Jeudi, Mars 24 2011 18: 59

Biologie des rayonnements et effets biologiques

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Après sa découverte par Roentgen en 1895, les rayons X ont été introduits si rapidement dans le diagnostic et le traitement des maladies que des blessures dues à une exposition excessive aux rayonnements ont commencé à être rencontrées presque immédiatement chez les pionniers des rayonnements, qui n'avaient pas encore pris conscience des dangers (Brown 1933). Les premières blessures de ce type étaient principalement des réactions cutanées sur les mains de ceux qui travaillaient avec les premiers équipements de radiothérapie, mais en une décennie, de nombreux autres types de blessures ont également été signalés, y compris les premiers cancers attribués aux rayonnements (Stone 1959).

Tout au long du siècle qui s'est écoulé depuis ces premières découvertes, l'étude des effets biologiques des rayonnements ionisants a reçu une impulsion continue des utilisations croissantes des rayonnements en médecine, en science et dans l'industrie, ainsi que des applications pacifiques et militaires de l'énergie atomique. En conséquence, les effets biologiques des rayonnements ont été étudiés de manière plus approfondie que ceux de pratiquement tout autre agent environnemental. L'évolution des connaissances sur les effets des rayonnements a eu une influence sur l'élaboration de mesures de protection de la santé humaine contre de nombreux autres risques environnementaux en plus des rayonnements.

Nature et mécanismes des effets biologiques des rayonnements

Dépôt d'énergie. Contrairement à d'autres formes de rayonnement, le rayonnement ionisant est capable de déposer suffisamment d'énergie localisée pour déloger les électrons des atomes avec lesquels il interagit. Ainsi, lorsque le rayonnement entre en collision au hasard avec des atomes et des molécules en traversant les cellules vivantes, il donne naissance à des ions et des radicaux libres qui rompent les liaisons chimiques et provoquent d'autres changements moléculaires qui endommagent les cellules affectées. La distribution spatiale des événements ionisants dépend du facteur de pondération du rayonnement, w R du rayonnement (voir tableau 1 et figure 1).

Tableau 1. Facteurs de pondération du rayonnement wR

Type et gamme d'énergie

wR 1

Photons, toutes énergies

1

Électrons et muons, toutes énergies2

1

Neutrons, énergie <10 keV

5

10 keV à 100 XNUMX keV

10

>100 keV à 2 MeV

20

>2 MeV à 20 MeV

10

>20 MeV

5

Protons, autres que les protons de recul, énergie > 2 MeV

5

Particules alpha, fragments de fission, noyaux lourds

20

1 Toutes les valeurs se rapportent au rayonnement incident sur le corps ou, pour les sources internes, émis par la source.

2 À l'exclusion des électrons Auger émis par les noyaux liés à l'ADN.

Figure 1. Différences entre les différents types de rayonnements ionisants en termes de pouvoir de pénétration dans les tissus

ION020F1

Effets sur l'ADN. Toute molécule de la cellule peut être altérée par les radiations, mais l'ADN est la cible biologique la plus critique en raison de la redondance limitée de l'information génétique qu'il contient. Une dose absorbée de rayonnement suffisamment importante pour tuer la cellule moyenne en division - 2 gray (Gy) - suffit à provoquer des centaines de lésions dans ses molécules d'ADN (Ward 1988). La plupart de ces lésions sont réparables, mais celles produites par un rayonnement fortement ionisant (par exemple, un proton ou une particule alpha) sont généralement moins réparables que celles produites par un rayonnement peu ionisant (par exemple, un rayon X ou un rayon gamma) ( Goodhead 1988). Par conséquent, les rayonnements fortement ionisants (TL élevé) ont généralement une efficacité biologique relative (EBR) plus élevée que les rayonnements faiblement ionisants (TL faible) pour la plupart des formes de blessures (ICRP 1991).

Effets sur les gènes. Les dommages à l'ADN qui ne sont pas réparés ou qui sont mal réparés peuvent se manifester sous la forme de mutations, dont la fréquence semble augmenter en tant que fonction linéaire sans seuil de la dose, environ 10-5 - 10-6 par locus par Gy (NAS 1990). Le fait que le taux de mutation semble être proportionnel à la dose est interprété comme signifiant que la traversée de l'ADN par une seule particule ionisante peut, en principe, suffire à provoquer une mutation (NAS 1990). Chez les victimes de l'accident de Tchernobyl, la relation dose-réponse pour les mutations de la glycophorine dans les cellules de la moelle osseuse ressemble étroitement à celle observée chez les survivants de la bombe atomique (Jensen, Langlois et Bigbee 1995).

Effets sur les chromosomes. Les dommages causés par les rayonnements à l'appareil génétique peuvent également provoquer des modifications du nombre et de la structure des chromosomes, dont la fréquence augmente avec la dose chez les travailleurs sous rayonnement, les survivants de la bombe atomique et d'autres personnes exposées aux rayonnements ionisants. La relation dose-réponse pour les aberrations chromosomiques dans les lymphocytes du sang humain (figure 2) a été suffisamment bien caractérisée pour que la fréquence des aberrations dans ces cellules puisse servir de dosimètre biologique utile (IAEA 1986).

