INTERACTION RAYONNEMENTS IONISANTS-MATIERE BIOLOGIQUE

Effets Thomson –Rayleigh

Il s’agit de la modification de la direction du photon, sans perte d’énergie. Ces effets résultent de l’interaction du photon X avec le noyau ou l’électron (effet Thomson), ou de l’interaction avec l’électron seul (effet Rayleigh). Ils ne concernent que les hautes énergies. Tous ces effets microscopiques ont pour résultat l’extinction progressive du flux de rayons X incident, c’est le phénomène global d’atténuation. L’atténuation est due à la diffusion et à l’absorption, donc au transfert d’énergie. Seule l’énergie absorbée est responsable des effets biologiques des rayonnements ionisants (radiobiologie). L’énergie diffusée est par contre un élément important de la qualité des images radiologiques. V Propriétés des rayonnements ionisants Parmi les nombreuses propriétés connues, nous retiendrons l’absorption (qui entraîne des effets biologiques sur la cellule) et l’émission d’un rayonnement secondaire. Les effets tératogènes (sur le fœtus). Il existe plusieurs sortes d’effets biologiques : – les effets déterministes : la gravité de ces effets dépend de la dose reçue, du temps d’irradiation et du volume irradié. Ces effets déterministes sont également appelés « effets à seuil » et sont irréversibles. Par exemple, une radiodermite est un effet à seuil secondaire à une irradiation excessive (peau nécrosée). -les effets stochastiques ou aléatoires : la probabilité d’apparition est proportionnelle à la dose reçue, mais la gravité est indépendante de celle-ci. Autrement dit, de façon caricaturale, on peut 19 être exposé toute sa vie professionnelle aux rayonnements ionisants et ne jamais développer de cancer radio-induit, alors qu’une simple radiographie peut engendrer quelques années plus tard un cancer radioinduit. C’est pourquoi ces effets sont également appelés effets aléatoires : c’est la loi du tout ou rien. Cependant, lorsqu’une cellule a été irradiée, il existe trois possibilités de réparation : – la cellule se répare toute seule : l’effet de l’irradiation est nul ; – la cellule est morte : on parle alors d’effets déterministes (irréversibles) ; – la cellule mute. Toutefois, lorsque la cellule est en phase de mutation, il existe encore trois autres possibilités avant qu’elle ne dégénère en cancer : – la cellule arrive à survivre, mais elle ne peut plus se diviser : l’effet de l’irradiation est nul ; – la cellule devient complètement immune : l’effet de l’irradiation reste nul ; – la cellule peut dégénérer en cancer ou avoir des conséquences génétiques : effets différés et aléatoires. Les organes les plus sensibles aux rayonnements ionisants sont ceux qui sont en pleine division cellulaire (fœtus, jeune enfant). D’autres organes sont également très sensibles : les gonades, la thyroïde, les seins et le cristallin

Expositions aux radiations ionisants

Une matière radioactive émet des rayons: des particules alpha pratiquement dépourvues de pouvoir pénétrant, des particules bêta à faible pouvoir pénétrant, les rayons X et gamma a forte pénétration. Lors de l’exposition à une source radioactive extérieure, un individu ne court pas de grands risques d’irradiation par rayons alpha. Le risque d’irradiation par particules bêta est limité à la peau. Les rayons X et gamma représentent, en revanche, un danger pour toutes les parties du corps. Tels sont les risques d’une irradiation externe. Dans le cas d’une incorporation par l’intermédiaire de l’appareil digestif ou de l’inhalation de substances radioactives, on court le risque que les radionucléides, provenant de certains éléments, restent dans le corps pendant une période plus ou moins longue. Il s’agit alors d’une irradiation interne, ou plutôt, d’une contamination interne. L’individu porte la source radioactive en lui. L’irradiation aura donc lieu de façon continue. Lors d’une contamination interne, le degré de gravité des différentes sortes des rayonnements sera accru. Une particule alpha peut, dans le cas d’une contamination interne, transmettre toute son énergie à des tissus très sensibles situés à l’intérieur du corps humain. Une particule bêta, retenue par la peau, lors d’une irradiation externe est incapable d’atteindre des tissus et des organes internes. Nous connaissons déjà le pouvoir pénétrant des rayons X et gamma. Le risque ne fait qu’augmenter lorsque la source de rayonnement se trouve à proximité des organes sensibles. Elle induit alors une irradiation continue puisqu’elle ne peut être éliminée .

