Grundlegendes zur Strahlentherapie

    Physik/Chemie der Strahlentherapie

    Zunächst einmal: Eine Strahlentherapie hat nichts mit Radioaktivität zu tun. Man ist also nach einer Strahlentherapie nicht radioaktiv. Von Radioaktivität spricht man ausschließlich, wenn sich Atomkerne in andere Atomkerne umwandeln und dabei Strahlung aussenden.

    Diese Strahlung kann aus unterschiedlichen Teilchen bestehen, all diese Teilchen haben aber von sich aus - auch ohne irgendein zugrunde liegendes Atom - die Eigenschaft, aus den Hüllen von Atomen oder Molekülen Elektronen herauszu"schlagen", sofern sie genügend Energie haben. (Elektronen können eigenständig existieren, sind aber außerdem - sofern in Atomen gebunden - sozusagen die "Andockstellen" für andere Atome/Moleküle.) Nun sind Atome und folgerichtig auch Moleküle (= aus mehreren Atomen zusammengesetzt) von Haus aus elektrisch neutral. Da Elektronen negativ geladen sind, entsteht bei Entfernung/Zufügung eins oder mehrerer Elektronen ein elektrisch positiv/negativ geladenes Rest-Atom bzw. -Molekül, das man "Ion" nennt. Von daher bezeichnet man diese Arten von Strahlung als "ionisierende Strahlung".

    In der Strahlentherapie erzeugt man nun einige dieser Teilchen künstlich, im wesentlichen Photonen (keine Ladung), Elektronen (negative Ladung) und Protonen (positive Ladung). Ihre Energie erhalten all diese Teilchen dadurch, dass sie beschleunigt werden und so auf Gewebe treffen. Die erzielten/erzielbaren Energien sind je nach Teilchen unterschiedlich. Ihre Wirkung beruht unmittelbar zunächst einmal darauf, dass sie aus dem Gewebe, auf das sie treffen, wiederum Elektronen herauslösen - die dann wiederum weitere Elektronen losschlagen, die dann ... es entstehen massenhaft Ionen.

    Diese drei Strahlungsarten erreichen bei unterschiedlicher Eindringtiefe ihre maximale Wirkung und klingen auch unterschiedlich schnell wieder ab. Photonen mit relativ niedriger Energie erreichen ihre maximale Wirkung ziemlich dicht unter der Hautoberfläche und klingen ziemlich langsam ab; bei größerer Energiedichte liegt das Wirkungsmaximum tiefer im Gewebe, das Abklingsverhalten ist genauso langgezogen. Das heißt, es wird Gewebe auf einer recht großen Strecke gefährdet.

    Elektronen dagegen erreichen die Maximalwirkung in wenigen Zentimetern Tiefe - und die Wirkung sinkt dann ganz schnell auf Null. Eine Nicht-Wirkung auf das Herz liegt beispielsweise bei der Bestrahlung der Brust nicht darin, dass der Brustmuskel zwischen Tumor und Herz liegt, sondern einfach darin, dass das Herz tiefer im Körper liegt. Protonen folgen einer ähnlichen Kurve wie Elektronen, nur versetzt - d. h. ihr Wirkungsmaximum liegt tiefer im Körper.

    Vor dem Wirkungsmaximum findet natürlich (bei allen drei Formen) auch Wirkung statt - nur eben nicht so stark. Deshalb kann man zum Beispiel die Schädigung der Haut auch nicht vermeiden.
    Es grüßt die Hexe.
    Stereotaktische Bestrahlung

    Der Begriff "Stereotaxie" bedeutet einfach nur, dass ein- (bis im Allgemeinen drei-)malig sehr hohe Strahlendosen gebündelt auf einen Tumorkern gerichtet werden, der dadurch - hoffentlich - zerfällt. Das ist sozusagen sowas wie eine Operationsmethode. Man bezeichnet das deshalb auch als "Radiochirurgie" (bei einmaliger Bestrahlung) bzw. "Radiotherapie" (bei mehrmaliger Bestrahlung). Mit welchem Verfahren das geschieht, ist zunächst mal zweitrangig (Stichworte zum Beispiel: Cyberknife, Gammaknife, Protonentherapie, Schwerionentherapie). Das Ganze macht aber nur Sinn, wenn es sich um relativ kleine, gut abgegrenzte Tumoren handelt. Bis vor kurzem war die Stereotaxie nur für einzelne Hirnmetastasen zugelassen, allmählich erweitert man das Spektrum.

    Die beiden schonendsten Verfahren der Bestrahlung derzeit sind die IMRT (intensitätsmodulierte Radiotherapie) und deren Weiterentwicklung, die VMAT (volumenmodulierte Arc Therapy). Beim ersteren werden die Strahlen von festen Positionen aus in ihrer Stärke gemildert bzw. verstärkt, je nachdem auf welches Gewebe sie treffen, Tumorgewebe oder anderes. Bei der VMAT (das "A" steht für "Arc" steht für "Bogen") stehen diese Strahlenquellen nicht fest, sondern die Strahlenquelle rotiert um den Patienten, wobei man neben der Stärke noch weitere Eigenschaften verändern kann. Sie ist eine Weiterentwicklung der IMRT, aber nichts grundsätzlich Neues. Beide Verfahren eignen sich für unregelmäßig geformte, größere Tumoren. Beide können - entsprechende Apparate vorausgesetzt - zusätzlich noch mit atemgesteuerter Technik kombiniert sein, wobei das allerdings bei der VMAT eher wenig Sinn macht, da dort die Bestrahlungszeit eh sehr kurz ist. In beiden Fällen dienen Teilchenbeschleuniger als Strahlenquelle, die entweder Photonen oder Elektronen aussenden. Erstere benutzt man bei tief im Körper liegenden Tumoren, letztere bei nahe unter der Haut gelegenen. Das hat mit den Eigenschaften der Teilchen zu tun, hauptsächlich der Eindringtiefe.