Figure 2. Fréquence des aberrations chromosomiques dicentriques dans les lymphocytes humains en fonction de la dose, du débit de dose et de la qualité de l'irradiation in vitro

ION020F2

 

Effets sur la survie des cellules. Parmi les réactions les plus précoces à l'irradiation figure l'inhibition de la division cellulaire, qui apparaît rapidement après l'exposition, variant à la fois en degré et en durée avec la dose (figure 3). Bien que l'inhibition de la mitose soit typiquement transitoire, les dommages causés par les radiations aux gènes et aux chromosomes peuvent être mortels pour les cellules en division, qui sont hautement radiosensibles en tant que classe (ICRP 1984). Mesurée en termes de capacité proliférative, la survie des cellules en division tend à décroître de façon exponentielle avec l'augmentation de la dose, 1 à 2 Gy suffisent généralement à réduire la population survivante d'environ 50 % (figure 4).

Figure 3. Inhibition mitotique induite par les rayons X dans les cellules épithéliales cornéennes de rat

ION020F3

 

Figure 4. Courbes dose-survie typiques pour les cellules de mammifères exposées aux rayons X et aux neutrons rapides

 

ION020F4

Effets sur les tissus. Les cellules matures qui ne se divisent pas sont relativement radiorésistantes, mais les cellules en division dans un tissu sont radiosensibles et peuvent être tuées en nombre suffisant par une irradiation intensive pour provoquer l'atrophie du tissu (figure 5). La rapidité d'une telle atrophie dépend de la dynamique de la population cellulaire dans le tissu affecté ; c'est-à-dire que dans les organes caractérisés par un renouvellement cellulaire lent, comme le foie et l'endothélium vasculaire, le processus est généralement beaucoup plus lent que dans les organes caractérisés par un renouvellement cellulaire rapide, comme la moelle osseuse, l'épiderme et la muqueuse intestinale (ICRP 1984). Il est à noter, par ailleurs, que si le volume de tissu irradié est suffisamment faible, ou si la dose est accumulée suffisamment progressivement, la gravité de la lésion peut être fortement réduite par la prolifération compensatoire des cellules survivantes.

Figure 5. Séquence caractéristique des événements dans la pathogenèse des effets non stochastiques des rayonnements ionisants

 ION020F5

Manifestations cliniques des blessures

Types d'effets. Les effets des rayonnements englobent une grande variété de réactions, variant considérablement dans leurs relations dose-réponse, les manifestations cliniques, le moment et le pronostic (Mettler et Upton 1995). Les effets sont souvent subdivisés, pour plus de commodité, en deux grandes catégories : (1) héritable les effets, qui s'expriment dans la descendance des individus exposés, et (2) somatique effets, qui s'expriment chez les individus exposés eux-mêmes. Ces derniers comprennent les effets aigus, qui surviennent relativement peu de temps après l'irradiation, ainsi que les effets tardifs (ou chroniques), comme le cancer, qui peuvent n'apparaître que des mois, des années ou des décennies plus tard.

Effets aigus. Les effets aigus des rayonnements résultent principalement de l'épuisement des cellules progénitrices dans les tissus affectés (figure 5) et ne peuvent être provoqués que par des doses suffisamment importantes pour tuer un grand nombre de ces cellules (par exemple, tableau 2). Pour cette raison, ces effets sont considérés comme non stochastiqueou déterministe, dans la nature (ICRP 1984 et 1991), contrairement aux effets mutagènes et cancérigènes des rayonnements, considérés comme stochastique phénomènes résultant d'altérations moléculaires aléatoires dans des cellules individuelles qui augmentent en tant que fonctions linéaires sans seuil de la dose (NAS 1990; ICRP 1991).

Tableau 2. Doses seuils approximatives de rayonnement X thérapeutique fractionné de manière conventionnelle pour des effets non stochastiques cliniquement préjudiciables dans divers tissus

Organe

Blessure à 5 ans

seuil
dose (Gy)*

Irradiation
champ (aire)

Peau

Ulcère, fibrose sévère

55

100 cm2

Muqueuse buccale

Ulcère, fibrose sévère

60

50 cm2

Œsophage

Ulcère, rétrécissement

60

75 cm2

Estomac

Ulcère, perforation

45

100 cm2

Intestin grêle

Ulcère, rétrécissement

45

100 cm2

Côlon

Ulcère, rétrécissement

45

100 cm2

Rectum

Ulcère, rétrécissement

55

100 cm2

Glandes salivaires

Xérostomie

50

50 cm2

Foie

Insuffisance hépatique, ascite

35

la totalité

Rein

Néphrosclérose

23

la totalité

Vessie urinaire

Ulcère, contracture

60

la totalité

Tests

Stérilité permanente

5-15

la totalité

Ovaire

Stérilité permanente

2-3

la totalité

Utérus

Nécrose, perforation

> 100

la totalité

Vagin

Ulcère, fistule

90

5 cm2

Sein, enfant

Hypoplasie

10

5 cm2

Sein, adulte

Atrophie, nécrose

> 50

la totalité

Poumon

Pneumopathie, fibrose

40

Lobe

Capillaires

Télangiectasies, fibrose

50-60

s

Cœur

Péricardite, pancardite

40

la totalité

Os, enfant

Croissance arrêtée

20

10 cm2

Os, adulte

Nécrose, fracture

60

10 cm2

Cartilage, enfant

Croissance arrêtée

10

la totalité

Cartilage, adulte

Nécrose

60

la totalité

Système nerveux central (cerveau)

