une partie des rayonnements ultraviolets, les rayons X et Gamma

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Rayonnements ionisants ou non-ionisants ?
La longueur d’onde et la fréquence déterminent une des caractéristiques des champs électromagnétiques, à
savoir que les ondes électromagnétiques sont transportées par des " particules" (ou "grains d'énergie")
appelées quantas, ces ondes interagissant de manière différente avec les systèmes biologiques :
- le quantum d’énergie étant très élevé (de très hautes fréquences, soit supérieures à 10 puissance 16 Hertz),
ces ondes, qu’on appelle rayonnements ionisants, sont capables de provoquer l’extraction d’électrons
dans la matière, soit la formation d’ions*, l’énergie transmise étant proportionnelle à la fréquence, il s’agit
des rayons alpha, béta et gamma émis par les substances radioactives, des rayons cosmiques ou des
rayons X.
- par contre, pour les autres types de rayonnements dans la gamme de fréquences allant de 0 à 300 GHz, les
rayonnements électromagnétiques ne sont pas assez puissants pour rompre les liaisons intramoléculaires, de
ce fait, ils sont dits alors non-ionisants, car même de forte intensité, ils ne peuvent pas provoquer
d'ionisation (ce qui ne veut pas dire qu’ils ne possèdent pas d’effets biologiques), il s’agit des champs
électromagnétiques d'origine humaine résultant pour une grande part de l’activité industrielle et qui
engendrent des rayonnements correspondant à la région du spectre électromagnétique des basses
fréquences, soit du côté des grandes longueurs d’onde : l’électricité, les rayons UV, la lumière visible, les
radiofréquences et les basses et extrêmement basses fréquences ou ELF, les rayons UV étant situés à la
frontière,
* Un ion positif étant un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons, sa capacité à se désolidariser des
autres atomes auxquels il peut être lié le rend "déstructurant" et donc défavorable à la santé.
Un ion négatif au contraire est un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons et qui va les restituer
au milieu ambiant.
Quels peuvent-être les effets biologiques possibles ?
Les structures biologiques sont particulièrement avides d'électrons, notre mode de vie nous surchargent d'ions
positifs (dans les lieux fermés, à proximité des écrans cathodiques,…) et de ce fait nous prive ainsi d'ions
négatifs favorables à la santé que nous pouvons retrouver en plein air, dans les forêts, à proximité d'une
cascade, au bord de la mer ou bien à la montagne,…
- Les rayonnements ionisants (qui arrachent des électrons à l’atome), eux, sont susceptibles d’affecter le
système cellulaire ainsi que le système nerveux, endocrinien, immunitaire, et peuvent engendrer des
pathologies plus lourdes, après plusieurs années d’exposition.
- Les rayonnements non-ionisants pouvant affecter surtout le système nerveux (électrique), endocrinien
(chimique) et immunitaire.

Les rayonnements ionisants
De façon générale, on appelle rayonnements, l’énergie émise par une source, citons à titre
d’exemple la chaleur ou la lumière du Soleil, les micro-ondes d’un four, les rayons X d’un tube
radio gêne et les rayons gamma des éléments radioactifs.
Du fait que les rayonnements ionisants dégagent suffisamment d’énergie pour arracher des électrons en orbite
autour des atomes, les atomes ainsi chargés électriquement sont dits ionisés, ces rayonnements émettant
assez d’énergie pour transformer ou ioniser la matière en la dotant d’une charge électrique, les cellules des
organismes vivants étant également constituées de matière, elles peuvent donc être ionisées.
Les rayons cosmiques, les particules alpha et les particules bêta, les rayons gamma, les rayons X sont des
formes de rayonnements ionisants qui peuvent provenir soit de sources naturelles, comme le Soleil, ou bien
de sources artificielles, comme un appareil radiologique, par exemple.
Le risque de surexposition aux rayonnements ionisants est plus élevé dans certains milieux professionnels,
notamment les hôpitaux, les laboratoires de recherche et les régions où le rayonnement naturel est élevé,
l’effet de ce type de rayonnements sur tout organisme vivant dépendant :
- de la quantité des rayonnements absorbés et le nombre d’expositions,
- du type de rayonnements absorbé,
- et du type et le nombre de cellules touchées.
La quantité que peut recevoir notre organisme est un facteur important pour déterminer son effet biologique,
les risques pour la santé étant directement proportionnels à la quantité et au nombre d’expositions si les doses
sont élevées.
