Radiobiologie

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La radiobiologie est l'étude des effets des rayonnements (notamment des rayonnements ionisants) sur les êtres vivants, des moyens de s'en préserver, des traitements à suivre en cas d'irradiation et de leur emploi pour procéder à des investigations dans le corps humain.

La radiobiologie est également l'ensemble des techniques d'analyses des liquides biologiques qui utilisent un ou des radio-isotopes comme marqueurs.

Sommaire

[modifier] Définition

La radiobiologie est l'étude des effets biologique provoqués par les rayonnements ionisants.

Les effets des radiations sur la matière vivante sont le résultat final d'évènements physiques initiaux. Le rayonnement ionisant agit par transfert d'énergie à la matière et l'effet biologique final résulte d'une chaîne d'évènements physiques et de transformations chimiques qui sont déclenchés par les phénomènes d'ionisation.

La radiobiologie actuelle bénéficie d'innombrables découvertes en cinétique cellulaire et en biologie moléculaire. Elle est un apport primordial à l'évolution de la radiothérapie et de la radioprotection.

[modifier] Rappel sur les rayonnements ionisants

Un rayonnement est dit "Ionisant" lorsque celui-ci est susceptible de provoquer l'arrachement des électrons périphériques de la matière. Pour cela, il est nécessaire que l'énergie du rayonnement incident soit suffisante pour arracher un électron, c'est-à-dire que cette énergie soit supérieure à l'énergie de liaison minimale des électrons du milieu.

L'ionisation provoquée par les rayonnements aboutit à la formation de 2 ions :

  • un ion positif constitué par la molécule ayant perdu un électron
  • un ion négatif constitué par l'électron éjecté.

Ces deux ions sont très différents de ceux formés lors de la dissociation ionique d'un sel dans une solution car dans notre cas, la molécule a perdu un électron et celui-ci n'est pas compensé par une liaison covalente. Ce caractère confère à l'ion positif une haute réactivité chimique qui sera grandement responsable des effets délétères sur le vivant.

On distingue deux types de rayonnements ionisant :

Rayonnement directement ionisant

C'est un rayonnement constitué de particules chargées électriquement :

  • Particules lourdes : Protons, deutons; ions lourds
  • Particules légères: Électrons
Rayonnement indirectement ionisant

C'est un rayonnement particulaire et/ou électromagnétique non-chargés électriquement :

Icône de détail Article détaillé : Rayonnement ionisant.

[modifier] Les phénomènes biochimiques

Les interactions radiochimiques sont qualitativement identiques pour tous les rayonnements ionisants et interviennent dans un délai très court (10 − 5 sec.)
Elles sont le résultat d'une :

  • Action directe: La molécule ionisée est devenue instable. Lors de la réorganisation du cortège électronique elle expulse l'excédent d'énergie soit par émission de photon de fluorescence, soit par rupture de liaison ce qui peut entraîner une altération de son activité biochimique ou sa destruction.
  • Action indirecte : La molécule interagit avec les radicaux libres engendrée par la radiolyse de l'eau.

L'organisme humain est constitué de plus de 2/3 d'eau. Sous l'action du rayonnement ionisant, les molécules d'eau se décomposent pour donner des radicaux libres.

\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2O^+} + \mathrm{e^-}

Les radicaux libres produit sont de haute réactivité chimique. Les radicaux libres produits par la radiolyse de l'eau ont une durée de vie très courte, il sont de puissants oxydo-réducteurs capables d'attaquer les molécules organiques dont les acides désoxyribonucléiques pour former des radicaux libres organiques. Or, ce sont les atteintes de l'ADN qui provoque soit la mort cellulaire soit les effets tardifs.

Les molécules d'ADN sont les constituants principaux des chromosomes qui interviennent dans les procédés de transfert de d'information génétiques de cellules mères aux cellules filles et, par l'intermédiaire des différents ARN, dans la synthèse de protéines.
L'altération la plus connue est la rupture de chaîne ; due au radical OHo. Le nombre de ruptures croit avec la dose reçue et l'énergie minimale requise serait de l'ordre de 10 eV. Lors de la rupture simple, des molécule d'eau entrent dans la brèche créée par le radical libre : les ponts hydrogène entre les acides nucléiques se cassent et les deux brins s'écartent l'un de l'autre. Ce genre d'altération de l'ADN est réparable par des enzymes de réparation qui parcours l'ADN de la cellule : Processus d'excision-resynthèse, Transkylation...
Cependant il peut y avoir des répercussion sur la réplication de l'ADN qui peuvent engendrer des mutations dont la probabilité varie selon la phase (il y en a 4) du cycle cellulaire dans laquelle se trouve la cellule.

Il y a 5 grands types d'altération de l'ADN :

  • Cassure de chaîne, ADN, d'un brin ou des deux brins,
  • Dégradations des bases puriques ou pyrimidique,
  • Création de sites sans bases par élimination d'une base,
  • Pontage ADN-protéine Liaison entre une base et acide aminé,
  • Addition des produits de la péroxydation à des bases de l'ADN .

Les Radio-lésion de l'ADN ne sont pas directement observable, elles se traduisent pas des anomalies de structures ou modification du nombre de chromosomes visibles au microscope lors de la condensation chromosomique.

Les rayonnement ionisants peuvent également perturber le déroulement du cycle cellulaire et entraîner la mort de la cellule. Sachant que la cellule est plus radiosensible en phase G2 et en phase M

[modifier] La mort cellulaire

La mort cellulaire radio-induite peut survenir selon deux mécanismes distincts et complémentaires : La mort reproductive ou différée et la mort programmée ou apoptose.

[modifier] La mort différée

[modifier] La mort programmée

[modifier] Liens externes