Nécrose

50

la totalité

Moelle épinière

Nécrose, transection

50

5 cm2

Œil

Panophtalmie, hémorragie

55

la totalité

cornée

Kératite

50

la totalité

Lens

Cataracte

5

la totalité

Oreille (intérieure)

Surdité

> 60

la totalité

Thyroïde

L'hypothyroïdie

45

la totalité

Surrénal

Hypoadrénalisme

> 60

la totalité

Hypophyse

Hypopituitarisme

45

la totalité

musculaire, enfant

Hypoplasie

20-30

la totalité

Muscle, adulte

Atrophie

> 100

la totalité

Moelle osseuse

Hypoplasie

2

la totalité

Moelle osseuse

Hypoplasie, fibrose

20

localisée

Ganglions

Atrophie

33-45

s

Lymphatiques

Sclérose

50

s

Fœtus

Décès

2

la totalité

* Dose causant un effet chez 1 à 5 % des personnes exposées.

Source : Rubin et Casarett 1972.

Les blessures aiguës du type de celles qui prévalaient chez les pionniers de la radiothérapie et les premiers patients en radiothérapie ont été largement éliminées grâce à l'amélioration des précautions de sécurité et des méthodes de traitement. Néanmoins, la plupart des patients traités par rayonnement subissent encore aujourd'hui des lésions du tissu normal qui est irradié. De plus, de graves accidents radiologiques continuent de se produire. Par exemple, quelque 285 accidents de réacteurs nucléaires (excluant l'accident de Tchernobyl) ont été signalés dans divers pays entre 1945 et 1987, irradiant plus de 1,350 33 personnes, dont 1987 mortellement (Lushbaugh, Fry et Ricks 200). L'accident de Tchernobyl à lui seul a libéré suffisamment de matières radioactives pour nécessiter l'évacuation de dizaines de milliers de personnes et d'animaux de ferme de la région environnante, et il a provoqué des maladies des rayons et des brûlures chez plus de 31 secouristes et pompiers, blessant 1988 personnes mortellement (UNSCEAR 30,000 ). Les effets à long terme sur la santé des matières radioactives rejetées ne peuvent être prédits avec certitude, mais les estimations des risques d'effets cancérogènes qui en résultent, basées sur des modèles dose-incidence sans seuil (examinés ci-dessous), impliquent que jusqu'à 70 1987 décès supplémentaires par cancer pourraient survenir dans la population de l'hémisphère nord au cours des XNUMX prochaines années à la suite de l'accident, bien que les cancers supplémentaires dans un pays donné soient probablement trop peu nombreux pour être épidémiologiquement détectables (USDOE XNUMX).

Moins catastrophiques, mais beaucoup plus nombreux, que les accidents de réacteurs ont été les accidents impliquant des sources de rayons gamma médicales et industrielles, qui ont également causé des blessures et des pertes de vie. Par exemple, l'élimination inappropriée d'une source de radiothérapie au césium 137 à Goiânia, au Brésil, en 1987, a entraîné l'irradiation de dizaines de victimes sans méfiance, dont quatre mortellement (UNSCEAR 1993).

Une discussion complète des lésions radiologiques dépasse le cadre de cette revue, mais les réactions aiguës des tissus les plus radiosensibles sont d'un intérêt généralisé et sont donc décrites brièvement dans les sections suivantes.

Peau. Les cellules de la couche germinale de l'épiderme sont très radiosensibles. Par conséquent, une exposition rapide de la peau à une dose de 6 Sv ou plus provoque un érythème (rougeur) dans la zone exposée, qui apparaît en un jour environ, dure généralement quelques heures et est suivi de deux à quatre semaines plus tard par une ou plusieurs vagues d'érythème plus profondes et plus prolongées, ainsi que par épilation (chute des cheveux). Si la dose dépasse 10 à 20 Sv, des cloques, une nécrose et une ulcération peuvent survenir dans les deux à quatre semaines, suivies d'une fibrose du derme sous-jacent et de la vascularisation, ce qui peut entraîner une atrophie et une deuxième vague d'ulcération des mois ou des années plus tard (ICRP 1984 ).