    Führt man den Gedanken weiter, landet man bei den Protonen. Die "explodieren" sozusagen erst tief im Körper, idealerweise natürlich im Tumor, und schädigen vermutlich daher das umliegende Gewebe weniger. Und die Dosis fällt sehr viel schneller wieder ab, sodass auch das dahinter liegende Gewebe weniger geschädigt wird. Aber: Man erwischt damit natürlich auch weniger eventuelle Tumorzellen in Randbezirken. Außerdem ist das schlecht, wenn es sich um sehr große, unregelmäßig begrenzte Tumoren handelt.

    Allen stereotaktischen Verfahren gemeinsam ist, dass sie nur auf vereinzelte Tumore anwendbar sind, aber nicht, wenn sehr viele davon vorliegen (beispielsweise bei vielen Hirn- oder Bauchfellmetastasen.
    Es grüßt die Hexe.
    Protonentherapie

    Protonen haben (bei gleicher Geschwindigkeit) "pro Stück" eine größere Energiemenge gespeichert als Elektronen oder Photonen. Energiemengen werden normalerweise in Joule (J) angegeben, für Teilchen hat sich aus historischen Gründen der Begriff Eletronenvolt (eV) bzw. Megaelektronenvolt (MeV) eingebürgert (1 eV = 1,6... * 10^– 19 J). Protonen haben eine ungefähr 2000-fach größere Energie als Elektronen. Photonen liegen dazwischen. Um Moleküle oder Zellen zu zerstören, braucht es eine bestimmte aufgenomme Strahlungsenergie pro Kilogramm biologischer Masse. Die wird normalerweise in Gray (Abkürzung Gy) gemessen. Ein Gray ist das gleiche wie ein Joule pro Kilogramm: 1 Gy = 1 J/kg. Manche Tumoren brauchen mehr, manche weniger, bis sie kaputtgehen - aber grundsätzlich ist das eine feste Größe.

    Um jetzt dem Tumor die gleiche Menge an Strahlungsenergie zu verpassen, gibt es mehrere Möglichkeiten: Man kann kürzer, aber mit höherenergetischen Teilchen bestrahlen. Man kann weniger oft, aber mit höherenergetischen Teilchen bestrahlen. Man kann weniger oft und kürzer, aber mit noch höherenergetischen Teilchen bestrahlen. All das kann man noch mit mehr Teilchen (pro Fläche) kombieren. (Weniger oft und kürzer, aber dafür mehr ist das Prinzip der stereotaktischen Bestrahlung.) Nutzt man Protonen, kann man also Zahl und Dauer der Bestrahlungen reduzieren. Die Anzahl ist allerdings nicht beliebig zu reduzieren, weil man mehrere Bestrahlungen braucht, um die Tumorzellen sicher zu erwischen und damit sich zwischendurch das gesunde Gewebe erholen kann. Außerdem haben Protonen eben den oben erwähnten Vorteil, erst "auf den letzten Metern" sozusagen zu "explodieren" - wie ein 800-Meter-Läufer im Endspurt.

    Bezüglich der (Neben-)Wirkungen auf Herz oder große Gefäße kommt es darauf an, wie diese zum Tumor und damit zur Strahlenrichtung liegen. Liegen diese Strukturen dahinter, können ihnen die Protonen wenig anhaben. Sollten sie jedoch im Weg und vor allem sehr nahe am Tumor liegen, wäre das nicht ganz so praktisch.

    Bei der Protonentherapie ergibt sich außerdem eine Schwierigkeit für sich durch Atmung bewegende Gewebe wie beispielsweise das der Lunge (aber auch Leber etc.): Durch das sehr klein fokussierte Zielgebiet, in dem die Protonen "explodieren", muss sichergestellt sein, dass sich das bestrahlte Gewebe nicht bewegt. Deshalb muss die Lunge stillgelegt werden, dazu benötigt es eine Vollnarkose.

    Anzumerken ist noch, dass es in Deutschland nur ganz, ganz wenige Protonenzentren gibt, die allesamt noch experimentieren und im Allgemeinen auf ganz enge Fragestellungen spezialisiert sind. (Die Charité in Berlin bestrahlt zum Beispiel ausschließlich Augentumore.) Sichere Ergebnisse liegen also nicht vor. Das Zentrum in München ist das einzige, das - nach eigener Aussage - überhaupt diverse Krebsarten bestrahlt. Aber: Das ist ein privat geführtes Unternehmen; außerdem ist zu sagen, dass die Finanzierung absolut unklar ist. Durch den Bundesausschuss der Krankenkassen ist sie überhaupt nicht abgedeckt, es gibt Einzelverträge mit bestimmten Krankenkassen.
    Es grüßt die Hexe.