Effets biologiques des rayonnements ionisants

Quelles sont les deux types d’effets que peuvent avoir les rayonnements ionisants sur le vivant

Les rayonnements ionisants peuvent induire des effets moléculaires et les effets cellulaires

Par quel phénomène les rayonnements ionisants provoquent des effets moléculaires et de quoi dépend t-il

Les effets moléculaires ont lieu principalement par « collisions » avec les électrons. Ils dépendent de la quantité d’énergie transférée ;

• Ionisation → Induit des lésions moléculaires : reupture des liaisons covalentes

• Excitation

• Supplément d’énergie thermique

De quoi découler les effets cellulaires et quelle en sont les conséquences

Les effets cellulaires font suite aux effets moléculaires. Ils provoquent :

• Des effets sur la survie des cellules

• Des effets immédiats : destruction des tissus

• Des effets à long terme : cancers, maladies héréditaires

De quel facteurs dépendent la nature et la gravité des effets des RI sur le vivant

Ils dépendent de :

• la dose

• le débit de dose

• le type et énergie du rayonnement

• le type de cellule ou de tissus irradiés

Quels sont les diverses molécules cibles des RI

• Milieux biologiques essentiellement constitués d’atomes de numéro atomique Z léger

• Constituant principal en quantité : eau

• Constituant qualitatif : ADN car porteur de l’information génétique

Quelles sont les effets directs que les RI peuvent provoquer sur les molécules

• Molécules directement ionisés et excités par le rayonnement

• Excédent d’énergie libéré dans le milieu → Émission d’un rayonnement de fluorescence ou effet Auger avec retour à l’état initial

• Rupture d’une liaison de covalence avec scission de la molécule en deux radicaux libres ( R.) surtout après ionisation → Radical libre = fragment moléculaire avec un e- célibataire lui conférant une grande réactivité chimique

Quels sont les effets indirect que les RI peuvent provoquer sur les molécules

Molécules altérées par les espèces réactives issues des effets directs des RI

Qu’est ce que l’altération de l’eau ou radiolyse de l’eau forme

La radiolyse de l’eau forme de radicaux libres très réactifs :

• OH. : oxydant

• H. : réducteur

• Électron solvaté ; réducteur

Quel est le devenir des radicaux libres issus de la radiolyse de l’eau

• Formation de composés inertes par recomposition entre eux : H2O ou H2

• Diffusin et réactions (=modification chimique) avec des solutés

• Formation d’oxydants puissants : eau oxygéné H2O2 ou peroxydes ROOH

Quelles sont les conséquences de l’altération de l’eau

Les espèces réactives issues de la radiolyse de l’eau peuvent altérer d’autres molécule : effets indirects des RI → Ces effets peuvent se poursuivre après la fin de l’irradiation

En quoi l’ADN joue un rôle essentiel pour la cellule

L’ADN sert de « moule » à la synthèse des ARNm qui dirigent la synthèse protéique et sa réplication est nécessaire avant toute division cellulaire d’où l’existence d’un ensemble de moyens de réparation majoritairement enzymatiques

Quelles sont les conséquences des altérations de l’ADN

Si l’ADN est faiblement lésée alors on aura des modifications légères tandis que si l’ADN est fortement lésée on aura plutôt des modifications importantes

Quelles sont les deux cas de figures lors de la réparation de l’ADN lorsqu’il est faiblement lésée

Lorsque l’ADN est faiblement lésée il y’a deux options :

• Si la réparation est fidèle à l’ADN original alors la cellule est normal

• Si la réparation de l’ADN est incomplète ou erronée alors la cellule mute

Quels sont les devenirs d’une cellule mutée

Une cellule mutée a plusieurs devenirs :

• Si elle survit mais qu’elle perd sa capacité à se diviser alors il n’y a pas d’effet

• Si elle est éliminée par le système immunitaire alors il n’y a pas d’effet

• Si elle survit et qu’elle conserve sa capacité à se diviser alors des effets stochastiques (=aléatoires) apparaissent

Lorsque l’ADN est fortement lésée que se passe t)il et quels mécanismes sont mis en place

Lorsque l’ADN est fortement lésée sa duplication est impossible c’est à dire qu’il n’est plus capable de se diviser. Le système immunitaire met donc en place une mort cellulaire immédiate ou différée soit par nécrose soit par apoptose → Apparitions d’effets déterministes

Quelle est la différence entre le nécrose et l’apoptose

La différence est que la nécrose est agressive tandis que l’apoptose ne l’est pas.