Moelle osseuse et tissu lymphoïde. Les lymphocytes sont également hautement radiosensibles; une dose de 2 à 3 Sv délivrée rapidement à tout le corps peut en tuer suffisamment pour faire baisser le nombre de lymphocytes périphériques et altérer la réponse immunitaire en quelques heures (UNSCEAR 1988). Les cellules hématopoïétiques de la moelle osseuse sont également radiosensibles et sont suffisamment épuisées par une dose comparable pour provoquer une granulocytopénie et une thrombocytopénie en l'espace de trois à cinq semaines. De telles réductions du nombre de granulocytes et de plaquettes peuvent être suffisamment graves après une dose plus importante pour entraîner une hémorragie ou une infection mortelle (tableau 3).

Tableau 3. Principales formes et caractéristiques du syndrome d'irradiation aiguë

Temps aprés
irradiation

Forme cérébrale
(>50 Gy)

Gastro-
forme intestinale
(10-20 Gy)

Forme hématopoïétique
(2-10 Gy)

Forme pulmonaire
(>6 Gy aux poumons)

Premier jour

nausée
vomissement
diarrhée
mal de tête
désorientation
ataxie
coma
convulsions
mort

nausée
vomissement
diarrhée

nausée
vomissement
diarrhée

nausée
vomissement

Deuxième semaine

 

nausée
vomissement
diarrhée
fièvre
érythème
prostration
mort

   

Troisième à sixième
semaines

   

faiblesse
sensation de fatigue
anorexie
fièvre
hémorragie
épilation
récupération (?)
la mort (?)

 

Deuxième à huitième
mois

     

tousser
dyspnée
fièvre
douleur de poitrine
respiratoire
échec (?)

Source : UNSCEAR 1988.

Intestin. Les cellules souches de l'épithélium tapissant l'intestin grêle sont également extrêmement radiosensibles, une exposition aiguë à 10 Sv épuisant suffisamment leur nombre pour provoquer la dénudation des villosités intestinales sus-jacentes en quelques jours (ICRP 1984; UNSCEAR 1988). La dénudation d'une grande partie de la muqueuse peut entraîner un syndrome dysentérique fulminant, rapidement mortel (tableau 3).

Gonades. Les spermatozoïdes matures peuvent survivre à de fortes doses (100 Sv), mais les spermatogonies sont si radiosensibles qu'une dose aussi faible que 0.15 Sv délivrée rapidement aux deux testicules suffit à provoquer une oligospermie, et une dose de 2 à 4 Sv peut provoquer une stérilité permanente. De même, les ovocytes sont radiosensibles, une dose de 1.5 à 2.0 Sv délivrée rapidement aux deux ovaires provoquant une stérilité temporaire, et une dose plus importante, une stérilité permanente, selon l'âge de la femme au moment de l'exposition (ICRP 1984).

Voies respiratoires. Le poumon n'est pas très radiosensible, mais une exposition rapide à une dose de 6 à 10 Sv peut provoquer le développement d'une pneumonie aiguë dans la zone exposée en un à trois mois. Si un grand volume de tissu pulmonaire est affecté, le processus peut entraîner une insuffisance respiratoire en quelques semaines ou peut entraîner une fibrose pulmonaire et un cœur pulmonaire des mois ou des années plus tard (ICRP 1984; UNSCEAR 1988).

Lentille de l'oeil. Les cellules de l'épithélium antérieur du cristallin, qui continuent à se diviser tout au long de la vie, sont relativement radiosensibles. De ce fait, une exposition rapide du cristallin à une dose supérieure à 1 Sv peut conduire en quelques mois à la formation d'une opacité polaire postérieure microscopique ; et 2 à 3 Sv reçus en une seule brève exposition – ou 5.5 à 14 Sv accumulés sur une période de plusieurs mois – peuvent produire une cataracte altérant la vision (ICRP 1984).

Autres tissus. En comparaison avec les tissus mentionnés ci-dessus, les autres tissus de l'organisme sont généralement sensiblement moins radiosensibles (par exemple, tableau 2) ; cependant, l'embryon constitue une exception notable, comme discuté ci-dessous. Il convient également de noter le fait que la radiosensibilité de chaque tissu est augmentée lorsqu'il est dans un état de croissance rapide (ICRP 1984).

Radiolésion du corps entier. L'exposition rapide d'une partie importante du corps à une dose supérieure à 1 Gy peut entraîner la syndrome de rayonnement aigu. Ce syndrome comprend : (1) une phase prodromique initiale, caractérisée par des malaises, de l'anorexie, des nausées et des vomissements, (2) une période de latence qui s'ensuit, (3) une seconde phase (principale) de la maladie et (4) finalement, soit la guérison, soit la décès (tableau 3). La phase principale de la maladie prend généralement l'une des formes suivantes, selon le locus prédominant de l'irradiation : (1) hématologique, (2) gastro-intestinale, (3) cérébrale ou (4) pulmonaire (tableau 3).

Radiolésions localisées. Contrairement aux manifestations cliniques des radiolésions aiguës du corps entier, qui sont généralement dramatiques et rapides, la réaction à une irradiation fortement localisée, qu'elle provienne d'une source de rayonnement externe ou d'un radionucléide déposé à l'intérieur, a tendance à évoluer lentement et à produire peu de symptômes ou de signes. sauf si le volume de tissu irradié et/ou la dose sont relativement importants (par exemple, tableau 3).

