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Les effets des rayonnements ionisants sur le vivant

Publié le 20 janvier 2015

A l’échelle des cellules, les rayonnements ionisants, comme d’autres facteurs (pollution chimique, rayonnement solaire, etc.), peuvent avoir des effets nocifs sur la santé. Une irradiation peut provoquer des lésions cellulaires et entraîner trois situations : l’absence de réparation de ces lésions suivie de la mort de la cellule, leur réparation correcte ou leur réparation fautive avec mutation. A l’échelle du corps entier, l’effet des rayonnements ionisants est classé en deux grandes catégories : les effets déterministes et les effets aléatoires.

L’Homme et les rayonnements

L’Homme est en permanence exposé à des rayonnements naturels parmi lesquels les rayonnements cosmiques qui proviennent de l’espace et du Soleil. D’autres proviennent du sol. L’Homme est aussi soumis à des rayonnements artificiels issus des irradiations médicales, des activités nucléaires et industrielles. Notre propre corps émet ce type de rayonnement et est donc naturellement radioactif, puisqu’il contient du carbone 14 et du potassium 40.

Lésions et réparation de l’ADN

Toutes les molécules et constituants cellulaires peuvent être affectés par un rayonnement. Mais c’est lorsque l’ADN, support de l’information génétique, est touché qu’il y a le plus de conséquences sur le fonctionnement cellulaire. Les rayonnements ont une action directe sur l’ADN (ionisation de l’ADN) ou indirecte par l’intermédiaire de l’eau contenue dans la cellule (ionisation des molécules d’eau qui se décomposent en radicaux libres nocifs pour l’ADN). Dans le fonctionnement normal de la cellule vivante, l’ADN subit en permanence des cassures (plusieurs milliers de lésions par jour). L’action des rayonnements peut augmenter notablement le nombre de certaines lésions.

A la suite d’une lésion, plusieurs événements peuvent se produire au sein de la cellule. En général, les lésions de l’ADN sont naturellement réparées grâce au système de réparation interne de la cellule. Mais parfois elles ne le sont pas ou la réparation est incorrecte, dite fautive, avec un risque de mutation. Le mécanisme enclenché va alors définir le devenir de la cellule.

Arbre des évolutions possibles de la cellule


Les effets sur la cellule

Les rayonnements ionisants induisent des lésions dans la cellule. Si ces lésions persistent, elles ont des conséquences à l’échelle des tissus, des organes voire de l’organisme tout entier. Ces effets sur l’organisme dépendent de plusieurs facteurs comme le type de rayonnement, la dose absorbée et la durée de l’exposition.


Tableau des effets sur la cellule et sur l'organisme
Tableau des effets sur la cellule et sur l'organisme. © CEA/Guillaume Renon




Notions clés

  • L’unité qui permet de mesurer la quantité de rayonnements absorbés –ou dose absorbée- par un organisme ou un objet est le gray (Gy). Un gray correspond à une quantité d’énergie d’un joule absorbé par kilogramme de matière irradiée.

 
  • L’unité qui permet d’évaluer le risque d’effet biologique de type cancer au niveau d’un organe (dose équivalente) ou de l’organisme entier en fonction de la radiosensibilité de chaque tissu (dose efficace) est le Sievert (Sv).

Les effets des rayonnements ionisants sur l’organisme

A l’échelle du corps entier, les rayonnements ionisants peuvent avoir deux types d’effets : les effets obligatoires, dits déterministes, déclenchés par la mort des cellules ; les effets aléatoires, liés à des mutations qui pourraient entraîner ultérieurement l’apparition d’un cancer.
Les effets obligatoires sont ceux qui se produisent obligatoirement lorsque l’organisme est soumis à une dose de rayonnement supérieure à un seuil donné. Ce seuil est spécifique pour chaque type de tissu biologique ou chaque organe.

Les effets obligatoires commencent à être observés aux alentours de 0,1 à 0,2 Gy pour des expositions partielles. Généralement, ces effets se produisent dans le cas d’une exposition unique à fort débit de dose, correspondant à des situations d’incident ou d’accident.

Ces effets sont potentiellement réversibles. Par exemple, chez l’homme, une stérilité temporaire peut être observée en cas d’irradiation partielle.
Selon le tissu atteint, les effets peuvent apparaître dans un délai de quelques heures à quelques semaines (brûlures cutanées, modification du nombre de spermatozoïdes, …) voire quelques années (cataracte, hypothyroïdie) après l’irradiation.
Leur gravité varie selon la dose reçue, la nature des organes et l’étendue de la zone du corps irradié. Le pronostic vital peut être engagé en cas de forte irradiation globale (corps entier) et en l’absence de traitement.


Tableau des effets sur l'organisme en fonction des doses pour une irradiation globale

Tableau des effets sur l'organisme en fonction des doses pour une irradiation globale (corps entier). © CEA/Guillaume Renon


Les effets aléatoires, dits stochastiques, peuvent apparaître quelle que soit la dose et non pas à partir d’un seuil. Après exposition, certaines lésions radio-induites de l’ADN peuvent entraîner des mutations. Dans certains cas, elles persistent et peuvent favoriser l’émergence de cancers après plusieurs années.
Pour une population donnée, il existe un taux de cancers spontanés mais l’irradiation peut augmenter ce taux.
La gravité des effets stochastiques demeure identique quelle que soit la dose. Seule la probabilité d’apparition de l’effet est fonction de la dose exprimée en Sievert. En d’autres termes, le pourcentage de sujets exposés chez qui on observe ce type d’effet, augmente avec la dose. On décrit ces effets par des études épidémiologiques.
Ces effets ne sont pas spécifiques des rayonnements ionisants, rien ne permet de distinguer un cancer ou une mutation dus aux rayonnements ionisants ou à d’autres facteurs chimiques (pesticides, solvants), physiques (rayonnements ionisants d’origine naturelle ou artificielle, UV solaires) ou biologiques (virus, …).


Differences entre effets déterministes et effets stochastiques






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L'ADN et les mutations

Un organisme est constitué de milliards de cellules agencées pour former des organes. Chaque cellule contient de grandes molécules essentielles à la vie : l’ADN. Celles-ci subissent régulièrement des modifications de structure appelées mutations.
Une mutation peut être provoquée par un dysfonctionnement naturel de la machinerie cellulaire (mutation spontanée) ou par des agents appelés mutagènes. Ils peuvent être chimiques (pesticides, solvants), physiques (rayonnements ionisants d’origine naturelle ou artificielle, UV solaires) ou biologiques (virus, …). Les agressions répétées sont dangereuses car elles accroissent le risque d’accumuler des mutations dans les cellules.



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