Effets des rayonnements ionisants sur les organismes vivants Radiobiologie Effets des rayonnements ionisants sur les organismes vivants

Rayonnement ionisant Absorption de l’énergie par le cortège électronique

L’effet augmente avec la dose Relation dose - effet L’effet augmente avec la dose quantifier expliquer Dose Effet

Radiobiologie clinique Dose physique Modalités d’irradiation volume irradié facteurs temps Traitements associés sensibilisants protecteurs autres agressions Effet biologique Facteurs biologiques réparation prolifération oxygénation réserve fonctionnelle Facteurs liés au patient âge, habitus antécédent pathologiques prédisposition génétique

Échelle de temps Lacombe Canc Radiother 2013 Phase clinique Phase biologique Phase clinique Lacombe Canc Radiother 2013

Effets déterministes - la tartine de confiture - Dose seuil quelques Gy à dizaines de Gy La gravité augmente avec la dose Précoces ou tardifs Prédiction individuelle possible prévention « facile » …

Réactions précoces (< 6 mois)

Réactions tardives (> 6 mois)

Effets stochastiques - la tartine de crème de marron - La gravité est indépendante de la dose tout ou rien ! La probabilité augmente avec la dose pas de dose seuil (ou très faible ?) Prédiction individuelle impossible peu fréquents non spécifiques (très) tardifs

Cancers radio-induits

Effets biologiques Lésions de l’ADN

Échelle de temps Lacombe Canc Radiother 2013 Phase clinique Phase biologique Phase clinique Lacombe Canc Radiother 2013

Nature du rayonnement 1 Gy = 1000 SSB + 40 DSB per cell UNSCEAR 2000

Dosimétrie biologique

Mécanismes de réparation Bases SSB DSB N / Gy / cell 10000 1000 40 T1/2 (min) 5 - 10 10 - 20 > 50 Mécanismes excision - resynthèse recombinaison suture

Effets biologiques Mort cellulaire

Échelle de temps Lacombe Canc Radiother 2013 Phase clinique Phase biologique Phase clinique Lacombe Canc Radiother 2013

Mort cellulaire Mort mitotique : une cellule n’est vivante QUE si elle est capable de se multiplier

SF = N colonies / N cellules x PE Survie cellulaire >50 cellules <50 cellules SF = N colonies / N cellules x PE

Courbes de survie cellulaire ED50 ED90

Courbes de survie cellulaire Exponentielle Linéaire- quadratique

Efficacité Biologique Relative Facteurs déterminant le RBE: 1. LET (qualité de l'E ou le type et l'E du rayon). Le RBE varie avec le LET qui lui est proportionnel à Q2/v (charge2/vélocité) de la particule. 2. Dose de radiation 3. # de Fx 4. Débit 5. Système biologique ou visée (endpoint) => haut RBE pour les cellules qui accumulent et réparent leurs dommages sublétaux (épaule large). Le RBE dépend du niveau de dommage choisi et donc le RBE varie avec la dose. Il devient plus grand à mesure que la dose par fraction diminue. La forme des courbes de survie cellulaire est différente pour les neutrons et les rayons-X. À faible dose, les tissus irradiés par les rayons-X peuvent réparer une partie des dommages (épaulement de la courbe), ce qu'ils ne font pas avec les neutrons qui font trop de dégât par unité de parcours (haut LET). À plus haute dose, la différence entre les 2 types de rayonnement est moindre parce que dans les 2 cas, il n'y a pas de réparation des cellules.   Pour la même raison, le RBE est plus grand pour un même niveau de survie cellulaire s'il s'agit d'un traitement fractionné que s'il s'agit d'une dose unique, puisque la cédule du traitement fractionné consiste en de multiples petites doses et que le RBE est plus grand avec de faibles doses. Le RBE augmente à mesure qu'on augmente le # de Fx ou qu'on diminue le débit.

Cycle cellulaire

Effet oxygène OER

Réparations de l’ADN

Débit de dose

Chimio-radiothérapie

Doses uniques croissantes Fractionnement Doses fractionnées SF (D) = exp.(-nd-nd2) = exp.(-D-dD) Doses uniques croissantes SF (d) = exp.(-d-d2)

Intervalle entre les fractions

Faibles doses

Effets biologiques Effets tissulaires

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Effets tissulaires tumeur : cible du traitement organes à risque effet précoce organes à risque effets précoces effets tardifs cancers radio-induits : radioprotection patients, professionnels, population effets très tardifs

Relation dose-effet

Dose létale 50

ɣ50 : OAR vs tumeurs

Prolifération tumorale

En cas d’interruption ... tumeurs

Conclusion (I) temporalité ADN mort cellulaire effets tissulaires lésion réparation mort cellulaire courbes de survie effets tissulaires relation dose-effet