Klinische Umweltmedizin / Schwerpunkt Onkologie - Exam

Aufgabe 1)

Kontext: Karzinogene in der Umweltchemie sind Stoffe oder Agentien in der Umwelt, die Krebs verursachen oder das Krebsrisiko erhöhen. Diese können physikalischer Art (z.B. UV-Strahlung), chemisch (z.B. Benzol), oder biologisch (z.B. bestimmte Viren) sein. Sie wirken durch Mechanismen wie DNA-Schäden oder epigenetische Veränderungen und erreichen den menschlichen Körper über verschiedene Expositionswege wie Inhalation, Aufnahme durch Nahrung oder Hautkontakt. Typische Beispiele umfassen Asbest, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) und Pestizide. Um Risiken zu minimieren, können Maßnahmen zur Reduktion der Exposition, sowie Regulierungen und Grenzwerte eingeführt werden.

a)

• Teilaufgabe A: Beschreibe zwei Mechanismen, durch die chemische Karzinogene Krebs verursachen können. Gehe insbesondere auf DNA-Schäden und epigenetische Veränderungen ein.

Lösung:

Teilaufgabe A: Beschreibe zwei Mechanismen, durch die chemische Karzinogene Krebs verursachen können. Gehe insbesondere auf DNA-Schäden und epigenetische Veränderungen ein.

• DNA-Schäden: Chemische Karzinogene können direkt mit der DNA in den Zellen interagieren und DNA-Addukte bilden, was zu Mutationen führen kann. Diese Mutationen können Gene betreffen, die für die Zellteilung und den Zellzyklus wichtig sind. Ein Beispiel ist Benzol, das Metaboliten bildet, die mit der DNA interagieren und Chromosomenabbrüche verursachen können. Wenn Gene wie Tumorsuppressorgene oder Onkogene mutiert werden, kann dies ungehemmtes Zellwachstum und schließlich Krebs verursachen.
• Epigenetische Veränderungen: Einige chemische Karzinogene wirken nicht durch direkte DNA-Schädigung, sondern durch epigenetische Veränderungen. Dies schließt Modifikationen wie DNA-Methylierung und Veränderungen in der Histon-Acetylierung ein, die die Genexpression regulieren. Zum Beispiel können Pestizide wie bestimmte organische Chlorverbindungen die Methylierungsmuster der DNA ändern, was zur Inaktivierung von Tumorsuppressorgenen führen kann. Diese epigenetischen Veränderungen können das Krebsrisiko erhöhen, indem sie Gene beeinflussen, die das Zellwachstum und die Apoptose (programmierter Zelltod) regulieren.

b)

• Teilaufgabe B: Setze die Formel für das relative Risiko (RR) für Krebs bei Exposition gegenüber einem spezifischen Umweltkarzinogen auf. Berechne das relative Risiko, wenn die Inzidenz des Krebses bei Exponierten 50 pro 100.000 Personen und bei Nicht-Exponierten 10 pro 100.000 Personen ist. Diskutiere das Ergebnis.

Lösung:

Teilaufgabe B: Setze die Formel für das relative Risiko (RR) für Krebs bei Exposition gegenüber einem spezifischen Umweltkarzinogen auf. Berechne das relative Risiko, wenn die Inzidenz des Krebses bei Exponierten 50 pro 100.000 Personen und bei Nicht-Exponierten 10 pro 100.000 Personen ist. Diskutiere das Ergebnis.

• Formel für das Relative Risiko (RR):

Das Relative Risiko (RR) wird berechnet als:

\(\mathrm{RR} = \frac{\text{Inzidenz bei den Exponierten}}{\text{Inzidenz bei den Nicht-Exponierten}}\)

Für Exponierte: Inzidenz = 50 pro 100.000 PersonenFür Nicht-Exponierte: Inzidenz = 10 pro 100.000 Personen

Setze diese Werte in die Formel ein:

• Berechnung des Relativen Risikos:

\(\mathrm{RR} = \frac{50}{10} = 5\)

• Diskussion des Ergebnisses:

Ein Relatives Risiko von 5 bedeutet, dass die exponierte Gruppe ein fünffach höheres Risiko hat, an Krebs zu erkranken, verglichen mit der nicht-exponierten Gruppe. Dies zeigt eine starke Assoziation zwischen der Exposition gegenüber dem Umweltkarzinogen und dem Auftreten von Krebs. In der Praxis sollte ein derart stark erhöhtes relatives Risiko Anlass sein, Maßnahmen zur Reduktion der Exposition und weiteren Untersuchungen zur Identifizierung und Minderung der Risiken zu ergreifen.

