Hochvolttherapie mit Linearbeschleunigern

Die Hochvolttherapie mit Elektronenbeschleunigern ist ein etabliertes Verfahren der kurativen und palliativen Strahlentherapie (Behandlung mit energiereicher Strahlung). Dabei werden Elektronen (negativ geladene Teilchen) auf hohe Energien beschleunigt, um therapeutisch wirksame ionisierende Strahlung zu erzeugen. In der klinischen Praxis dominieren heute Linearbeschleuniger (Linacs), die im Vergleich zu früheren Kreisbeschleunigern eine präzisere, flexiblere und effizientere Behandlung ermöglichen. Ziel ist es, maligne Tumoren (bösartige Tumoren) lokal zu kontrollieren und gesundes Gewebe weitestgehend zu schonen.

Zielsetzung und Wirkung

Therapeutische Zielsetzung
Die Hochvolttherapie mit Linearbeschleunigern zielt auf die Zerstörung von Tumorgewebe durch die Applikation hochenergetischer Strahlung, meist im Bereich von 6 bis 25 MeV, ab. Die Strahlenbehandlung erfolgt fraktioniert (auf mehrere Einzelsitzungen aufgeteilt) und orientiert sich an der individuellen Dosisplanung.

Wirkmechanismus
Durch Wechselwirkungen zwischen ionisierender Strahlung und biologischem Gewebe entstehen direkte DNA-Doppelstrangbrüche (Brüche im Erbgut) sowie indirekte Schädigungen über freie Radikale (reaktive Moleküle). Diese führen in proliferationsaktiven Tumorzellen zur Apoptose (programmierter Zelltod) oder mitotischen Katastrophe (Zelluntergang bei Zellteilung). Der therapeutische Erfolg hängt entscheidend von Dosisverteilung, Fraktionierung und biologischer Wirksamkeit (LET – Linear Energy Transfer, lineare Energiedichte) ab.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

Die Hochvolttherapie mit Linearbeschleunigern wird bei zahlreichen malignen Erkrankungen (bösartigen Tumorerkrankungen) eingesetzt. Indikationen umfassen:

• Kutane Malignome – z. B. Basalzell- und Plattenepithelkarzinome (bestimmte Hautkrebsarten)
• Boostbestrahlung beim Mammakarzinom – nach brusterhaltender Operation (BET, Entfernung des Tumors ohne Brustamputation)
• Leistenbestrahlung beim Analkarzinom – im Rahmen der definitiven Radiochemotherapie (Strahlen- und Chemotherapie)
• Zentrale Tumoren – z. B. Bronchialkarzinome (Lungenkrebs), Prostatakarzinome (Prostatakrebs), Oropharynx- und Zervixkarzinome (Rachen- und Gebärmutterhalskrebs)
• ZNS-Tumoren – Gliome, Meningeome, Hirnmetastasen (Gehirntumoren)
• Lymphome – insbesondere bei lokalisierten Stadien oder Rezidiven (Lymphdrüsenkrebs in bestimmten Krankheitsphasen)

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

Absolute Kontraindikationen

• Frühschwangerschaft
• Schwere kognitive oder psychische Einschränkungen mit fehlender Lagerungsfähigkeit
• Massive Vorbestrahlung mit Erreichen der Organdosisgrenzen (zulässige Höchstdosis)

Relative Kontraindikationen

• Kollagene Bindegewebserkrankungen (z. B. systemische Sklerose – Erkrankung des Bindegewebes)
• Genetische Prädispositionen mit erhöhter Strahlenempfindlichkeit (z. B. Ataxia teleangiectasia – seltene Erbkrankheit mit DNA-Reparaturdefekt)
• Gleichzeitige immunsuppressive Hochdosistherapien (z. B. bei Organtransplantationen)

Das Verfahren (Anwendung und Durchführung)

Linearbeschleuniger (Linacs) beschleunigen Elektronen in einer Vakuumröhre (luftleerer Röhrenabschnitt) über eine lineare Strecke mittels hochfrequenter elektromagnetischer Wellen. Die Elektronen treffen nach Umlenkung (270°) auf ein Target (Zielmaterial), wobei Photonen hoher Energie (Bremsstrahlung – energiereiche Röntgenstrahlen) freigesetzt werden. Diese werden anschließend kollimiert (in Form gebracht), modifiziert (z. B. durch Keile, MLCs) und zum Patienten gelenkt.

