ch 5 radiobiologie radiopathologie - medramo

CH 5RADIOBIOLOGIERADIOPATHOLOGIEPR N BEN RAIS AOUAD 1

CH 5 RADIOBIOLOGIE RADIOPATOLOGIEI- Grandeurs et unités1-Dose absorbée2-Dose équivalente : Ht3- Dose efficace (E) ou DEII-POSITION DU PROBLEMEIII-RADIOACTIVITE NATURELLE1- Origine cosmique2-Origine terrestreIV- Effets moléculaires : physico chimiques des RI1-Action directe2-Action indirectePR N BEN RAIS AOUAD 2

CH 5 RADIOBIOLOGIE RADIOPATHOLOGIE3- Le devenir des radicaux libresa) Nature du rayonnementb) Influence O2c) Influence des substances organiquesd) Présence de radioprotecteursV- L’EFFET DIRECT SUR L’ADN1- Les lésions de l’ADN2-Les conséquences de l’irradiation de l’ADNa) La réparation des lésions de l’ADNb)L’apoptosec) La mutationVI- les effets cellulaires d’une radio exposition1- Conséquences cellulaires d’une irradiation2- radiosensibilité cellulairePR N BEN RAIS AOUAD 3

CH 5 RADIOBIOLOGIE RADIOPATHOLOGIEVII-Les effets pathologiques des rayonnements ionisants1-Irradiation globale de l’organisme : effet à court terme2- les effets retardés : deux types d’effetsa-Effets somatiquesb-Effets génétiquesPR N BEN RAIS AOUAD 4

CH 5 RADIOBIOLOGIE RADIOPATHOLOGIEI- Grandeurs et unités1-Dose absorbée :C’est l’énergie absorbée/unité de masse dematièreDa = dE / dm (Gy )Unité:joule/ kg: Gray : GyPR N BEN RAIS AOUAD 5

2-Dose équivalente : HtLes rayonnement ionisants sont différents , à doseabsorbée égale, produisent des effets différents → laCIPR (Commission Internationale de Protection contreles Rayonnements) introduit en 1990 le facteur depondération lié à la nature du rayonnementHt = Da x WR (l’unité est le Sievert :Sv)La valeur de WR :-Electrons (ß - ), photon X, γ : WR = 1 quelque soitl’énergie-Particules α : WR = 20-Neutrons selon l’énergie : WR = 5 → 20PR N BEN RAIS AOUAD 6

3- Dose efficace (E) ou DEDépend de la radiosensibilité de l’organe ou du tissuirradiéAutre facteur = facteur de pondération tissulaireD E = Ht x Wt (Sv )Autres unités:– Le rad, 1 Gray = 100 rad– Le rem, 1 Sv = 100 remPR N BEN RAIS AOUAD 7

II-POSITION DU PROBLEME• Les effets biologiques sont le résultat final desévénements physiques initiaux produits par lesRI sur le milieu biologique.• La proportion des molécules qui subissent uneionisation est très faible. En cas de nonréparation, les lésions provoquées peuventêtre irréversibles.PR N BEN RAIS AOUAD 8

L’effet biologique final résulte d’une chaînede réactions physicochimiques qui estdéclenchée par les ionisations initiales etqui aboutit à endommager les grossesmolécules indispensables à la vie.PR N BEN RAIS AOUAD 9

Remarque importante : Ionisation →dommage ???═> NONAprès ionisation : REPARATION ++++→ La réparation dépend de laradiosensibilité et de la radioadaptation→ Si la réparation a lieu ,il n’y a pas dedommage : pas d’effet biologiquePR N BEN RAIS AOUAD 10

Exposition aux radiations ionisantes1 mSv/an2 mSv/ anChristine JIMONET, Henri METIVIER, Principes de radioprotection – réglementationCEA-Institut national des sciences et techniques nucléaires (INSTN),2007

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III-RADIOACTIVITE NATURELLE1- Origine cosmiqueRayons cosmiques émis par des sourcesgalactiques solaires ou extragalactiquesLe Rayons cosmiques :75% : protonsNoyaux atomiques : α, noyaux lourdsPhotons γ, XElectrons Energie considérableNeutronsPR N BEN RAIS AOUAD 13

Rayonnement cosmique : RCAtmosphère → Rayonnement secondaire= γ /neutrons…Interactions avec : O 2 , N, Ar→ Production de 3 H, 14 C :PR N BEN RAIS AOUAD 14

NB :14C oxydé →CO2 → photosynthèse→ végétaux→ animaux / homme3 H et 14 C : radioactivité de l’environnement.3H → T ½ = 12,3 ans14C → T ½ = 5730 ansPR N BEN RAIS AOUAD 15

2-Origine terrestre• Eléments légers : 40 K, T ½ =1,3 milliardsd’années* Rubidium 87 : 87 Ru ,T ½ = 48.10 9 années• Eléments lourds: 235 U, T ½ = 0,7. 10 9 années238 U, T ½ = 4,5. 10 9 années232Th, T ½ = 14,1. 10 9 annéesNous baignons dans un monde deradioactivité .PR N BEN RAIS AOUAD 16

