L2 UE2 Biophysique Radiobiologie-Radioprotection

Plan du cours

I Rappels sur les Rayonnements ionisants - Généralités sur les rayonnements - Grandeurs dosimétriques et unités

II Radiobiologie – Lésions moléculaires – Conséquences cellulaires: courbes de survie –Conséquences tissulaires

III Radiopathologie - Effets déterministes - Effets stochastiques

IV Radioprotection

I Rappels sur les Rayonnements ionisants

– Généralités sur les rayonnements

• Irradiation naturelle

• Irradiation artificielle

essais et

industrie

naturelle

médicale

• Irradiation naturelle

Irradiation externe

cosmique 7 %

sols et eaux 17 %

radon 34 % :

Irradiation interne

• Irradiation artificielle

médicale

industrielle

militaire

41 %

1 %

58 %

Irradiation de la population 2,8 – 3,4 mSv/an/habitant

Irradiation naturelle moyenne : 2,8 – 3,4 mSv/an/habitant

• Rayons cosmiques: varient en fonction de l’altitude - niveau de la mer : 0,25 mSv/ an - Mexico (2240 m) : 0,80 mSv/ an - La Paz (3900 m) : 2 mSv/ an

• Rayonnements terrestres: varient en fonction des régions

- moyenne : 0,9 mSv/ an - Espirito Santo (Brésil) : 35 mSv/ an - Téhéran (Iran) : 250 mSv/ an - Limousin : 1,2 mSv/ an

• Domestique: radon dans les maisons • Alimentation - eaux minérales : 0,03 mSv/ an - 1,25 mSv/ an

Irradiation artificielle

• Médicale :

– Diagnostic :radiologie, médecine nucléaire

– Thérapeutique : radiothérapie,

radiothérapie interne vectorisée (médecine nucléaire)

• Militaire

• Centrales

• Industrie

I Rappel sur les Rayonnements ionisants (RI)

• Les RI interagissent avec la matière en produisant des excitations et des ionisations = absorption

• Différents types de RI

– Particules

- Particules

– X et photons

– neutrons

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI)

- Grandeurs dosimétriques et unités


• la dose : peut être mesurée

• Pour déterminer la dose absorbée, un détecteur est

placé à l’intérieur de la matière et on observe la réponse

quand on réalise une irradiation.

• La réponse est directement proportionnelle à l’énergie

déposée donc à la dose absorbée

• Grandeurs qui permettent de quantifier le champs de radiation

• Relatives à l’effet du RI sur la matière

dose absorbée

dose transférée

• Grandeurs utilisées en clinique dose équivalente

dose efficace débit de dose



Dose absorbée (unité Gray) pour toutes les particules : énergie réellement absorbée par unité de masse de matière

- Dose délivrée localement en radiothérapie pour T maligne : qq dizaines de Gy

- Dose mortelle 50 % des cas après une irradiation CE avec RI = 4 – 5 Gy

J/Kg ou Gy (Gray) dE

D=dm

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) : Dosimétrie clinique

Dose = notion physique qui ne permet pas d’apprécier correctement les effets biologiques (mort cellulaire et mutations)

Dose reçue (Gy) Par quel rayonnement : , x, , , n

Sur quelle partie du corps (tissu)

En combien de temps : débit de dose

I Rappels sur les Rayonnements ionisants Dose équivalente (Ht) ; unité le Sievert

Dose définie pour les besoins de radioprotection, tient compte de la nocivité différente des rayonnements

Ht (Sv) = Wr x D (Gy)

Dose de 1 Gy par RI dose équivalente de 1 Sv Dose de 1 Gy par RI dose équivalente de 20 Sv

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) Facteur de pondération lié à la nature du

rayonnement introduit en 1990

Électrons, photons toute E 1

Neutrons <10 keV

Protons > 2 MeV

Neutrons rapides > 20 MeV et

5

Neutrons : 10 keV – 100 keV

Neutrons : 2 MeV – 20 MeV

10

Neutrons : 100 keV – 2 MeV 20

Particules , noyaux lourds 20

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) Dose efficace (E) ; unité le Sievert

Tient compte en plus de la nature du RI, de la vulnérabilité du tissu irradié

Dose efficace : somme des doses équivalentes délivrées à chaque organe ou tissu, pondérées du facteur tissulaire Wt

