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Introduction au sujet

février 23rd, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

Il y a un siècle, fin 1895, Wilhelm Conrad Röntgen découvrait les rayons X. Quelques mois plus tard, en mars 1896, Henri Becquerel mettait en évidence la radioactivité.

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Henri Becquerel

Rapidement, les scientifiques se rendirent compte que les rayonnements ionisants produisaient des effets nuisibles sur l’homme. Ainsi, trois mois après la découverte des rayons X, leur effet irritant pour l’œil était décrit.

Peu de temps après sa découverte, Henri Becquerel s’aperçut qu’un tube de matière radioactive, gardé dans la poche de sa veste, lui avait provoqué un érythème de la peau, comparable à celui d’un coup de soleil.

Avant que les scientifiques ne se rendent compte des effets néfastes de la radioactivité, celle-ci fut utilisée dans des produits tels que du maquillage, appliqué directement sur la peau. Pierre et Marie Curie eux-mêmes ont manipulé des roches radioactives telles que la pechblende (roche plus radioactive que l’uranium). Marie Curie ne s’est pas méfiée de la radioactivité et elle en subira les effets. Elle mourut d’une leucémie, étant déjà presque aveugle et épuisée, les doigts brûlés après avoir été trop exposée aux rayonnements.

Il existe certains atomes dont le noyau atomique est instable. Toute espèce instable cherche à devenir stable, pour cela elle éjecte une partie de leur masse en émettant des particules ou de l’énergie, des rayonnements électromagnétiques. Ce phénomène est appelé radioactivité.

De nos jours la radioactivité est utilisée dans de nombreux domaines : dans le domaine militaire avec la bombe atomique, dans le domaine de la médecine ; son utilisation dans les centrales nucléaires, très nombreuses en France, nous fournit de l’énergie. Ces domaines utilisent une radioactivité créée par l’Homme, qui ne provient pas de la nature. Car nous sommes exposés depuis toujours à des rayonnements naturels.

 

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Publicité pour une marque de maquillage «Tho-Radia» à base de thorium et de radium, deux substances très radioactives.

De nos jours, nous sommes exposés à ces émissions naturelles et aux émissions artificielles. Il est donc légitime de se poser la question :

en quoi les radiations nucléaires causent des anomalies génétiques sur l’Homme?

Pour répondre cette question, il est nécessaire d’aborder la radioactivité sous son aspect la plus dangereuse : la radioactivité est dangereuse pour l’Homme, par exemple lors de l’accident de Tchernobyl et des bombardements de Nagasaki et Hiroshima.

Nous présenterons d’abord quelques notions importantes et indispensables à notre étude telles que les différentes émissions les doses et les différents types d’expositions. Ensuite nous étudierons les effets des radiations sur l’organisme.

 

 

 

 

 

 

 Le plan du Travail Personnel Encadré disponible ici, ou dans l’onglet plan général.

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La réaction nucléaire

février 21st, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

On appelle réaction nucléaire le processus entraînant une modification du noyau des atomes.

Les atomes qui constituent la matière sont en général stables, mais certains d’ entre eux se transforment spontanément en émettant des rayonnements qui emportent de l’énergie. C’est ce qu’on appelle la radioactivité.

Les noyaux stables, existant dans la nature, peuvent être transformés en noyaux instables, donc radioactifs, par une réaction nucléaire provoquée (ou artificielle ).

Cette réaction nucléaire consiste à bombarder des éléments naturels par des particules provenant d’un réacteur ou émises par des sources radioactives.

Le principe de la radioactivité se résume donc à une ionisation qui peut être soit directe pour les électrons et les particules, soit indirecte pour les photons et les neutrons.

Une propriété importante de l’émission radioactive, c’est qu’elle ne peut être arrêtée, ou accélérée, par aucun procédé physique ou chimique.

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Les différentes émitions de particules.

février 20th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

On distingue 3 types de rayonnements correspondant à 3 formes de radioactivité :

Les particules Alpha

La radioactivité alpha se traduit par l’émission d’un noyau d’hélium (rayons alpha ), édifice particulièrement stable constitué de 2 protons et de 2 neutrons, appelé particule.