Die wesentlichen Komponenten eines Linacs:

• Modulator – Taktgeber für die Energieversorgung
• Energieversorgung – Hochspannungsversorgung für Mikrowellen
• Beschleunigungseinheit – HF-Leistungsstruktur zur Elektronenbeschleunigung
• Strahlerkopf – Target, Kollimatoren, Dosismessung
• Bedienpult – computerunterstützte Steuerung, Sicherheitsmechanismen

Anwendungstechniken umfassen:

• Konventionelle 3D-konformale Radiotherapie (3D-CRT) – Bestrahlung mit dreidimensional geformten Feldern
• Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) – gezielte Steuerung der Strahlungsintensität
• Bildgeführte Radiotherapie (IGRT) – Bestrahlung mit täglicher Bildkontrolle
• Stereotaktische Radiotherapie (SRT, SBRT) – hochpräzise Einzelbestrahlung kleiner Tumoren
• Elektronenbestrahlung bei oberflächlichen Tumoren

Die Therapiedauer umfasst in der Regel 1 bis 8 Wochen mit täglichen Fraktionen (Einzelsitzungen).

Mögliche Komplikationen

Strahleninduzierte Komplikationen sind dosis-, volumen- und organabhängig. Sie betreffen sowohl akut strahlensensible Gewebe als auch chronisch vulnerable Strukturen:

• Gastrointestinale Toxizitäten
  • Enteritiden (Darmentzündungen), Diarrhö (Durchfall), Strikturen (Engstellen), Fisteln (unnatürliche Gänge), Perforationen (Durchbrüche)
• Pulmonale Toxizitäten
  • Radiogene Pneumonitis (strahlenbedingte Lungenentzündung), Lungenfibrose (Vernarbung der Lunge)
• Kardiale Toxizitäten
  • Perikarditis (Herzbeutelentzündung), Kardiomyopathie (Herzmuskelerkrankung), koronare Herzerkrankung (Verengung der Herzkranzgefäße)
• Hämatologische Veränderungen
  • Leukopenie (Mangel an weißen Blutkörperchen), Thrombozytopenie (Mangel an Blutplättchen)
• ZNS-Komplikationen
  • Neurokognitive Einschränkungen (Gedächtnis, Konzentration), selten Hirnnekrosen (Absterben von Hirngewebe), radiogene Strahlensyndrome
• Dermatologische Effekte
  • Radiogene Dermatitis (Hautentzündung), Teleangiektasien (erweiterte Hautgefäße)
• Urogenitale Toxizitäten
  • Zystitis (Blasenentzündung), Dysurie (erschwertes Wasserlassen), Pollakisurie (häufiges Wasserlassen)
• Sekundärneoplasien
  • Solide Tumoren mit Latenz ≥ 5-10 Jahren (Zweittumoren)
• Lymphödeme
• Zahn- und Kieferkomplikationen bei Kopf-Hals-Bestrahlung

Die Nebenwirkungsrate lässt sich durch präzise Planung, engmaschige Überwachung und supportive Therapien deutlich reduzieren.

Aktueller Stellenwert im Therapiekonzept

Linearbeschleuniger sind heute das Rückgrat der externen Strahlentherapie. Sie ermöglichen eine patientenspezifisch adaptierte, millimetergenaue Behandlung mit hoher therapeutischer Breite. In Kombination mit modernen Bildgebungsverfahren und Planungsalgorithmen ermöglichen Linacs die Umsetzung strahlentherapeutischer Konzepte mit hohem kurativen (heilenden) und palliativen (lindernden) Potenzial. Sie sind Bestandteil multimodaler Therapiestrategien und ermöglichen komplexe Regime wie simultane Radiochemotherapie, adaptive Therapie oder stereotaktische Ablationen (hochpräzise Tumorbestrahlung).

Evidenzlage und Studien

Mehrere randomisierte und prospektive Studien belegen die hohe Effektivität und Sicherheit moderner Linearbeschleuniger-Systeme. Die Kombination aus IGRT, IMRT und adaptiver Dosissteuerung verbessert signifikant die lokale Tumorkontrolle bei gleichzeitig reduzierter Organtoxizität. Studien zur Hypofraktionierung (weniger Sitzungen mit höherer Einzeldosis) z. B. beim Mammakarzinom oder Prostatakarzinom zeigen vergleichbare onkologische Ergebnisse bei reduzierter Gesamtbehandlungsdauer.

Die aktuellen Leitlinien der DEGRO und ESTRO stufen Linac-basierte Strahlentherapie als Goldstandard bei zahlreichen soliden Tumoren ein.

Literatur

1. Sauer R. Strahlentherapie und Onkologie. 5. Auflage. München: Urban & Fischer; 2013. ISBN: 978-3-437-22621-4.
2. Wannenmacher M, Wenz F, Debus J. Strahlentherapie. 2. Auflage. Berlin, Heidelberg: Springer; 2013. 1087 S. ISBN: 978-3-540-88304-3. https://doi.org/10.1007/978-3-540-88305-0