Aufgabe 2)

Die ionisierende Strahlung hat das Potenzial, DNA-Schäden zu verursachen, die zu bösartigen Tumoren führen können. Eine dosisabhängige Risikoerhöhung zeigt, dass je höher die Strahlendosis ist, desto höher auch das Krebsrisiko. Verschiedene Strahlenarten wie Alpha, Beta, Gamma und Röntgenstrahlung können auf unterschiedliche Weise den Körper beeinflussen. Besonders gefährdet sind Organe mit hoher Zellteilungsrate wie Knochenmark und Schilddrüse. Unterschiede bestehen auch zwischen akuter Strahlenbelastung und chronischer Exposition, was zu unterschiedlichen Risiken und Krankheitsbildern führt. Das Dosismaß wird in Sievert (Sv) angegeben, und es gibt strenge Grenzwerte für die berufliche Exposition und die Allgemeinbevölkerung, um das Risiko zu minimieren. Wichtige Schutzmaßnahmen umfassen Abschirmung, Verringerung des Abstands und Einschränkung der Aufenthaltsdauer.

a)

a) Beschreibe den Mechanismus, wie ionisierende Strahlung DNA-Schäden verursacht und erläutere, wie dies zur Krebsentstehung führen kann. Beziehe Dich dabei auf die Unterschiede zwischen den verschiedenen Strahlenarten (Alpha, Beta, Gamma, Röntgenstrahlung) und ihre spezifischen Interaktionen mit dem menschlichen Körper.

Lösung:

Mechanismus der DNA-Schädigung durch ionisierende Strahlung und deren Beitrag zur Krebsentstehung

• Ionisierende Strahlung: Strahlung, die genug Energie besitzt, um Atome und Moleküle zu ionisieren, also Elektronen aus ihren Orbitalen zu entfernen.
• DNA-Schäden:
  • Direkte Schäden: Ionisierende Strahlung trifft direkt auf die DNA und verursacht Brüche in den DNA-Strängen.
  • Indirekte Schäden: Ionisierende Strahlung ionisiert Wasser und andere Moleküle im menschlichen Körper, wodurch freie Radikale entstehen. Diese freien Radikale können die DNA angreifen und Schäden verursachen.
• Krebsentstehung: Beschädigte DNA kann zu Mutationen führen. Wenn diese Mutationen in Genen auftreten, die das Zellwachstum und die Zellteilung kontrollieren, kann dies zur unkontrollierten Zellvermehrung und letztlich zur Tumorbildung führen.
• Alpha-Strahlung (Heliumkerne):
  • Reichweite: Sehr gering, kann von einem Blatt Papier gestoppt werden.
  • Gefährdung: Primär bei innerer Exposition, da sie eine hohe Energie aufweist und schwere Zellschäden verursachen kann.
• Beta-Strahlung (Elektronen oder Positronen):
  • Reichweite: Mittel, kann durch eine Schicht aus Aluminium oder einigen Millimetern Kunststoff gestoppt werden.
  • Gefährdung: Kann sowohl Haut- als auch innere Schäden verursachen, je nach Exposition.
• Gamma-Strahlung und Röntgenstrahlung:
  • Reichweite: Hoch, kann durch dicke Bleischichten oder Beton gestoppt werden.
  • Gefährdung: Hohe Durchdringungskraft macht sie besonders gefährlich, da sie tief in das Gewebe eindringen und Organe mit hoher Zellteilungsrate wie Knochenmark und Schilddrüse schädigen kann.
• Unterschiede zwischen akuter und chronischer Exposition:
  • Akute Exposition: Hohe Dosis über kurze Zeit, kann sofort zu schwerwiegenden Zellschäden und akuten Strahlenkrankheiten führen.
  • Chronische Exposition: Niedrige Dosis über lange Zeit, erhöht langfristig die Wahrscheinlichkeit von Krebs durch kumulative DNA-Schäden.

b)

b) Du arbeitest als Arbeitsplatzhygieniker und stellst fest, dass ein Mitarbeiter einer Strahlendosis von 2 mSv pro Monat ausgesetzt ist. Berechne die jährliche Strahlenbelastung dieses Mitarbeiters und diskutiere, ob diese Belastung innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte für berufliche Exposition liegt. (Hinweis: Überprüfe die aktuellen Grenzwerte für die berufliche Exposition in Deutschland und verwende das Dosismaß Sievert (Sv)).