E (Sv) = Wt x Ht (Sv) Dose efficace et dose équivalente ont la même unité

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) Facteur de pondération tissulaire

Gonades 0,20

Moelle osseuse 0,12

Poumon 0,12

colon 0,12

estomac 0,12

Thyroïde 0,05

sein 0,05

peau 0,01

autres 0,05

total 1 organisme entier

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) Dose efficace en pratique

Dose absorbée par chaque tissu, exprimée en Gy

pondérée une première fois par un facteur Wr (qualité de radiation)

pondérée une deuxième fois par Wt (vulnérabilité du tissu irradié)

somme pour tous les tissus dose efficace (exprimée en Sv)

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) Débit de dose

Le débit avec lequel une dose de RI est administrée est très importante:

Radiothérapie : Gy/h ou Gy/min Radioprotection : mGy/an

Mais également : le Volume irradié et la durée d’irradiation

dD

dt=.

d

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) Distribution de l’E absorbée

• Au niveau cellulaire distribution hétérogène, à dose égale dépend du Rayonnement - nature - énergie

• Notion de TEL : transfert d’Energie linéique : dE/dx - rayonnements pénétrants à TEL faible qui cèdent peu

d’énergie (x et ) - rayonnements peu pénétrants à TEL élevé ( et )

Photons de 4 MeV 0,3 keV/m

Protons de 7 MeV 10 keV/m

Particules de 5 MeV 150 keV/m

plus le TEL est élevé plus le trajet est court et ionisant par unité de longueur traversée.

la dose est concentrée sur quelques cellules

Irradiation interne Pour évaluer la dose, il faut connaître la bio- distribution de l’atome radioactif - durée de vie de l’élément radioactif - de sa concentration tissulaire Dose équivalente reçue - décroissance - reste de la vie estimée à 50 ans

I Rappels sur les Rayonnements ionisants (RI) Dose engagée

II Radiobiologie – Lésions moléculaires

– Conséquences cellulaires

courbes de survie

– Conséquences tissulaires

Principales étapes

• Lésions moléculaires

• Conséquences cellulaires :

• Conséquences tissulaires

Lésions moléculaires

Principe général :

le phénomène initial : transfert d’une partie de l’énergie radiante à la molécule (par excitation ou ionisation)

L’excès d’énergie interne compromet la stabilité de la molécule et peut-être responsable de modifications des liaisons chimiques donc de lésions moléculaires

Toutes les molécules peuvent- être atteintes mais les plus importantes :

- molécules d’ADN (patrimoine génétique)

- molécules d’eau (70 % du poids du corps),

Lésions moléculaires 1. Radiolyse de l’eau Aboutit à la formation de radicaux libres très réactifs (radical

libre = atome ou molécule qui possède un e- non apparié)

Etape initiale excitation : photon + H2O H2O*

ionisation : photon + H2O H20.+ + e-

Etape radicalaire

- H2O* HO. + H. (H. : puissant réducteur)

- H20.+ HO. + H+ (HO. : puissant oxydant) - L’électron éjecté en fin de parcours s’entoure de molécules

d’eau e- acqueux (puissant réducteur)


Etape diffusionnelle : à l’issue de la radiolyse de l’eau

Les produits de la radiolyse de l’eau sont distribués de manière hétérogène autour de la trajectoire

Recombinaison en composés inertes HO. + H. H20 (pas d’effet)

H. + H. H2 (hydrogène )

HO. + HO. H2O2 (eau oxygénée, puissant oxydant)


Etape chimique : les radicaux formés hautement réactifs peuvent

modifier les liaisons chimiques et entraîner des altérations moléculaires

• action des radicaux OH. : déshydrogénation et hydroxylation R:OH + OH. R. + H2O R. + OH. R:OH • action des radicaux H. : déshydrogénation et addition R:H + H. R. + H2

R. + R’. R:R’ Inactivations enzymatiques, dégradations des molécules

Lésions moléculaires La proportion de radicaux libres dépend

• De la nature du rayonnement

• Du TEL

• De l’environnement en oxygène


• TEL élevé (particules , protons, neutrons)

radicaux HO. proches les uns des autres

probabilité de recombinaison élevée

• TEL faible (photons, électrons)

Probabilité de rencontre de 2 radicaux HO. faible

formation H2O2 faible sauf si O2 , formation de péroxides

• Effet de l’O2 : radio sensibilisateur L’O2 augmente l’action des RI par 2 réactions

Création de radicaux libres HO2. à partir de 2 réactions

H. + O2 HO2. e-acq + O2 O2- et O2- + H2O HO2. + OH-

HO2. (radical plus stable va former l’eau oxygénée) HO2. + HO2. H2O2 + O2.

créations de radicaux péroxydes plus toxiques car ½ vie plus longue R. + O2 ROO.

