Exposition aux rayonnements ionisants
Rayonnements ionisants et origine des expositions
Les rayonnements ionisants (RI) ont été découverts à la fin du XIXème siècle. Leurs usages ont révolutionné le monde des sciences, et notamment impacté les secteurs de l’énergie, de la médecine et de l’armement où ils trouvent leurs applications les plus connues.
Rayonnements ionisants
Définition et nature physique des rayonnements ionisants
Les rayonnements ionisants (RI) sont des émissions particulaires ou électromagnétiques qui possèdent une énergie suffisante pour provoquer une ionisation des atomes du milieu traversé. Les RI peuvent se présenter sous la forme de particules chargées, comme des particules alpha, bêta, des protons ou des ions lourds, directement ionisantes. Les RI peuvent aussi être des particules non chargées, comme des neutrons ou des photons (rayonnement γ ou X), indirectement ionisantes car l’énergie du rayonnement n’est déposée que lorsque la particule interagit avec une particule chargée présente dans la matière.
Les RI sont d’origine naturelle (terrestre ou extraterrestre) ou artificielle. La radioactivité est la source la plus connue. Elle provient de la désintégration de noyaux atomiques naturellement instables nommés radioisotopes. En se désintégrant, ils accèdent à un niveau de stabilité supérieur et peuvent émettre des rayonnements α, β, γ et X. Les RI transmettent aux milieux qu’ils traversent toute ou partie de leur énergie, avec pour conséquences des modifications des matériaux traversés. Ces modifications dépendent de la nature des RI (α, β, γ, X) et de la dose d’irradiation. La dose correspond à la quantité d’énergie cédée par le rayonnement à la matière traversée. Plusieurs unités de mesure sont utilisées pour rendre compte des différents effets de ces échanges d’énergie. Le Gray (Gy) est l’unité de dose absorbée par la matière. Elle représente l’énergie absorbée par un kilogramme de matière exposée à un rayonnement ionisant apportant une énergie d’un joule : 1 Gy = 1 J/kg. La mesure de la dose en Gray ne tient pas compte de la nature de la matière exposée au RI. En particulier, la sensibilité de la matière biologique n’est pas prise en compte. Pourtant, la même quantité d’énergie cédée à des tissus de différentes natures produit des effets non équivalents. Le Sievert (Sv) permet d’évaluer l’impact du rayonnement sur la matière vivante. Cette grandeur permet de comparer l’effet d’une même dose délivrée par des rayonnements de natures différentes à l’organisme entier, à des organes ou à des tissus qui n’ont pas la même sensibilité aux rayonnements. Le Sievert est l’unité de mesure des doses équivalente (H) et efficace (E) qui sont calculées à partir de la dose absorbée (D). La dose équivalente tient compte de la distribution de l’énergie dans la matière vivante et diffère selon la nature du rayonnement. La dose efficace prend en compte la nature et la sensibilité de l’organe ou du tissu traversé par le RI. Elle permet d’apprécier l’impact à l’échelle de l’organisme entier d’une exposition aux rayonnements ionisants d’un ou plusieurs organes.
En physique et en radioprotection, le Transfert d’Energie Linéaire (TEL) est une grandeur qui mesure la quantité d’énergie que cède un RI par unité de distance parcourue dans la matière. Son unité est le keV.µm -1 . Le TEL rend compte de la capacité d’un RI à traverser la matière et à déposer son énergie. Plus le TEL est élevé, plus la quantité d’énergie transmise par le RI est cédée sur une courte distance. Il dépend de la nature et de l’énergie du rayonnement, mais aussi de la masse volumique du milieu cible. Par exemple, les rayonnements α sont faiblement pénétrants mais de forte énergie, ils ont donc un TEL élevé. Pour estimer les effets biologiques, on utilise parfois le TEL, en considérant qu’un TEL élevé provoque localement de plus grands effets. Cependant la seule mesure du TEL est insuffisante pour estimer les effets biologiques.