Lösung:

Berechnung der jährlichen Strahlenbelastung und Überprüfung der gesetzlichen Grenzwerte

• Gegebene Daten: Der Mitarbeiter ist einer Strahlendosis von 2 mSv pro Monat ausgesetzt.
• Berechnung der jährlichen Strahlenbelastung:
  • Monatliche Strahlendosis: 2 mSv
  • Jahresbelastung: Die jährliche Strahlenbelastung kann berechnet werden durch Multiplikation der monatlichen Dosis mit der Anzahl der Monate im Jahr: \(2 \text{ mSv} \times 12 = 24 \text{ mSv pro Jahr}\)
• Gesetzliche Grenzwerte für berufliche Exposition in Deutschland: (Stand 2023)
  • Laut Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) § 55 beträgt der Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Personen 20 mSv pro Kalenderjahr.
• Vergleich der berechneten Belastung mit dem Grenzwert:
  • Berechnete Belastung: 24 mSv pro Jahr
  • Gesetzlicher Grenzwert: 20 mSv pro Jahr
  • Ergebnis: Die berechnete Strahlenbelastung von 24 mSv pro Jahr überschreitet den gesetzlichen Grenzwert von 20 mSv pro Jahr.
• Diskussion:
  • Da die Strahlenbelastung des Mitarbeiters den gesetzlichen Grenzwert überschreitet, muss unbedingt gehandelt werden, um die Exposition zu reduzieren und den Grenzwert einzuhalten. Dazu könnten folgende Maßnahmen gehören:
  • Erhöhung der Abschirmung: Zusätzliche Strahlenschutzmaßnahmen einführen, um die Exposition zu verringern.
  • Verringerung der Aufenthaltsdauer: Die Zeit, die der Mitarbeiter in strahlungsintensiven Bereichen verbringt, reduzieren.
  • Abstand erhöhen: Den Mitarbeiter weiter von der Strahlenquelle entfernen.
  • Rotationssystem: Einsatz eines Rotationssystems, um die Strahlenbelastung gleichmäßig auf mehrere Mitarbeiter zu verteilen.
  • Regelmäßige Überwachung: Fortlaufende Überwachung und Dokumentation der Strahlendosen, um sicherzustellen, dass die Exposition innerhalb der Grenzwerte bleibt.

Aufgabe 3)

Biologische Agenzien und Krebsrisiko: Studien deuten darauf hin, dass bestimmte biologische Erreger wie Viren, Bakterien und Parasiten das Risiko für die Entwicklung von Krebs erhöhen können.

• Hauptakteure: HPV, EBV, HBV, HCV, Helicobacter pylori
• Mechanismen: chronische Entzündung, Onkogene Aktivierung, Immunsuppression
• Prävention: Impfungen (z.B. HPV, HBV), Antibiotika bei Infektionen (z.B. Helicobacter pylori)
• Beispiele für Assoziationen: HPV und Gebärmutterhalskrebs, HBV/HCV und Leberkrebs, Helicobacter pylori und Magenkrebs

a)

Erkläre, wie das humane Papillomavirus (HPV) zu Gebärmutterhalskrebs führen kann. Gehe dabei auf den Mechanismus der onkogenen Aktivierung und die Rolle der chronischen Entzündung ein.

Lösung:

Wie das Humane Papillomavirus (HPV) zu Gebärmutterhalskrebs führen kann

• Onkogene Aktivierung:HPV kann Gene in den menschlichen Zellen aktivieren, die das normale Zellwachstum und die Zellteilung kontrollieren. Besonders wichtig sind dabei die viralen Onkoproteine E6 und E7. Diese Proteine binden und inaktivieren die Tumorsuppressorproteine p53 und pRb. Normalerweise regulieren p53 und pRb den Zellzyklus und verhindern unkontrolliertes Zellwachstum. Die Inaktivierung dieser Proteine führt zu einer unkontrollierten Zellvermehrung und erhöht das Risiko der Entstehung von Krebs.Formeln zum besseren Verständnis:
  • Die Bindung von E6 an p53 führt zur Degradation von p53:

    HPV (E6) + p53 -> Degradation von p53

  • Die Bindung von E7 an pRb inaktiviert pRb:

    HPV (E7) + pRb -> Inaktivierung von pRb

• Chronische Entzündung:Da HPV die Fähigkeit besitzt, persistierende Infektionen zu verursachen, kann dies zu chronischen Entzündungen im Gebärmutterhalsgewebe führen. Chronische Entzündungen sind mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von Krebs assoziiert, da sie die Zellproliferation fördern, die DNA-Schadensantwort beeinträchtigen und eine Umgebung schaffen, die für die Entwicklung von Malignitäten förderlich ist. Die kontinuierliche Produktion von Zytokinen und Wachstumsfaktoren während der Entzündung kann das Zellüberleben und die Zellproliferation fördern, was wiederum das Krebsrisiko erhöht.Zusammenfassend lässt sich sagen, dass HPV durch die onkogene Aktivierung von E6 und E7 sowie durch die Förderung chronischer Entzündungen das Risiko für die Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs erheblich erhöht. Präventive Maßnahmen wie die Impfung gegen HPV können das Risiko einer solchen Entwicklung erheblich verringern.