Parcours d’une particule a dans différents matériaux

substances

Air, 0°C, 76 cm Hg

Eau

Aluminium

Plomb

Énergie cinétique initiale : 1 Mev

0,5 cm

8 µm

3 µm

1 µm

Énergie cinétique initiale : 5 Mev

3,5 cm

45 µm

21 µm

7µm

Les particules Bêta

La radioactivité bêta correspond à la transformation, dans le noyau soit d’un neutron en proton, radioactivité bêta-, caractérisée par l’émission d’un électron e- ; soit d’un proton en neutron, radioactivité bêta+, caractérisée par l’émission d’un anti-électron ou positron e+; elle ne se manifeste que dans des noyaux radioactifs produits artificiellement par des réactions nucléaires.

Parcours des électrons dans différents matériaux.

Substances :

Air, 0°C, 76 cm Hg

Eau

Aluminium

Plomb

Énergie cinétique initiale : 1 MeV

2,9 m

4 mm

1,5 mm

0,35 mm

Énergie cinétique initiale : 5 Mev

10 m

15 mm

5,5 mm

1,3 mm



Les photons gamma

La radioactivité gamma à la différence des 2 précédentes, n’est pas liée à une transmutation du noyau. Elle se produit par l’émission d’un rayonnement électromagnétique, comme la lumière visible ou les rayons X mais plus énergétique. Cette radioactivité peut se manifester seule ou en accompagnant la radioactivité alpha ou bêta

Demi épaisseur pour des photons d’énergie 1 MeV

Substance absorbante

Air 0°C,76 cm Hg

Eau ou tissu vivant.

Béton

Plomb

Demi-épaisseur

150 m

15 cm

6 cm

1,5 cm

Quelques épaisseurs de demie absorption pour les photons g en fonction de l’énergie.

Énergie cinétique (MeV)

Plomb(cm)

Béton(cm)

Eau(cm)

0,5

0,18

4

12

5

18

8

20

Les neutrons

Ces particules neutres, possèdent une masse et n’ont pas d’action électromagnétique. Elles n’agissent sur les noyaux que par interaction forte. Le pouvoir de pénétration de ces rayonnements est très puissant et très agressif pour le corps humain.

Ainsi, lors d’une explosion nucléaire, la propagation de ces particules couvre de un à plusieurs km.

L’exposition de l’organisme à ces rayonnements peut entraîner les conséquences suivantes :

- Rayonnement alpha : risque de contamination externe sans irradiation. Risque éventuel de contamination et d’irradiation internes.

- Rayonnement bêta : faible risque d’irradiation externe. Risques de contamination externe, de contamination et d’irradiation internes.

- Rayonnement gamma : risques de contamination et d’irradiation externe et interne. Les activités employées étant en général faibles, le risque d’exposition externe l’est également à l’exception de la manipulation d’activités importantes, d’émetteurs gamma ou bêta, d’énergie élevée.

Cette illustration reflète les pouvoirs pénétrants des différentes particules :

 

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Les unités

février 19th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

Dans le domaine de la radioactivité, il existe trois mesures différentes qui répondent chacune à un aspect bien précis de la radioactivité.

Ainsi, l’unité de mesure de la radioactivité est le becquerel. Il correspond à une désintégration ou une transformation d’un atome par seconde.

On utilise également le curie. (1curie = 37 milliards de becquerel ) qui correspond au nombre de noyaux qui se désintègrent dans un gramme de radium par seconde. Il correspond à l’ancien système (voir dans le tableau et sur le schéma un peu plus bas ). La mesure de la quantité d’irradiation reçue ou dose absorbée par une personne s’exprime en gray ou en rad. (1gray = 100rads )

A dose équivalente, l’effet produit par les divers rayonnements sur une personne varie selon leur nature et celle des organes exposés. Il se mesure en sievert ou en rem. (1sievert = 100rems). C’est l’équivalent de dose efficace.