Rôle important de l’oxygénation tissulaire


Lésions moléculaires lésions de l’ADN Les effets sur l’ADN sont de 2 types Effets directs par transfert direct de l’énergie du Rayonnement ionisant à la molécule d’ADN Effets indirects secondaires aux effets physicochimiques des produits de radiolyse de l’eau

Selon le point d’impact Rupture de chaines +++ simple brin double brin

Altérations de bases site abasique base modifiée, oxydée

autres lésions : pontage entre 2 chaînes entre un chaîne et une protéine

Lésions à l’ADN

Lésions moléculaires: lésions de l’ADN

Les radiations ionisantes possèdent 2 particularités

- efficacité importante pour créer des lésions moléculaires

- absence de spécificité

Agression permanente de l’ADN:

radioactivité naturelle radicaux libres produits par le métabolisme cellulaire

Mécanismes de réparation - génétiquement contrôlés et conservés au cours de

l’évolution des espèces

- mécanismes complexes faisant intervenir plusieurs enzymes

- plusieurs types de mécanismes de réparation: réparation fidèle restauration complète de la molécule

d’ADN ou réparation insuffisante que l’on appelle aussi « fautive » qui entraîne des mutations

Mécanisme de réparation de l ’ADN

• Fait intervenir plusieurs enzymes: – Une glycosylase reconnaît l’altération de l’ADN

- Une endonucléase coupe la lésion

– Elimination de la partie lésée

– Polymérase + ligase

Mécanisme de réparation de l ’ADN

• Une glycosylase reconnaît l’altération de l’ADN

• Une endonucléase coupe la lésion

• Elimination de la partie lésée

• Polymérase + ligase

• Les mécanismes de réparation peuvent être insuffisants

- quand le nombre des lésions à réparer est très important (saturation des systèmes enzymatiques ) dans les cas d’irradiation à débit élevé

- quand la réparation est fautive: la lésion est

remplacée par une structure anormale apparition de mutations malgré les systèmes de

réparation • Si la mutation touche une cellule germinative elle

peut être transmise à la descendance responsable d’anomalies héréditaires

• Quand la mutation touche une cellule somatique elle peut être responsable du développement de cancers

réparations fautives des mutations

ex : Réparation SOS ou mutagène

la lésion est remplacée par une structure non saine mutation

Réparation SOS

Traduction des lésions de l’ADN sur les chromosomes

Plusieurs types d’aberrations et de réarrangements sont possibles

délétions terminales (fragments) ou interstitielles (anneaux acentriques)

échanges inter chromosomiques symétriques (translocations) ou non (anneaux dicentriques)

échanges intra chromosomiques

Certaines sont létales

D’autres sont associés à des maladies malignes par l’intermédiaire de l’activation d’oncogènes ou la perte de gènes suppresseurs

Réparation fautive: altération chromosomique

Dosimétrie chromosomique

• En cas d’irradiation, l’étude des chromosomes peut permettre d’apprécier la dose reçue. • Examen des anomalies chromosomiques sur un échantillon de lymphocytes • Anomalies examinées: nombre d’anneaux centriques et de chromosomes dicentriques • Donne une idée sur l’irradiation moyenne : seuil de

sensibilité environ 0,2 Gy

Principales étapes


• Conséquences cellulaires : modifications de l’ADN

- létales : mort cellulaire (courbes de survie)

- modifications viables : mutations, cancérisation

• Lésions tissulaires

Conséquence cellulaire: Mort Cellulaire Mort immédiate - à dose élevée (100 Gy)

- cytolyse de la cellule

Mort différée:

• Les cellules perdent la capacité de division • Expression après la 1ère division ou les suivantes • Explique les effets tissulaires et les effets retardés sur une tumeur