Sources d’exposition aux rayonnements ionisants
L’exposition aux RI peut s’opérer selon trois modes : l’exposition externe, l’exposition interne et l’exposition de contact. L’exposition externe est le mode d’exposition le plus courant. La source de RI est située à l’extérieur de la cible (objet ou organisme) et l’irradiation a lieu sans contact direct entre la source de RI et la cible. La plupart des expositions naturelles et médicales sont externes. L’exposition a lieu à distance, elle privilégie surtout les RI faiblement ralentis par la matière (TEL faible), c’est-à-dire des rayonnements X et γ. L’exposition de contact (ou contamination externe) est rare. Dans ce cas, la source de RI est directement en contact avec la cible. Les RI à TEL élevé ou faible peuvent agir. Chez l’Humain, ce type d’exposition survient lors d’accident de manipulation de sources non scellées ou lors de traitement médicaux tel que la curiethérapie. L’exposition interne (ou contamination interne) consiste en la pénétration de sources de RI, dans l’organisme (par ingestion ou inhalation). Les sources se présentent majoritairement sous formes d’aérosols, de poussières ou de denrées contaminées. Les RI faiblement pénétrants peuvent déposer, à l’intérieur du corps, de très fortes doses de RI directement sur ou dans les cellules. Les radionucléides diffusent dans l’organisme en fonction de leur forme chimique (libre ou liée). Ainsi, certains radioéléments se fixent sur des tissus ou organes particuliers. L’iode 131 par exemple se fixe préférentiellement sur la thyroïde. La pénétration de ces émetteurs de RI dans le corps induit une radio-toxicité.
Faibles doses
Les expositions à de faibles doses peuvent être continues ou ponctuelles. Les expositions continues sont involontaires ou accidentelles et très majoritairement d’origine naturelle. Les expositions ponctuelles sont d’origine artificielle : elles proviennent presque exclusivement d’expositions diagnostiques médicales. On distingue ainsi :
✦ Les expositions environnementales, dues aux rayonnements cosmiques crées dans la haute atmosphère aux rayonnements telluriques issue des sols et au radon, un gaz radioactif émanant des sols.
✦ Les expositions professionnelles, reçues par les travailleurs du nucléaire ou les personnels médicaux aux cours de leurs activités professionnelles. Ces doses reçues font l’objet d’un suivi étroit.
✦ Les expositions médicales, reçues par les patients lors des examens médicaux (à visée diagnostique ou thérapeutique) .
L’exposition moyenne de la population française au RI toutes sources confondues est de 4,5 mSv/an, dont 2,9 mSv/an dû aux sources naturelles et 1,6 mSv/an dû aux sources artificielles. Cependant une grande variabilité interindividuelle est observée.
Fortes doses
Les expositions à de fortes doses de rayonnements ionisants, c’est-à-dire supérieures à 1 Gy ont lieu dans deux cas de figures. Dans le cadre d’un traitement médical, l’exposition a lieu de manière volontaire et consciente en environnement maitrisé. Dans le cas d’un accident, l’exposition survient de manière fortuite et imprévisible. Les expositions médicales (radiothérapie et radiologie interventionnelle) sont un volet particulier des expositions aux RI. Ils font l’objet de la partie I.B Application médicale : la radiothérapie.
Dans le cas de l’accident, l’exposition entraine ou risque d’entraîner des blessures ou des dommages à la santé des personnes directement impliquées de manière accidentelle et involontaire . La majorité des accidents reportés ont lieu dans le secteur médical (32% pour la radiothérapie et 31% pour la fluoroscopie) suivi par le secteur industriel (27%). La part des accidents touchant les industriels et du public a tendance à diminuer. Ceci est notamment dû à l’édition et la diffusion de normes et de guides établissant des standards de sécurité. En revanche la proportion des accidents d’origine médicale, affectant majoritairement les patients, augmente, ce qui s’explique par l’utilisation de plus en plus fréquente de la radiothérapie et de la fluoroscopie. Aujourd’hui, la radiothérapie occupe la première place au rang des causes de surexposition. Plusieurs paramètres déterminent le degré de sévérité de l’accident : la dose, le volume exposé, les organes touchés et la nature des RI. Si la survenue des accidents baisse dans l’industrie, ce secteur concentre tout de même la majorité des accidents sévères. Les victimes reçoivent une forte dose souvent invalidante. Ces accidents entrainent parfois la mort consécutive au syndrome d’irradiation aigu (ARS : Acute Radiation Syndrome) . La résolution des accidents est principalement dépendante de 2 facteurs : (1) Le temps nécessaire à la reconnaissance et la prise en charge de l’incident ; (2) Le niveau de difficulté de la gestion de l’incident. La rapidité de reconnaissance est ainsi un facteur d’une bonne gestion de crise qui, pour être efficace doit être minutieusement préparée en amont .