NB:Radon =Rn219Rn = Actinium 219 de T ½ = 3,9s; provient de 235 U et du 223 Ra220Rn = Thoron de T ½ = 24s; provient du 232 Th222Rn ++++ : provient de 238 U et du 226 Ra; présent dans la croûte terrestre « mines de phosphates »; produit en quantité100 fois moindre que le 220 Rn mais c’estun émetteur α deT ½ = 3,82 j :gaz toxique,volatile,cancérigène ; responsable de 90% de l’effet sanitaire par l’intermédiaire deses descendants α à vie courte( 218 Po « 3mn », 214 Pb «27mn», 214 Bi«20mn»,214Po « 1,6 10-4 s ») ;irradie les cellules épithélialesbronchiques et provoque le Cancer broncho –pulmonaire.PR N BEN RAIS AOUAD 17

IV/ Effets moléculaires : physico chimiques des RI1-Action directe :RI Molécule « rôle vital »Excitation /Ionisation+- Mort cellulaire !!!PR N BEN RAIS AOUAD 18

2- Action indirecteLes cellules des organismes vivants sont constituées de65% d’eau. L’eau est la principale cible des RI =radiolyse de l’eauRIH 2 O H 2 O + + e-H 2 O2H + + HO 0H 0 + OH-HO° et H° sont des radicaux libres : porteurs d’ecélibataire(o) qui possède une haute réactivitéchimique.PR N BEN RAIS AOUAD 19

L’eau irradiée est très réactive :HO° est un oxydant, H° est un réducteur.RIH 2 O HO° + H°PR N BEN RAIS AOUAD 20

3/ Le devenir des radicaux libresa) Nature du rayonnement :* Si rayonnement à TEL élevé :P-α- neutrons….(→DLI >200 ions / µm)les HO° sont rapprochés et peuvent secombinerHO° ° + HO°→ ° H 2 O 2 : eau oxygénée :très toxiqueH° + H° → H 2* Si rayonnement à TEL faible = x, γ, e- ….les HO° sont éloignés et il y’a recombinaisonentre H°et HO°: H° + HO° → H 2 OPR N BEN RAIS AOUAD 21

) Influence O 2 :L’O 2 potentialise les effets d’une radio expositionH° + O 2 → HO 2 ° hydroperoxydeHO 2 ° + HO 2 ° → H 2 O 2 + O2HO 2 ° +H° → H 2 O 2HO 2 ° +H° → H 2 O 2Les produits formés sont très toxiques : effetsensibilisant de l’ O 2 « importance enradiothérapie »PR N BEN RAIS AOUAD 22

c)Influence des substances organiques RH:Formation de peroxydesRH + HO° → R° + H2OR° + O 2 → RO 2 ° : radical peroxyde est unoxydant puissantRO 2 ° + R’H → R’° + ROOH .................Les radicaux formés sont nombreux, la formationen chaîne de 70 peroxydes ont été mis enévidence à partir d’une seule ionisation.PR N BEN RAIS AOUAD 23

d)Présence de radioprotecteurs:d-1- Chimiques :Ce sont des réducteurs à radical SH : cystéine /cystéamine qui vont capter le radical OH°.RSH+ OH° → RS° +H 2 OOH°est très réactif et RS° est peu réactifAutres : SérotonineThiazolidinesGlutathion ………d-2- Biologiques :Endotoxines/vitaminesPolynucléotides / polysaccharidesAntibiotiques/tétracyclinesBarbituriques/morphines………..PR N BEN RAIS AOUAD 24

V- L’EFFET DIRECT SUR L’ADN• ADN joue un rôle capital dans la vie cellulaire :division + synthèse protéique.• La survie d’une cellule parait directement liée àl’atteinte de l’ADN.• L’ADN : constituant essentiel de la chromatine dunoyau cellulaire.1- Les lésions de l’ADN :• Rupture de la double chaîne face à face → mortcellulaire.• Rupture simple : souvent réparable (sur un seul brin).• Altération des bases, altération des sucres.• Modifications structurales de l’ADN.PR N BEN RAIS AOUAD 25

2-Les conséquences de l’irradiation de l’ADNa)-La réparation des lésions de l’ADNl’immense majorité des lésions peuvent êtreréparées par :*Activation d’une centaine de systèmesenzymatiques « réparases »*Mécanisme : excision, resynthèse.*Faible débit de dose :+++(dose fractionnée)PR N BEN RAIS AOUAD 26

)-L’apoptose:• Définition : la mort cellulaire génétiquementprogrammée.• Par ce système il y’a élimination de toutes lescellules dans lesquelles la réparation de l’ADNn’a pas été satisfaisante.c)-La mutation : réparation fautive de l’ADN.• Il s’agit d’une mutation génique : modificationd’un gène de la molécule d’ADNPR N BEN RAIS AOUAD 27

