CM8 - Effets biologiques des rayonnements ionisants PDF

**[Effets, biologiques des rayonnements ionisants]** **[La radiobiologie ]** Etude des effets des rayonnements ionisants (RI) sur la matière vivante (cellules et tissus) - Compréhension des mécanismes par lesquels une cellule est transformée ou tuée après irradiation - Etude des me...

**[Effets, biologiques des rayonnements ionisants]** **[La radiobiologie ]** Etude des effets des rayonnements ionisants (RI) sur la matière vivante (cellules et tissus) - Compréhension des mécanismes par lesquels une cellule est transformée ou tuée après irradiation - Etude des mécanismes de réparation - Recherche de moyens de protection de l'organisme contre les RI **Rappels** **TRANSFERT LINÉIQUE D'ÉNERGIE (TLE) ET PARCOURS DES RI** TLE = dE / dx TLE : Energie moyenne transférée au milieu par la particule (dE) par unité de longueur de la trajectoire parcourue. - Plus le TLE est grand, plus une grande quantité d'E est cédée sur une petite distance (ou épaisseur de tissus). - Dans les tissus biologiques, dégâts d\'autant plus importants que l'E cédée localement par la particule incidente est grande. - **TLE = reflète la nuisance biologique des RI.** **Effets des rayonnements ionisants** **CASCADES DES PHÉNOMÈNES EN FONCTION DU TEMPS** **IRRADIATION** **LES DIFFÉRENTES ETAPES SUCCESSIVES** - Etape physique - Ionisations - Excitations - Effets moléculaires (effets directs et indirects) - Action sur l'eau (radiolyse) - Action sur les macromolécules - Effets cellulaires - Mort cellulaire - Transformations néoplasiques - Effets héréditaires - Effets tissulaires et sur l'organisme entier - Effets déterministes - Effets stochastiques **Effets moléculaires des RI** **EFFETS DIRECTS ET INDIRECTS** Milieux biologiques : constitués de 80% d'eau - Cellule : solution aqueuse de macromolécules Rayonnements  **ACTION AU NIVEAU DE L'ADN** - Les altérations d'ADN provoquent des troubles de la réplication et de la transcription. - Les lésions les plus fréquentes sont des lésions simples brin et les altérations des bases. Une image contenant table Description générée automatiquement  **SYSTÈMES DE RÉPARATION DE L'ADN** **ACTION AU NIVEAU DES CHROMOSOMES** - Les réparations fautives peuvent conduire à des remaniements des chromosomes. - Lésions monobrin vite réparées, non en cause dans les anomalies chromosomiques. - Lésions double brin et altération des bases peuvent être en cause. - Principaux facteurs influençant ces remaniements : TLE, dose absorbée et débit de dose. - RI à TLE élevé (n) : aberrations liées à des cassures double brin. - RI à faible TLE (X, γ) : altération des bases plus impliquées RELATION « DOSE-EFFET » - RI à TLE élevé (n) : relation linéaire - RI à faible TLE (X, γ) : relation quadratique  [chromosome dicentrique :] assemblage 2 chromosomes cassés. - composante linéaire : liée aux conséquences des cassures dble brin - composante quadratique : liée aux altérations des bases Une image contenant texte Description générée automatiquement **Effets cellulaires des RI**  Doses très élevées (centaines à milliers de Gy) : **MORT CELLULAIRE IMMEDIATE** (Phénomène rare). - Arrêt des fonctions cellulaires et cytolyse par nécrose cellulaire (exceptés pour les lymphocytes et ovocytes qui sont détruits\ à des doses moindres, de l'ordre du Gy) Doses modérées : **MORT CELLULAIRE DIFFEREE** (Mort génétiquement programmée) - Cellules irradiées semblent normales (morphologie et fonctions).  - Mort cellulaire exprimée qu'au moment de la mitose avec perte irréversible de leur capacité de prolifération. - Extinction de la lignée cellulaire issue de la cellule irradiée. **Radiosensibilité cellulaire** **FACTEURS JOUANT SUR LA RADIOSENSIBILITÉ CELLULAIRE** La radiosensibilité d'une cellule est fonction de : - la gravité des lésions produites par les RI - liée à la nature du RI - l'aptitude de la cellule à réparer ces lésions - liée au type cellulaire *« Plus une cellule est jeune, peu différenciée, à forte activité mitotique, plus elle est radiosensible. »* (Loi de Bergonié et Tribondeau - 1906) **LA RADIOSENSIBILITÉ VARIE SELON LE TYPE CELLULAIRE** **Tissus à renouvellement rapide (fort pouvoir de prolifération)** Cellules radiosensibles (moelle osseuse, spermatogonies, cellules des muqueuses,\ cellules basales de l\'épiderme). Mort précoce en qq heures à jours **Tissus à renouvellement lent (peu de mitoses)** Cellules faiblement radiosensibles : Cellules différenciées à vie longue (tissu hépatique, rénal ou neurones\...). Laissent le temps aux réparations de se faire. Expression tardive des lésions. Mort tardive survenant après plusieurs années. **LA RADIOSENSIBILITÉ VARIE AU COURS DU CYCLE** **Radiosensibilité** - Maximale en phase M (mitose) : risque de blocage de la mitose - Minimale à la fin de la phase S (duplication du matériel génétique) page5image4287248 **Efficacité Biologique Relative** A dose égale, la survie cellulaire est importante si le TLE du RI est faible. Efficacité Biologique Relative (EBR) : Coefficient qui compare différents RI en termes d\'effets biologiques. EBR = D référence (γ) / D étudié = rapport des doses absorbées nécessaires pour produire un même effet biologique donné. =\> On expose pop cel a une dose rayonnement gamma. Plus un RI a un fort TLE, plus son EBR est élevée. **Effets tissulaires des RI** [Tissu =] Population cellulaire en équilibre (adulte). Les cellules disparaissent et sont continuellement remplacées. Population en croissance : a un taux de prolifération cellulaire élevé, (embryon, fœtus, enfant ou lié au développement de tumeurs). Lors d'une radioexposition, la perte cellulaire est soit : - provisoire si le déficit est compensé, - permanente si le déficit est non compensé , - faible selon que la fonction du tissu ou de l'organe est affectée ou non, - importante si la prolifération des cellules restées viables est insuffisante  **TISSUS COMPARTIMENTAUX** Une image contenant texte, signe, capture d'écran Description générée automatiquement  La sensibilité augmente avec l'index mitotique. **EXPRESSION DE L'ATTEINTE RADIOLOGIQUE** [Latence :] temps de transit cellulaire entre compartiment souche et maturation. **TISSUS NON COMPARTIMENTAUX** Tissu à renouvellement lent, cellules à durée de vie longue. Le renouvellement se fait à la demande. Ex : tissu hépatique, rénal\...  **EXPRESSION DE LA RADIOSENSIBILITÉ** Une image contenant texte Description générée automatiquement **Conséquences au niveau des organes**  **Effets pathologiques des RI** On distingue : - les effets \"obligatoires\" = déterministes Liés à la mort cellulaire comprenant des effets précoces et des effets tardifs. - les effets \"aléatoires\" = stochastiques Liés à la transformation cellulaire survenant à long terme. **Effets déterministes** Obligatoires, liés à la mort cellulaire - Apparaissent de façon constante pour une dose donnée - Sont observés à partir d'une certaine dose : effets à seuil - Se manifestent dans un délai assez rapproché de l'exposition - délai de quelques heures à quelques mois - délai d'autant plus court que la dose est forte - Lien de cause à effet entre l'irradiation et l'effet observé - Gravité des lésions proportionnelle à la dose - Bonne réversibilité des effets si lésions pas trop sévères - Différents selon que l\'exposition est globale (l\'organisme entier) ou partielle (une partie de l\'organisme). **EFFETS PRÉCOCES** - Apparaissent avant 6 mois - Après une latence variable selon la cinétique cellulaire dans le tissu - Intéressent surtout les tissus compartimentaux - Réparation relativement rapide et complète, grâce aux cellules souches **EFFETS TARDIFS** - Apparaissent après 6 mois - Intéressent tous les tissus - Se traduisent de façon globale par des scléroses, des atrophies, des insuffisances