Pourquoi observe-t-on une recrudescence des cas de cancer de la thyroïde après l'incident de Tchernobyl ?
IV - La radioactivité, un agent mutagène
Les effets de la radioactivité : 1) Au niveau moléculaire
L’ionisation perturbe les atomes, brise les molécules en leur arrachant des électrons, électrise et échauffe le tissu traversé. Les effets peuvent être temporaires ou permanents et deviennent majeurs si l’irradiation est intense. Les éventuelles conséquences de la radioactivité sont principalement produites par une modification de la molécule d’ADN, c’est pour cela que nous étudierons uniquement les effets sur l’ADN. Cette modification des atomes entraîne une modification des chromosomes et on peut alors observer ce que l’on appelle une aberration chromosomique.
Ci-contre, un chromosome dicentrique modifié par un rayonnement ionisant
L’ADN peut être touché directement ou indirectement par les rayonnements :
La molécule peut être modifiée par l’ionisation directe d’un rayonnement. Ce mode d’atteinte est l’effet direct de l’ionisation. L’ionisation d’un atome constituant la molécule d’ADN est à l’origine d’une recombinaison avec un autre atome, modifiant la structure chimique de l’ADN.
Le deuxième mécanisme consiste en une ionisation des molécules d’eau (radiolyse de l’eau) et d’oxygène à l’origine de radicaux libres. Ceux-ci entraînent lors de leur recombinaison des modifications structurelles des molécules d’ADN. Ainsi l’ionisation agit par l’intermédiaire de radicaux libres sur la molécule. C’est donc un effet indirect de l’ionisation.
Ces deux modes d’atteinte introduisent cependant les mêmes effets.
La molécule d’ADN est constituée de deux brins liés entre eux par des bases azotées complémentaires (adénine et thymine, guanine et cytosine) et des liaisons hydrogènes. L’ionisation de la molécule d’ADN, que cela soit directement ou indirectement peut entraîner :
-des ruptures de chaînes : les deux brins s'écartent par la pénétration de molécules d'eau dans la brèche. Les liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires sont rompues, provoquant une altération de 2 à 3 nucléotides autour de la lésion alors produite. Les lésions peuvent être simples ou doubles.
-des lésions des bases nucléiques (surtout la thymine).
-la formation de liaisons chimiques anormales intra chaînes ou inter chaînes (ADN ou ARN) ou avec une protéine.
-une distorsion des deux brins d'ADN.
Suite à ces lésions, des enzymes spécifiques peuvent réparer la chaîne d’ADN. Cependant, si la dose absorbée d’énergie est trop grande, la réparation ne sera pas complète. Ainsi une lésion de l’ADN peut ensuite engendrer deux situations :
Soit les anomalies de l’ADN peuvent être sans importance pour le codage génétique ou être réparées par les enzymes produites par la cellule. Dans ce cas, l’effet biologique des radiations se limite à l’échelle moléculaire et la cellule reste intacte. Ainsi on n’observera aucun effet des radiations sur l’organisme.
Soit les enzymes ne parviennent pas à réparer correctement la molécule d’ADN, ce qui entraînera plusieurs conséquences au niveau des cellules.
La qualité de la réparation dépend de la nature et du nombre de lésions d’ADN, et de cette qualité dépendra donc la survie de la cellule.
Ce qui nous intéresse ici est ce qu’il advient de la cellule lorsque la molécule d’ADN, suite à une exposition à des rayonnements ionisants n’aura pas été réparée correctement.
Suite à une réparation fautive de la molécule d’ADN, on va voir l’apparition de deux situations :
1) La réparation fautive de la cellule entraîne la mort de celle-ci par une mutation létale (mortelle). On a également mis en évidence un nouveau mécanisme de protection autre que les enzymes codées par des gènes de réparation. La cellule fortement lésée peut provoquer sa propre mort en activant des gènes suicides : c’est la mort programmée ou apoptose. Les effets biologiques de la radioactivité qui découlent de la mort cellulaire sont appelés les effets déterministes.
