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In einem frühen Stadium macht die Erkrankung nur selten Symptome. Häufig werden frühe Stadien deshalb zufällig anlässlich einer Röntgen-Untersuchung des Brustraumes entdeckt. Eine umschriebene Verschattung, ein sogenannter Rundherd, ist verdächtig auf das Vorliegen eines Bronchuskarzinoms und muss weiter abgeklärt werden.
Anzeichen eines Bronchuskarzinoms können anhaltender Husten, eine nichtabheilende Lungenentzündung, Atemnot oder blutiger Auswurf sein. Bei einem fortgeschrittenen Stadium kann es zu Appetitlosigkeit und einem raschen Gewichtsverlust kommen. Wenn sich Ableger in den Knochen gebildet haben (Knochenmetastasen) treten häufig Schmerzen auf und der Knochen kann wegen der Schwächung durch die Metastasen brechen. Der Tumor kann in die Speiseröhre einwachsen und Schluckbeschwerden verursachen, zu einer Stimmbandlähmung mit Heiserkeit führen oder den Blutrückfluss zum Herzen behindern. Ableger im Gehirn können Kopfschmerzen, Übelkeit und Lähmungserscheinungen zur Folge haben.
Wenn ein Verdacht auf das Vorliegen eines Lungenkrebses besteht, wird in der Regel eine Computertomografie durchgeführt, um die Ausdehnung der Erkrankung zu bestimmen. Ausserdem wird eine Gewebeprobe zur mikroskopischen Untersuchung durch den Gewebespezialisten (Pathologen) entnommen. In der Regel wird diese Gewebeprobe (Biopsie) durch eine Lungenspiegelung (Bronchoskopie) gewonnen. Bei in der Peripherie der Lungen gelegenen Tumoren kann eine computertomographisch gesteuerte Biopsie geeignet sein. Manchmal ist ein operatives Vorgehen zur Diagnosesicherung, z.B. mittels einer Spiegelung des Brustraumes (Thorakoskopie), notwendig.
Um festzustellen, ob keine Ableger im Körper vorhanden sind und ob die Lymphknoten im Brustraum von der Krankheit befallen sind, kann eine sogenannte Positronenemissions-Tomographie (PET) angeordnet werden. Dabei wird eine kleine Menge eines radioaktiv markierten Zuckers in eine Vene gespritzt, der sich im Tumorgewebe anreichert und so dargestellt werden kann. Manchmal ist es notwendig, durch eine Spiegelung des Raumes zwischen den Lungen, einer Mediastinoskopie, einen vermuteten Lymphknotenbefall im Brustraum zu bestätigen. Im Hinblick auf eine Operation oder eine Bestrahlung wird eine Untersuchung der Lungenfunktion durch den Lungenspezialisten vorgenommen.
Die genaue Diagnostik erlaubt es, das Stadium der Erkrankung zu beurteilen. Die Klassifikation erfolgt nach dem TNM-System; dabei werden die Grösse des Tumors, der Lymphknotenbefall und eventuelle Ableger (Metastasen) berücksichtigt.