Interaction des rayonnements avec la matière vivante

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1 Interaction des rayonnements avec la matière vivante

2 Interaction des rayonnements avec la matière vivante: Radiobiologie: Effets biologiques des rayonnements ionisants Dosimétrie Mesure et évaluation des doses délivrées Radioprotection Moyens utilisés pour se prémunir des effets néfastes des RI

3 Les grandeurs dosimétriques utilisées en Radiobiologie et en Radioprotection Pour apprécier un danger Pour mesurer le détriment

4 La dose absorbée D Grandeur qui permet de quantifier l interaction d un rayonnement avec la matière : Unité SI : Gray (Gy) 1 Gray = 1 J/kg D = de a dm Radiographie dentaire : 0,2 mgy Cliché thoracique : 1 mgy Séance de radiothérapie : 2 Gy Ionisation de denrées alimentaires : kgy

5 Dose équivalente H Unité d équivalence de dose permettant de comparer l effet biologique d une même dose délivrée par des rayonnements de nature différente : H = D x W R Unité : le sievert (Sv) W R = facteur de pondération du rayonnement Nouvelle unité: le «gray pondéré»

6 Rayonnement W R Photons toutes énergies 1 Electrons toutes énergies (b - ) 1 Neutrons (selon énergie) 5 à 20 Particules alpha, protons 20 Facteurs de pondération W R applicables aux différents rayonnements

7 Dose efficace E Unité de risque Conçue pour la Radioprotection Reflète les risques tardifs d induction de cancer et de conséquences génétiques, variables selon les tissus. Traduit une irradiation locale en terme d exposition globale du corps entier. E (Sv) = S W T.H T W T = facteur de pondération tissulaire tient compte de la radiosensibilité du tissu. = probabilité relative de cancérisation du tissu ou de l organe par rapport à celle de l organisme entier T

8 W T Moelle osseuse Colon Poumons Estomac Seins Gonades Vessie Foie Œsophage Thyroïde Peau Cerveau Glandes salivaires Surface des os Autres tissus 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,08 0,04 0,04 0,04 0,04 0,01 0,01 0,01 0,01 0,12 Facteurs de pondération tissulaire W T

9 Calcul de dose efficace Dose équivalente de 100 msv Délivrée au poumon: 100 x 0,12 = 12 E = 12 msv Délivrée aux gonades: 100 x 0,08 = 8 E = 8 msv Délivrée au foie 100 x 0,04 = 4 E = 4 msv Délivrée au cerveau 100 x 0,01 = 1 E = 1 msv Irradiation globale (corps entier) 100 msv

10 Dosimétrie Les éléments de comparaison 1. Radioactivité naturelle 2,4 msv/an (1 à 7 msv) 2. Travailleurs: limite à ne pas dépasser 20 msv/an 4. Examens utilisant des rayonnements ionisants 0,5 à 40 msv

11 LA RADIOBIOLOGIE La Radiobiologie étudie les effets des rayonnements ionisants sur les êtres vivants. Séquence d évènements qui s enchaînent depuis une interaction physique avec dépôt d énergie jusqu à des lésions tissulaires qui peuvent se traduire par des manifestations pathologiques plus ou moins tardives L organisme compense et répare les dommages subis, à différents niveaux.

12 Interactions physiques Lésions moléculaires Dommages cellulaires Lésions tissulaires Effets pathologiques

13 Interactions physiques Ionisation Phénomènes élémentaires, très brefs : s Excitation E > 13,6 ev 6,6 < E (ev) < 13,6 Transfert thermique insuffisant pour produire des lésions moléculaires Il faut tenir compte de la distribution spatiale de l énergie: densité linéique d ionisation Le Transfert Linéique d Energie (TLE) caractérise cette distribution.

14 Mécanismes d action des rayonnements Particules chargées : e +, e -, a, p + Directement ionisants. Rayonnements électromagnétiques : RX, Rg Effet photoélectrique Effet Compton Création de paires Indirectement ionisants. Neutrons Protons de recul ionisations Indirectement ionisants. particule chargée ionisations

15 Le Transfert Linéique d Energie TLE Quantité d énergie déposée par un rayonnement par unité de longueur de sa trajectoire dans un milieu. TLE de dl t en kev.mm -1 TLE faible TLE élevé e, b -, photons X et g a, p, n, ions lourds trajectoire erratique trajectoire régulière faiblement ionisants fortement ionisants

16 Rayonnement Photons de 1 MeV environ Particules béta émises par le tritium Protons de 7 MeV Noyaux de recul produits par des neutrons de fission Particules alpha de 5,2 MeV Fragments de fission TLE (kev.mm -1 ) dans l eau 3,5 5,

17 II LESIONS MOLECULAIRES Toutes les macromolécules cellulaires : protéines, sucres, lipides, enzymes, ARN, ADN. C est l atteinte de l ADN qui est essentiellement responsable des effets cellulaires. Cible principale étudiée = l ADN.

18 Lésions moléculaires 1. Mécanismes d action 2. Lésions de l ADN 3. Réparations des lésions de l ADN 4. Lésions chromosomiques

19 1 Mécanismes d action - Atteinte directe 40 % des atteintes de l ADN Ionisations Rupture de chaînes Formation de radicaux libres - Atteinte indirecte 60 % des atteintes de l ADN Secondaires à des réactions radiochimiques produisant des radicaux libres. Radiolyse de l eau.

20 Atteinte directe Atteinte indirecte e - Atteinte directe et indirecte de l ADN par un rayonnement particulaire e -

21 Atteinte directe et indirecte de l ADN par un photon (Radiobiologie -Tubiana et al. )

22 Radiolyse de l eau Formation de radicaux libres Ionisation : H 2 O H 2 O + + e sec H 2 O + très instable se dissocie sur place : H 2 O + H + + OH H 2 O + + H 2 O H 3 O + + OH e - projeté à distance puis entouré par H 2 O polaire «e - aqueux» réducteur puissant e - aq + H 2 O OH - + H sec e - aq + H 3 O + H 2 O + H BILAN : H 2 O OH + H

23 Radiolyse de l eau Formation des radicaux libres Excitation de l eau E + H 2 O H 2 O* H 2 O* H + + OH + e - e - aq + H 2 O OH - + H e - aq + H 3 O + H 2 O + H H 2 O OH + H

24 Radiolyse de l eau

25 Les radicaux H et OH 1. Rôle du transfert linéique d énergie TLE faible : H + OH H 2 O TLE élevé : HO + OH H 2 O 2 2. Influence de la présence d oxygène Quelle que soit le TLE H + O 2 HO 2 (radical hydroperoxyde) H réducteur HO 2 + HO 2 H 2 O 2 + O 2 HO 2 + H H 2 O 2 OH oxydant : OH + OH H 2 O 2 e - aq + O 2 O 2 - (ion superoxyde)

26 En milieu oxygéné: espèces radicalaires: OH, O 2 - et HO 2 espèces non radicalaires: H 2 O 2 3. En présence de molécules organiques chaîne de réactions radicalaires ROOH (peroxydes), ROOOOH (tétroxydes) Molécules très instables et toxiques destruction de la membrane cellulaire atteinte de l ADN mort de la cellule