Cours 1 : Premières définitions - Ionisations - Echelle des temps

La radiobiologie est l’étude des effets biologiques des radiations ionisantes, couvrant tous les aspects physiques, chimiques, moléculaires, cellulaires, tissulaires, clinique et même réglementaires de la réponse au rayonnement.

Les radiations sont dites ionisantes si elles ont suffisamment d’énergie pour ioniser une molécule d’eau (composant principal de la vie), c’est-à-dire pour arracher au moins un électron des couches périphériques des atomes de la molécule d’eau. L’énergie correspondante (appelée potentiel d’ionisation de l’eau) est 12.6 eV quand l’eau est en phase gazeuse. Les particules ou des rayonnements de plus de 12.6 eV peuvent ioniser la molécule d’eau directement (ex : les particules chargées électrons, protons, ions lourds) mais aussi indirectement (ex : les particules non chargées comme les rayons X, gamma et les neutrons). Les rayons ultraviolets, les infrarouges ou les ondes millimétriques ne sont pas considérés comme ionisants même s’ils peuvent produire indirectement des cassures de l’ADN comme le font les rayonnements ionisants.

L’observation et la nature des phénomènes radioinduits dépendent de l’intervalle de temps qui suit l’irradiation. Ainsi, les phénomènes sont généralement physiques pour les événements dont la durée est inférieure à la milliseconde, chimiques ou biochimiques pour les événements dont la durée est de l'ordre de la seconde à la dizaine de minutes et biologiques pour les événements dont la durée est généralement supérieure à la minute. Ils sont donc mesurables à partir d’un temps post-irradiation qui dépend des dimensions de l’entité irradiée et de la dose. Ainsi, ils passent d’une échelle spatiale microscopique (atomes, molécules, cellules) à une échelle spatiale macroscopique (tissu ou organe, individu, populations) en suivant une loi mathématique dépendant du temps et de la dose. Par exemple, la radiolyse de l’eau s’observe dans des temps inférieurs à la seconde mais les phénomènes sont accélérés aux doses élevées ; les cancers radioinduits surviennent quelques mois à quelques dizaines d’années après l’irradiation mais, une fois encore, la survenue des cancers est accélérée par la dose de radiation.