Effets des radionucléides. Certains radionucléides - par exemple, le tritium (3H), carbone 14 (14C) et césium-137 (137Cs) - ont tendance à être distribués de manière systémique et à irradier l'ensemble du corps, alors que d'autres radionucléides sont généralement absorbés et concentrés dans des organes spécifiques, produisant des lésions qui sont d'autant plus localisées. Radium (Ra) et strontium-90
(90Sr), par exemple, se déposent principalement dans les os et blessent donc principalement les tissus squelettiques, tandis que l'iode radioactif se concentre dans la glande thyroïde, le site principal de toute lésion résultante (Stannard 1988 ; Mettler et Upton 1995).

Effets cancérigènes

Caractéristiques générales. La cancérogénicité des rayonnements ionisants, manifestée pour la première fois au début de ce siècle par l'apparition de cancers de la peau et de leucémies chez les pionniers des rayonnements (Upton 1986), a depuis été largement documentée par des excès dose-dépendants de nombreux types de néoplasmes chez les peintres de cadrans au radium, les mineurs souterrains de roches dures, les survivants de la bombe atomique, les patients en radiothérapie et les animaux de laboratoire irradiés expérimentalement (Upton 1986; NAS 1990).

Les croissances bénignes et malignes induites par l'irradiation mettent typiquement des années ou des décennies à apparaître et ne présentent aucune caractéristique connue permettant de les distinguer de celles produites par d'autres causes. De plus, à quelques exceptions près, leur induction n'a été détectable qu'après des équivalents de dose relativement importants (0.5 Sv), et elle a varié avec le type de tumeur ainsi que l'âge et le sexe des personnes exposées (NAS 1990).

Mécanismes. Les mécanismes moléculaires de la radio-cancérogénèse restent à élucider en détail, mais chez les animaux de laboratoire et les cellules cultivées, on a observé que les effets cancérigènes des rayonnements comprenaient des effets déclencheurs, des effets favorisants et des effets sur la progression de la néoplasie, selon les conditions expérimentales dans (NAS 1990). Les effets semblent également impliquer l'activation d'oncogènes et/ou l'inactivation ou la perte de gènes suppresseurs de tumeurs dans de nombreux cas, sinon tous. De plus, les effets cancérigènes des rayonnements ressemblent à ceux des carcinogènes chimiques en ce qu'ils sont également modifiables par les hormones, les variables nutritionnelles et d'autres facteurs modificateurs (NAS 1990). Il convient de noter, en outre, que les effets des rayonnements peuvent être additifs, synergiques ou mutuellement antagonistes avec ceux des cancérogènes chimiques, selon les produits chimiques spécifiques et les conditions d'exposition en question (UNSCEAR 1982 et 1986).

Relation dose-effet. Les données existantes ne suffisent pas à décrire sans ambiguïté la relation dose-incidence pour tout type de néoplasme ou à définir combien de temps après l'irradiation le risque de croissance peut rester élevé dans une population exposée. Tous les risques attribuables à une irradiation de faible niveau ne peuvent donc être estimés que par extrapolation, sur la base de modèles incorporant des hypothèses sur ces paramètres (NAS 1990). Parmi les divers modèles dose-effet qui ont été utilisés pour estimer les risques d'irradiation de faible intensité, celui qui a été jugé le mieux adapté aux données disponibles est de la forme :

De R0 désigne le risque de fond spécifique à l'âge de décès dû à un type spécifique de cancer, D la dose de rayonnement, f(D) une fonction de dose qui est linéaire-quadratique pour la leucémie et linéaire pour certains autres types de cancer, et g(b) est une fonction de risque qui dépend d'autres paramètres, tels que le sexe, l'âge au moment de l'exposition et le temps après l'exposition (NAS 1990).

Des modèles sans seuil de ce type ont été appliqués aux données épidémiologiques des survivants japonais de la bombe atomique et d'autres populations irradiées pour dériver des estimations des risques à vie de différentes formes de cancer radio-induit (par exemple, tableau 4). Ces estimations doivent cependant être interprétées avec prudence pour tenter de prédire les risques de cancer attribuables à de petites doses ou à des doses accumulées sur des semaines, des mois ou des années, car des expériences sur des animaux de laboratoire ont montré le pouvoir cancérigène des rayons X et des rayons gamma. être réduite jusqu'à un ordre de grandeur lorsque l'exposition est très prolongée. En fait, comme cela a été souligné ailleurs (NAS 1990), les données disponibles n'excluent pas la possibilité qu'il puisse y avoir un seuil dans la gamme d'équivalent de dose en millisieverts (mSv), en dessous duquel le rayonnement peut manquer de cancérogénicité.

Tableau 4. Estimation des risques à vie de cancer attribuables à une irradiation rapide de 0.1 Sv

Type ou siège du cancer

Excédent de décès par cancer pour 100,000 XNUMX

 

(Non.)

