effets biologiquesdes rayonnements ionisants

• unités• niveau moléculaire• niveau cellulaire• effets déterministes• effets stochastiques

rayonnements ionisants et non ionisants

énergie des photons (eV)

50 Hz1022

1020 14

1010

105

-6 10 -1113.6

rayonnements ionisants

rayonnements non ionisants

10107

10

fréquence (Hz)

rayonnements ionisants et non ionisants

hν ≥ ∆E

C 11,24 eVH 13,54 eVO 13,57 eVN 14,24 eV

∆E

H2O # 13,6 eV

altérations de l ’ADNmutations radioinduites

unitésactivité : désintégrations par seconde• becquerel Bq : 1 désintégration / seconde• curie Ci : 37 x 10 9 Bq (37 GBq)

dose : énergie absorbée / masse de matière• gray Gy : 1 joule / kilogramme

dose efficace : indicateur du risque global• dose absorbée x WR x WT• sievert Sv• WR = 1 pour RX, béta et gamma• WT = 0.05 pour la thyroïde

facteur de pondération radiologique WR

• RX, ß+ - et γ WR = 1• neutrons thermiques WR = 3• neutrons énergétiques et p+ WR = 10• α et noyaux lourds WR = 20

0,08Gonades0,12Autres*0,12Sein0,12Estomac0,12Poumons0,12Côlon0,12Moelle osseuseWTOrgane ou tissu T

facteur de pondération tissulaire WT

0,01Surface osseuse1,00Corps entier

0,01Glandes salivaires0,01Peau

0,01Cerveau0,04Vessie0,04Thyroïde0,04Œsophage0,04FoieWTOrgane ou tissu T

intérêt et limitesde la dose efficace

adaptée aux besoins de la radioprotection

unité additive : exemple

RX : 100 mGy / 50 cm2 peau131I : 10 mGy / thyroïde

indicateur de risque stochastique > 200 mSvsans valeur probabiliste aux faibles dosesne tient compte ni du débit de dose, ni de l ’âge

WR WT %1 0,01 30 %1 0,05 100 %

dose efficace = (100 x 1 x 0,01 x 0,30) + (10 x 1 x 0,05 x 1)dose efficace = 0,8 mSv

ordres de grandeur des doses efficaces

10.000 mSv : irradiation aiguë / mort rapide1.000 mSv : irradiation aiguë / signes cliniques

5 mSv : irradiation annuelle à Clermont-Ferrand2,5 mSv : irradiation annuelle à Paris

1 mSv : limite annuelle légale pour la population1 mSv : irradiation annuelle moyenne médicale

corps humain 30 %tellurique 12 %r. cosmiques 10 %

radon 37 %

médical 29 %

essais nucléaires 2,5 %industrie 0,5 %

Irradiationnaturelle renforcée médicale retombées

irradiation externecosmique 0,4 mSv / an (X 2 / 1500 m altitude)tellurique 0,4 mSv / an

irradiation interne220Rn & 222Rn 1,2 mSv / an40K 0,2 mSv/anautres 0,2 mSv/an

irradiation naturelle totaleFrance 2,5 à 5,5 mSv / anParis 2,5 mSv / anMonde 2,5 à 70 mSv / an# 109 ionisations / s (70 kg.)

irradiation naturelle

retombées des essais nucléairesquelques µSv / an

industrie nucléaireen France 0,015 mSv / an

Tchernobyl 0,4 mSv en 19860,07 mSv / an 1987 - 19960,04 mSv / an 1997 - 2046

irradiation médicale0,8 mSv / an en Francetrès hétérogène (sujets âgés)

irradiation d’origine humaine

05

1015202530

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10décennie

exposition radiologique en fonction de l'âge

répartitiondes accidents

militaire5%

médical11%

nucléaire civil13%

industriel51%

recherche20%

accidents médicauxradiothérapie

• confusion 20 mm / 20 cm• erreur à l’initialisation après panne• erreur de programmation

accidents industrielsperte de sources

• gammagraphie• cobalt 60

accidents de criticité• 17 morts

malveillance, attentats

• unités• niveau moléculaire• niveau cellulaire• effets déterministes• effets stochastiques

lésions de l’ADN

métabolisme oxydatif• cassures simple brin

3 000 / j / cellule• lésions de base

3000 / j / cellule• cassures double brin

8 / j / cellule

cassuresimple brin

dimérisation

site abasique

modification de base

TT

A

AX

C

cassure double brin

pontage ADN-protéine

coupure de chaîne

• ionisations• radicaux libres très réactifs

H2O2 ou peroxydes RO2

réparation d’une lésion monobrin d’ADN

cassure simple brin

liaison : ligase

section du brin : endonucléase

élimination

synthèse brin : polymérase

• unités• niveau moléculaire• niveau cellulaire• effets déterministes• effets stochastiques

lésions de l’ADNsignalisation

rayonnementionisant

apoptose cancerradioinduit

mutations

réparationfautive

intintéégritgritééggéénomiquenomique

réparationfidèle

mortmitotique

pas deréparation

• unités• niveau moléculaire• niveau cellulaire• effets déterministes (Y.S.C)• effets stochastiques

risques déterministes (non stochastiques)

• fortes doses• ne se produisent jamais si la dose < Dseuil min

• se produisent à coup sûr si la dose > Dseuil max

• gravité croît avec la dose• protection simple

embryon et fœtus

• tératogenèse : déterministe à seuil

• cancérogenèse : stochastique

• unités• niveau moléculaire• niveau cellulaire• effets déterministes• effets stochastiques

• faibles ou fortes doses• probabilité croît avec la dose• gravité indépendante de la dose

e.g. thyroïde enfant > 100 mGy fort dd => CTD

• cancérogenèse• malformations congénitales héréditaires (?)• protection complexe : modèle dose-risque, seuils

risques aléatoires (stochastiques)

le problème des faibles doses

• faible dose ≤ 200 mGy

• faible débit de dose ≤ 50 µGy / minute

• irradiation naturelle 8 µGy / jour

• doses rencontrées en radioprotectionindustriellemédicale diagnostique

• relation dose - risque ?