Ce schéma de comparaison permet de situer clairement la relation entre les trois mesures :

Les unités de mesure

Grandeur mesurée

Définition Ancien Système

Définition Système International

Activité

CURIE (Ci)

1Bq = 27.10-12Ci

BECQUEREL (Bq)

1 désintégration/s

Dose absorbée : Quantité d’énergie reçue par l’unité de masse irradiée

RAD

1RAD = 0.01 Gy

GRAY (Gy)

Equivalent de dose : Effet des rayonnements sur l’organisme

REM

1REM = 0.01 SV

SIEVERT (SV)

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Les sources de radioactivités

février 18th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

Nous sommes constamment soumis à une irradiation naturelle, dite “de base” qui provient principalement

- des rayonnements cosmiques du soleil (9 %)
- de la radioactivité de l’écorce terrestre (12 %)
- du radon qui est un gaz très présent dans les régions granitiques ( 40 %)
- de la radioactivité naturelle du corps humain.

A cette radioactivité naturelle vient s’ajouter la radioactivité dite artificielle que provient :

-des examens radiologiques (30 %)
-De sources diverses telles que les retombées atmosphériques (causées globalement par des essais aériens et par Tchernobyl ), les écrans   de télévision et d’ordinateur. (L’ensemble correspond à environ 3 %)

PROTECTIONS CONTRE LES RAYONNEMENTS

IL faut d’abord se protéger d’une irradiation émise par une source extérieure au corps. L’irradiation est dangereuse seulement pendant le temps d’exposition. La contamination est plus sournoise :

- Elle peut être extérieure, par dépôt de matière radioactive sur les vêtements ou la peau.
- Elle peut être interne par ingestion ou inhalation de matières radioactives. La contamination se prolonge alors tant que la substance est présente.

                              

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Les effets sur l’Homme

février 17th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

Ce sont les effets observés lorsque des radiations ionisantes interagissent avec le tissu vivant en transférant leur énergie aux molécules organiques. La gravité de ces effets dépend du type de radiation (alpha, bêta, gamma ), de la dose absorbée, mais aussi du taux d’absorption et de la radio sensitivité des tissus concernés. Les effets biologiques d’une irradiation rapide sont très différents de ceux d’une irradiation longue. Les premiers entraînent une mort cellulaire et se manifestent en quelques heures, jours ou semaines. Les autres sont mieux tolérés car une partie des lésions sont réparée. Cependant, des doses de radiation trop faibles pour détruire les cellules peuvent néanmoins provoquer des modifications cellulaires dont les conséquences apparaissent au bout de plusieurs années.

Enfant né d’une victime de Tchernobyl.

 

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Les effets aigus

février 16th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

Les fortes doses de radiations provoquent des lésions caractéristiques. Des doses de plus de 50 grays endommagent gravement le système vasculaire provoquant des oeudèmes cérébraux qui se traduit par un état de choc et des perturbations neurologiques. La mort survient en 48 heures. Des doses de 10 grays à 40 grays provoquent des troubles vasculaires moins graves. La mort survient en une dizaine de jours à cause du déséquilibre affectant la moelle osseuse, par effondrement des défenses immunitaires. Des doses de 5 à 15 grays entraînent la destruction de la moelle osseuse provoquant des infections et des hémorragies. La mort peut survenir 4 à 5 semaines après l’exposition. A l’heure actuelle ; seuls les effets à faible dose peuvent être traités efficacement. En l’absence de traitement, la moitié des personnes ayant reçu de 3 à 5 grays sont condamnées.

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Les effets différés

février 15th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

Deux types d’effets somatiques peuvent être distingués selon leur loi d’apparition :

- ceux dits déterministes (obligatoire)

- ceux dits stochastiques (aléatoire)

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Les effets Déterministes (obligatoire)

février 14th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

La mortalité cellulaire (effet obligatoire)
Les conséquences de la mortalité cellulaire interviennent quand un grand nombre de cellules du même tissu sont détruites. Les effets précoces se manifestent quelques jours à quelques semaines après l’irradiation de tissu se renouvelant rapidement.

