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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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Interactions entre rayonnements et matièreArticle inclus dans l'offre
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1. Sources d'exposition
Les rayonnements ionisants sont ceux qui sont susceptibles lorsqu'ils interagissent avec la matière de communiquer aux atomes de l'énergie entraînant l'éjection d'au moins un électron de leur cortège atomique.
On distingue, parmi les particules :
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celles chargées, directement ionisantes (particules alpha : noyaux d'hélium ; bêta : électrons chargés positivement ou négativement ; protons, ions lourds) ;
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celles non chargées, indirectement ionisantes (neutrons, photons gamma issus d'un noyau radioactif, photons X issus de transitions dans le cortège électronique d'un atome). Dans ce cas, les particules ionisent le milieu par l'intermédiaire de la mise en mouvement de particules directement ionisantes.
Les atomes dont le noyau est instable sont radioactifs et se transforment en noyaux stables en émettant des rayonnements (alpha, bêta ou gamma). La radioactivité est d'origine naturelle (due aux forces cosmiques ou telluriques) ou artificiellement obtenue au travers de réactions nucléaires. L'impact radiologique peut être estimé par une grandeur permettant de quantifier l'exposition des organismes : la dose efficace .
Dans l'environnement, des atomes émetteurs de rayonnements ionisants, les radionucléides, existent de façon naturelle, les concentrations terrestres, aquatiques ou atmosphériques de ces radionucléides variant largement d'un point du globe à l'autre. En France, l'exposition à des sources environnementales provient de l'inhalation et de l'ingestion de radionucléides, auxquelles s'ajoute la contribution de l'irradiation externe naturelle (des rayonnements cosmiques, mais aussi des matériaux de construction par exemple). L'ensemble de l'exposition naturelle peut être estimé à approximativement 2,4 mSv · an–1 (le sievert est l'unité pour l'équivalent de dose traduisant, à énergie équivalente, l'effet relatif des différents rayonnements sur les tissus vivants) en moyenne (avec une variation de 1 à 6 fois en France selon la nature du sous-sol) et constitue quantitativement la première source d'exposition des populations à la radioactivité. Les activités minières,...
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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).
-
(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).
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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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