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II.1. Effets biologiques cellulaires élémentaires

II.1.1. Action physico-chimique des radiations ionisantes

– Effets directs : Il s’agit essentiellement de collisions entre les rayonnements ionisants et les électrons des atomes constituant la matière vivante. Selon l’énergie communiquée à l’électron, la molécule à laquelle il appartient subit une ionisation, une excitation ou acquiert un supplément d’énergie thermique. L’ionisation est le phénomène essentiel. cette phase, très brève, dure environ 10-15 seconde :

– Effets indirects : surtout par l’intermédiaire de radiolyse de l’eau. Les atomes sont associés entre eux pour former des entités stables : les molécules. L’interaction de la molécule avec le rayonnement entraîne le départ d’un électron (ionisation), qui laisse un électron “célibataire”. La structure résultante, appelée radical libre (Ro), est chimiquement instable. L’eau est une molécule simple, très abondante dans les cellules; sa radiolyse (décomposition sous l’effet du rayonnement) conduit à la formation de substances oxydantes (H2O2, OHo) et réductrice (Ho), qui peuvent agir sur les molécules organiques voisines. Radiolyse de l’eau :

II.1.2. Lésions de l’ADN

Elles pourront aboutir à des lésions létales d’emblée pour la cellule ou à des lésions qui n’entraîneront la mort cellulaire que par accumulation d’événements sublétaux. Les rayonnements peuvent conduire à des modifications chimiques de certaines parties de la molécule, à des ruptures de liaisons et à la formation de liaisons anormales à l’intérieur de la molécule ou avec d’autres molécules (réticulation). Des radioexpositions très localisées de cellules ont montré que les molécules dont l’atteinte est la plus critique sont celles de l’ADN. L’ADN peut être lésé directement ou indirectement par les produits de la radiolyse de l’eau. Les principales altérations de l’ADN sont : – des ruptures de chaînes : les deux brins s’écartent par la pénétration de molécules d’eau dans la brèche. des liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires sont rompues, provoquant une altération de 2 à 3 nucléotides proches de la rupture. Les ruptures peuvent être simple ou doubles ; – des lésions des bases nucléiques (surtout le thymine) ; – a formation de liaisons chimiques anormales (pontage) intrachaînes ou interchaînes (ADN ou ARN) ou avec une protéine. – distorsion des deux brins d’ADN par intercalation ,dans le cas de certaines substances chimiques, par formation de dimères de bases pyrimidiques, dans le cas de radiations ionisante g (effet Compton) et des rayons UV.


II.1.3. Réparation de l’ADN
Si le débit de dose est assez faible (< 1Sv/heure), des phénomènes de réparations vont intervenir. Cette réparation peut aboutir parfois à des altérations génétiques, soit mineures, mais plus souvent majeures : translations, insertions ou délétions et quelquefois à l’activation de proto-oncogènes cellulaires.

II.1.4. Effets cellulaires

II.2. Effets non stochastiques (Déterministes)

Ces sont les effets apparaissant inexorablement lorsque la dose reçue dépasse un certain seuil. Il existe des tissus plus radiosensibles : les tissus compartimentaux (avec le plus souvent un renouvellement cellulaire rapide) : les cellules souches (tissu hématopoïétique), les cellules en voie de maturation (leurs atteintes se traduisent par une perte de leurs capacités à se diviser : la peau, les gonades, l’embryon et le fœtus), les cellules fonctionnelles (ne se divisent plus : la vessie, l’intestin et les yeux). Et les tissus radiorésistants : les tissus ” non ” compartimentaux : ce sont des tissus où différents compartiments n’ont pas été identifiés. Les cellules fonctionnelles ont gardé la capacité de se diviser mais comme leur durée de vie est en général très longue (1 an pour l’hépatocyte), l’activité mitotique des cellules est très faible.

