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EFFETS BIOLOGIQUES DES RADIATIONS IONISANTES

Introduction

Les radiations ionisantes sont utilisées en médecine :

– soit en diagnostic,

– soit en thérapie,

– autres sources que l’irradiation médicale : naturelle, industrielle,

militaire…

Elles interagissent avec la matière vivante et ont donc des effets

biologiques, liés en particulier à la dose absorbée (voir cours précédent).

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Au niveau moléculaire

Effet direct : l'ionisation la rupture des liaisons chimiques intervient

surtout pour effets génétiques.

Effet indirect : formation des radicaux libres :

radiolyse de … 2 H2O H2O+ + e- + H2O H2O-

H+ + OH.

H. + OH-

Leur devenir dépend :

- du TEL si élevé H. et H0

. proches, recombinaisons

H. + H

. H2 OH

. + H

. H2O OH

. + OH

. H2O2

si faible, ionisation éloignée : H. + OH

. H2O

- de la présence d'O2 (surtout si TEL faible)

H. + O2 HO

.

2 2HO.

2 H2O2 + O2

Formations de peroxydes toxiques pour les structures cellulaires lipidiques

RH + OH. R

. + H2O R

. + O2 RO2

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Action sur les groupes sulfurés :

2 R SH + 2 OH. R S-S R + 2H2O

ou inversement rupture de ponts S-S

Action sur les acides nucléiques.

Action sur l'ADN :

- Rupture d'une chaîne réparable.

- Rupture des deux chaînes.

- Altération des sucres libération de la base.

- Modification de structure enjambement.

Réparation par excision (exonucléase) - resynthèse (à partir du brin

intact par l’ADN polymérase).

Processus SOS :

Lors de la réplication, introduction de bases au hasard sur le

chromosome fils mutations.

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Lésions chromosomiques :

Sur 1chromosome : Cassure unique : restitution ou délétion.

Cassure double : recollement ou inversion ou anneau ou

délétion.

Sur 2 chromosomes : Translocation pour aboutir à une trisomie.

ou

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Au niveau cellulaire

Effet : D très élevée : mort immédiate

D moins élevée : mort en mitose

D de l’ordre du Gy : mort à une génération ultérieure

D faible : modification de perméabilité, de synthèse, de

croissance…

Quantitativement : courbe survie-doseS = nombre de cellules survivantes (ou non atteintes) nombre de cellules irradiées

ln S

S = e-D/D0 modèle de la cible

1 cible

si D = D0 S = 1 = 37 % e

DL50 = ln2 x D0

D

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ln S

D0 = 103 Gy pour les virus

102 Gy pour les levures

10 Gy pour les bactéries

1 Gy à 2 Gy pour les cellules des mammifères

n cibles

D

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Facteurs de radiosensibilité– Nature de la particule irradiante : pour une même doseD en Gy (J/kg), l’effet biologique est différent selon la particule (et son TEL).

– Fractionnement de la dose diminution de l’efficacité.

0,5

Ln S

D (Gy)

EBR = D particule de référence D particule irradiante

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– Facteurs cellulaires :

Sensibilisateurs (O2) cibles.

Equipement enzymatique important .

Phase du cycle cellulaire (mitose ).

Nature des cellules.

Loi de BERGONIE - TRIBONDEAU :

Radiosensibilité plus grande si :

Activité reproductrice grande,

Morphologie et fonction moins fixées.

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Classement du plus sensible au moins sensible :

– Tissus embryonnaires.

– Organes hématopoïétiques.

– Gonades.

– Epiderme.

– Muqueuse intestinale.

– Tissu conjonctif.

– Tissu musculaire.

– Tissu nerveux.

A part : cristallin très radiosensible.

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Au niveau des organes et de l’organisme

Dose équivalente

Comme au niveau de la cellule, les effets observés dépendent de la D, de son fractionnement (donc D

.), de la

nature de la particule.

Ce qui correspond à l’EBR pour un effet au niveau d’un tissu, d’un organe ou de l’organisme est un facteur de pondération dépendant de la radiation noté WR.

Dose «équivalente» en Sv (Sievert) = D (en Gy) x WR.

WR vaut :

– 1 pour X, , +-

– 3 pour neutrons thermiques,

– 10 pour neutrons énergétiques et p+,

– 20 pour et noyaux lourds.

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Une irradiation effets à court terme (obligatoire, à seuil, réversibles).

effets à long terme (aléatoires, seuil ?, généralement non réversibles).

Effets à court terme : somatiques

–Dose équivalente élevée et irradiation de tout l’organisme: «mal des rayons» (DE › 1 Sv).

La DL50 = 4 Sv environ chez l’homme.

Phase prodromique (nausées, vomissements, diarrhée, fatigue, malaises …).

Latence.

Syndrome hématopoïétique : (2 à 4 Sv) lymphopénie, leucopénie, thrombopénie, anémie.

Syndrome gastrointestinal : (à partir de 8 Sv) vomissements, diarrhée, hémorragie digestive, pronostic très grave.

Syndrome nerveux (supérieur à 20 Sv) convulsion, coma.

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– Dose équivalente élevée sur un organe : Atteinte revêtement cutané chute des cheveux et des poils.

Radiodermite : - érythémateuse (5 - 10 Sv)

- phlyctènes, brûlure 2° (10 - 20 Sv)

- radionécrose (cancérisation…) Lésions oculaires : conjonctivite. Gonades : -masculin : stérilité retardée, cellules endocrines normales-féminin : stérilité immédiate (parfois réversible) cellules endocrines détruites Embryon : – peu sensible avant la nidation (0-15 jours) : «tout ou rien»,– organogénèse (15-50 jours) : phase la plus radiosensible : malformation dès 0,1 Sv,– développement : moins radiosensible.Conséquence : Pas d’examens avec RI en cas de retard de règles. Prudence en 2° partie de cycle.

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Effets retardés : aléatoires, seuil ?

Somatique : durée de vie, cataracte, carcinogenèse, radiodermite chronique

(survivant de Hiroshima et Nagasaki : augmentation de la proportion des cancers avec DE à partir de 0,2 Sv ; au dessous ?).

Génétique :

Mutations - chromosomiques, 5/1000 naissances spontanément (en particulier trisomie 21),

- géniques (difficile de savoir si spontanées ou induites).

Généralement récessives : homozygotes, problème purement théorique actuellement.