Wie funktioniert Strahlentherapie?

Ich werde bestrahlt – warum wirkt Strahlentherapie?

In der Medizin kommen immer mehr hochkomplexe technische Geräte zum Einsatz. Viele Patienten haben Angst vor Röhren, Strahlen, radioaktiven Warnschildern und Sicherheitsschleusen. Da kann es helfen, zu verstehen, wie Strahlentherapie funktioniert. Oft existiert ein faszinierendes Zusammenspiel von physikalischer Gesetzmäßigkeit und medizinischer Wirksamkeit. Strahlungstherapien schießen ionisierende Strahlen in den Körper. Was das heißt, ist ein spannender Exkurs in die Physik und Biologie.

Strahlung – was ist das?

Grundprinzip der Bestrahlungstherapie ist die Aussendung ionisierender Strahlung. Diese bezeichnet elektromagnetische Strahlung, die so hochenergetisch ist, dass sie Elektronen aus Atomen oder Molekülen entfernen kann. Das gelingt durch die sehr starke Anregung (Schwingung), die dann zu Stoßprozessen führt und die Elektronen regelrecht aus ihrem Atom- oder Molekülsystem herausschleudert. Zurück bleiben positiv geladene Kationen.

Diese Strahlung kann Röntgen-, Gamma-, kurzwellige UV- oder kosmische Strahlung sein. Deren Quantenenergie kann man messen. Sie muss mindestens fünf Elektronenvolt betragen, um eine solche ionisierende Wirkung zu erreichen. Normal sichtbares und Infrarot-Licht oder aber auch Radio-, Radar- und Mikrowellen haben hierfür zu wenig Quantenenergie.

Diese ionisierende Strahlung zerstört demnach die Grundbausteine des Lebens und eignet sich zur Sterilisation und Abtötung von Mikroorganismen. Bei schwächerer Dosierung können auch Mutationen, also Erbgutveränderungen erreicht werden, was in der Mutagenese (molekulare Gentechnik) seine Anwendung findet. Aber wie funktioniert Strahlentherapie? Mit eben dieser Eigenschaft kann ionisierende Strahlung die sich schnell teilenden Krebszellen abtöten. Durch unsachgemäße Anwendung kann die Strahlung aber auch das Erbgut so verändern, dass neue Tumoren entstehen. Daher ist es wichtig, in der Krebstherapie besonders exakt und begrenzt zu bestrahlen.

So funktioniert Strahlentherapie

Um die hohe kinetische Energie einer ionisierenden Strahlung zu erzeugen, d.h sie in die Lage zu versetzen, Elektronen aus Atomen oder Molekülketten zu entfernen und damit Erbgutinformationen der Tumorzellen zu verändern und abzutöten, braucht man einen Teilchenbeschleuniger. Im Gegensatz zu den raumgreifenden Teilchenbeschleunigern physikalischer Versuchslaboratorien, die oft kilometerlang sind, ist natürlich die Energie äußerst gering. Dennoch reicht sie aus, Tumoren und anderes Gewebe zu zerstören. Besonders Zellen, die sich aktiv teilen, sind sehr empfindlich gegenüber Strahlungsenergie. Diese Eigenschaft macht man sich zunutze, weil gerade Tumorzellen sich häufiger als andere teilen und somit ionisierende Strahlung nur schlecht vertragen. Sie können damit abgetötet werden, so dass sie sich nicht mehr teilen können, der Tumor also nicht mehr wächst. Weiterhin ist stärker durchblutetes Gewebe anfälliger als weniger durchblutetes. Auch das ist der Vorteil für eine Bestrahlung, weil ein Tumor stärker durchblutet wird als anderes Gewebe.

Medizinische Anwendung

Bei kurativen Verfahren, also Behandlungen, die auf Heilung ausgelegt sind, werden oft adjuvante, also begleitende Strahlungen eingesetzt, um verbliebene Tumorzellen zu zerstören. Gerade in Kombination mit einer Chemotherapie kann das eine sehr effektive Behandlungsart sein.

Man unterscheidet zwei grundsätzliche Arten: zum einen die Teletherapie, also die Bestrahlung von außen und die Brachytherapie, die Bestrahlung mittels Sonden von innen. Verschiedene Strahlungsarten mit Gammastrahlung, Röntgenstrahlung oder Elektronenstrahlung, aber auch mit Neutronen, Protonen und schweren Ionen dienen verschieden zu erreichenden Eindringtiefen und Gewebearten. Dazu kommen noch die Radionuklidtherapien, die mittels radioaktiven Substanzen im Körper Tumore direkt bekämpfen.

Wichtig bei der Wahl der Strahlungsart, Dosierung und Anwendungsdauer ist die genaue Kenntnis der Lage des Tumors. Und hier spielt die Bestrahlung eine doppelte Rolle, zum einen nämlich in der bildgebenden Diagnostik, also im CT, MRT oder PET und zum anderen als Behandlungsart.

Mittels eines fusionierten Bildes von CT, MRT oder PET kann ein dreidimensionales Abbild des Tumors erstellt werden. Mithilfe eine genau ausgerechneten Rasters, einer Segmentierung, kann nun die Strahlungsposition, die Dosierung und die Stärke bestimmt werden. Nun werden die genauen Koordinaten auf die Oberfläche des Körpers übertragen, unterstützt durch ein lasergestütztes Koordinatensystem, was direkt auf den Körper projiziert, beispielsweise als Punkte und Linien auf der Haut. Das gleiche geschieht mit der Abschirmung, die maskengleich die Strahlung an den Stellen abschirmt, an denen sie nicht wirken soll. So funktioniert Strahlentherapie.