La dose d’irradiation

Les rayons radioactifs (particules alpha, bêta, rayons X et gamma) sont des particules d’énergie. Cette énergie est transmise à la matière, tissus du corps humain par ionisation. Le risque, dû à une irradiation, augmente dans la mesure où la quantité d’énergie transmise par unité de masse du tissu, devient plus importante. Cette dernière valeur, l’énergie par unité de masse, est la dose ; définie par : dE D dm (I.10) L’unité de la dose est le gray (Gy), du nom du physicien anglais Harold Gray. 1Gy = 1 J/kg. L’unité autrefois utilisée était le rad (radiation absorbed dose) : 1Gy = 100 rad L’effet biologique n’est pas uniquement fonction de la quantité d’énergie transmise, mais également du type de rayonnement. Lorsqu’une particule alpha entre en contact avec des cellules du corps humain, elle y occasionne plus de dégâts, en raison de ses dimensions, qu’une particule bêta. La notion d’équivalent de dose a été introduite pour tenir compte de cette différence ; définie par : HT = WR .DT,R ; HT = R WR .DT,R (I.11) DT, R= moyenne de la dose absorbée dans le tissu ou l’organe T par le rayonnement R ; WR= facteur de pondération radiologique. Elle s’explique aussi par le fait que la même unité peut être utilisée pour quantifier les effets de la radioactivité, quelle que soit la source de rayonnement. En fait on obtient cette unité en multipliant la dose par le facteur de qualité du rayonnement. Ce facteur sera de 20 pour une particule alpha et de 1 pour une particule bêta ou pour des rayons X ou gamma. Il en résulte que l’effet provoqué par une dose de rayonnement alpha (lésion cellulaire) est donc 20 fois plus important que celui d’une dose de rayonnement gamma. On peut aussi définir la dose efficace qui permet d’inclure des doses partielles reçues par certains organes comme s’il s’agissait d’une irradiation uniforme. C’est la somme des doses équivalentes pondérées pour le tissu ou l’organe T. [8] E = T WT . HT ; avec HT = R WR .DT, R (I.12) WT= facteur de pondération pour le tissu ou l’organe T WT=0,2 pour les gonades ; 0,12 pour la moelle osseuse rouge ; 0,05 pour la vessie ; 0,01 pour la thyroïde et 0,05 pour les autres. Dans le cas d’une contamination interne, les radionucléides peuvent se concentrer par exemple dans la glande thyroïde. Si bien que la thyroïde devient en fait la principale source d’irradiation interne. Elle  s’irradie alors elle-même ainsi que d’autres organes tels que les poumons et les gonades (organes reproducteurs). Prenons l’exemple de l’iode 131 qui émet des rayons bêta et gamma. Toute l’énergie du rayonnement bêta et seulement une petite partie du rayonnement gamma sont absorbées par la thyroïde. Le reste du rayonnement gamma atteint les poumons et d’autres organes qui absorbent chacun une partie de cette énergie On constate, que lors d’une contamination interne, contrairement à ce qui est généralement le cas lors d’une irradiation externe, le corps n’est pas irradié de façon uniforme. En ce qui concerne les effets biologiques dus à une dose identique, les risques varient d’un organe à l’autre. Autrement dit, le risque d’un cancer mortel est différent pour chaque unité d’équivalent de dose et varie en fonction de l’organe irradié

Effets Biologiques

Lorsque le tissu vivant est exposé à des rayonnements ionisants quelle que soit leur source, il se produit un transfert d’énergie du rayonnement aux molécules de la cellule, ce qui peut déclencher une altération des fonctions normales. Si la quantité d’énergie est suffisante, il peut y avoir destruction de la cellule et nécrose du tissu. Cette action des fortes doses de rayonnement sur les tissus humains est bien connue par son utilisation en radiothérapie, ou la destruction des cellules est utilisée comme une arme contre les tumeurs malignes, souvent plus radiosensibles que les tissus normaux. La radiosenbilité peut varier selon les organes et les tissus de l’organisme. L’exposition de l’organisme entier à des dose de rayonnement trop faibles pour provoquer une destruction visible de la peau peut, par action directe et indirecte sur des organes plus sensibles, déclencher un effet combiné, néanmoins létal pour l’ensemble de l’organisme. Des doses encore plus faibles peuvent ne provoquer aucun effet observables pendant une période qui serait suffisamment brève pour rendre manifeste la corrélation entre l’effet et l’irradiation .