Effets biologiques
La traversée de la matière vivante par les RI provoque des excitations et des ionisations sur les molécules impactées. Le retour à un état d’équilibre provoque la création de radicaux libres à l’échelle cellulaire. Lorsque les RI impactent des cellules ou tissus, ces radicaux libres, extrêmement réactifs, peuvent perturber les réactions biochimiques et les voies métaboliques. Ces effets moléculaires peuvent être directs ou indirects. Ils exposent les cellules à un stress important qui peut aboutir à la mort cellulaire par apoptose ou nécrose. Il existe cependant des systèmes de réparation capables de rétablir un état physiologique. Les RI ont ainsi des effets à l’échelle cellulaire. Enfin, la disparition des types cellulaires les plus radiosensibles, concomitante à des arrêts du cycle cellulaire et à des phénomènes inflammatoires, impactent fortement l’organisation des systèmes biologiques qui induisent des atteintes tissulaires.
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Table des matières
Introduction
Etat de l’Art
I. Exposition aux rayonnements ionisants
I.A. Rayonnements ionisants et origine des expositions
I.B. Application médicale : la radiothérapie
I.C. Effets secondaires des radiothérapies
II. Rôle du compartiment vasculaire dans la propagation des dommages radio-induits
II.A. Physiologie du compartiment endothélial
II.B. Rôle de l’endothélium dans la propagation des lésions radio-induites
III. La glycosylation, composante clé de l’organisation du vivant
III.A. Le glycome
III.B. Régulation de la synthèse, fonctions et structures associées
III.C. Le glycome endothélial
IV. Le glycome endothélial en contexte inflammatoire
IV.A. Modification du glycome en réponse aux stimuli inflammatoires
IV.B. Influence sur le recrutement des cellules circulantes
Problématique
Résultats
I. Présentation de l’article
I.A. Objectifs
I.B. Résultats
I.C. Conclusion
II. Justification des modèles
II.A. HUVECs
II.B. Modèle murin d’irradiation de l’anse intestinale
III. Article
IV. Synthèse des résultats
Résultats supplémentaires
I. Etude transcriptomique des gènes codant pour les enzymes impliqués dans la synthèse des GAGs
II. Profil de glycosylation sur les tissus murins
III. Profil de glycosylation sur résection de patients traités par radiothérapie
Discussion
I. L’irradiation provoque une modification du profil de glycosylation
I.A. Modifications du N-glycome
I.B. Modification du O-glycome
I.C. Capping
I.D. Modification du glycocalyx
I.E. Existence de modifications radio-induites de la glycosylation in vivo
I.F. Réflexions critiques sur les modèles utilisés
I.G. Pour améliorer ces expériences
II. La modification du glycome a des effets fonctionnels
II.A. Effet fonctionnel de la modification du glycome
II.B. Synergie entre le shedding et la modification des glycanes
II.C. Pour améliorer les résultats
III. Hypothèses sur la modification radio-induite du glycome
III.A. Dommages à l’ADN
III.B. Rôle des molécules radio-induites
III.C. Effets sur les compartiments cellulaires
Perspectives
I. Existence de modifications radio-induites du glycome in vivo. Conséquences et solution thérapeutiques
II. Rôle du sang et des autres protéines circulantes
II.A. Rôle du sang et des cellules sanguines
II.B. Interactions CE – plaquette : thrombose
III. Sénescence
III.A. Sénescence endothéliale radio-induite
III.B. Existence de modifications du glycome dues à la sénescence ?
III.C. Intérêt dans la modulation du recrutement des leucocytes
Conclusion générale
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