(%)*

Estomac

110

18

Poumon

85

3

Côlon

85

5

Leucémie (hors LLC)

50

10

Vessie urinaire

30

5

Œsophage

30

10

Poitrine

20

1

Foie

15

8

Gonades

10

2

Thyroïde

8

8

Ostéosarcome

5

5

Peau

2

2

Reste

50

1

Total

500

2

* Pourcentage d'augmentation de l'attente « de fond » pour une population non irradiée.

Source : CIPR 1991.

Il convient également de noter que les estimations tabulées sont basées sur des moyennes de population et ne sont pas nécessairement applicables à un individu donné ; c'est-à-dire que la susceptibilité à certains types de cancer (par exemple, les cancers de la thyroïde et du sein) est nettement plus élevée chez les enfants que chez les adultes, et la susceptibilité à certains cancers est également augmentée en association avec certains troubles héréditaires, tels que le rétinoblastome et le névoïde syndrome de carcinome basocellulaire (UNSCEAR 1988, 1994; NAS 1990). Malgré ces différences de susceptibilité, des estimations basées sur la population ont été proposées pour être utilisées dans les cas d'indemnisation comme base pour évaluer la probabilité qu'un cancer survenant chez une personne précédemment irradiée puisse avoir été causé par l'exposition en question (NIH 1985).

Évaluation des risques à faible dose. Les études épidémiologiques visant à déterminer si les risques de cancer liés à une faible exposition aux rayonnements varient réellement avec la dose de la manière prédite par les estimations ci-dessus n'ont pas été concluantes jusqu'à présent. Les populations résidant dans des zones où les niveaux de rayonnement de fond naturel sont élevés ne manifestent aucune augmentation nettement attribuable des taux de cancer (NAS 1990 ; UNSCEAR 1994) ; à l'inverse, quelques études ont même suggéré une relation inverse entre les niveaux de rayonnement de fond et les taux de cancer, ce qui a été interprété par certains observateurs comme la preuve de l'existence d'effets bénéfiques (ou hormétiques) d'une irradiation de faible niveau, en accord avec les réponses adaptatives de certains systèmes cellulaires (UNSCEAR 1994). La relation inverse est cependant d'une importance douteuse, puisqu'elle n'a pas persisté après contrôle des effets des variables confusionnelles (NAS 1990). De même, chez les travailleurs sous rayonnement d'aujourd'hui - à l'exception de certaines cohortes de mineurs souterrains de roches dures (NAS 1994 ; Lubin, Boice et Edling 1994) - les taux de cancers autres que la leucémie n'augmentent plus de manière détectable (UNSCEAR 1994), grâce aux progrès de la radioprotection ; de plus, les taux de leucémie chez ces travailleurs sont conformes aux estimations présentées ci-dessus (IARC 1994). En résumé, donc, les données disponibles à l'heure actuelle sont cohérentes avec les estimations tabulées ci-dessus (tableau 4), qui impliquent que moins de 3 % des cancers dans la population générale sont attribuables au rayonnement de fond naturel (NAS 1990 ; IARC 1994), bien que jusqu'à 10 % des cancers du poumon peuvent être attribuables au radon intérieur (NAS 1990; Lubin, Boice et Edling 1994).

On a observé que des niveaux élevés de retombées radioactives provenant d'un essai d'armes thermonucléaires à Bikini en 1954 provoquaient une augmentation dose-dépendante de la fréquence du cancer de la thyroïde chez les habitants des îles Marshall qui avaient reçu de fortes doses dans la glande thyroïde pendant leur enfance (Robbins et Adams 1989). De même, il a été signalé que des enfants vivant dans des régions du Bélarus et d'Ukraine contaminées par des radionucléides rejetés par l'accident de Tchernobyl présentaient une incidence accrue de cancer de la thyroïde (Prisyazhuik, Pjatak et Buzanov 1991; Kasakov, Demidchik et Astakhova 1992), mais les résultats sont contrairement à ceux du Projet international Tchernobyl, qui n'ont trouvé aucun excès de nodules thyroïdiens bénins ou malins chez les enfants vivant dans les zones les plus fortement contaminées autour de Tchernobyl (Mettler, Williamson et Royal 1992). Le fondement de l'écart et la question de savoir si les excès signalés peuvent résulter d'une surveillance accrue uniquement restent à déterminer. À cet égard, il convient de noter que les enfants du sud-ouest de l'Utah et du Nevada qui ont été exposés aux retombées des essais d'armes nucléaires au Nevada au cours des années 1950 ont montré une augmentation de la fréquence de tout type de cancer de la thyroïde (Kerber et al. 1993), et la prévalence de la leucémie aiguë semble avoir été élevée chez ces enfants décédés entre 1952 et 1957, la période de plus grande exposition aux retombées (Stevens et al. 1990).