II.2.1. Irradiation aigüe unique du corps entier

Le tableau typique est réalisé lorsque la dose reçue est > 2,5 Sv. Il évolue en 3 phases : Atteinte gastro-intestinale précoce : * elle apparaît dans les heures qui suivent l’accident (< 24 h), * la muqueuse digestive est détruite, * les manifestations cliniques associent : nausées, vomissements, diarrhées, hyperthermie, déshydratation, ainsi que céphalées et adynamie, * cette première phase dure environ 48 h. Phase de latence : elle dure de quelques jours à 3 semaines Apparaissent ensuite : * une atteinte cutanéo-muqueuse plus ou moins importante : érythème, phlyctène, desquamation cutanée, dépilation, * conjonctivite, * une atteinte hématologique liée à la dépression médullaire : toutes les lignées sont touchées, des hémogrammes quotidiens doivent être pratiqués, les lymphocytes chutent les premiers (chute de plus de 50% pour une dose supérieure à 2 Sv), puis les polynucléaires, enfin les hématies et les plaquettes. Les cellules souches sont très radiosensibles : la biopsie médullaire a une grande valeur pronostique, * une atteinte des cellules germinales : oligo-asthénospermie, * des anomalies chromosomiques : étudiées lorsque c’est possible sur des cultures de lymphocytes. Phase critique : c’est la période où l’atteinte des organes hématopoïétiques devient cliniquement manifeste. On observe : * un syndrome infectieux, * des troubles de la coagulation, * des désordres métaboliques dus en partie à l’abondance des déchets cellulaires que doit éliminer l’organisme. L’évolution dépend de la dose absorbée, de la répartition de l’irradiation, … et des traitements entrepris. Schématiquement : * au delà de 20 Sv : décès en quelques heures ; c’est la forme neurologique, avec un coma d’emblée, * au delà de 6 Sv : 95% de décès au cours de la deuxième semaine, * de 4 à 6 Sv : 50% de décès dans les 30 jours suivant l’irradiation, * de 2,5 à 4 Sv : 5% de décès, presque toujours tardifs, survenant au delà de la 4ème semaine, * de 0,75 à 2,5 Sv : pas de décès, les troubles observés (sanguins et cutanés) sont mineurs. L’effet létal s’établit grossièrement comme suit : * D.L. 0 (Dose Létale O : pas de décès) : < 2,5 Sv, * D.L. 50 (50% de décès) : 4 Sv, * D.L. 100 (100% de décès) : 6,5 Sv. Le traitement est celui de l’aplasie médullaire.

II.2.2. Irradiation globale fractionnée

C’est le ” mal des rayons “, consécutifs à des irradiations plus faibles de tout le corps, ou d’une fraction importante. Le tableau observé associe diversement : nausées, troubles du transit, céphalées, atteinte hématopoïétique modérée.