Conséquence cellulaire : Mort différée

Mécanisme de contrôle de la cancérisation

Régie par la protéine p53 et mise en oeuvre par protéases appelées caspases

Modifications morphologiques – Condensation et vacuolisation du cytoplasme – Fragmentation de l’ADN – Externalisation de la phosphatidyl-sérine membranaire – Bourgeonnement de la membrane

Par des courbes de survie : relation entre le taux de cellules survivantes S et la dose (S quand D )

Études expérimentales par rayonnement X ou , irradiation en une seule séance, dans de bonnes conditions d’O2

Différents types de courbes : courbes exponentielles courbes sigmoïdes influence du fractionnement influence du débit de dose influence du TEL du rayonnement

Conséquence cellulaire:

Etude de la survie cellulaire en fonction de la dose

Conséquence cellulaire: Explication des courbes de survie

Courbe de survie exponentielle : • Atteinte de cibles létales. Chaque atteinte correspond

à une mort cellulaire (lésion non réparable).

Courbe de survie avec épaulement : • La première partie correspond aux cibles létales

(lésions non réparables). • La deuxième partie correspondrait : - soit à des cibles sublétales (nécessité de deux

lésions au niveau d’une cellule), - soit à la saturation des mécanismes de réparation.

Conséquence cellulaire: Courbes expérimentales courbes exponentielles

Virus, bactéries et certaines cellules de mammifères

• S = e-D

• = 1/D0

D0 = dose létale moyenne valeur de D pour S = 37% définit la radiosensibilité Valeur de D0 d’autant plus faible que cellules plus radiosensibles

S= 37 %

Courbes expérimentales avec épaulement

• Cellules de mammifères

• Courbe A 2 parties : 1ère partie

curviligne et partie distale rectiligne

* terme D0

* valeur n = nombre d’extrapolations

• Courbe B Incurvation continue

Modèle à 2 composantes S = S1 x S2

(1) S = e-D/D0 x [1 – (1 – e-D/D0)n]

(2) S = e –(D + D2) importance du rapport /

1 2

Radiosensibilité et cycle cellulaire

• Sensibilité minimale en phase S

• Sensibilité maximale en G2 et M

Facteurs modifiant les courbes de survie

• Sensibilité aux rayonnements de la lignée cellulaire Ex: Les cellules souches de la moëlle osseuse sont plus sensibles que des fibroblastes

• Nature du rayonnement : effet des plus important

que β, et X

• Débit de dose : Une dose délivrée à haut débit cause plus de mortalité que la même dose étalée dans le temps.

• Oxygénation : Les cellules en hypoxie sont plus résistantes

Principales étapes


• Conséquences cellulaires

• Conséquences tissulaires

Effet des Rayonnements ionisants sur les Tissus

• Ne peut s’observer que lors de la disparition d’un grand nombre de cellules

N’apparaît chez les individus d’une même espèce qu’à partir d’une dose seuil

• La délai d’apparition varie : * En fonction des caractéristiques du tissu - Délai rapide pour les tissus à renouvellement rapide - Délai long pour les tissus à renouvellement long

* De l’existence de mécanismes de régulation qui accélèrent la prolifération cellulaire

Tissus compartimentaux

Plusieurs compartiments disposés en “série”

- Compartiment souche (cellules indifférenciées, nombreuses mitoses): très radiosensibles

- Compartiment de maturation: moyennement radiosensibles

- Compartiment fonctionnel (cellules différenciées, pas de mitoses): peu radiosensibles


Hiérarchie à renouvellement cellulaire rapide moelle hématopoiétique les épithéliums le tissu séminifère compartiment compartiment compartiment souche de maturation fonctionnel cellules jeunes en # moins de mitoses pas de mitoses mitoses +++ en cours de # cellules #

très radiosensibles peu radiosensibles radiorésistantes sauf ovocytes et lymphocytes


• Les cellules souches sont les plus atteintes, et les cellules différenciées le moins atteintes

• Le délai d’apparition du déficit fonctionnel dépend de la durée de vie des cellules différenciées

• Ex: Moelle osseuse

– Thrombocytopénie et leucopénie après quelques jours

– Anémie après quelques semaines

Tissus Non compartimentaux

• Pas de cellules souches individualisées

• Tissus à renouvellement lent, non hiérarchisé ; le renouvellement intervient à la demande en cas d’agression

• Chaque cellule peut en cas de besoin se

diviser pour remplacer une cellule qui meurt

• Ex: Foie

III Radiopathologie

- Effets déterministes

- Effets stochastiques

Radiopathologie

• Effets obligatoires : déterministes – Dépendent de la dose équivalente délivrée: dose

