Le cheval de Troie de la radioactivité …. !
Irradiation des poumons par inhalation
Les descendants du radon sont à l’origine d’une exposition interne naturelle. L’exposition des poumons se fait par l’inhalation d’aérosols radioactifs dus à la filiation radioactive de ce gaz. Les rayons alpha des descendants du radon peuvent à partir de la surface des poumons pénétrer pour atteindre des cellules sensibles aux cancers dans les bronchioles. Les rayons bêta du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène produit par le rayonnement cosmique, peuvent toucher aussi les poumons, mais leur dépôt d’énergie est beaucoup plus faible.
© IN2P3/Source K.G.Gerber
Une guerre de Troie chez les atomes ? Les atomes radioactifs ont recours à deux stratagèmes pour se glisser dans le corps humain : ingestion et inhalation. En se mêlant à nos aliments et à l’air que nous respirons, ils pénètrent au cœur de la forteresse humaine comme les anciens grecs cachés dans le cheval de bois d’Ulysse sont entrés dans la ville de Troie.
Les rayons alpha et bêta émis par une source externe sont le plus souvent absorbés avant d’atteindre leur cible. Il faut toutefois noter que les particules bêta sont à l’origine de doses importantes lorsqu’elles sont émises à une courte distance de l’organisme.
La source se contente de bombarder le corps humain des flèches à longue portée dont elle dispose, les rayons gamma ! Dans le cas d’une exposition interne, les atomes radioactifs se trouvent à pied d’œuvre. Ils disposent de ces rayons alpha et bêta, munitions autrement plus redoutables à courte distance que les rayons gamma.
Ces rayons déposent leur énergie, qui est très grande à l’échelle atomique, à proximité immédiate de l’atome qui les a émis. Les rayons alpha en particulier déposent leur énergie d’une manière très concentrée le long d’un parcours d’une fraction de millimètre. Il en va de même à un moindre degré pour les électrons bêta dont le parcours dans la matière est plus long que celui des particules alpha. Ces dépôts d’énergie causent des dommages aux cellules vivantes et à leur ADN
Plusieurs paramètres vont influencer la dose consécutive à une exposition interne à un radionucléide : le type de rayonnements émis par cet atome radioactif, sa forme chimique, la façon dont ce produit radioactif va se distribuer dans l’organisme et être éliminé, la durée de la contamination. La forme chimique de l’élément radioactif (libre ou fixé à une molécule) est très importante car elle va dicter sa distribution dans les organes ou les tissus où se produiront les désintégrations. En effet, les atomes radioactifs se comportent comme des atomes ordinaires avant qu’ils n’émettent leurs rayonnements, ils ont la même réactivité chimique. Ils suivent le sort de l’élément chimique dont ils sont un isotope : le tritium ce comportera comme un atome d’hydrogène, le carbone-14 comme un atome de carbone et l’iode-131 se comportera comme les autres atomes d’iode. Dans le cas où l’atome radioactif est fixé sur une molécule, c’est le plus souvent la réactivité de cette molécule qui dictera sa distribution.
Entrés dans le corps, les radioéléments passent généralement par la circulation sanguine pour se distribuer dans le corps. Certains radioéléments se fixent dans des tissus ou organes particuliers : on parle d’organes cibles. L’iode-131 se concentre sur la thyroïde : certains émetteurs alpha se fixent sur les poumons, dans le squelette ou dans les reins. Par contre les isotopes radioactifs du césium se diffusent dans tous les tissus et la masse musculaire. Une bonne partie se trouve éliminée par les voies naturelles, les éléments insolubles exposant les voies digestives et en particulier le colon. Par exemple la moitié du césium-137 ingéré aura disparu de l’organisme au bout de 150 jours chez l’adulte alors qu’il faudrait attendre 30 ans pour qu’il disparaisse de moitié du fait de sa seule période radioactive.
Classement par radiotoxicité
Les isotopes radioactifs sont classés en 4 groupes en fonction de leur toxicité. Dans le premier groupe, figurent les émetteurs alpha : plutonium, neptunium, américium, curium et aussi radium, polonium-210 et plomb-210 naturels. Parmi les émetteurs bêta, les isotopes radioactifs de l’iode qui se fixent sur la thyroïde et le strontium-90 (os) ont une forte toxicité, alors que celle du césium-137 réparti dans la masse musculaire est modérée. En bas de l’échelle, on trouve le tritium (dépôt d’énergie particulièrement faible), le krypton-85 (un gaz rare rejet du nucléaire) et le technetium-99 métastable utilisé pour des scintigraphies en médecine.
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La radiotoxicité mesure la toxicité radioactive d’un radioélément si il est ingéré ou inhalé. Elle rend compte de l’énergie déposée par les rayonnements, de la forme chimique du radioélément, de l’âge de la personne exposée, de la sensibilité des tissus ou organes touchés, du devenir et de la durée de séjour dans le corps humain. Plus ce facteur est élevé, plus un radioélément ingéré est toxique. La dose reçue est calculée à l’aide d’un facteur de dose efficace engagée par unité d’incorporation exprimé en sievert par becquerel (Sv/Bq).
Les éléments les plus radiotoxiques sont les émetteurs de rayons alpha, comme le plutonium et les actinides mineurs produits par les réacteurs et les descendants de la filiation naturelle de l’uranium présents à l’état de traces de la nature (le plus connu est le radium). Viennent ensuite loin derrière, les émetteurs de rayons bêta. En font partie des radioéléments naturels comme le carbone-14, le potassium-40 et le tritium ainsi que les produits de fission des réacteurs. Le facteur de dose du tritium est particulièrement faible. Les isotopes radioactifs de l’iode sont parmi les plus radiotoxiques des émetteurs bêta du fait qu’ils se concentrent dans la thyroïde.
L’exposition interne d’origine naturelle due au carbone-14 et au potassium-40 est sans danger, car ces deux isotopes radioactifs sont peu toxiques et leur activité est anodine. Présents à l’état de traces, les émetteurs alpha naturels contribuent peu en dehors du radon. Les désintégrations de ce descendant gazeux de l’uranium produisent des isotopes radioactifs de bismuth, de polonium et de plomb, qui inhalés se déposent sur les poumons. L’exposition par inhalation des descendants du radon est la principale composante de la radioactivité naturelle.
Les expositions internes ont aussi des applications médicales. Des produits radio-pharmaceutiques sont injectés à des patients pour s’attaquer à des tumeurs et soigner certaines maladies.