Nous recevons en moyenne environ 2,7 milli sieverts (mSv) de rayonnements ionisants par an issus de
sources naturelles et artificielles, une seule tomographie suffisant pour multiplier cette dose par dix (27 mSv),
la dose létale se situant autour de 5 sieverts (Sv), ainsi, à raison de 2,7 mSv par an, il nous faudrait vivre plus
de 1.800 ans pour recevoir une dose équivalente dans notre environnement, en outre, pour être mortelle,
cette dose doit être absorbée en une seule fois.
Le type de rayonnements absorbés étant également un facteur à prendre en compte lorsqu’on détermine leur
effet biologique sur l’organisme dont chacun possède ses propres caractéristiques :
- Les particules alpha () transportent une double charge positive, de sorte qu’elles ne peuvent
parcourir qu’une courte distance et ne pénètrent pas très profondément dans les tissus, toutefois,
comme elles concentrent leur énergie sur un volume plus petit (de l’ordre de quelques cellules si elles
pénètrent dans le corps), ces particules causent davantage de lésions aux cellules touchées.
- Les particules bêta () plus petites et ne portant qu’une charge négative, pénétrant plus
profondément dans le corps et pouvant causer des lésions à un plus grand nombre de cellules, leur
effet sur chacune étant néanmoins moindre.
- Quant aux rayons gamma () et aux rayons X, ils sont dépourvus de masse car il s’agit d’énergie
pure, ces rayonnements très pénétrants peuvent par contre facilement traverser complètement notre
corps et interagir alors avec de nombreux atomes.
Les rayons gamma ainsi que les rayons X diffusant leur énergie sur un volume plus important, ce qui
provoque moins de lésions par collision, cependant, à un niveau d’exposition élevé, ils peuvent
provoquer d’importantes lésions aux tissus.
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En raison de leur capacité pénétrante, ces rayons peuvent facilement atteindre les organes internes et
les os et c’est pourquoi il est possible d’utiliser des doses plus importantes pour s’attaquer aux cellules
cancéreuses, le type et le nombre de cellules touchées constituant aussi un facteur important, certains
organes et cellules du corps étant plus sensibles que d’autres aux rayonnements ionisants, les cellules
qui se divisent rapidement comme celles de la moelle osseuse, de l’estomac, de l’intestin, des organes
reproducteurs masculins et féminins ou des fœtus en développement étant plus sensibles aux
rayonnements ionisants que les cellules de la peau, des reins ou du foie, les enfants et les jeunes
adolescents y étant également davantage sensibles, car leur corps est en pleine croissance.
Ouvrons ici une parenthèse concernant les ions…
Les atomes qui comptent le même nombre de protons et d’électrons sont neutres, ils n’ont aucune
charge électrique, toutefois, les forces artificielles et naturelles peuvent agir sur ces atomes et entraîner
un gain ou une perte d’électrons.
Ainsi, lorsqu’un atome neutre perd un électron (charge négative), les
protons (charge positive) deviennent plus nombreux, ce qui lui confère une
charge positive, l’atome ainsi pourvu d’une charge positive étant alors
appelé ion positif ou cation.
Plusieurs formes d’énergie pouvant forcer les atomes à libérer des électrons,
par exemple :
- un énergie chimique,
- une énergie électrique,
- une énergie thermique,
- une énergie mécanique,
- une énergie nucléaire,
- ou encore un rayonnement ionisant.
Quelle peut-être l’action directe et indirecte de ces rayonnements sur notre ADN ?
Le noyau de chacune de nos cellules est constitué de 46 chromosomes organisés en deux ensembles de
23 chromosomes qui renferment notre ADN (notre bagage génétique hérité de nos parents).
Cet ADN est continuellement exposé à des agents génotoxiques, par exemple, le rayonnement
ultraviolet, ou encore des composés chimiques mutagènes d’origine naturelle ou bien industrielle, et
aussi des espèces réactives de l’oxygène produites par le métabolisme respiratoire oxydant et les
rayonnements ionisants, c’est ainsi que lorsque nos cellules sont exposées à ces rayonnements, des
dommages radio-induits peuvent survenir par action directe ou indirecte.
On parle d’action directe lorsque des particules alpha ou bêta ou des rayons X créent des ions qui
séparent physiquement l’un des deux ou les deux squelettes sucre-phosphate ou brisent les paires de
base de l’AND : adénine, thymine, guanine et cytosine maintenues ensemble par des liaisons hydrogène
faibles.
L’adénine étant toujours associée à la thymine (sauf dans l’acide ribonucléique [ARN], où la thymine est
remplacée par l’uracile) et la guanine associée à la cytosine, la liaison de ces paires de base pouvant
également être touchée par l’action directe du rayonnement ionisant.
