La radioactivité et ses applications à des fins thérapeutiques

« Mesure de la radioactivitéOn se souvient que la radioactivité provient de la désintégration spontanée d'atomes.

Dans une substance radioactive, si on observe en moyenne une désintégrationpar seconde, on dit que cette substance a une activité de 1 Becquerel (Bq).

Il est important de bien noter que l'activité d'une substance va dépendre directement de laquantité de matière radioactive, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse.

Autrefois et pendant longtemps, on exprimait les activités en « Curie » en les comparant avecune source étalon d'un gramme de radium.

Une telle source produisait 37 milliards de désintégrations par seconde.

Elle était intense et les activités des sourcesusuelles s'exprimaient en milli ou microcuries.

Le becquerel est à l'opposé une unité à l'échelle d'un noyau, extrêmement petite, logique mais peu réaliste : unmillionième de Curie (1 microcurie) vaut 37 000 becquerels (Bq).

Mesure de la dose absorbéeLa dose reçue par un corps exposé à un rayonnement correspond à la quantité d'énergie reçue par ce corps.

L'unité utilisée est le Gray (Gy), elle correspond à uneénergie de 1 joule par kg de matière irradiée.

On parlera de débit de dose si on fait intervenir le temps : Un débit de dose de 1 Gy/h n'aura pas les mêmes effets s'il estsubi pendant quelques minutes ou quelques millisecondes.

Cette unité de mesure remplaça le rad en 1986.

Mesure de l'effet biologiqueIl existe plusieurs types de rayonnements ionisants.

Chaque rayonnement a des effets spécifiques sur la matière vivante, c'est pourquoi on a été amené à créer uneunité qui tient compte des différents effets biologiques des rayonnements pour mesurer les dégâts occasionnés à un organisme vivant.

L'effet biologique mesurés'appelle équivalent de dose et est donné en Sievert (Sv).

Le débit d'équivalent de dose fait intervenir le facteur temps : Les effets de la radioactivité naturelle surnotre corps sont de l'ordre du milli-Sievert par an. Équivalences des unitésGrandeur mesurée | Unité officielle | Unité obsolète | Équivalence |Radioactivité Dose absorbée Effet biologique | Becquerel (Bq) Gray (Gy) Sievert (Sv) | Curie (Ci) Rad (rad) Rem (rem) | 1 Ci = 3,7.1010 Bq1 rad = 10-2 Gy 1 rem= 10-2 Sv | PARTIE II : Comment la radioactivité provoque-t-elle des cancers ? I) Les rayonnements ionisants provoquent des lésions de l'ADN Les rayonnements radioactifs sont dit ionisants : en effet la charge électrique des particules libérées leur donne la faculté d'arracher des électrons à la matière qu'ellestraversent, convertissant ainsi les atomes lésés d'un ou plusieurs électron(s) en cations.

Cette ionisation augmente avec la charge de la particule. Un rayonnement arrache un électron à un atome Ces rayonnements ionisants peuvent avoir deux types d'effets sur une molécule d'ADN en traversant un tissu ou un organe :un effet direct :L'ionisation d'un atome constituant la molécule d'ADN : les ions créés brisent le squelette sucre-phosphate ou les liaisons hydrogène entre les bases complémentaires,ou encore endommagent les bases azotées.L'effet direct est important pour les rayonnements de type alpha, particules lourdement chargées, mais a une importance mineure pour les rayons gamma.

(Les rayonsalpha sont 20 fois plus toxiques, à dépôt d'énergie égal, que des photons gamma.) un effet indirect : la radiolyse de l'eauLe deuxième mécanisme consiste en une dissociation des atomes de la molécule d'eau, très abondante dans notre corps, qui libère des radicaux libres HO• et H •(hydroxyde et hydrogène).

Le rayonnement ionisant rompt certains couples électroniques de la couche externe des atomes.

La molécule ou l'atome porte alors desélectrons non appariés, on l'appelle radical libre.

La tendance naturelle des électrons non appariés à interagir avec des électrons de molécules ou d'atomes voisinspour former des liaisons covalentes confère aux radicaux libres une grande instabilité.

Les radicaux libres altèrent la molécule d'ADN en interagissant avec lesélectrons de ses atomes.Ces deux modes d'atteinte introduisent les mêmes effets.

Les principales lésions de l'ADN observées sont des ruptures simples ou doubles de la molécule.Dans le cas de ruptures doubles, on parle de rupture homologue si les cassures sont face à face comme dans le dessin ci dessous, sinon, on parle de rupturehétérologues. Altérations possibles de l'ADN consécutives àune exposition à des rayonnements ionisants L'importance et la nature des lésions de l'ADN, pour une même dose d'exposition, dépend des facteurs suivants :mode d'exposition ; l'exposition à une source interne est plus nocive que l'exposition à une source externenature des rayonnementsdébit de la dose reçue : une même dose reçue en peu de temps est bien plus nocive que si elle est étalée dans le tempstype des cellules exposées : On distingue deux types de tissus :à renouvellement rapide : les cellules produites ont une durée de vie limitée.

Par exemple :–la moelle osseuse qui produit en permanence les cellules sanguines, dont la durée de vie varie suivant les types cellulaires de 24 heures (certains globules blancs) à120jours (globules rouges ou hématies),–le revêtement du tube digestif : les cellules ont une durée de vie de quelques jours,–le revêtement cutané : les cellules de l'épiderme se renouvellent sur trois semaines environ à renouvellement lent : les cellules produites se renouvellent peu souvent.

Par exemple :_le foie_ les reins_les poumonsLes cellules en mitoses sont plus radiosensibles et par conséquent les tissus à renouvellement rapide (dont de plus nombreuses cellules sont en mitose au mêmemoment) sont d'autant plus radiosensibles. II) L'échec des systèmes de réparation conduit à des mutationsPour lutter contre les lésions, la cellule dispose de systèmes enzymatiques de réparation mais ceux-ci ne fonctionnent pas toujours de manière infaillible.

Leurefficacité est fonction de la densité des lésions ainsi que de leur nature.

Une cassure simple brin se répare facilement à l'aide du brin opposé qui sert de matrice.

Enrevanche, la réparation de cassures double brin est beaucoup plus complexe : la molécule doit être reconstituée à l'aide de la molécule d'adn du chromosomehomologue.

Les réparations fautives ont pour source un dysfonctionnement lors de la réparation ou une incapacité des systèmes enzymatiques à réparer certaineslésions.

Ces réparations fautives sont à l'origine des mutations de l'ADN.Il existe trois types de mutations :les substitutions : une base azotée est remplacée par une autre :- on parle de mutation silencieuse quand le triplet de nucléotides muté code le même acide aminé que le triplet d'origine, n'entraînant pas de conséquences sur lasynthèse de la protéine ou du polypeptide.- on parle de mutation faux-sens lorsque le triplet code un autre acide aminé que le triplet d'origine, ce qui modifie la protéine et entraîne des altérations variables desa fonctionnalité (la mutation est neutre si la fonction de la protéine n'est pas modifiée).. »