Aufgabe 4)

Du bist ein Arzt in einer Klinik für Umweltmedizin und Onkologie. Ein Patient konsultiert Dich bezüglich Maßnahmen zur Reduzierung seines Krebsrisikos. Entwerfe einen umfassenden Plan zur Krebsprävention, basierend auf Primär-, Sekundär- und Tertiärprävention. Berücksichtige hierbei auch spezifische Empfehlungen zur Ernährung, Bewegung, Impfungen und den Einfluss von Umweltfaktoren.

a)

Subexercise 1: Erläutere detailliert die Maßnahmen der Primärprävention, die Du dem Patienten empfehlen würdest. Gehe dabei auf mindestens drei spezifische Risikofaktoren ein und beschreibe, wie man diese vermeiden kann.

Lösung:

Maßnahmen der Primärprävention zur Krebsvermeidung

Primärprävention zielt darauf ab, das Entstehen von Krebs durch die Vermeidung bekannter Risikofaktoren zu verhindern. Hier sind drei spezifische Risikofaktoren und Maßnahmen zur Minimierung des Krebsrisikos:

• Rauchen: - Maßnahme: Vollständiger Verzicht auf Tabakprodukte. Rauchen ist die häufigste vermeidbare Ursache für Krebs, insbesondere Lungenkrebs. Wenn der Patient Raucher ist, ist Unterstützung bei der Rauchentwöhnung, wie z.B. Nikotinersatztherapien, eine Option. Nichtraucher sollten darauf achten, Passivrauchen zu vermeiden.
• Ungesunde Ernährung: - Maßnahme: Eine ausgewogene Ernährung reich an Obst, Gemüse, Vollkornprodukten und magerem Protein. Vermeiden von verarbeiteten Lebensmitteln, rotem Fleisch und zuckerhaltigen Getränken. Beispielsweise kann eine Ernährung, die reich an Antioxidantien und Ballaststoffen ist, das Risiko für Darmkrebs senken.
• UV-Strahlung: - Maßnahme: Beschränkung der Exposition gegenüber UV-Strahlung, durch das Tragen von Schutzkleidung, die Verwendung von Sonnenschutzmitteln mit hohem SPF und das Meiden der Sonne während der stärksten Strahlungsstunden (10 Uhr bis 16 Uhr). Auch der Verzicht auf Solarien ist wichtig.

Durch die Umsetzung dieser Maßnahmen kann das Risiko, an Krebs zu erkranken, erheblich reduziert werden.

b)

Subexercise 2: Plane eine langfristige Nachsorge (Tertiärprävention) für einen Patienten, der bereits eine Krebserkrankung überstanden hat. Beschreibe, wie ein gesunder Lebensstil die Wahrscheinlichkeit eines Rückfalls minimieren kann und welche regelmäßigen medizinischen Kontrollen wichtig sind.

Lösung:

Langfristige Nachsorgeplan (Tertiärprävention) für einen Krebspatienten

Die Tertiärprävention zielt darauf ab, Rückfälle zu verhindern und die Lebensqualität von Patienten, die eine Krebserkrankung überstanden haben, zu verbessern. Hier sind die wichtigsten Elemente einer nachhaltigen Nachsorge:

• Gesunder Lebensstil:- Ernährung: Eine ballaststoffreiche Ernährung mit viel Obst, Gemüse, Vollkornprodukten und magerem Eiweiß. Vermeidung verarbeiteter Lebensmittel und Zucker. Eine gesunde Ernährung kann das Immunsystem stärken und Entzündungen reduzieren, was das Rückfallrisiko verringert.- Bewegung: Regelmäßige körperliche Aktivität (mindestens 150 Minuten moderates Training pro Woche). Bewegung kann helfen, das Körpergewicht zu kontrollieren, die Immunfunktion zu verbessern und die psychische Gesundheit zu unterstützen.- Stressmanagement: Techniken wie Meditation, Yoga oder Atemübungen können helfen, Stress zu reduzieren, der das Immunsystem schwächen kann.- Schlaf: Ausreichender und qualitativ hochwertiger Schlaf unterstützt die Genesung und das allgemeine Wohlbefinden.
• Regelmäßige medizinische Kontrollen:- Nachsorgeuntersuchungen: Regelmäßige Besuche beim Onkologen, um Rückfälle frühzeitig zu erkennen. Diese können körperliche Untersuchungen, Bluttests und bildgebende Verfahren wie CT oder MRT beinhalten.- Screenings: Gezielte Untersuchungen, je nach Art der ursprünglichen Krebserkrankung (z.B. Mammographie bei Brustkrebsüberlebenden, Koloskopien bei Darmkrebsüberlebenden).- Laborwerte: Regelmäßige Überwachung von Blutwerten und Tumormarkern, um mögliche Anzeichen eines Rückfalls frühzeitig zu erkennen.

Durch die Einhaltung dieser Maßnahmen kann das Risiko eines erneuten Auftretens der Krebserkrankung minimiert und eine hohe Lebensqualität langfristig erhalten werden.