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RÉSUMÉ
La radiobiologie s’est construite sur l'observation des effets des rayonnements ionisants sur la matière vivante. Des corrélations entre les phénomènes constatés, notamment physiologiques, et la nature du rayonnement en termes de dose, débit et géométrie ont été rapidement avancées. Plus tard, les progrès de la mesure physique, de la biologie cellulaire et ensuite moléculaire ont permis de mieux appréhender les phénomènes impliqués au niveau cellulaire mais aussi génétique lors d’une exposition aux rayonnements ionisants. Pour autant, les connaissances des effets de l’irradiation sur la matière vivante ne cessent encore d’évoluer de nos jours. Cet article présente les bases physiques et biologiques de la radiobiologie, en tentant notamment d'appréhender la question du contrôle des effets délétères de l'irradiation sur les tissus sains lors du traitement des patients atteints de tumeurs. Actuellement, ces effets limitent l'application de ces thérapies, la destruction de cellules tumorales étant fréquemment accompagnée d'atteintes souvent invalidantes des fonctions physiologiques.
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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)
INTRODUCTION
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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4. Effets sanitaires des rayonnements ionisants
Les effets des rayonnements peuvent se classer en deux grandes familles dont les caractères sont fondamentalement différents. Les effets de la première famille apparaissent dans tous les cas, dès que la dose dépasse une certaine valeur, et leur gravité augmente en général avec la dose reçue ; ce sont des effets à seuil, non aléatoires et dépendant de la nature des tissus, appelés pour cette dernière raison effets déterministes . Ces effets sont la conséquence de la mort cellulaire ; ils surviennent lorsqu'un trop grand nombre de cellules d'un même organe sont détruites et qu'apparaissent alors des effets décelables cliniquement ou biologiquement. Ils sont considérés comme précoces car ils surviennent dans les jours ou semaines qui suivent le moment de l'irradiation, de façon d'autant plus précoce que le tissu concerné a un taux de renouvellement plus rapide. Ils peuvent être réversibles, selon l'importance des lésions. En raison des règles de protection, ils n'apparaissent en milieu professionnel qu'à la suite d'expositions accidentelles. Le public peut être concerné par ce type d'effets au décours de traitements de radiothérapie, mais toujours à des niveaux bas ; en effet, les doses utilisées pour éradiquer les tumeurs sont choisies le plus près possible du seuil de tolérance des patients, dont une faible proportion peut être légèrement plus sensible que la moyenne.
Les effets de la seconde famille n'apparaissent que de façon aléatoire chez quelques sujets, même pour des doses élevées ; leur nombre augmente avec la dose reçue mais leur gravité est totalement indépendante du niveau de la dose. Ils sont tardifs, n'apparaissant que quelques années ou dizaines d'années après l'irradiation. On les dénomme effets stochastiques, ce terme étant utilisé dans sa signification mathématique. Ce sont les cancers solides et les leucémies qui se développent chez l'individu directement irradié (effets...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GAMBINI (D.-J.), GRANIER (R.) - Manuel pratique de radioprotection. - Troisième édition. Éditions Tec. & Doc. Lavoisier, Paris (2007).
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(2) - HALL (E.), GIACCIA (A.) - Radiobiology for the radiologist (Radiobiologie pour le radiobiologiste). - 6th edn, Lippincott Wilkins & Williams, Philadelphia, USA (2006).
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(3) - Cours postuniversitaires de radioprotection. - Agence internationale de l'énergie atomique, vol. 1, Collection cours de formation no 5, AIEA, Vienne (1995).
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(4) - PRASARD (K.N.) - Handbook of radiobiology (Manuel de radiobiologie). - CRC Press, Inc., Boca Paton, Floride, USA (1984).
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(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 (J.-L) - Nature...
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