Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Dominique THIERRY : HDR, Chef de la division d'ingénierie de la connaissance scientifique et technique au sein de la direction scientifique de l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN)
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François PAQUET : Expert sénior à l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) - Coordonnateur de programmes - Professeur à l'Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires (INSTN) - Membre de la Commission Internationale de Protection Radiologique (CIPR)
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La radiobiologie s'est bâtie sur l'observation des effets des rayonnements ionisants sur la matière vivante et la possibilité de relier les phénomènes constatés à une mesure physique précise en termes de nature du rayonnement, de dose et de débit de dose, mais aussi de géométrie d'exposition pour les grands organismes complexes. Les observations initiales de Pierre Curie montrant qu'une exposition cutanée élevée entraînait un érythème ont initié une démarche sur les effets physiologiques de l'irradiation à forte dose. Le manque de précautions prises par les pionniers de la radiologie, de la radiothérapie et de la curiethérapie pour leur propre radioprotection, ainsi que l'expérimentation animale ont amené à une découverte rapide des effets tumorigènes et tératogènes des rayonnements ionisants. La combinaison de cette radiophysiologie initiale orientée vers les aspects cliniques avec les progrès de la mesure physique et surtout de la biologie cellulaire, puis moléculaire a permis de mieux appréhender les phénomènes impliqués au niveau cellulaire mais aussi génétique. Les concepts développés en radiobiologie ont largement dépassé cette discipline et de nombreuses applications, notamment en médecine ont été initiées dans cette science. Les premières greffes de moelle osseuse ont ainsi été effectuées dans un contexte d'aplasie radio-induite accidentelle avant de devenir un des fleurons de l'hématologie et de l'oncologie. Dans cette première partie, nous présenterons les bases physiques et biologiques sur lesquelles s'est bâtie la radiobiologie, en tentant notamment de cerner la double question de l'atteinte cellulaire et de l'atteinte aux organismes.
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Effets biologiques des rayonnements ionisants
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2. Interactions entre rayonnements et matière
L'effet biologique résultant de l'irradiation dépend de la distribution non uniforme et discontinue de l'énergie absorbée à l'échelle microscopique . À très petite échelle, de l'ordre du micromètre, l'énergie absorbée en cas d'interaction n'est pas distribuée de façon uniforme ; d'une part, elle est localisée autour de la trajectoire de la particule ou du rayonnement entraînant des effets directs, d'autre part, le transfert d'énergie s'effectue de manière discontinue lors des réactions aléatoires entre les rayonnements et les électrons du milieu provoquant des effets indirects.
Le transfert linéique d'énergie (TLE) représente, en un point de la trajectoire d'une particule ionisante, la densité d'énergie absorbée par le milieu rapportée à l'unité de longueur de la trajectoire. Le TLE s'exprime usuellement en eV . μm–1.
Schématiquement, le TLE exprime le pouvoir de ralentissement de la particule par collisions avec les molécules du milieu. Dans le cas de rayonnements à faible TLE, comme les rayons X et les rayonnements gamma, environ deux tiers des effets sont indirects, alors que, pour les rayonnements à forte densité d'ionisation comme les rayonnements alpha, l'effet direct prédomine.
Les rayonnements, en plus de leurs effets sur l'ADN, produisent d'innombrables paires d'ions qui sont responsables d'altérations multiples des fonctions cellulaires. L'exposition des tissus et des organes induit, de façon aléatoire, des modifications diverses du code génétique des cellules ; la probabilité d'apparition de ces modifications dépend de la dose, du débit de dose, du type du rayonnement, etc. Le nombre de cellules pouvant être modifiées est le produit de cette probabilité par le nombre de cellules à risque, constituées essentiellement par la population des cellules-souches qui assurent le maintien de l'équilibre du tissu grâce à leurs divisions.
Comme les nombreux phénomènes radio-induits dépendent de la distribution spatiale et temporelle des transferts discontinus d'énergie entre les particules...
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Interactions entre rayonnements et matière
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GAMBINI (D.-J.), GRANIER (R.) - Manuel pratique de radioprotection. - Troisième édition. Éditions Tec. & Doc. Lavoisier, Paris (2007).
-
(2) - HALL (E.), GIACCIA (A.) - Radiobiology for the radiologist (Radiobiologie pour le radiobiologiste). - 6th edn, Lippincott Wilkins & Williams, Philadelphia, USA (2006).
-
(3) - Cours postuniversitaires de radioprotection. - Agence internationale de l'énergie atomique, vol. 1, Collection cours de formation no 5, AIEA, Vienne (1995).
-
(4) - PRASARD (K.N.) - Handbook of radiobiology (Manuel de radiobiologie). - CRC Press, Inc., Boca Paton, Floride, USA (1984).
-
(5) - GALLE (P.), PAULIN (R.) - Lésions moléculaires provoquées par les rayonnements. - Dans : Biophysique. 1. Radiobiologie-Radiopathologie, Masson, Paris, p. 49-68 (1992).
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(6) - RADICELLA (J.-P.), DOUKI (T.), RAVANAT...
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