« seuil »

• Effets aléatoires : stochastiques – Dépendent de facteurs individuels – Pas d'effet « seuil » mais probabilité liée à

dose reçue – Existent pour des doses>200 mSv – Suspectées pour des faibles doses

Effets des RI sur l’organisme

• Les effets déterministes obligatoires

liés à la mort cellulaire

effets précoces et tardifs

• Les effets aléatoires stochastiques

liés à la transformation cellulaires

survenant à long terme

Effets des radiations ionisantes

• Effets déterministes : non stochastiques – Irradiation localisée

– Irradiation globale

– Effets sur l’embryon et le fœtus

• Effets stochastiques (aléatoires) Effets carcinogènes

Effets génétiques

Effets déterministes

Irradiations localisées

• Peau (effets précoces) - < 1 Gy : pas de lésion

- 6 – 12 Gy : érythème - 12 – 15 Gy : radiodermite sèche

- 15 – 20 Gy: radiodermite exsudative

- 25 – 30 Gy : radionécroses (ulcérations infections) Cicatrisation après irradiation sous forme de dermite

sèche pigmentée qui disparaît après desquamation


Peau (effets tardifs)

atrophie cutanée

sclérose cutanée et sous cutanée

trouble de la pigmentation

Cicatrisation après irradiation sous forme de dermite sèche pigmentée qui disparaît après desquamation


• Gonades : hommes : azoospermies pour doses > 6 Gy femmes : aménorrhée pour doses > à 7 Gy chez femme de

40 ans et > à 12 Gy pour femmes de 25 ans • Œil : cristallin partie la plus radiosensible Risque de cataracte pour des doses > 10 Gy et délai

d’apparition de plusieurs années • Poumon : doses > 25 Gy lésions radiques en qq mois

• Thyroïde

Doses de 200 Gy (iode-131 hypothyroïdies)

Irradiations globales Phase initiale :

1 à 10 Sv signes : asthénie, céphalées, nausées et vomissements

Phase de latence clinique :

- les lésions cellulaires sont constituées mais délai d’apparition plus ou moins long selon les tissus

- phase d’autant plus courte que l’irradiation est importante

- pour des doses > 10 – 15 Gy absente

Phase d’état: on distingue 3 syndromes en fonction de la dose

- syndrome hématologique pour D > 2 – 2,5 Gy - syndrome intestinal D > 6 Gy - syndrome nerveux central pour D > 10 – 20 Gy

Irradiations globales

Syndrome hématologique (2 – 2,5 Gy) : symptômes liés à une aplasie avec une pancytopénie infections et hémorragies anémie mort en quelques semaines dans les cas graves La DL50 = 4 Gy pour une irradiation aiguë en l’absence de traitement

Syndrome intestinal : (D > 6 Gy) symptômes liés à la destruction de la muqueuse intestinale :

diarrhée hémorragies digestives déshydratation Occlusions, perforations

Syndrome neurologique (D > 10 Gy) signes méningés

coma en quelques heures

Irradiations globales

• Réactions toxiques:

– nausées, vomissements,céphalées,diarrhées

– Lymphopénie ,granulopénie, thrombocytopénie

– Radiodermite, chutes des cheveux, poils, phanères

– Signes d'entérite avec risques d'hémorragies et perforations intestinales

• Pronostic: dépend risques infectieux et hémorragiques

Effets observés lors de l’irradiation de l’embryon et du fœtus pendant la grossesse

Les conséquences de l’irradiation in utéro dépendent de la période de grossesse:

• Période de préimplantation 1 –8j

loi du tout ou rien (mort ou normal)

• Période de l’organogenèse : 8j – 8ème semaine - risque important de malformations organiques avortements spontanés (40 % des femmes à

Hiroshima pour D > à 1 Gy)

• période fœtale : 8ème semaine – fin - risque de retard mental et de retard de

croissance (microcéphalies pour D > 0,1 Gy à Hiroshima)

- troubles de la croissance pour D > 1 Gy

Pour quelles doses faut-il s’inquiéter? le risque dépend de la dose : seuil de 0,2 Gy pour

l’espèce humaine En pratique : A risque négligeable pour D < 100 mGy :

