17. Actions biologiques des radiations ionisantes et radioprotection : Actions physico-chimiques et cellulaires – Effets déterministes – Effets stocha

17. Actions biologiques des radiations ionisantes et radioprotection : Actions physico-chimiques et cellulaires – Effets déterministes – Effets stochastiques – Notions de radioprotection dans le secteur médical.

§ Les radiations ionisantes correspondent à des rayonnements électromagnétiques ou particulaires possédant une énergie associée supérieure à 10 électron-volt (eV).
§ Elles comprennent les rayons X provenant de sources artificielles et les radiations alpha, bêta et gamma provenant de matériaux radioactifs.
§ Les actions biologiques des radiations ionisantes dépendent de divers facteurs liés :
o À la dose et au débit de dose
o Aux caractéristiques du rayonnement (type, énergie)
o Au type cellulaire, au tissu et au sujet (susceptibilité individuelle) qui sont irradiés
§ 3 grandeurs sont utilisées pour quantifier les rayonnements ionisants afin de pouvoir contrôler l'importance de l'exposition et de mesurer leurs effets biologiques :
o l'exposition :
- représente le pouvoir d’ionisation du rayonnement dans l’air
- l’unité SI est le Coulomb par kilogramme (C/kg).
- le röntgen (R) est l'ancienne unité : 1 R = 2,58 10 -4 C/kg.
o la dose absorbée (Da) : 1Gy = 100rad (ancienne unité)
o et l'équivalent de dose (H) :
- l’unité SI est le sievert (Sv) : 1Sv = 1Gy x Fq.
- l’ancienne unité était le rem: 1Sv = 100 rem.

I- Actions physico-chimiques :
§ Actions directes :
o ionisation ou excitation des molécules d’intérêt biologique (protéines)
o rupture des liaisons chimiques et destruction molécules.
§ Actions indirectes :
o résulte de l’action des radicaux libres (RL) formés par radiolyse de l’eau
o les RL sont porteurs d’un électron "célibataire", possédant une haute réactivité chimique et qui peuvent attaquer les molécules organiques voisines.
o l'ADN peut être lésé directement ou indirectement par les RL :
- les ruptures de chaînes sont les plus fréquentes : peuvent être simple souvent réparables ou doubles irréparable
- altération des bases (surtout la thymine)
- altération des sucres
- modification de la structure ADN : formation de liaisons chimiques anormales (pontage) intra chaînes ou inter chaînes (ADN ou ARN) ou avec une protéine.


II- Actions cellulaires :
A- La mort cellulaire :
§ lésions irréparables touchant les structures cellulaires vitales (chromosomes)
§ elle peut-être :
o Immédiate :
- quelques heures après irradiation à doses élevées
- arrêt de toute fonction cellulaire et cytolyse.
o Différée :
- quelques heures ou jours après irradiation à doses moindres
- la cellule garde des fonctions normales jusqu’à la mitose suivante ou une génération ultérieure, mais a donc perdu son pouvoir de prolifération.
- c’est le cas des cellules à fort pouvoir de prolifération (cellules souches moelle osseuse, cryptes intestinales, couche basale de la peau)
o Indirecte :
- plusieurs mois ou années après.
- les cellules différenciées (SN - Foie..) sont très radiorésistantes mais lésées indirectement par atteinte des cellules interstitielles.
§ Applications de la notion de perte du pouvoir de prolifération
o Radiothérapie : une tumeur est éradiquée si toutes ses cellules ont perdu leur pouvoir prolifératif
o Radioprotection : la réparation du tissu sain est en fonction du taux de survie des cellules souches.

B- altération des fonctions cellulaires : pour doses plus faibles :
§ troubles de la perméabilité cellulaire
§ troubles de la mobilité cellulaire
§ ↓ de la synthèse de l’ARN et des protéines.
§ arrêt ou retard de mitose :
o phase S (durée plus longue)
o arrêt en G2 (± Long)
§ retard de la croissance cellulaire

C- mutation :
§ grave lorsqu’elle touche les cellules germinales
§ aucune relation avec la dose → intérêt de prévention

III- Effets déterministes :
§ obligatoires et précoces survenant dans les heures ou jours suivant l’irradiation.
§ le plus souvent réversibles.
§ déterminés par des évènements antérieurs à leur manifestation
§ apparition au dessus d’une dose seuil (0,2 - 0,3 Gy) et gravité augmente avec la dose
§ déclenchés par la mort d’un grand nombre de cellules
§ lors d’une radioexposition : la perte cellulaire est soit :
o provisoire si le déficit est compensé
o permanente si le déficit non compensé
o faible selon que la fonction du tissu ou organe soit non affectée
o importante : si la prolifération des cellules restées viables est insuffisante
§ différents selon que l'exposition est globale ou partielle :
§ Les effets d'une exposition globale :
o la radio exposition aiguë évolue selon 4 phases :
§ phase prodromique : d’une durée de quelques heures
§ phase de latence : toujours présente, silencieuse d’une durée de 5 à 14 jours ;
§ période d’état : associant les signes généraux, hémorragiques et infectieux ; c’est la période critique mettant en jeu le pronostic vital.
§ période de convalescence : à partir du 3èmemois.
o les caractéristiques cliniques en fonction de la dose:
Da : Gy
Forme
Symptomatologie
< 0,3
Infra clinique
Rien
0,3 - 1
Infra clinique
Diminution temporaire spontanément réversible des lymphocytes.
Aucun traitement n’est nécessaire.
1 - 2
Réaction générale
légère
Malaise - asthénie – nausées vomissements en 3-6h
Hospitalisation nécessaire, mais guérison spontanée.
2 – 4

Hématopoïétique
modérée

Diminution des : globules blancs, hématies et plaquettes en 3 semaines.
Traitement dans un centre spécialisé. Retour à la normale en 4-6 mois.
4 – 6
Hématopoïétique
grave
Hémorragie, aplasie médullaire.
DL50 : 4 - 4,5 Gy
6 – 7
Gastro-intestinale
Diarrhées - vomissements – hémorragies-
Mort certaine en dehors d’une greffe.
8 -10
Pulmonaire
Hémoptysie – insuffisance respiratoire aiguë combinée aux lésions
gravissimes : intestinales et hématopoïétiques.
> 10
Cérébrale
Signes neurologiques avec coma.
Aucun traitement n’est efficace, la mort survient en 14-36h.