VI- les effets cellulaires d’une radio exposition• Cycle cellulaire : l’ensemble d’événementsbiologiques se déroulant entre deux mitosessuccessives.• On distingue 4 phases en dehors de G0 (cellule aurepos):-G1 : la cellule accumule les nucléotides.-S: la synthèse : la cellule double sa quantitéd’ADN « 8 heures ».-G2 : « 5heures » .-M : mitose « division de la cellule en 2 cellulesfilles » qui possèdent la totalité de l’informationgénétique• La radiosensibilité est maximale en M, G, et elle estminimale en S.PR N BEN RAIS AOUAD 28

1- Conséquences cellulaires d’une irradiation• Lorsque les lésions sont fidèlement réparées →l’effet de l’irradiation est nul.• Si les lésions sont non ou males réparées :+ Perte de la viabilité de la cellule (au bout dequelques mitoses)+Elimination par apoptose.+Mutation ou modification permanente dupatrimoine génétique.PR N BEN RAIS AOUAD 29

2- radiosensibilité cellulaire* Nature des cellules : les tissus à renouvellement rapideapparaissent plus radiosensibles que les cellules àrenouvellement lent.La vie moyenne d’une cellule épithéliale = 2 joursalors que celle d’une cellule nerveuse =10 ans.* Dans l’ordre de radiosensibilité décroissant :Tissu embryonnaireTissu hematopoéitiqueGonades/cristallinEpidermeMuqueuse intestinaleTissus conjonctif et musculaireTissu nerveuxPR N BEN RAIS AOUAD 30

Sensibilité des tissus aux radiationsL’évaluation des doses biologiques prend en compte la sensibilité des tissus et organestouchés par l’intermédiaire d’un facteur de « pondération tissulaire ». C’est ainsi que lesorganes de reproduction sont estimés 20 fois plus sensibles que la peau. Ce coefficientpermet d’évaluer la toxicité d’une exposition en convertissant les dépôts d’énergie dans lesdifférentes parties du corps mesurés en grays en une dose efficace (exprimée en Sievert)relative au corps entier.Pr N BEN RAIS AOUAD 31

VII-Les effets pathologiques desrayonnements ionisantsLes effets pathologiques sont la conséquencedes effets biologiques, on distingue deux typesd’effets :Les effets à court terme < à 6 mois : nonstochastiques « obligatoires » :*A seuil: apparaissent après une certaine dosed’exposition.* Le plus souvent réversibles.* Leur gravité dépend de la dose.PR N BEN RAIS AOUAD 32

Les effets à long terme : retardés > 6mois• Leur évolution est lente.• Apparemment aléatoires stochastiques(probabilistes).• Le plus souvent non réversibles.• Probabilité d’apparition varie selon la dose.PR N BEN RAIS AOUAD 33

(h, jr, mois)(Ans, générations)

Cas des effets des irradiations in uteroEffets différents selon le stade de développement d’embryogenèse Phase de Pré-implantation:o 0-8/10 jours “tout ou rien”o Fécondation , implantationo Cellules totipotentes Phase d’Embryogenèse/organogenèseo 2°-8°semaineo Formation des organes Risque de malformations congénitale Phase fœtaleo 9°-38°semaineo Croissance et maturation des organes Risque de mal développement(retard de croissance, retard mental )Pr N BEN RAIS AOUAD 35

Cas des effets des irradiations in utero Expérimentation chez l’animal: Seuil pour grosses malformations durantorganogenèse: 250 mSv Seuil pour anomalies squelettiques mineures : 50mSv. Attitude prise chez l’homme: > 100 mGy: risque important de malformation,interruption de grossesse. < 10 mGy: aucune indication d’interruption. 10-100 mGy: attitude nuancée.Pr N BEN RAIS AOUAD 36

1-Irradiation globale de l’organisme : effet à courtterme- Dose < 0,3Gy : aucun effet.- Au delà: diminution temporaire des lymphocytes→régression spontanée.- Dose < 1Gy : aucun traitement.- 1Gy < dose < 2Gy : nausées et vomissements.- Dose > 2Gy : hospitalisation obligatoire.– Phase initiale : nausées, vomissements– Phase de latence : 2 semaines.– Phase critique : fatigue, frissons → diminution des globulesblancs (Polynucléaires, lymphocytes), diminution desplaquettes (le pronostic vital est mis en jeu en raison desrisques d’infection et d’hémorragie)PR N BEN RAIS AOUAD 37

2- les effets retardés : deux types d’effets :a-Effets somatiques :• Concernent l’individu radio exposé, la mutationporte sur une cellule somatique.• Le cancer est le principal risque tardif →premier cancer cutané radio induit en 1902.• Deux sources d’information :*Donnés expérimentales « animal »*Enquêtes chez l’homme : HIROSHIMA,NAGASAKI, TCHERNOBYL,FUKISHIMA.PR N BEN RAIS AOUAD 38

-Effets génétiques :• Concernent la descendance, la mutationporte sur une cellule contenue dans lesovaires ou les spermatozoïdes (cellulegerminale).• Certaines mutations défavorables peuvent êtreà l’origine de tares héréditaires(animal).• NB : aucun effet génétique n’a été constatéchez les descendants des sujets irradiés :Absence d’effet génétique chez l’homme.PR N BEN RAIS AOUAD 39