Quels sont les effets biologiques des rayonnements – Définition

Nous devons noter que le rayonnement est tout autour de nous. Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. C’est une force d’énergie naturelle qui nous entoure. C’est une partie de notre monde naturel qui est là depuis la naissance de notre planète. Que la source de rayonnement soit naturelle ou artificielle, que ce soit une forte dose de rayonnement ou une petite dose, il y aura des effets biologiques. En général, les rayonnements ionisants sont nocifs et potentiellement mortels pour les êtres vivants, mais peuvent avoir des avantages pour la santé en médecine, par exemple en radiothérapie pour le traitement du cancer et de la thyréotoxicose. Ce chapitre résume brièvement les conséquences à court et à long terme qui peuvent résulter d’une exposition aux rayonnements. Mais nous devons d’abord définir les différences dans les types de rayonnement et les différences dans les tissus affectés.

Rayonnement à LET élevé et à faible LET

Comme il a été écrit, chaque type de rayonnement interagit avec la matière d’une manière différente . Par exemple, des particules chargées de hautes énergies peuvent directement ioniser les atomes. Les particules alpha sont assez massives et portent une double charge positive, elles ont donc tendance à parcourir seulement une courte distance et à ne pas pénétrer très loin dans les tissus, voire pas du tout. Cependant, les particules alpha déposeront leur énergie sur un volume plus petit (éventuellement seulement quelques cellules si elles pénètrent dans un corps) et causeront plus de dommages à ces quelques cellules.

Les particules bêta (électrons) sont beaucoup plus petites que les particules alpha. Ils portent une seule charge négative. Ils sont plus pénétrants que les particules alpha. Ils peuvent parcourir plusieurs mètres mais déposent moins d’énergie à n’importe quel point de leur trajet que les particules alpha. Cela signifie que les particules bêta ont tendance à endommager plus de cellules, mais avec moins de dommages à chacune. D’autre part, les particules électriquement neutres n’interagissent qu’indirectement, mais peuvent également transférer une partie ou la totalité de leurs énergies à la matière.

Cela simplifierait certainement les choses si les effets biologiques des rayonnements étaient directement proportionnels à la dose absorbée . Malheureusement, les effets biologiques dépendent également de la façon dont la dose absorbée est distribuée le long du trajet du rayonnement. Des études ont montré que le rayonnement alpha et neutronique cause des dommages biologiques plus importants pour un dépôt d’énergie donné par kg de tissu que le rayonnement gamma. Il a été découvert que les effets biologiques de tout rayonnement augmentent avec le transfert d’énergie linéaire (LET). En bref, les dommages biologiques causés par les rayonnements à haut LET ( particules alpha , protons ou neutrons)) est bien supérieure à celle des rayonnements à faible LET ( rayons gamma ). En effet, les tissus vivants peuvent plus facilement réparer les dommages causés par les rayonnements qui sont répartis sur une grande surface que ceux qui sont concentrés sur une petite zone. Bien sûr, à des niveaux d’exposition très élevés, les rayons gamma peuvent encore causer beaucoup de dommages aux tissus.

Parce que plus de dommages biologiques sont causés pour la même dose physique (c’est-à-dire la même énergie déposée par unité de masse de tissu), un gris de rayonnement alpha ou neutronique est plus nocif qu’un gray de rayonnement gamma. Ce fait que les rayonnements de différents types (et énergies) donnent des effets biologiques différents pour la même dose absorbée est décrit en termes de facteurs connus sous le nom d’ efficacité biologique relative (EBR) et de facteur de pondération des rayonnements (wR).

Dommages cellulaires – rayonnement

Tous les effets des dommages biologiques commencent par la conséquence des interactions de rayonnement avec les atomes formant les cellules. Tous les êtres vivants sont composés d’une ou plusieurs cellules. Chaque partie de votre corps est constituée de cellules ou a été construite par elles. Bien que nous ayons tendance à penser aux effets biologiques en termes d’effet du rayonnement sur les cellules vivantes, en réalité, le rayonnement ionisant , par définition, n’interagit qu’avec les atomes par un processus appelé ionisation. Pour le rayonnement ionisant, l’énergie cinétique des particules ( photons, électrons, etc. ) du rayonnement ionisant est suffisante et la particule peut ioniser (pour former des ions en perdant des électrons) des atomes cibles pour former des ions. Un simple rayonnement ionisant peut faire tomber des électrons d’un atome.

Il existe deux mécanismes par lesquels le rayonnement affecte finalement les cellules. Ces deux mécanismes sont communément appelés:

• Effets directs . Les effets directs sont causés par le rayonnement, lorsque le rayonnement interagit directement avec les atomes de la molécule d’ ADN ou un autre composant cellulaire essentiel à la survie de la cellule. La probabilité que le rayonnement interagisse avec la molécule d’ADN est très faible car ces composants critiques constituent une si petite partie de la cellule.
• Effets indirects . Les effets indirects sont causés par l’interaction du rayonnement généralement avec les molécules d’eau . Chaque cellule, comme c’est le cas pour le corps humain, est principalement de l’eau. Les rayonnements ionisants peuvent rompre les liaisons qui maintiennent la molécule d’eau ensemble, produisant des radicaux tels que l’hydroxyle OH, l’anion superoxyde O ₂ ^– et d’autres. Ces radicaux peuvent contribuer à la destruction de la cellule.