§ Les effets d'une exposition partielle :
o les manifestations sont variables selon la dose reçue et la région exposée ; leur gravité est directement liée à la dose.
o de nombreux effets sont notés au niveau de la peau, gonades, œil et en cas de grossesse.

Organe
Nature lésions
Dose (Gy)
Peau
Erythème
épidermite Sèche
épidermite exsudative
Nécrose
3
5
15
25
Testicules

Diminution nombre spermatozoïdes
Stérilité transitoire
Stérilité définitive
0,3
2
7
Ovaires
Troubles cycle et stérilité
7 (40ans) 12-15 (25 ans)
Oeil
cristallin
Cataracte :
- Neutrons
- RX

5-8
10
Embryon
Avant implantation
Organogenèse : 9j- 60j
Phase foetale : 60 –110j
Tout ou rien
> 0,1
< 0,5 : rien











IV- Effets stochastiques :
§ aléatoires et tardifs se manifestant plusieurs mois ou années après irradiation et seulement chez certains individus.
§ non spécifiques : difficiles à distinguer de la même pathologie non radio induite
§ ils n’impliquent pas obligatoirement des doses importantes
§ quand la dose augmente, leurs fréquences augmentent, mais leurs gravités restent la même.
§ 2 types :
o Effets Somatiques :
- Cancérigènes
- concernent l'individu exposé
o Effets génétiques :
- lésions des cellules de la lignée germinale (Spermatozoïde – ovule)
- donc anomalies dans la descendance du sujet irradié.
- si mutations de gènes :
· dominantes → apparition dès la 1ere génération
· récessives → apparition tardive

V- Notions de radioprotection dans le secteur médical.
A- Principes fondamentaux de la radioprotection :
§ Bulletin officiel n°4540-3 Chaâbane 1418 (4-12-1997)
§ 3 principes de base de la Réglementation : CIPR (1928)
o justification de l’activités qui entraîne l’exposition : donc éviter toute exposition inutile
o optimisation de la Radioprotection : maintenir l’exposition à un niveau le plus bas possible
o limitation des expositions individuelles :
- professionnels : Travaillant Directement sous RI : DATR
- public.

B- limitation des expositions individuelles :
1- Pour les travailleurs DATR (directement affecté aux travaux sous rayonnements) :
Catégorie A : en zone contrôlée : où la dose reçue est susceptible d’être ≥3/10 limites annuelles d’exposition (= 15 m SV : irradiation globale)
a- Exposition globale de l’organisme :
§ la limite dose équivalente : HE = 50 m Sv / an
§ Pour les femmes (DATR) en âge de procréer :
o dose à l’abdomen : HE < 13 m Sv au cours d’un trimestre
o si grossesse déclarée : dose la plus réduite possible jusqu’à l’accouchement : HE <10 m Sv
b- Exposition partielle :
§ la limite de dose efficace pour estimer les expositions internes : HEff = 50 m Sv / an
§ Pour chacun des tissus ou organes la limite annuelle est : HT = 500 m Sv/an
§ Pour le cristallin : H cristallin = 150 m Sv / an
§ Pour la peau, les mains, les avant bras, les pieds et les chevilles : H = 500mSv/ an

2- Pour les apprentis et les étudiants :
§ Age > 18 ans : idem DATR de catégorie A
§ Age 16 – 18 ans : = 3/10 des limites annuelles.

3- Pour le Public : Réduction d’un facteur 10



C- Règles de Radioprotection
1- contre l’exposition Externe
§ Distance :
o D1 et D2 : débits de dose équivalente
o d1 et d2 : distances respectives
o le débit D obéit à la loi de l’inverse carré de la distance : D1 / D2 = (d2 / d1)²
§ Temps d’exposition : T.E
o pour un Débit de dose donné : Da est proportionnelle au T.E
o donc réduire au minimum la durée d’exposition.
§ Utilisation d’écrans : ce moyen est très efficace
o Ecrans contre α : très minces en : mica – Aluminium - cuivre – Argent
o Ecrans contre β :
- matériaux légers : Absorption totale
- Si Z ↑ : rétro diffusion »100%
o Ecrans contre X et gamma :
- Atténuation par écrans à Z ↑↑
- Ex: Plomb : CDA = X2 ou X10

2- contre la contamination : respect des règles suivantes :
§ Port de blouses et de gants
§ Eviter de : boire – manger - fumer… en zone contrôlée
§ Matériel – locaux : adéquats
§ Contrôle systématique des travailleurs
§ Identifier clairement les préparations radioactives
§ Eliminer déchets selon les consignes.

D- Surveillance médicale du personnel
§ examens médicaux périodiques / 6 mois.
§ surveillance mensuelle dosimètre (Irradiation Externe)
§ surveillance radio toxicologique avec dosage des radioéléments dans le sang, les urines et autres secrétions (Irradiation interne ou contamination)

IV- conclusion :
§ les radiations ionisantes sont largement utilisées aussi bien dans le domaine médical qu’industriel
§ mais ils représentent des effets nocifs même à faible dose d’où la réglementation de la radioprotection.