebenheiten auf die morphologisch wahrnehmbaren Strahlenfolgen.- ?) Die Bedeutung des Alters.- ?) Species-, Stammes- und Konstitutionsunterschiede.- ?) Einflusse von Schutzmassnahmen auf die morphologisch fassbaren Strahlenfolgen.- ?) Reversible und irreversible Bestrahlungsfolgen.- f) Ionisierende Strahlen und neoplastische Prozesse.- ?) Die Wirkung ionisierender Strahlen auf Geschwulste (cancericider Effekt).- ?) Begunstigung und Induktion neoplastischer Prozesse durch ionisierende Strahlen.- 3. Spezielle Radiohistopathologie.- a) Hamopoietische und lymphatische Organe, reticulohistiocytares System.- ?) Knochenmark.- ?) Milz.- ?) Die Lymphknoten.- ?) Thymus.- ?) Gewebemastzellen.- ?) Reticulohistiocytares System (RHS).- ?) Die leukamogene und geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf das hamopoietische, lymphatische und reticulohistiocytare System.- b) Stutzgewebe und Muskulatur.- ?) Bindegewebe.- ?) Fettgewebe.- ?) Seroese Haute.- ?) Gelenke, Bursen und Sehnenscheiden.- ?) Knorpel.- ?) Knochen.- ?) Skeletmuskulatur.- ?) Glatte Muskulatur.- ?) Die Wirkung der ionisierenden Bestrahlung auf Entzundung und Wundheilung.- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf das Stutzgewebe und die Muskulatur.- c) Kardiovasculares System und Lymphbahnen.- ?) Herz.- ?) Arterien und Arteriolen.- ?) Capillaren und UEbergangsgefasse.- ?) Venen.- ?) Lymphgefasse.- ?) Strahleninduzierte Neubildungen des kardiovascularen Systems.- d) Haut und epidermale Anhangsgebilde.- ?) Epidermis und Corium.- ?) Haarfollikel und Talgdrusen.- ?) Schweissdrusen und apokrine Drusen.- ?) Nagel.- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf die Haut und die epidermalen Anhangsgebilde.- e) Verdauungstrakt und zugehoerige Organe.- ?) Mundhoehle und Rachen (ohne Geschmacksorgane und Zahne).- ?) Zahne.- ?) Speicheldrusen.- ?) Oesophagus.- ?) Magen.- ?) Darm.- ?) Leber.- ?) Grosse Gallenwege und Gallenblase.- ?) Pankreas (ohne Inselapparat).- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf den Verdauungstrakt und die zugehoerigen Organe.- f) Eespirationstrakt.- ?) Nase, Nasennebenhoehlen, Larynx, Trachea und grosse Bronchien.- ?) Lungen.- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf den Eespirationstrakt.- g) Nieren und harnableitende Organe.- ?) Nieren.- ?) Nierenbecken, Ureter, Harnblase und Urethra.- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf die Nieren und ableitenden Harnwege.- h) Mannliche Geschlechtsorgane.- ?) Hoden.- ?) Nebenhoden, Samenleiter, Samenblasen, Prostata und Penis.- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf die mannlichen Genitalorgane.- i) Weibliche Geschlechtsorgane und Mamma.- ?) Ovarium.- ?) Tuben und Uterus.- ?) Vagina und ausseres Genitale.- ?) Mamma.- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf die weiblichen Genitalorgane und die Mamma.- k) Endokrine Organe (ohne Gonaden).- ?) Hypothalamus-Hypophysensystem.- ?) Epiphyse.- ?) Nebennierenrinde.- ?) Nebennierenmark.- ?) Schilddruse.- ?) Epithelkoerperchen.- ?) Inselapparat des Pankreas.- ?) Die geschwulstfoerdernde Wirkung der ionisierenden Strahlen auf die endokrinen Organe (ohne Gonaden).- l) Nervensystem.- m) Sinnesorgane.- ?) Auge.- ?) Ohr und Gleichgewichtsorgan.- ?) Geruchs- und Geschmacksorgane.- Literatur.- II. Morphologische Veranderungen der Blutzellen (Peripheres Blut).- 1. Geschichtliche Entwicklung.- 2. Strahleninduzierte Veranderungen der Blutzellen.- a) Bei Ganzkoerperbestrahlung.- ?) Im Tierversuch.- ?) Beim Menschen.- b) Bei Lokalbestrahlungen.- ?) Bei Inkorporationen von Radionucliden.- ?) Bei Bestrahlungen in vitro.- 3. Zeitlicher Ablauf der Blutbildveranderungen.- 4. Zusammenfassende Betrachtung der morphologischen Veranderungen der Blutzellen.- 5. Bedeutung der morphologischen Veranderungen der Blutzellen.- Literatur.- C. Changes in immunobiological processes caused by radiation.- I. Introduction.- II. The known and the unknown.- III. The effect of radiation on the immune mechanism.- 1. History.- 2. Belation between antigen injection and Roentgen irradiation.- 3. Antibody response during maximum depression period after various Eoentgen doses.- 4. Cellular changes.- 5. Recognition factor of the immune mechanism.- 6. Alteration of radiation effect on immune mechanism.- 7. Induction of blood chimeras among adults.- a) "Secondary disease".- b) Theories of graft-host reacton.- ?) Graft-versus-host.- ?) Host-versus-graft.- ?) An alternative explanation.- IV. Antibody-forming cells in in vivo cultures.- 1. In vivo culture.- 2. Relation between antibody response and cell number.- 3. Eadiosensitivity of antibody-forming cells.- 4. Autoregulation of antibody formation.- V. Transplantation antigens.- VI. Conclusion.- References.- D. Exposure of man to ionizing radiation from natural and artificial sources.- I. Introduction.- II. Natural sources of ionizing radiation.- 1. Cosmic radiation.- a) The nature of the cosmic radiation.