Nécrose : Perte de toute activité métabolique avec éclatement des structures et largage de son contenu, plus ou moins agressif, dans le milieu voisinant conduisant à une réaction inflammatoire

Apoptose : Suicide cellulaire, la cellule se fragmente en petits sous ensembles non agressifs pour le milieu

Que dit la loi de Bergni-Tribondeau sur la radiosensibilité

Selon cette loi de Bergonié-Tribondeau, le taux de survie diminuerait avec la radiosensibilité → «  Plus une cellules est jeune, moins différenciée et à forte activité mitotique, plus elle est sensible »

Quelles sont les facteurs qui modifient la radiosensibilité cellulaire

• Caractéristiques cellulaires : Pour un type cellulaire donné, la radiosensibilité augmente avec la quantité d’ADN contenu dans la cellule → Radiosensibilité maximale au cours de la division cellulaire

• Environnement → Chimique : radiosensibilité augmente avec la teneur en oxygène / Physique : Radiosensibilité augmente avec la température

• Nature du rayonnement

Qu’est ce que la dose absorbée est comment la calcule t-on

La dose absorbée est la quantité d’énergie cédée par unité de masse de matière

D = dE/dm

La dose absorbée dépend t-elle de la nature du rayonnement

La dose absorbée est valable quelle que soit la nature du rayonnement et celle de la matière absorbante

Quelle est l’unité usuelle et celle du SI de la dose absorbée

• Unité du SI : Joule/Kilogramme (J.kg ^- 1)

• Unité usuelle : Gray

À dose absorbée égale, quels sont les facteurs qui rendent les effets biologiques variables

• Nature des rayonnements

• Sensibilités du tissu absorbant les rayonnements

• Phase du cycle cellulaire

• Mode d’application : Débit de dose et de son fractionnement ou distribution spatiale de la dose absorbée

Qu’est ce que l’on a pu déduire de la relation dose et effets cancérigènes

• D > 1 Gy : nombre de cancers en excès significatif mais incertitude importante

• D < 0,1 Gy : données rares et le faible nombre de cancers supplémentaires n’est pas significatif par rapport à la valeur de la population témoin

Quels sont les parcours des différents rayonnements dans les tissus

• Particules α = quelques cm

• Particules β = 1 mm

• Photons X et γ = 10 cm

• Neutrons = 10 cm

Qu’est ce que le facteur de pondération radiologique Wr

Le facteur de pondération Wr est un outil de comparaison des rayonnements qui exprime l’efficacité d’un type de rayonnement à produire une complication. Il est essentiellement fonction du TLE de la radiation

Qu’est ce que la dose équivalente Ht et comment la calcule t-on

La dose équivalente Ht est la dose absorbée pondérée par la nature du rayonnement → Irradiation d’un tissu ou organe par un rayonnement

Ht = Wr X Dtr avec Dtr, la dose moyenne de rayonnement absorbée par le tissu en Gy

Quelle est l’unité de la dose équivalente et que permet elle d’évaluer

L’unité de la dose équivalente est le Sievert (Sv). La dose équivalente évalue la probabilité d’effets stochastiques en tenant compte de la quantité d’énergie absorbée et de la nature du rayonnement

Qu’est ce que le facteur de pondération tissulaire Wt

Le facteur de pondération tissulaire est un outil permettant de tenir compte de la radiosensibilité de chaque tissu ou organe

Qu’est ce que la dose efficace E est comment la calcule t-on

La dose efficace E est une dose fictive qui, administrée de façon homogène au corps entier, entraînerait les mêmes dommages tardifs que l’ensemble de doses reçues par le même individu au niveau des différents organes et à des moments différents → Objectif : Apprécier le détriment global

E = ΣT (Wt X Ht) = somme des doses équivalentes délivrées à chaque tissu ou organes

Quelle est l’unité de la dose efficace E et qu’est ce qu’elle évalue

L’unité de la dose efficace est le Sievert (Sv). Cette grandeur évalue la probabilité d’apparition d’effets stochastiques en prenant compte de la quantité d’énergie absorbée, de la nature du rayonnement et de la sensibilité du tissu