- La mort des cellules de la peau provoquant des brûlures radiologiques avec pertes de cheveux et de poils. Les premiers signes sont constatés dès que la dose dépasse 5 grays. Le pronostic dépendra comme pour toute brûlure de la profondeur et de l’étendue, on parle d’érythème. Autour de 20 grays, on observe des desquamations humides (affection de la peau avec apparition de vésicules) et arrivé à 50 grays on observe des nécroses.

- L’atteinte des cellules du sang conduit à l’aplasie médullaire, qui correspond à la destruction des éléments figurés du sang ( globules blancs, globules rouges et plaquettes ). Les premiers signes sont notés au-delà de 1 gray.

- L’atteinte des cellules de l’intestin entraîne une forte diarrhée avec déshydratation au-delà de 7 grays. Lorsqu’une quantité importante d’iode radioactif est incorporée dans l’organisme, l’iode se fixe préférentiellement dans les cellules thyroïdiennes.

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Les effets stochastiques (aléatoires)

février 13th, 2009 by NGUYEN Christophe et DOS SANTOS ERDUINO Carlos

Les effets biologiques cités précédemment résultent en majorité de modifications chimiques du matériel génétique de la cellule, modifications qui sont classées en 4 catégories (schéma) :

- effet direct avec excitation, c’est-à-dire une ionisation du substrat avec un électron capturé par les bases azotées ;

- effet indirect avec radiolyse de l’eau et apport d’oxygène ;

- cassure d’une chaîne dans l’ADN.

Ce sont des effets aléatoires découverts en partie par le généticien Muller en 1928.

Les conséquences des mutations de l’ADN conduisent parfois au développement d’un cancer. Cet effet apparaît plusieurs années à dizaines d’années après l’irradiation et le cancer se développe chez un petit nombre de personnes dans une population irradiée. Cet effet survenant de manière aléatoire est appelé stochastique. Cependant rien ne permet de différencier les cancers radio induits des cancers d’autres origines. La gravité n’est pas fonction de la dose, seule leur fréquence en dépend. Ils peuvent être observés à dose très faible. Pourtant, chez l’homme, un excès de cancer n’a été constaté selon les sources qu’à des doses supérieures à 0,05 ou 0,2 Gy.

L’événement initiateur du cancer se produit au niveau de l’ADN. Selon l’apport d’énergie au cours de l’ionisation avec des électrons, la molécule d’ADN peut subir différents types de dommages et se casser en un ou plusieurs endroits. Des mécanismes enzymatiques de réparation sont alors capables de rétablir l’intégrité de la molécule. Leur efficacité dépend de la densité des lésions ainsi que de leur nature. Un contrôle cellulaire permet d’augmenter le nombre d’enzymes de réparation mais aussi de la durée de leur intervention. Il agit par l’induction de gènes de réparation et l’arrêt du cycle de division cellulaire. Récemment, un autre mécanisme a été mis en évidence : la cellule fortement lésée peut provoquer sa propre mort en activant des gènes suicides. C’est la mort programmée ou apoptose. Si la liaison a échappé à tous ces mécanismes, elle conduit à une mutation irréversible qui est fixée dans le génome, après division de la cellule touchée. Un seul événement est insuffisant pour entraîner un cancer. D’autres facteurs (génétiques, environnementaux) favorisent la multiplication des cellules mutées et l’acquisition de nouvelles mutations menant au cancer.

La capacité de division de la cellule mutée dépend de la nature du tissu. Le tissu à l’origine des cellules sanguines est constitué de cellules qui se multiplient en permanence. Une cellule mutée mènera rapidement par division d’une population de cellules identiques mutées, un clone. Si la cellule souche de l’ensemble de ces tissus est touchée, le clone peut mener à une leucémie aiguë, dit leucémie aiguë lymphoïde (LAL). Les leucémies apparaissent parfois assez tôt, dès 2 ans après l’irradiation.