La possibilité que des excès de leucémie chez les enfants résidant à proximité des centrales nucléaires au Royaume-Uni puissent avoir été causés par la radioactivité libérée par les centrales a également été suggérée. Cependant, on estime que les rejets ont augmenté la dose totale de rayonnement pour ces enfants de moins de 2 %, d'où l'on déduit que d'autres explications sont plus probables (Doll, Evans et Darby 1994). Une étiologie inefficace pour les grappes de leucémie observées est impliquée par l'existence d'excès comparables de leucémie infantile sur des sites au Royaume-Uni dépourvus d'installations nucléaires, mais ressemblant par ailleurs à des sites nucléaires en ce qu'ils ont également connu de grands afflux de population ces derniers temps (Kinlen 1988 ; Doll , Evans et Darby 1994). Une autre hypothèse, à savoir que les leucémies en question pourraient avoir été causées par l'irradiation professionnelle des pères des enfants atteints, a également été suggérée par les résultats d'une étude cas-témoins (Gardner et al. 1990), mais cette hypothèse est généralement actualisés pour des raisons qui sont discutées dans la section suivante.

Effets héréditaires

Les effets héréditaires de l'irradiation, bien que bien documentés chez d'autres organismes, n'ont pas encore été observés chez l'homme. Par exemple, une étude intensive de plus de 76,000 1990 enfants de survivants japonais de la bombe atomique, menée pendant quatre décennies, n'a pas révélé d'effets héréditaires des radiations dans cette population, tels que mesurés par des issues de grossesse fâcheuses, des décès néonatals, des tumeurs malignes, des réarrangements chromosomiques, aneuploïdie des chromosomes sexuels, altérations des phénotypes des protéines sériques ou érythrocytaires, modifications du sex-ratio ou perturbations de la croissance et du développement (Neel, Schull et Awa 1990). Par conséquent, les estimations des risques d'effets héréditaires des rayonnements doivent s'appuyer fortement sur l'extrapolation à partir des résultats chez la souris de laboratoire et d'autres animaux de laboratoire (NAS 1993; UNSCEAR XNUMX).

D'après les données expérimentales et épidémiologiques disponibles, on déduit que la dose nécessaire pour doubler le taux de mutations héréditaires dans les cellules germinales humaines doit être d'au moins 1.0 Sv (NAS 1990; UNSCEAR 1993). Sur cette base, on estime que moins de 1 % de toutes les maladies génétiquement déterminées dans la population humaine peuvent être attribuées à l'irradiation de fond naturelle (tableau 5).

Tableau 5. Fréquences estimées des troubles héréditaires attribuables à l'irradiation ionisante de fond naturel

Type de trouble

Prévalence naturelle
(par million de naissances vivantes)

Contribution du fond naturel
radiation
1 (par million de naissances vivantes)2

   

Première génération

Équilibre
Les générations
3

Autosomique
dominant

180,000

20-100

300

lié à l'X

400

<1

Récessif

2,500

<1

augmentation très lente

Chromosomique

4,400

augmentation très lente

Congénital
défauts

20,000-30,000

30

30-300

Autres troubles d'étiologie complexe :

Les maladies du coeur

600,000

non estimé4

non estimé4

Cancer

300,000

non estimé4

non estimé4

D'autres sélectionnés

300,000

non estimé4

non estimé4

1 Équivalent à » 1 mSv par an, ou » 30 mSv par génération (30 ans).

2 Valeurs arrondies.

3 Après des centaines de générations, l'ajout de mutations radio-induites défavorables finit par être compensé par leur perte dans la population, entraînant un "équilibre" génétique.

4 Les estimations quantitatives du risque font défaut en raison de l'incertitude quant à la composante mutationnelle de la ou des maladies indiquées.

Source : Conseil national de recherches 1990.

L'hypothèse selon laquelle l'excès de leucémies et de lymphomes non hodgkiniens chez les jeunes résidant dans le village de Seascale résultait d'effets oncogènes héréditaires causés par l'irradiation professionnelle des pères des enfants à l'installation nucléaire de Sellafield a été suggérée par les résultats d'un cas- étude de contrôle (Gardner et al. 1990), comme indiqué ci-dessus. Les arguments contre cette hypothèse sont cependant :

  1. l'absence de tout excès comparable chez un plus grand nombre d'enfants nés à l'extérieur de Seascale de pères ayant reçu des doses professionnelles similaires, voire supérieures, dans la même centrale nucléaire (Wakeford et al. 1994a)
  2. l'absence d'excès similaires chez les enfants français (Hill et LaPlanche 1990), canadiens (McLaughlin et al. 1993) ou écossais (Kinlen, Clarke et Balkwill 1993) nés de pères ayant des expositions professionnelles comparables
  3. l'absence d'excès chez les enfants de survivants de la bombe atomique (Yoshimoto et al. 1990)
  4. l'absence d'excès dans les comtés américains contenant des centrales nucléaires (Jablon, Hrubec et Boice 1991)
  5. le fait que la fréquence des mutations radio-induites impliquée par l'interprétation est bien plus élevée que les taux établis (Wakeford et al. 1994b).

 

Dans l'ensemble, par conséquent, les données disponibles ne corroborent pas l'hypothèse de l'irradiation gonadique paternelle (Doll, Evans et Darby 1994 ; Little, Charles et Wakeford 1995).