- b) The global distribution of cosmic radiation.- c) Altitude variation of cosmic radiation intensity.- d) Variations of cosmic radiation intensity due to meteorological conditions and solar disturbances.- 2. Gamma radiation on the earth's surface.- a) The concentration of natural radioactive elements in the earth's crust.- b) Gamma radiation over ground and water.- c) Gamma radiation in buildings.- d) Variations in the gamma radiation from the ground.- e) The gamma radiation due to radon and thoron in the air.- 3. Natural radioactive elements in the human body.- a) Potassium in the human body.- b) Carbon-14 in the human body.- c) Radium, thorium and their daughter products in the human body.- 4. The exposure of man to natural sources of ionizing radiation.- a) Doses from external sources.- b) Doses from internal sources.- c) Variations in the exposure due to natural radiation.- III. Artificial sources of radiation.- 1. Occupational exposure to ionizing radiation.- a) In science and education.- b) In medicine.- c) In Industry in general.- d) In the atomic energy industry.- 2. Exposure of the general public.- 3. Medical exposure.- a) External sources.- b) Internal sources.- 4. Exposures caused by nuclear weapon testing.- a) The distribution of fall-out.- b) Exposure to radiation emitted during and immediately after a nuclear explosion.- c) Exposure due to fall-out with short and medium half-life.- d) Exposure due to fall-out components with long half-life.- IV. Comparison of doses and dose-rates from different sources.- V. Discussion of the significance of small doses and dose-rates.- VI. Derivation of formula for genetically significant dose.- References.- E. Biologie der Radionuclide.- A. Catsch.- I. Methodische Vorbemerkungen.- II. Das Verhalten inkorporierter Eadionuclide.- 1. Allgemeine Grundlagen.- 2. Die Resorption von Radionucliden.- 3. Die Verteilung der Radionuclide.- a) Das Verteilungsmuster.- b) Die Kinetik der Verteilung.- c) Die biologische Diskrimination chemisch verwandter Radionuclide.- d) Das Verhalten radioaktiver Folgekoerper.- e) Die Inhalation von Radionucliden.- 4. Spezielle Fragen.- a) Abhangigkeit des Radionuclidverhaltens von biologischen Faktoren.- b) Verhalten wahrend der Gestations- und Lactationsperiode.- c) Affinitat von Radionucliden zum Tumorgewebe.- 5. Die experimentelle Beeinflussung des Verhaltens der Radionuclide.- a) Komplexbildner.- b) Isotopische Verdunnung.- c) Kolloidale Trager.- d) Hormone, Vitamine, Nahrungszusammensetzung u.a.m.- III. Die biologischen Wirkungen von Radionucliden.- 1. Zur Dosimetrie inkorporierter Radionuclide.- 2. Die Radiotoxicitat.- a) Akute Schaden.- b) Spatschaden.- c) Quantitative Fragestellungen.- ?) Die Dosisabhangigkeit der radiotoxischen Wirkungen.- ?) Der Einfluss der zeitlichen Dosisverteilung.- ?) Der Einfluss des linearen Energietransfers.- d) Vergiftung mit Radionucliden beim Menschen.- 3. Andere Wirkungsmechanismen der Radionuclide.- a) Chemische Toxicitat.- b) Die Transmutation.- IV. Experimentelle Grundlagen der Therapie von Vergiftungen mit Radionucliden.- V. Nachtrag.- Literatur.- Nachtrag zur Literatur.- F. Techniques in radiobiology.- I. Introduction.- 1. Physical variables.- 2. Biological variables.- II. The care and breeding of common laboratory animals for radiobiological experiments.- III. The organization of a radiobiological laboratory.- IV. The hazards of radiation exposure.- V. Radiobiological dosimetry.- Procedure for study in dosimetry.- VI. The testis as a radiation dosimeter.- VII. Radiation lethality.- VIII. Radioprotection.- 1. Personnel protection.- Maximum permissable dose (M.P.D.).- Experiments in radioprotection.- a) Experimental procedures for the study of protection against ionizing radiations.- b) Chemicals tested for pre-protection against x-irradiation.- 2. Physiological protection.- IX. Irradiation lethality altered by fractionation of exposures.- X. Irradiation erythema and epilation.- ?) The mouse.- ?) The rat.- XI. The hematological effects of total body x-irradiation.- Blood analysis will include.- XII. Effect of irradiation of the embryo and/or the fetus.- Irradiation production of congenital anomalies.- XIII. Tumor transplantation and radiotherapy.- Method.- XIV. Eadionuclides.- 1. The research use of radionuclides in radiobiology.- 2. Experimental procedures.- Procedure I.- Procedure II.- Procedure III.- 3. Controlling radionuclide contamination.- 4. Radionuclide disposal.- XV. Autoradiography.- XVI. Chromosome aberrations demonstrated in cultured cells.- 1. Basic methodology.- a) The culturing of cells.- b) The preparation of cells for study.- 2. The culturing of leukocytes from peripheral (human) blood.- Procedure of nowell.- 3. The use of tritiated thymidine-H3 in cell proliferation studies.- XVII. Animal radiography.- XVIII. Paper chromatography in radiobiology.- References.- Namenverzeichnis- Author Index.