tissulaires\... - Sont à l'origine de rechutes (liées surtout à l'atteinte des tissus non compartimentaux) **SYNDROME D'IRRADIATION GLOBALE AIGUË (SAI)** Consécutif à l'irradiation à forte dose de l'organisme entier (EXPOSITION GLOBALE). **Évolution en 4 phases :** - PHASE INITIALE ou PRODROMIQUE, dure qq heures avec signes généraux neurologiques et digestifs - PHASE DE LATENCE CLINIQUE de qqs jours, silencieuse (disparition des symptômes), évolution à bas bruit des lésions biologiques - PHASE D'ETAT, phase critique au cours de laquelle se développent les signes caractéristiques de chaque syndrome en fonction de la dose - PHASE DE RESTAURATION, phase de convalescence Syndrome d'Irradiation globale Aiguë (SAI) Une image contenant table Description générée automatiquement **IRRADIATIONS AIGUËS LOCALISÉES** Organe cible commun : la PEAU Expression cutanée avec : - Sensation de chaleur, de picotements puis douleur - Dépilation (4 à 5 Gy) - Erythème mauve (5 à 12 Gy) - Œdèmes, desquamation sèche (12 à 15 Gy) - Phlyctènes, desquamation exsudative (15 à 20 Gy) - Nécrose (20 à 25 Gy) Symptomatologie douloureuse : - Majeure, très constante, difficile à traiter - Brûlures intenses, avec poussées paroxystiques insupportables - Séquelles +++ **BRÛLURES RADIOLOGIQUES** Classification différente des brûlures thermiques (1er degré, 2ème degré, 3ème degré).  **Spécificité des brûlures radiologiques (vs brûlures thermiques)** - Brûlure radiologique = processus dynamique - Apparition des lésions retardée - Evolution temporo-spatiale imprévisible des lésions, par vagues successives - Nécrose profonde extensive au fur et à mesure des excisions chirurgicales - Cicatrisation longue, fragile et aléatoire - Douleurs +++ incoercibles, rebelles aux opiacés **Effets stochastiques** aléatoires : liés à la transformation cellulaire survenant à long terme - Apparaissent de façon aléatoire - Pas de seuil - Effets tardifs, à long terme - Intéressent tous les tissus - Point de départ unicellulaire - Gravité indépendante de la dose - Fréquence proportionnelle à la dose - Cancérisations - Effets génétiques **Cancers radio induits** Mutation porte sur un gène d\'une cellule somatique. - Effets sur l\'individu exposé. - Probabilité d'apparition diminue avec la dose. - Fréquence d'apparition varie d'un tissu à l'autre. - Faibles doses (\< 1Gy) ? **Mutations génétiques** Mutation porte sur un gène d\'une cellule germinale - atteinte des cellules reproductrices - transmission - effets sur l\'individu exposé mais également possible sur sa descendance **EN RÉSUMÉ**  **Effets tératogènes des RI (grossesse)** Une image contenant table Description générée automatiquement [Recommandations CIPR (Publication 84) :] Dose à l'enfant à naître \< 100 mGy : aucune action 100mGy\< Dose\ 200 mGy : ITG recommandée **Courbes de survie cellulaire** Mort cellulaire induite par les irradiations : - Perte de la capacité de reproduction Survie cellulaire : capacité de la cellule à former un clone après irradiation. Techniques d'étude : - **In vitro :** **Technique de clonage** : nombre de clones proportionnel au nombre de cellules. Comparaison clones de cellules irradiées et non irradiées - **In vivo :** Greffes de cellules Survie cellulaire (S) :  N0 = nombre de cellules présentes avant irradiation. N = nombre de cellules intactes après irradiation. - variations de la survie cellulaire en fonction de la dose. **D: S=f(D)** 2 formes de courbe : - courbe de survie exponentielle - courbe de survie avec épaulement **Courbe de survie exponentielle** Exponentielle décroissante. **Dose létale moyenne D0** S = e- D/Do  **Dose létale 50 DL50 (D1/2)** DL50 = dose pour laquelle 50% des cellules sont tuées. **Courbe de survie avec épaulement** S = 1 -- (1 - e-𝝰 D)n [Epaulement :] système de réparation.  Fin de la monoexponentielle : les réparations sont saturées. Toute irradiation supplémentaire est létale.