Effets de l'irradiation prénatale

La radiosensibilité est relativement élevée tout au long de la vie prénatale, mais les effets d'une dose donnée varient considérablement selon le stade de développement de l'embryon ou du fœtus au moment de l'exposition (UNSCEAR 1986). Pendant la période de pré-implantation, l'embryon est le plus susceptible de mourir par irradiation, tandis que pendant les étapes critiques de l'organogenèse, il est susceptible d'induire des malformations et d'autres perturbations du développement (tableau 6). Ces derniers effets sont illustrés de manière spectaculaire par l'augmentation dose-dépendante de la fréquence de l'arriération mentale sévère (figure 6) et la diminution dose-dépendante des résultats des tests de QI chez les survivants de la bombe atomique qui ont été exposés entre la huitième et la quinzième semaine (et, dans une moindre mesure, entre la seizième et la vingt-cinquième semaine) (UNSCEAR 1986 et 1993).

Tableau 6. Principales anomalies du développement produites par l'irradiation prénatale

Cerveau

Anencéphalie

Porencéphalie

Microcéphalie*

Encéphalocèle

Mongolisme*

Moelle réduite

Atrophie cérébrale

Retard mental*

Neuroblastome

Aqueduc étroit

Hydrocéphalie*

Dilatation des ventricules*

Anomalies de la moelle épinière*

Anomalies des nerfs crâniens

 

Yeux

Anophtalmie

Microphtalmie*

Microcorne*

Colobome*

Iris déformé

Absence de lentille

Absence de rétine

Paupières ouvertes

Strabisme*

Nystagmus*

Rétinoblastome

L'hypermétropie

Glaucome

Cataracte*

Cécité

Choriorétinite*

Albinisme partiel

Ankyloblépharon

Squelette

Retard de croissance général

Crâne de taille réduite

Déformations du crâne*

Défauts d'ossification de la tête*

Crâne voûté

Tête étroite

Cloques crâniennes

Fente palatine*

Coffre à entonnoir

Luxation de la hanche

Spina bifida

Queue déformée

Pieds déformés

Pied bot*

Anomalies numériques*

Calcanéo valgus

Odontogenèse imparfaite*

Exostose tibiale

Amélanogénèse*

Nécrose sclératomique

 

Divers

Situs inversus

Hydronephrose

Hydrouretère

Hydrocèle

Absence de rein

Anomalies gonadiques*

Maladie cardiaque congénitale

Malformations du visage

Troubles hypophysaires

Déformations des oreilles

Troubles moteurs

Nécrose dermatomique

Nécrose myotomiale

Anomalies de la pigmentation cutanée

 

* Ces anomalies ont été observées chez des humains exposés avant la naissance à de fortes doses de rayonnement et ont donc été provisoirement attribuées à l'irradiation.

Source : Brill et Forgotson 1964.

La susceptibilité aux effets cancérigènes des rayonnements semble également être relativement élevée tout au long de la période prénatale, à en juger par l'association entre le cancer infantile (y compris la leucémie) et l'exposition prénatale aux rayons X diagnostiques signalée dans les études cas-témoins (NAS 1990). Les résultats de ces études impliquent que l'irradiation prénatale peut entraîner une augmentation de 4,000 1986 % par Sv du risque de leucémie et d'autres cancers infantiles (UNSCEAR 1990 ; NAS 1988), ce qui est une augmentation beaucoup plus importante que celle attribuable à l'irradiation postnatale (UNSCEAR 1990 ; NAS 1990). Bien que, paradoxalement, aucun excès de cancer infantile n'ait été enregistré chez les survivants de la bombe A irradiés avant la naissance (Yoshimoto et al. XNUMX), comme indiqué ci-dessus, il y avait trop peu de ces survivants pour exclure un excès de l'ampleur en question.

Figure 6. La fréquence de l'arriération mentale sévère par rapport à la dose de rayonnement chez les survivants de la bombe atomique irradiés avant la naissance    

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Résumé et conclusions

Les effets néfastes des rayonnements ionisants sur la santé humaine sont très divers, allant des blessures rapidement mortelles aux cancers, aux malformations congénitales et aux troubles héréditaires qui apparaissent des mois, des années ou des décennies plus tard. La nature, la fréquence et la gravité des effets dépendent de la qualité du rayonnement considéré ainsi que de la dose et des conditions d'exposition. La plupart de ces effets nécessitent des niveaux d'exposition relativement élevés et ne sont donc rencontrés que chez les victimes d'accidents, les patients en radiothérapie ou d'autres personnes fortement irradiées. Les effets génotoxiques et cancérigènes des rayonnements ionisants, en revanche, sont supposés augmenter en fréquence en tant que fonctions linéaires sans seuil de la dose ; par conséquent, bien que l'existence de seuils pour ces effets ne puisse être exclue, leur fréquence est supposée augmenter avec n'importe quel niveau d'exposition. Pour la plupart des effets des rayonnements, la sensibilité des cellules exposées varie avec leur vitesse de prolifération et inversement avec leur degré de différenciation, l'embryon et l'enfant en croissance étant particulièrement vulnérables aux blessures.

 

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Table des matières

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