II.2.3. Irradiation partielle de l’organisme

II.2.3.1. Accidents cutanés – radiodermites précoces radio-épidermite érythémateuse : * dose absorbée : environ 5 à 6 Sv, * délai d’apparition : 10 à 20 jours, * symptomatologie : érythème prurigineux évoluant vers la desquamation, * durée : 1 semaine, * séquelle : dépilation temporaire. radio-épidermite bulleuse : * dose absorbée : environ 10 à 15 Sv, * délai d’apparition : 8 à 10 jours, * symptomatologie : érythème prurigineux intense, puis phlyctènes et ulcérations, * durée : 1 à 2 mois, * séquelles : pigmentation et dépilation définitives. radio-épidermite ulcéreuse : * dose absorbée : > 15 Sv, * délai d’apparition : quelques jours, * symptomatologie : érythème intense, puis phlyctènes et ulcérations profondes, * durée : après quelques semaines, cicatrisation mais la cicatrise s’ulcère à nouveau ; évolution cyclique pendant plusieurs mois ou années, * séquelle : sclérose. – radiodermites tardives : elles surviennent après une latence de plusieurs années. Une fois constituée, elles ne régressent plus avec 1° stade : atrophie-télangiectasie : la peau est sèche, amincie, pigmentée, avec des télangiectasies. Les poils tombent, les ongles sont striées, cassant, il existe des plages d’hyperkératose. 2° stade : ulcération : atone, douloureuse, elle apparaît souvent après un traumatisme. 3° stade : cancérisation : développement d’un épithélioma spino-cellulaire sur l’ulcération. Les radiodermites peuvent se stabiliser au 1° ou 2° stade, ou évoluer en quelques mois ou années vers la cancérisation. Traitement : au 1°stade : corticoïdes. Ensuite, prévention ou traitement de l’infection, exérèse des tissus lésés, greffe si nécessaire. II.2.3.2. Accidents hématologiques (voir plus haut) II.2.3.3. Accidents oculaires – conjonctivite et/ou kératite. – cataracte : survient après une latence de plusieurs années, après une irradiation de 5 à 8 Sv, surtout s’il s’agit de rayons neutronique. II.2.3.4. Atteintes des gonades – Testicules : stérilité définitive si dose > 3 Sv. (azoospermie possible dès > 0,25 Sv). – Ovaires : stérilité et ménopause précoce si dose > 12 Sv. II.2.3.5. Atteintes du produit de conception Variables suivant la dose absorbée et l’âge de l’embryon et du foetus. – Schématiquement : avant la 3° semaine de gestation : rien ou mort de l’embryon : loi ” tout ou rien “, de la 3° semaine au 3° mois : rien ou tératogénicité (mort de l’embryon ou malformations, variables suivant le stade de l’embryogenèse au moment de l’irradiation) : période de radiosensibilité maximale, du 3° mois à la naissance : rien ou foeto-toxicité : développement de cancers (leucémies après la naissance), retard mental, retard staturo-pondéral, autres malformations, voire décès ante- ou périnatal. II.2.3.6. Atteinte de la thyroïde Retardés 10 à 15 ans (hypothyroïdie). II.2.3.7. Effets sur la réponse immunitaire La réponse immunitaire diminue à partir d’une irradiation de 1 à 2 Sv, et entraîne l’apparition d’infections plus fréquentes.

II.3. Effets stochastiques (Aléatoires)

Ces sont les effets apparaissant de manière aléatoire. Ils sont plus fréquents quand la dose absorbée est plus importante, mais il n’est pas possible de fixer une dose-seuil.

II.3.1. Effets cancérigènes

Les localisations les plus fréquentes sont les suivantes : – atteintes des organes hématopoïétiques : tous les syndromes myélo-prolifératifs peuvent s’observer; Ils ne sont pas différents des formes idiopathiques. Le plus fréquent est la leucémie myéloïde chronique. – atteintes cutanées (voir plus haut) – atteintes pulmonaires : cancers du poumon (mineurs d’uranium) – atteintes osseuses : sarcome des maxillaires des ouvriers manipulant des peintures luminescentes. – cancer thyroïdien. – cancer du sein Le coefficient de risque de la Commission Internationale de Protection Radiologique est de 125 décès par cancer pour 10 000 personnes exposées à 1 Sv. Quand est-il pour les faibles doses et quand elles ont répétées ?

II.3.2. Effets génétaiques

Les radiations ionisantes ont le pouvoir de modifier qualitativement le matériel génétique. Les modifications de l’A.D.N. induites par les radiations ionisantes peuvent modifier la séquence d’un gêne contrôlant un caractère héréditaire : c’est une mutation génétique. Parfois, l’irradiation entraîne une modification de la structure ou de l’organisation des chromosomes : c’est une mutation chromosomique (cassures, délétions, échanges de chromatides sœurs,…). L’A.D.N. modifié peut être réparé ou non. Dans le deuxième cas, la mutation peut s’exprimer ou non. Au niveau des cellules somatiques, la perturbation du fonctionnement cellulaire consécutive à la (ou aux) mutation(s) peut s’exprimer par la transformation maligne de la cellule et à moyen terme l’apparition d’un cancer (effet différé).

Au niveau des cellules germinales, le remaniement du génome peut se traduire par une stérilité de l’individu ou la transmission de tares ou de malformations à la descendance.