Quelle fonction mathématique représente l’évolution de la diminution du taux de survie des cellule avec l’augmentation de la dose

Courbe exponentielle avec épaulement

Qu’est ce que la D0 ou D37

Il s’agit de la dose létale moyenne, la dose qui laisse survivre une fraction 1/e (= 37 %) des cellules irradiés

Qu’est ce que la D50 et comment la calcule t-on

Il s’agit de la dose qui laisse survivre la moitié des cellules irradiées

D50 = D0 X log2

Lorsque les valeurs de D0 et D50 sont élevées qu’est ce que ça nous dit sur les cellules

Plus leurs valeurs sont élevées plus le cellule sont radio-résistantes

Quelles sont les lésions caractéristiques des effets déterministes

• Résultent de la mort d’un grand nombre de cellules → associées à des lésions importantes de l’ADN

• Irradiation localisée ou globale

Les effets déterministes apparaissent ils avec un seuil

Les effets déterministes apparaissent obligatoirement à partir d’une dose seuil car seule la destruction d’un grand nombre de cellules conduit au dysfonctionnement d’un organe → Gravité croissante avec la dose

Quand les effets déterministes apparaissent ils

Les effets déterministes apparaissent de façon précoce de l’ordre du jour ou du mois

Quelles éléments peuvent amener à l’apparition d’effets déterministes

Des irradiations accidentelles ou médicales peuvent amener à l’apparition d’effet déterministe

Pour la peau que provoque une irradiation

L’irradiation provoquent sur la peau des lésions radio-induites appelées radio termites

Pour les yeux, que provoque une irradiation

L’irradiation provoque une atteinte du cristallin qui est la partie la plus sensible de l’œil

Pour les organes reproducteurs que provoque une irradiation

Une irradiation provoque une stérilité pour les organes reproducteurs

Pour un embryon que provoque une irradiation

Pour un embryon, la radiosensibilité est variable selon le stade de développement :

• Avant l’implantation de l’œuf (avant le neuvième jour) : 2 cas

Disparition de l’embryon ou nidification sans conséquence

• Organogenèse (du 9ème au 60ème jour)

Radiosensibilité maximale et malformations possibles

• Phase fœtale

Cerveau radiosensible et retard mental

Dan le cas d’un irradiation globale quelles sont les effets en fonction de la dose

• Faibles doses : Syndrôme hématopoïétique

> 0,3 Gy ; modification temporaire de la formule sanguine

>1 Gy : atteinte des cellules souches

• 4,5 Gy = DL50 : mort de 50% des sujets en l’absence de tout traitement

• >6 Gy : atteinte de la moelle osseuse et de la muqueuse intestinale = syndrome gastro-intestinal

• >10 Gy ; atteinte du cerveau = syndrome neuro-vasculaire → Mort systématique

Quelles sont les 4 phases de l’irradiation aiguë

• Phase initiale : nausées et vomissements → Délai d’apparition et gravité dépendent de la dose

• Phase de latence : disparition des symptômes

• Phase critique : développement des syndromes

• Phase finale : mort ou récupération

Les effets stochastiques ou aléatoires dérivent de quoi

Les effets stochastiques sont liés au mutations cellulaires soit de lésions non ou mal réparées des molécules d’ADN soit les cellules mutées qui ne sont pas entrées en apoptose ni ont été éliminées par le système immunitaire

Quel sont les deux types d’effets stochastiques

Les deux types d’effets stochastiques dont les cancers et les effets héréditaires ou génétiques

Les effets stochastiques dépendent ils d’une dose seuil

Les effets stochastiques apparaissent même à de faible doses et leur gravité est indépendante de la dose

Quand apparaissent le effets stochastiques

Ils apparaissent tardivement après plusieurs années

D’où nous viennent les informations sur les effets stochastiques

• Études in vitro : Cancérogenèse

• Enquêtes épidémiologiques auprès de populations irradiées : Population dans région à forte irradiation naturelle, survivants Hiroshima et Nagasaki, patients traités en radiothérapie, population du voisinage de Tchernobyl, exposition professionnelle (travailleurs des centrales nucléaires et mineurs exposés au radon)

• Expérimentations animales

Les RI sont-ils la principale cause de cancer

Non il y a beaucoup d’autre facteurs devant les RI comme l’alimentation, le tabagisme, alcoolisme, les UV . Les RI sont très loins derrière