1.3 -  Les effets biologiques des rayonnements ionisants

1.3.1 - Effets primaires à l'échelle microscopique

1.3.1.1 -  Effets chimiques

Traversant les tissus biologiques, les rayonnements ionisants leur cèdent une certaine quantité d'énergie.

Dans chaque cellule vivante irradiée, apparaissent des paires d'ions dont la distribution dans la cellule dépend essentiellement de la nature du rayonnement et de la quantité d'énergie transférée aux éléments biologiques durant le trajet.

L'ionisation et l'apport d'énergie entraînent des perturbations chimiques qui peuvent modifier le fonctionnement des molécules organiques.

Il se forme des radiolésions dans les tissus vivants. Les réactions chimiques ainsi produites sont très complexes.

1.3.1.1.1 - Réactions chimiques directes du rayonnement sur des molécules importantes pour la vie :

- les enzymes, responsables du fonctionnement de la cellule ;

- l'acide désoxyribonucléique (ADN) porteur des caractères génétiques.

1.3.1.1.2 - Réactions radiochimiques :

L'eau, qui compose 70 % de l'organisme, subit une décomposition ; celle-ci a pour effet de former des radicaux libres qui sont très réactifs, ainsi que de l'eau oxygénée (H₂O₂) qui se comporte dans la cellule comme un agent oxydant et provoque des lésions sur les molécules qui composent la cellule.

On conçoit donc que ces processus physiques, puis chimiques, induits dans la cellule vivante en perturbent les mécanismes biochimiques, entraînant des radiolésions variées de manifestation quelquefois très tardive (des années pour certaines d'entre elles). Ces liaisons moléculaires peuvent d'ailleurs être provoquées par d'autres agents physiques que les rayonnements ionisants (ultraviolets par exemple) et par de nombreuses substances toxiques.

Les lésions cellulaires qui en résultent sont généralement réversibles, du fait en particulier des mécanismes enzymatiques de réparation, qui représentent une véritable microchirurgie biochimique d'une remarquable efficacité.

Les effets cellulaires, qui dépendent de l'efficacité de la réparation cellulaire, sont fonction :

- de la nature du rayonnement ;

- de la dose délivrée ;

- du débit de dose (c'est-à-dire la répartition de la dose dans le temps).

Les destructions cellulaires constituent un phénomène banal puisque nous renouvelons chaque jour environ 500 milliards de cellules sur les
60 000 milliards qui composent notre organisme, avec des mécanismes de réparation permettant de maintenir la permanence du nombre total de nos cellules.

1.3.1.2 - Facteurs physiques

Le transfert d'énergie est différent selon la nature des rayonnements ; il faut donc introduire une notion fondamentale.

Les rayonnements ionisants sont inégalement aptes à induire un effet biologique déterminé ; ainsi deux rayonnements délivrant la même dose absorbée mais de nature différente ne produisent pas le même effet biologique.

Pour tenir compte de cette propriété, les radiobiologistes ont introduit un facteur de qualité caractérisant chacun des rayonnements : c'est le facteur de qualité (FQ).

L'équivalent de dose est  indiqué en Sievert (ou en rem : 1 Sv = 100 rem)  :

Sv = Gy x FQ

Cela permet de donner une idée de la gravité des effets biologiques qui pourraient résulter selon le type d'irradiation.

1.3.1.3 - Propriétés biologiques des radiations

L'effet des radiations sur la cellule dépend de la dose reçue et du type de cellule irradiée.

L'équivalent de dose, nous l'avons vu, est fonction de l'intensité, de la durée et de la qualité du  rayonnement. Les effets, en fonction du type de la cellule irradiée, obéissent à la loi de Bergonie et Tribondeau.

Une cellule est d'autant plus sensible au rayonnement ionisant qu'elle est plus jeune et que son activité, reproductrice est plus grande. Les cellules les plus sensibles seront donc les cellules germinatives, hématopoïétiques (1) et cancéreuses.

(1) L'hématopoïèse est la formation des globules du sang qui a lieu principalement dans la moelle rouge des os