Nota : le schéma ci-dessus donne l’impression que la particule alpha brise le squelette de l’ADN, que la
particule bêta brise les liaisons d’hydrogène et que les rayons X endommagent les bases, alors que les
trois types de rayonnements peuvent en fait provoquer les trois types de dommage direct, toutefois,
des particules lourdement chargées comme les particules alpha seront susceptibles de provoquer plus
de dommages directs que les particules plus légères comme les rayons X, qui provoquent eux, la
plupart de leurs dommages par des effets indirects.
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Les paires de base de l’ADN formant des séquences appelées nucléotides forment ensuite les gènes qui
transmettent à nos cellules l’ordre de fabriquer des protéines qui déterminent le type de cellule et
régulent sa fonction, lorsque ces ruptures se produisent, l’ADN se répare heureusement généralement
de façon spontanée, les différentes voies de réparation étant la réparation par excision de base, la
religation des extrémités d’ADN cassées ou la recombinaison homologue.
La réparation par excision de base comportant trois étapes :
- des endonucléases coupent l’ADN endommagé,
- l’ADN polymérase assure une resynthèse de l’ADN original,
- la religation donne lieu à la réparation du squelette sucre-phosphate.
Ces voies de réparation sont extrêmement efficaces, puisque nous avons évolué en tant qu’espèce dans
une mer de rayonnements, la réparation de l’ADN s’effectue en continu, sollicitant toutes les cellules de
notre corps plusieurs fois par an, toutefois, des dommages dans la paire de base peuvent survenir
lorsque l’ADN n’est pas réparé correctement et l’insertion du mauvais nucléotide peut conduire en pareil
cas à la mort de la cellule ou à une mutation, n’oublions pas que notre ADN est le code qui détermine le
type et la fonction de la cellule.
Il existe deux principaux types de mutation :
- Les substitutions, qui sont le remplacement d’une base par une autre, par exemple, si une molécule
d’ADN renferme habituellement de la guanine à un certain endroit mais que l’adénine prend la place
de la guanine, il y a alors substitution des bases dont on observe deux types :
- les transitions, soit le remplacement d’une purine par une autre purine (adénine et thymine) ou
d’une pyrimidine par une autre pyrimidine (cytosine et guanine),
- les transversions, soit le remplacement d’une purine par une pyrimidine ou vice versa.
- Les mutations, qui sont un changement du cadre de lecture (le code triplet) et dont il y a deux types
par décalage de code :
- les insertions, soit l’insertion d’un ou de plusieurs nucléotides supplémentaires dans la chaîne d’ADN.
- les délétions, soit la perte d’un ou de plusieurs nucléotides de la chaîne d’ADN.
Les rayonnements ionisants peuvent aussi causer deux types de cassure dans le squelette sucre -
phosphate :
- Une cassure simple brin, qui se produit lorsque seulement un des fragments sucre -phosphate est
rompu, se répare facilement à partir du brin opposé qui sert de gabarit.
Toutefois, des substitutions de paires de base et des mutations par décalage de codes peuvent encore
se produire, on pense que les cassures doubles brins sont les lésions les plus dommageables causées
aux chromosomes par le rayonnement ionisant.
Comme ces cassures sont difficiles à réparer, elles
peuvent être à l’origine de mutations et de la mort
cellulaire :
- Des cassures double brin non réparées qui sont
cytotoxiques peuvent alors se produire qui
détruisent les cellules.
Elles peuvent également entraîner la perte de
fragments d’ADN et provoquer ainsi au cours du
processus de réparation l’appariement de chromosomes non homologues qui n’appartiennent pas à la
même paire, conduisant à la perte ou à l’amplification des chromosomes.
Ces mutations pouvant conduire à une tumorigenèse (création de cellules tumorales, par exemple), si la
région amputée d’un chromosome encode une suppression de tumeur ou si une région amplifiée encode
une protéine ayant un potentiel oncogénique (potentiel cancérigène).
Lorsque le code génétique est altéré et que la cellule ne se suicide pas (apoptose), la mutation peut
être transmise au cours de la division cellulaire et provoquer parfois un cancer ou une autre mutation,
notons que dans certains cas, une mutation pourra cependant demeurer à l’état latent pendant des
années, voire pour toujours.
Les rayonnements ionisants pouvant aussi causer indirectement des dommages ou des lésions aux
cellules en créant des radicaux libres, des molécules extrêmement réactives en raison de la présence
d’électrons libres (ions), créés par la séparation des molécules d’eau, ils peuvent former des composés
comme le peroxyde d’hydrogène ou le superoxyde et peuvent induire des réactions chimiques nocives
au sein des cellules, c’est ainsi que par suite de ces changements chimiques, les cellules peuvent subir
divers changements structurels qui entraînent leur mort ou transforment leur fonction.
