Die kleinste funktionsfähige Einheit jedes lebenden Organismus - und auch jedes Tumors - ist die Zelle. Im gesunden Orga­nismus haben die Zellen vieler Organe (Haut, Schleimhäute, blutbildende Zellen im Knochenmark) nur eine begrenzte Lebensdauer und müssen fort­laufend ersetzt werden. Dies geschieht durch Zellteilung, einer Basisfunktion des Lebens. Nur wenn sie ungestört abläuft, können Organe ihre „Arbeit“ leisten. Auch das Wachstum eines Tumors wird über Zellteilung geregelt. Eine der Hauptwirkungen von Strahlen besteht in der Stö­rung oder sogar Verhinderung der Zell­teilung. Im Inneren jeder Zelle befindet sich der Zellkern als „Kommandozentrale“. An diesem Ort entscheidet sich, ob und wann sich eine Zelle teilt. Der Zellkern enthält u.a. auch die Schlüsselsubstanz für die Vererbung, die sog. Desoxyribo­nukleinsäure (DNS). Vor der Zell­teilung muss die DNS eine „Kopie ihrer selbst“ anfertigen. Sie wird in zwei gleiche Portionen aufgeteilt, die bei der Zellteilung an die beiden neu entstandenen „Tochterzellen“ weitergegeben werden. Hier greift die Strahlung ein: Sie setzt Schäden in der DNS. Zellen verfügen jedoch für den Fall einer Schädigung der DNS über ein eigenes „Reparatursystem“, das - wie eine Schere - defekte Stellen aus der DNS ausschneiden und ersetzen oder DNS-Brü­che wieder neu verknüpfen und so die Zellfunktion wiederherstellen kann. Diese Fähigkeit zur Reparatur ist im gesunden Gewebe meist wesentlich ausgeprägter als bei vielen Tumoren, so dass die schä­digende Wirkung der Strahlung auf den Tumor weit mehr Einfluss nimmt als auf die umgebenden gesunden Organe. Die­sen Unterschied im Reparaturvermögen macht man sich für die Therapie zunutze.

Dosis und Wirkung

Die oben geschilderte biologische Wir­kung der Strahlung – sowohl am Tumor, als auch am gesunden Gewebe ist abhän­gig von der Dosis. Die Dosiseinheit in der Strahlentherapie heißt Gray (Abkürzung Gy) nach dem englischen Physiker Louis Harold Gray. Die Gesamtdosis, die für die Behandlung not­wendig ist, hängt von der Strahlenempfindlichkeit des jeweiligen Tumors ab, hier gibt es große Unterschiede. Dies gilt auch für die Fraktionierung, d.h. die Aufteilung der Gesamtdosis in „Einzelportionen“. Als Standardfraktionierung gilt eine Einzeldo­sis von 1,8-2,0 Gy, 5x pro Woche. Diese hat sich als besonders verträglich erwiesen, vor allem auch im Hinblick auf mögliche Spätfolgen. Bei einigen Tumorerkrankungen hat sich jedoch gezeigt, dass durch eine sogenannte Hypofraktionierung eine ebenso gute oder mitunter eine bessere Tumorvernichtung erzielt werden kann. Dabei handelt es sich um den Einsatz höherer Einzeldosen in einer verminderten Anzahl von Sitzungen. Da bei einer Hypofraktionierung auch das Risiko von Neben­wirkungen erhöht sein kann, ist hier eine besonders präzise Technik unabdingbar. Die Hypofraktionierung ist ein Markenzeichen der Stereotaxie und kann bei Hirnmetastasen bis zu ihrer extremsten Form als Einzeitbestrahlung von Hirnmetastasen mit 20 Gy und mehr in einer Sitzung betragen. Bei anderen Erkrankungen kann man die Erfolge verbessern, indem mehrfach am Tage (meist 2x) bestrahlt wird; in diesem Fall spricht man von Hyperfraktionierung.