• seuil ? quasi-seuil ? linéaire sans seuil ?

évaluation du risque des faibles doses

excès derisque relatif

exposition

effets avérés

0X

ERR

• linéaire sans seuil

effetshypothétiques

ERR

• quadratique

• hormésis

• réglementation

effets génétiques héréditaireschez l’homme

• prouvé chez l’animal (drosophile, souris)

• hypothétique chez l’homme

• aucun effet significatifHiroshima - NagasakiTchernobylKérala

études épidémiologiques

Hiroshima-Nagasaki leucémies seuil # 150 mSv76.000 ; M 200 mSv cancers solides NS < 100 mSv

CIRC 2005 (BMJ) leucémies et cancers solides600.000 T. Nucléaire NS < 100 mSv

radiologues > 1960 leucémies NS220.000 ; 10 - 50 mSv / an cancers solides NS

navigants leucémies NS47.000 ; 1,5 - 6 mSv / an cancers solides NS

(mélanomes)

études épidémiologiques

examens médicaux leucémies NScancers sein >> 100 mSv

radiothérapie NS si séances ≤ 150 mSv7.700 cancer du sein cancers solides NS

Kérala leucémies NS100.000 ; …70 mSv / an cancers solides NS

Yangijang leucémies NS100.000 ; 2 - 6 mSv / an cancers solides NS

F. de Vathaireétudes de cohorte sur les faibles doses de RIdoses < 100 mSvERR / Sv non significatif

effectif 415.000suivi 18 anscancers solides ERR = - 0,012 [-0,041 / +0,017]leucémies ERR = +0,032 [-0,011 / +0,019]

P. Duport. Int J Low Rad. 2003méta-analyse sur ensemble expériences publiées# 60 000 sourishormesis : 40 % des séries expérimentales pour des doses # 200-250 mSv

existence hormesis

Portess D. Cancer Res. 2007Low-dose irradiation of nontransformed cellsstimulate the selective removal of precancerouscells via intercellular induction of apoptosis

1 - autonomie de divisionactivation de facteurs de croissance

cancérogenèse : un processus darwinien complexe

3 - immortalisationaltération des mécanismes d’apoptosemaintien de la taille des télomères

2 - échappement aux mécanismes anti-prolifération inactivation de gènes suppresseurs de tumeur

4 - échappement au contrôle par les cellules voisines

5 - échappement au contrôle immunitaire

événements physiques initiaux proportionnels à la dose• indépendants• 1 mGy entraîne

1 CSB / cellule1 CDB / 25 cellules1 aberration chromosomique / 10.000 cellules

mécanismes de défense fortement non linéaires• leur mise en œuvre dépend

de la dosedu débit de dose (nombre de lésions simultanées)

• proportionnellement plus efficaces à faible dose

la cellule n’est pas isolée et se défendmodèle classique : évolution linéaire

• mutations indépendantes

état basal : métabolisme oxydatif / irradiation naturelle• 3000 à 10 000 CSB / cellule / jour• 8 à 50 CDB / cellule / jour• systèmes de réparation basal activés

une défense au moindre coût

et pour quelques mGy de plus• signalisation• les lésions simples sont réparées• les lésions complexes conduisent à l’apoptose

très faible dose (qq mGy) et débit de dose (< 5 mGy / min)• pas de signalisation supplémentaire• les lésions complexes ne sont pas réparées• mort cellulaireRothkamm - Lobrich. PNAS 2003 ; Collis. J Biol Chem 2004

de quelques mGy à # 100 - 200 mGy• signalisation• induction de systèmes de réparation• leur efficacité diminue avec la dose• apoptose ou réparation

une défense au moindre coût …

au delà de 100 - 200 mGy• réparation impérative pour la fonction tissulaire• lésions complexes réparées avec risque d’erreur• la cancérogénicité augmente• le risque de cancer est le prix de la réparation

au delà de 500 mGy• stimulation de la prolifération• facteur épigénétique

excès de risque relatif

exposition0 100 mSv10-20 mSv

élimination réparation prolifération

la règle de trois m’a tuer !

les radiographies seraient responsables de 0,6% des cancers au Royaume Uni (700 / an)0,9% des cancers aux USA (6000 / an)3 % des cancers au Japon (7600 / an)

Lancet 2004

les incohérences de la CIPR • abandonner la Dose collective• conserver garde la Relation Linéaire Sans seuil• ces deux notions sont strictement équivalentes !

une relation linéaire sans seuil ne peut pas être utilisée pour prévoir le nombre de cancers induits par les examens radiologiques

conclusion

cela ne remet en cause• ni la réglementation• ni les principes de la radioprotection médicale

• justification et optimisation

besoins de la radioprotection• nécessitent une quantification précise des risques• très faibles doses / très faibles débits de dose• qui prenne en compte l’évolution des connaissances

aurengo@wanadoo.fr