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Les effets somatiques ou génétiques
Les rayonnements ionisants possèdent un effet sur les êtres vivants à un niveau atomique en ionisant
les molécules à l’intérieur de nos cellules microscopiques qui constituent notre corps, lorsqu’ils entrent
en contact avec une cellule, quatre cas de figure pouvant se présenter :
- ils peuvent traverser directement des cellules sans causer aucun dommage,
- ils peuvent endommager les cellules, mais celles-ci se réparent spontanément,
- ils peuvent altérer la capacité de nos cellules à se reproduire correctement par elle-même et
provoquent parfois une mutation,
- ou bien ils détruisent des cellules, la mort d’une cellule n’est pas préoccupante, mais si un trop grand
nombre de cellules d’un organe comme le foie sont détruites d’un seul coup, l’organisme en mourra.
À l’intérieur du noyau de chaque cellule, on trouve également des corps microscopiques appelés
chromosomes structurés par paires ces chromosomes qui sont responsables de la fonction et de la
reproduction de chaque cellule de l’organisme, les espèces animales et végétales ayant un nombre de
chromosomes différent, l’être humain, tout comme la pomme de terre, par exemple, possède 46
chromosomes, tandis que le poulet en possède 78, ces chromosomes sont constitués de deux grosses
molécules ou brins d’acide désoxyribonucléique (ADN) qui constituent le code génétique, lequel à de
nombreux égards fait figure de programme d’ordinateur, l’ADN étant formé de quatre acides
nucléiques : l’adénine, la cytosine, la guanine et la thymine.
La structure de ces acides dans l’ADN représentant le code génétique qui détermine chaque
caractéristique dans un individu, depuis la couleur de ses cheveux jusqu’à la taille qu’il aura à la fin de
sa croissance et même sa vulnérabilité à certaines maladies.
Lorsqu’une cellule se divise pour se reproduire, une copie exacte des chromosomes qui la composent est
créée pour la nouvelle cellule et lorsque l’ADN du chromosome est endommagé, les instructions qui
contrôlent la fonction de la cellule et sa reproduction le seront également, c’est ainsi que lorsque la
cellule se reproduit au lieu de mourir, une nouvelle cellule mutée peut voir le jour, dans de nombreuses
pathologies lourdes, les instructions qui arrêtent la croissance de la cellule sont parfois altérées, si bien
que les cellules se reproduisent indéfiniment et donnent naissance à une tumeur, les rayonnements
ionisants ainsi que de nombreuses substances comme certains produits chimiques, les métaux lourds et
les ondes électromagnétiques intenses pouvant endommager les cellules de cette manière et induire des
maladies comme le cancer.
Lorsqu’on parle des effets biologiques des rayonnements ionisants, on parle donc de deux catégories de
lésions, soit les effets somatiques, soit les effets génétiques :
- Les effets somatiques correspondant aux dommages qui touchent l’organisme exposé à de hauts
niveaux de rayonnements ionisants, mais n’inclut pas les cellules reproductrices, des effets comme
des nausées et des vomissements, l’alopécie (perte des cheveux) ou des hémorragies internes étant
visibles peu après l’exposition, d’autres maladies comme le cancer pouvant se manifester plusieurs
années après.
- Les effets génétiques correspondant, eux, aux dommages causés aux cellules reproductrices par suite
de l’exposition à de hauts niveaux de rayonnements qui peuvent être transmis à la descendance de
l’organisme, parfois des générations plus tard, entrent dans cette catégorie les anomalies
congénitales et le cancer.
Il convient toutefois d’observer que les lésions somatiques et génétiques ne sont pas provoquées
exclusivement par les rayonnements ionisants, de nombreux polluants chimiques présents dans notre
environnement, dont le cadmium, le plomb ou encore le mercure, peuvent également provoquer des
atteintes similaires.
Lorsqu’un brin d’ADN est endommagé, la cellule peut se réparer spontanément, mourir ou se « suicider
» par un processus appelé apoptose, parfois, la cellule survit mais sans parvenir à se réparer
correctement, ce qui crée une anomalie génétique affectant les autres cellules au cours de la
reproduction, c’est ainsi que des lésions génétiques causées par une exposition aux rayonnements
ionisants ont été observées chez les survivants d’Hiroshima et de Nagasaki, Tchernobyl, et plus
récemment Fukushima.
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