Interruption thérapeutique de grossesse non conseillée

A D > 200 mGy : Interruption

thérapeutique de grossesse conseillée A entre 100 et 200 mGy : information des

parents du risque hypothétique qui reste extrêmement faible

En l’absence de certitude : A hypothèse pessimiste d’absence

de seuil A irradiation interdite durant la

grossesse A mais incertitudes aux faibles doses (à noter que le risque de malformation congénitale spontanée est de 5 %)

Effets stochastiques

Phénomènes cellulaires : réparation fautive et mutations non létales

Effets sur les cellules somatiques : risque de cancer Effets sur les cellules germinales : risque de trans- mission d’anomalie génétique

Dans tous les cas il ne s’agit que d’un risque

Effets stochastiques

• Études épidémiologiques difficiles

• Car la démonstration de ces effets repose sur la mise en évidence d’une augmentation significative de ces effets sur un nombre suffisamment important de personnes exposées

Effets carcinogènes

Mise en évidence des cancers radio-induits

• 1913 : mineurs exposés à l’uranium : 42 % de dc par cancers bronchopulmonaires

• 1930 : incidence élevée des ostéosarcomes mandibulaires chez les peintres de cadrans luminescents

• 1944 : fréquence des leucémies chez les radiologues (10 fois plus)

• 1945 : Hiroshima et Nagasaki : excès de leucémies (3 fois plus) et de tumeurs solides

• 1986 : Tchernobyl : excès de cancers de la thyroïde chez les enfants de Biélorussie et Ukraine

1) Hiroshima : 6 août 1945 Nagasaki : 9 août 1945

• 240 000 morts

• Irradiation aiguë, - à dose élevée, CE - à fort débit de dose

• Externe surtout • RYT à faible TEL

Études internationales sur les

conséquences

2) Essai thermonucléaire de l’atoll de Bikini 1954 • retombées sur îles Marshall • irradiation externe (isotopes de l’iode) • excès d’hypothyroïdie • excès de cancer de la thyroïde (46 pour 250 personnes)

3) Les réacteurs nucléaires : Three mile Island (1979) 14000 personnes déplacés

Tchernobyl (avril 1986) - aérosol de plus de 20 millions de Ci d’iode

- 134 / 600 travailleurs : syndrome hématologique aigu (41 décès)

- 12000 personnes déplacées et 600000 personnes exposées

- 5000 cancers de la thyroïde chez l’enfant

4) Goiana (brésil) • 1987

• source de césium (ferrailleurs)

• irradiation de 20 personnes/ 4 dcd

5) Irradiations thérapeutiques

- exposition externe : radiothérapie

* cancer du col utérin : 82000 / 46700

* cancers de l’enfant

* traitement des maladies bénignes : spondylo-arthrite (14 000), teigne

- exposition interne : iode 131 : RYT de faible TEL

6) Irradiations professionnelles

- Radium 226 (peinture)

- Uranium (mineurs exposés au radon)

• Quantifier le risque de cancer pour une dose donnée

- groupes homogènes - extrapolations (assorties d’incertitude)

• Rôle du débit de dose dans le risque

• Organes plus sensibles que d’autres ?

• Sensibilité en fonction du sexe et de l’âge ?

• Existe-t-il un seuil en deçà duquel il n’y a pas

d’effet ?

Faible dose ?

* Toute dose < au seuil déterministe

* Dose pour laquelle il est impossible de mettre en évidence un effet

Dose reçue dans les expositions courantes * pour la population : irradiation naturelle * pour les travailleurs: exposition professionnelle UNSCEAR : United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation borne > 0,2 Gy délivrée à un débit de dose de 0,1 Gy/h

Existe t- il un seuil < pas d’effet

Études d’Hiroshima et de Nagasaki (1950 – 1990) existence d’un seuil > 50 mGy pour les tumeurs solides > 100 mGy pour les KC de la thyroïde

Mais : ces valeurs sont du même ordre de grandeur que: l’exposition d’un travailleur à 20 mSv/an

pendant qq années

l’identification des cancers radio-induits / aux cancer naturels est impossible

Facteurs jouant sur la cancérogenèse

Dose absorbée Débit de dose

Nature du RI

Nature du tissu

Facteurs génétiques

Caractéristiques

Délai d’apparition +/- variable, long selon le type de cancer Rien ne les distingue des cancers spontanés Survenue non systématique, mais la probabilité de survenue augmente avec la dose

Enquête difficile car

délai d’apparition long (en moy 8 ans)

radiosensibilité variable avec le sexe, l’âge, et Ryt

mortalité par cancer naturel forte de 20 % en France

impossibilité d’affirmer l’existence ou non de cancer aux faibles doses

hypothèse pessimiste d’absence de seuil

et d’effet proportionnel à la dose même aux faibles doses

Seuil ? • Risque élevé au delà d’un certain seuil 100 – 200 mSv • Risque ? aux faibles doses?