Un grand nombre de cellules de tout type particulier est appelé tissu . Si ce tissu forme une unité fonctionnelle spécialisée, il est appelé un organe. Le type et le nombre de cellules affectées sont également un facteur important. Certaines cellules et certains organes du corps sont plus sensibles aux rayonnements ionisants que d’autres .

La sensibilité de divers types de cellules aux rayonnements ionisants est très élevée pour les tissus constitués de cellules qui se divisent rapidement comme celles que l’on trouve dans la moelle osseuse, l’estomac, les intestins, les organes reproducteurs mâles et femelles et les fœtus en développement. En effet, la division des cellules nécessite des informations ADN correctes pour que la progéniture de la cellule survive. Une interaction directe du rayonnement avec une cellule active pourrait entraîner la mort ou la mutation de la cellule, tandis qu’une interaction directe avec l’ADN d’une cellule dormante aurait moins d’effet.

En conséquence, les cellules vivantes peuvent être classées en fonction de leur taux de reproduction, ce qui indique également leur sensibilité relative aux rayonnements. Par conséquent, les cellules à reproduction active sont plus sensibles aux rayonnements ionisants que les cellules qui composent la peau, les reins ou le foie. Les cellules nerveuses et musculaires sont les plus lentes à se régénérer et sont les cellules les moins sensibles.

La sensibilité des différents organes du corps humain est en corrélation avec la sensibilité relative des cellules dont ils sont composés. Dans la pratique, cette sensibilité est représentée par le facteur de pondération tissulaire , w _T , qui est le facteur par lequel la dose équivalente dans un tissu ou un organe T est pondérée pour représenter la contribution relative de ce tissu ou de cet organe au préjudice sanitaire total résultant de irradiation uniforme du corps (ICRP 1991b).

Si une personne n’est irradiée que partiellement, la dose dépendra fortement du tissu irradié. Par exemple, une dose gamma de 10 mSv pour tout le corps et une dose de 50 mSv pour la thyroïde sont les mêmes, en termes de risque, qu’une dose pour tout le corps de 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

Dose aiguë et dose chronique

Les effets biologiques des rayonnements et leurs conséquences dépendent fortement du niveau de débit de dose obtenu. Le débit de dose est une mesure de l’intensité (ou de la force) de la dose de rayonnement. Des doses faibles sont courantes dans la vie de tous les jours. Dans les points suivants, il existe quelques exemples d’exposition aux rayonnements, qui peuvent être obtenus à partir de diverses sources.

• 05 µSv – Dormir à côté de quelqu’un
• 09 µSv – Vivant à moins de 30 miles d’une centrale nucléaire pendant un an
• 1 µSv – Manger une banane
• 3 µSv – Vivant à moins de 50 miles d’une centrale à charbon pendant un an
• 10 µSv – Dose journalière moyenne reçue du milieu naturel
• 20 µSv – Radiographie thoracique

Du point de vue des conséquences biologiques, il est très important de distinguer les doses reçues sur des périodes courtes et prolongées . Par conséquent, les effets biologiques des rayonnements sont généralement divisés en deux catégories.

• Doses aiguës . Une « dose aiguë » ( dose de haut niveau à court terme) est une dose qui se produit sur une courte période de temps, c’est-à-dire dans la journée.
• Doses chroniques . Une « dose chronique » ( dose faible à long terme) est une dose qui se poursuit pendant une période de temps prolongée, c’est-à-dire des semaines et des mois, de sorte qu’elle est mieux décrite par un débit de dose.

Des doses élevées ont tendance à tuer les cellules, tandis que de faibles doses ont tendance à les endommager ou à les modifier. Des doses élevées peuvent provoquer des brûlures radiales visuellement dramatiques et / ou une mort rapide par syndrome de rayonnement aigu . Il est peu probable que des doses aiguës inférieures à 250 mGy aient des effets observables. Des doses aiguës d’environ 3 à 5 Gy ont 50% de chances de tuer une personne quelques semaines après l’exposition, si une personne ne reçoit aucun traitement médical.

De faibles doses réparties sur de longues périodes ne causent pas de problème immédiat à aucun organe du corps. Les effets de faibles doses de rayonnement se produisent au niveau de la cellule et les résultats peuvent ne pas être observés pendant de nombreuses années. De plus, certaines études démontrent que la plupart des tissus humains présentent une tolérance plus prononcée aux effets des rayonnements à faible LET en cas d’exposition prolongée par rapport à une exposition unique à une dose similaire.