Ionisierende Strahlung kann sowohl eine entzündungshemmende, als auch eine entzündungsfördernde Wirkung entfalten. Die entzündungshemmende Wirkung niedriger Strahlendosen wird im Rahmen der Radontherapie erfolgreich zur Linderung von chronischen entzündlichen Erkrankungen wie Morbus Bechterew eingesetzt. Im Gegensatz dazu steht die entzündungsfördernde Wirkung hoher Strahlendosen, die vor allem bei Normalgewebsschäden im Rahmen der Tumortherapie eine Rolle spielt. Die Mechanismen, die diesen unterschiedlichen Wirkungen zugrunde liegen, sind nicht vollständig geklärt und wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Hierfür wurden Kohlenstoffionen verwendet, zum einen weil deren physikalischen Eigenschaften dem Alphazerfall von Radon ähneln, zum anderen weil bei Normalgewebseffekten nach Bestrahlung mit von Kohlenstoffionen im Rahmen der Tumortherapie immer noch Forschungsbedarf besteht.

Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der entzündungshemmenden Wirkung. Ein wichtiger Prozess der beginnenden Entzündung ist die Adhäsion von Leukozyten an die Blutgefäßwand und deren Extravasion in das Gewebe. Diese Prozesse werden vermittelt durch spezialisierte Membranproteine, den Adhäsionsmolekülen, welche bei Entzündung vermehrt auf der Oberfläche von Endothelzellen präsentiert werden. Es wurde untersucht, ob E-selectin, ICAM-1 und VCAM-1---drei sehr wichtige Adhäsionsmoleküle---nach Bestrahlung von primären Endothelzellen mit niedrigen Dosen von Röntgenstrahlen und Kohlenstoffionen herunterreguliert werden, was auf eine entzündungshemmende Wirkung hindeuten würde. Hierzu wurde erstmals multiplex Durchflusszytometrie eingesetzt. Obwohl in vorangegangen Experimenten eine Reduktion der Leukozytenadhäsion nach Bestrahlung festgestellt wurde, konnte kein signifikanter Strahleneffekt auf die Adhäsionsmoleküle festgestellt werden. Demzufolge ist es möglich, dass Prozesse wie Clustering von Adhäsionsmolekülen auf der Zelloberfläche eine größere Rolle bei der Adhäsion spielen als bisher angenommen, oder dass zusätzliche Faktoren und Adhäsionsmoleküle bei der Strahlenantwort beteiligt sind.

Im zweiten Teil wurde die entzündungsfördernde Wirkung im Rahmen von Normalgewebskomplikationen der Rattenlunge untersucht. Akute Pneumonitis, für sich schon eine schwere Nebenwirkung der Bestrahlung des Lungenkarzinoms, wird als Mitauslöser von chronischen Effekten wie die Lungenfibrose angesehen, die den Tod des Patienten zur Folge haben können. Die Untersuchung der Auswirkung von neuen Behandlungstechniken wie der Schwerionentherapie auf Normalgewebsschäden der Lunge soll zeigen, wie im Vergleich mit anderen Strahlenarten Späteffekte ausgelöst werden. Für die Untersuchungen wurden Ratten mit Kohlenstoffionen unter Therapiebedingungen bestrahlt. Die Messung der Atemfrequenz sowie die histologische Analyse der Strahleneffekte im Vergleich mit der auch oft eingesetzten Protonenbestrahlung haben gezeigt, dass Kohlenstoffionen die gleichen Effekte auslösen wie Röntgenstrahlen oder Protonen, allerdings bei einer niedrigeren physikalischen Dosis. Die relative biologische Wirksamkeit beträgt etwa 1,3 für die meisten Effekte, was in guter Übereinstimmung mit Studien an anderen Organen ist. Mithilfe der hier etablierten und teils weiterentwickelten automatischen Bildsegmentierung konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Anzahl an alveolaren Makrophagen selbst in der chronischen Phase der Pneumonitis immer noch erhöht ist. Interessant hierbei ist, dass die erhöhte Makrophagenanzahl ausschließlich in bestrahlten und damit fibrotischen Bereichen zu finden ist, und ähnliche Verteilungsmuster von Makrophagen bereits in der frühen Phase der Pneumonitis beobachtet werden können, obwohl dann noch keine Fibrose vorhanden ist. Dies unterstützt die Vermutung, dass Makrophagen an der Ausprägung von Fibrose direkt in den fibrotischen Arealen beteiligt sind. Profibrotische Mechanismen wie Epitheliale-Mesenchymale Transition oder die Einwanderung von Fibroblasten-Vorläuferzellen spielen in der chronischen Phase nach Bestrahlung mit Kohlenstoffionen keine Rolle.