Faibles doses : Le modèle retenu

est celui d’une relation linéaire

sans seuil

C’est sur cette hypothèses que

se base la réglementation en radioprotection

IV Radioprotection

Radioprotection

• Radioprotection concerne : le public les patients le personnel • Conduite à tenir pour une irradiation accidentelle * fortes doses : effets déterministes : traitement * faibles doses : risques ? pas de mesures médicales particulières mesures pour éviter un nouvel incident

• Les sources naturelles : 2,4 mSv/ an/habitant - cosmique - tellurique - interne

• Les expositions médicales - irradiations externes : radiodiagnostic, radiothérapie

externe

- irradiations internes : radiothérapie interstitielle

- contamination interne par radionucléides : Médecine Nucléaire diagnostique et thérapeutique

• Les sources artificielles – les applications industrielles : production d’énergie nucléaire

– les applications militaires : retombées des explosions nucléaires

Radiodiagnostic Dose efficace

(mSv)

Médecine Nucléaire

Radiographie pulmonaire 0,15

Urographie intraveineuse 4

Scanner 10 - 20

coronarographie 10

4 Scintigraphie osseuse

8

18

Scintigraphie cœur 99mTC

201Tl

Radiothérapie

10 000 – 120 000

Organisation de la radioprotection

• Au niveau international - CIPR 1928 : organisation non gouvernementale ; élabore des

recommandations

- UNSCEAR 1955 (united nations scientific committee on the effects of atomic radiation) dépend de l’ONU

- AIEA 1957 (international atomic energy agency ) : énergie atomique civile

• Au niveau européen - Euratom 1965 établit pour les européens des directives

• Au niveau français - ASN : Autorité de Sureté Nucléaire 2001

- DGSNR : Direction Générale de la Sureté Nucléaire et de la Radioprotection :contrôle de la politique de sûreté et de radioprotection

- IRSN : Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire: expertise, information, formation

La réglementation repose sur 3 grands principes

Justification de l’activité sur le plan individuel et collectif

A supprimer toute irradiation inutile

Optimisation de la protection

A les doses reçues les plus faibles possibles

A limites professionnelles très < aux recommandations de 0,05 mSv/an

Limitation des doses individuelles avec contrôle du respect des normes

Les 3 lois de la radioprotection

• Justification – Pour chaque exposition: le bénéfice doit dépasser

le risque

• Optimisation – Exposition à un niveau de dose aussi faible que

raisonnablement possible: Principe ALARA (As Low As Reasonably Achievable)

• Limitations

– Limites de doses établies par la loi que l’on ne doit pas dépasser: 20 mSv/an travailleur, 1 mSv par public

Etablir des normes

• Normes recommandées tiennent compte - travailleurs - public surveillance différente

• Normes recommandées distinguent - l’irradiation générale - l’irradiation localisée gravité différente • Normes recommandées tiennent compte - des effets déterministes avec seuil - des effets aléatoires sans seuil risque différent

En tenant compte de 2 paramètres

A celui du risque : probabilité qu’un individu subisse un effet nocif du fait d’une irradiation

A celui du détriment qui tient compte de la gravité

Exposition externe : Rayonnement provenant d’une source externe primaire ou secondaire

irradiation par les rayonnements X et

Dose à la peau = dose en profondeur

irradiation par

irradiation de la peau car parcours petit Dose superficielle

Contamination contamination externe : dépôt sur la peau : irradiation externe

contamination interne : pénétration par inhalation, ingestion ou effraction : équivalent de dose engagée

Protection

Contre les effets déterministes

Existence d’un seuil

A possibilité de limitation des doses à des valeurs inférieures à la dose seuil

A les limites individuelle fixées excluent avec une grande marge de sécurité toute possibilité d’apparition de ces effets