Les cellules du poumon se renouvellent peu et lentement. Une cellule mutée n’est pas menée à se diviser dans les conditions physiologiques normales. Si la mortalité cellulaire est forte, des mécanismes de compensation induisent la multiplication des cellules résiduelles, qu’elles soient intactes ou mutées, augmentant ainsi la probabilité d’obtenir des clones. La mutation des cellules souches bronchiques est susceptible d’être le point de départ de la plupart des types de cancers pulmonaires. Ces tumeurs apparaissent tardivement, plus de dix ans après l’irradiation. La mortalité cellulaire peut être d’origine radiologique mais d’autres facteurs environnementaux, dont le plus important est le tabac, conduisent à une destruction cellulaire et favorisent de ce fait l’émergence de clones.

La fonction thyroïdienne, importante à tout âge, est encore plus sollicitée chez l’enfant que chez l’adulte. L’incorporation d’iode radioactif chez l’enfant conduit à une plus grande probabilité de former des clones mutés. Que l’irradiation soit externe ou interne, un excès de cancers thyroïdiens est observé chez le sujet jeune.

Les effets héréditaires, quelle qu’en soit l’origine, sont dus à une mutation dans une cellule reproductrice, ovule chez la femme et spermatozoïdes de chez l’homme, suivi de la formation d’un oeuf fécondé donnant naissance à un enfant porteur de la mutation. Parmi les mutations créées par les rayonnements, certains concernent des caractères ” dominants ” c’est à dire devant s’exprimer dès la première génération, même lorsqu’un seul géniteur est atteint, tandis que d’autres peuvent affecter des caractères ” récessifs “, qui ne s’expriment que lorsqu’ils se trouvent en double dans la cellule de l’embryon. Autrement dit, les chromosomes étant par paires, dont l’un des éléments provient de la mère et l’autre du père, il faut qu’il y ait réunion fortuite de deux mutations portant sur des caractères se correspondant pour que l’anomalie devienne visible. Une cellule mutée a une faible probabilité d’être fécondée. Par ailleurs, la viabilité de l’embryon est soumise naturellement à une forte sélection. La combinaison de ces deux systèmes de protection fait qu’un excès d’effets héréditaires radio induits n’a jamais été constaté, même dans des populations qui ont montré un excès de cancers comme chez les survivants des bombardements d’Hiroshima et de Nagasaki au Japon. Les effets de la radioactivité sont donc très variés et pour certains, irréversibles. Cependant, que ce soit une simple brûlure de la peau due à la destruction de certaines cellules à un cancer du poumon ou de la thyroïde, tous ces effets demandent une absorption extrêmement importante de radiation.

Lorsqu’une quantité importante d’iode radioactif est incorporée dans l’organisme, l’iode se fixe préférentiellement dans les cellules thyroïdiennes. La mort de ces cellules qui en résulte diminue la capacité de fonctionnement de la glande et se traduit par une hypothyroïdie. La dose responsable d’une hypothyroïdie est liée au fonctionnement de la thyroïde, la dose seuil est d’environ 10 Gy.

Ces effets sont réversibles s’il reste suffisamment de cellules pour reconstituer le tissu. Des traitements appropriés favorisent cette régénération.

Les effets tardifs surviennent plusieurs années à dizaines d’années après l’irradiation de tissus se renouvelant plus lentement. Ce sont par exemple la fibrose radio-induite et la cataracte. Le tissu conjonctif qui forme la structure des organes et leur apporte les vaisseaux sanguins et les nerfs est remplacé par un tissu très dense, rigide, qui n’assure plus sa fonction de nutrition. La fibrose radio-induite peut atteindre tous les organes : peau, poumons, etc. Les premiers signes sont observés au-delà de 12 Gy. La cataracte due à l’opacification du cristallin est susceptible de se manifester si l’oeil est touché directement par l’irradiation. Il n’y a pas de réversibilité spontanée, le traitement est palliatif pour la cataracte.

Les rayonnements ionnisants peuvent induire des anomalies chromosomiques.

Un chromosome dicentrique est visible en haut à gauche.

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