2) La réparation fautive de la cellule n’entraîne pas la mort de celle-ci, mais la molécule d’ADN a subi des mutations non-létales, il y a alors modification de la cellule. Ces effets biologiques de la radioactivité sont appelés les effets stochastiques.
Schéma résumant les différents mécanismes engendrant les modifications de la cellule après son exposition à un rayonnement ionisant.
Structure de la molécule d'ADN
Les effets biologiques de la radioactivité sont exprimés en Sievert (notation: Sv). Cette unité prend en compte la nature de chaque rayonnement alpha, bêta et gamma (ainsi on pourra comparer leurs effets), de la radiosensibilité des tissus et bien sûr de la dose de rayonnement absorbée.
On a donc vu que la radioactivité entraîne deux types d’effets biologiques :
- les effets déterministes,
- les effets stochastiques.
1. Les effets déterministes de la radioactivité
Les effets déterministes sont caractérisés par la mort des cellules qui ont été exposées aux rayonnements ionisants. Ils représentent les effets immédiats et obligatoires suite à une exposition brève et intense à une source radioactive. Les conséquences de la mort cellulaire surviennent quand un grand nombre de cellules d’un même tissu sont détruites.
Ils n’apparaissent qu’au-delà d’une dose seuil de 0,3Sv et leur sévérité augmente avec la dose reçue. Ces effets ne sont donc observés qu’à des niveaux de dose élevés.
La mort de la cellule n’intervient généralement que lors de la mitose (division cellulaire) suivante. Tant que la cellule ne se divise pas, elle reste vivante et peut fonctionner normalement : on parle de mort retardée. Dès que la cellule entre en mitose, le processus de duplication ne peut s’accomplir jusqu’au bout (la mitose comporte 4 phases) et la cellule meurt. La sensibilité de la cellule dépend de facteurs liés à l’irradiation (énergie, débit, fractionnement de la dose), au milieu (oxygène) et à la cellule elle-même. Les cellules sont plus sensibles lorsqu’elles sont en mitose et plus résistantes en interphase (lorsqu’elles ne se divisent pas).
Pour les effets déterministes, on distingue deux catégories :
Les effets produits par une irradiation localisée aiguës,
Les effets produits par une irradiation de l’organisme entier.
Il faut savoir que l’irradiation localisée est moins grave que l’irradiation généralisée du fait que moins de cellules sont touchées, ainsi alors qu’une irradiation importante de l’organisme entier peut être mortelle, une irradiation localisée n’entraînera jamais la mort.
2) Au niveau cellulaire
CONCLUSION
C'est par ce procé dé que des cellules deviennent contaminées et meurent suite à une exposition à des radiations. Comme dit dans le III, la thyroïde est située sur la face avant du cou ; ainsi par ingestion ou inhalation de produit radioactif elle est très facilement atteinte plus particulièrement chez les enfants. C'est donc suite à une exposition de longue durée ou par ingestion de produits radioactifs que ces derniers vont atteindre les cellules de la thyroïde et provoquer un cancer. Les doses auxquelles ont été exposés les liquidateurs de la centrale pour la nettoyer et les habitants environnant, étant très élevées il est donc naturel d'observer une recrudescence des cas de cancer de la thyroïde en Europe après la catastrophe nucléaire de Tchernobyl.
Nous venons de répondre dans ces quelques dernières phrases à notre problématique, notre TPE est donc à présent terminé. Cependant nous vous invitons à visiter nos annexes pour vous renseigner sur quelques savants cités dans notre dossier ou d'autres qui ont contribué à la recherche dans le domaine de la radioactivité ou bien trouver les définitions de quelques procédés matériaux ou composés que peut être vous ne connaissez pas. Nos sources et nos remerciements étant bien sûr inclus dans ces annexes.