A assurent une protection absolue des travailleurs et du public

• Personnes directement affectées à des travaux utilisant des rayonnements ionisants (A)

• Personnes non directement affectées à des travaux utilisant des rayonnements ionisants (B)

• Public < 1 mSv/an

Nouvelles directives

Dose (mSv/an)

Travailleur Public

Globale 20 1

cristallin 150 15

Peau 500 50

Mains et autres organes

500 50

1. Fœtus : considéré comme un membre du public 1mSv sur 9 mois

2. Vigilance pour la femme enceinte et la femme allaitante

3. Introduction de la dosimétrie opérationnelle obligatoire depuis 2001

Contre les effets aléatoires

En l’absence de certitudes aux faibles doses 2 hypothèses sont adoptées:

A d’absence de seuil

A de proportionnalité entre la dose et l’effet même aux faibles doses

Impossibilité de viser une protection absolue

Accepter un certain risque pour la société et l’individu

Essayer de limiter ce risque à un niveau acceptable au moins inférieur au risque de certaines professions

Organisation de la radioprotection

Mesures générales

Mesures contre l’exposition externe

• Distance: – Loi de l’inverse du carré de la distance

• Temps d’exposition: – Réduire la durée d’exposition

• Utilisation d’écrans

papier

Plomb

plexiglas -

+

Eau, plastique n

Protection du personnel : accès réglementé

Protection du personnel • Qualité de l’acte :

- durée - éloignement de la source - instrumentation

• Blindage : - tablier, gants (Pb) - protège seringue - écran de manipulation

• Législation - durée du travail - évaluation de la dose * poitrine * poignets * dosimètre opérationnel

Dosimètre solide

• La détection se fait dans

un semi conducteur

(plus efficace qu’un gaz)

• Détecteur robuste et très sensible

(mSv)

• Électronique associée permet

d’afficher sur un écran la dose

et le débit de dose et peut

déclencher une alarme sonore

• + microprocesseur qui permet de stocker les données

Permet le suivi en temps réel de l’exposition.

Surveillance

1. Surveillance du personnel obligatoire

* surveillance de l’irradiation externe port du dosimètre obligatoire * surveillance de la contamination interne :

surveillance hématologique et radiotoxicologique

2. Surveillance des locaux

* Surveillance de l’irradiation externe

débit de dose < 2,5 mSv/h * Surveillance de la contamination mesures d’activités déposées sur le sol

Problèmes de l’utilisation non médicale des radiations ionisantes L’industrie nucléaire Les accidents

• Accident aux EU en 1979

Pas de conséquences médicales

Déplacement de 140 000 personnes

• Accident de Tchernobyl en Ukraine : 26 avril 1986

rejet de 108 Ci : gaz rares, Xe et Kr, 10 à 20 % d’iode 131

césium 137

70 % des retombées en Ukraine, Belarus et Russie

Personnes exposées • 1000 travailleurs intervenus en urgence - fortes doses > 1 Gy avec effets précoces - pas de dosimétrie individuelle Doses > 1 Gy, 134 syndromes aigus d’irradiation décès : 31 avant 1987, 11 entre 1987 et 1998 et 8 depuis

1999

• 600 000 liquidateurs doses moyennes et faibles surveillance dosimétrique

• Résidants des 3 républiques : 5 – 6 millions – Évacués 300 000 – Résidants des 3 républiques :

• pas de dosimétrie, calcul à posteriori • irradiation de la thyroïde (doses moyennes à fortes)

augmentation des cancers de la thyroïde chez les enfants de moins de 15 ans

• doses faibles aux autres organes

Conséquences sur la population • Doses à la thyroïde élevées et doses CE faibles

• prés de 5000 cancers de la thyroïde chez les enfants de moins de 15 ans

• Pas d’augmentation des leucémies ni d’autres cancers

• Beaucoup d’effets non spécifiques en rapport avec l’accident (suicides, perte de travail, stress)

Conséquences à distance problèmes liés à la migration du nuage radioactif

* augmentation de la radioactivité dans l’air et dépôts sur le sol dans certaines régions

* en France : 0,05 à 0,01 Sv

8 Bq/m3 d’air pour l’iode

Conclusion

source : Cohen B L; Catalog of risks extended and updated. Health Phys. 61: 317-335

L2 UE2 Biophysique Radiobiologie-Radioprotection

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