II - Les conséquences de l'utilisation des rayons X sur le patient

A-Les effets des rayons X au début de leur utilisation dans la médecine

        


         Tout d'abord, il faut savoir que dans le milieu médical, les effets secondaires liés aux rayons X sont extrêmements rares, et sont presque inexistants dans le cas où l'on fait de la radiographie diagnostic car l'énergie délivrée au patient est infime. Ainsi, au début de l'utilisation des rayons X dans l'imagerie médicale, soit dans le domaine de la radiologie, les protections contre la dangerosité des rayons X étaient minimes car nous n’avions pas encore conscience de leur danger. Les exposition étaient donc répétées et la dose administrée non contrôlée.

         En effet, les rayons X, du fait de l'énergie importante des photons, sont des rayonnements dits "ionisants", soit des radiations ionisantes qui produisent des ionisations dans la matière qu'ils traversent. Il faut savoir que les rayons ionisants sont de natures et de sources variées et que leurs propriétés dépendent de la nature des particules qui constituent le rayonnement ainsi que de leur énergie.

         On peut même parler d'un phénomène de radioactivité. La stabilité des atomes est assurée, par la force d’attraction s’exerçant entre les protons et les neutrons (les deux types de particules constituant le noyau), or cette stabilité est précaire. Pour atteindre ou garder un état stable, les atomes de ces éléments, appelés « éléments instables », dégagent de l’énergie sous forme de rayonnements alpha, bêta et gamma.

 

Schéma représentatif du dégagement de rayonnements pendant l'instabilité d'un atome

 

 

 

Schéma des rayonnements émis pendant l'instabilité d'un atome :

 

 

 

 

 

              C’est pourquoi, les patients ainsi que les médecins étaient fortement exposés aux radiations. En effet, les patients n’étaient pas les seuls touchés, il y avait aussi le personnel soignant et les médecins, notamment les radiologues; car le rayonnement était d’autant plus fort et dangereux, le matériel peu développé et l’exposition de courte durée donc le rayonnement puissant.

          De plus, l'intérêt de cette découverte suscita chez tous une curiosité qui ne pouvait qu'être assouvie par des pratiques répétées. Ainsi, une radiographie d’un enfant nouveau né a été faite quelques mois après la découverte, à une source intense de rayons X ayant duré plus d'une heure. Puis, on observa bientôt les enfants à naître au sein même de leur mère (aujourd'hui cette pratique est remplacée par l'échographie employant des ultrasons). Cependant, cette découverte permet également certaines avancées scientifiques, par exemple grâce à des radioscopies des poumons d’un homme atteint de pleurésie (inflammation d'une membrane du poumon), il a été possible d’étudier l’évolution de la maladie et c'est ensuite les maladies telles que la tuberculose osseuse ou pulmonaire, qui seront la cible privilégiée des auscultations par rayons X.

 

          Lorsque des radiations ionisantes interagissent avec le tissu vivant en transférant leur énergie aux molécules organiques, on observe des effets radioactifs. Au niveau moléculaire, des collisions entre les rayonnements ionisants (rayons X) et les électrons des atomes de la matière vivante surviennent et dégagent de l’énergie qui peut provoquer une excitation ou une ionisation de l'atome ou encore la formation de radicaux libres (molécules ou éléments chimiques, ayant une durée de vie très brève, et qui n'a pas atteint sa stabilité maximale). Tandis que, l'ionisation nécessite un transfert d'énergie supérieur à 15 électrons-volts pour entraîner la rupture de la molécule (effets directs), les radicaux libres ont quant à eux, une vie très brève mais agissent à leur tour sur d'autres molécules, initiant ainsi une réaction en chaîne qui touche des molécules d'importance biologique ( ADN, enzyme, etc... ).

Ionisation et excitation

 

 

 

 

 

Schéma repésentatif des processus de ionisation et d'excitation

 

 

 

 

 

 

         La gravité des effets dépend du type de radiation (alpha, bêta, gamma), de la dose absorbée, mais aussi du taux d'absorption et de la radio-sensitivité des tissus concernés. Les effets biologiques d'une irradiation rapide sont très différents de ceux d'une irradiation longue. Une dose donnée de rayons X influe directement, par son taux (dose émise) faible, fractionné ou important, sur les processus biologiques de réparation. De plus, toutes les radiations subies s'ajoutent et se cumulent.

 

            Afin de mesurer l'effet précis d'une irradiation sur un organisme, l'unité normalement utilisée est le sievert (Sv), elle inclut un terme correcteur pour tenir compte de l'effet relatif des différentes particules composant l'organisme, mais les doses de rayons X peuvent aussi être mesurées en gray (Gy), mais il faut savoir que le gray correspond à la dose de rayonnement ionisant pour les effets physiques alors que le sievert concerne les effets biologiques.

 

                   Si une dose de 2 Gy ou plus est reçue rapidement, elle entraîne une mort cellulaire et se manifeste quelques heures ou quelques jours voir même des semaines après, ce sont alors les effets déterministes, ceux advenant obligatoirement chez les irradiés dès que la dose a dépassé un certain seuil, on parle alors d'apparition précoce.

           Ainsi, au début de leur utilisation, les rayons ont principalement entraîné des effets non stochastiques ou déterministes, qui sont directement liés à la dose, c'est-à-dire, à la quantité de rayonnement absorbée. Ils se manifestent que lorsque la dose atteint ou dépasse une certaine valeur, il existe donc un seuil sous lequel ils n'apparaissent pas, mais à cette époque les rayons X n’étaient pas considérés comme dangereux, ce seuil était donc méconnu. Cependant les risques étaient graves et importants et touchaient à différentes échelles.

Photographie des mains d'une personne atteinte d'une radiodermie aiguë

 

 

 

 

 Photographie représentant les mains d'une personne atteinte d'une radiodermite aiguë.

 

 

 

 

          Les dégâts au niveau anatomique sont avant tout tissulaires et chacun à un seuil d'apparition plus ou moins variable :

                   - les gamettes : spermatozoïde (de seuil 0,15 Gy) et ovules (avec un seuil d'environ 1,5–2 Gy)

                   - la moelle osseuse (de seuil: 2 Gy)

                   - cristallin épithélium antérieur (seuil d'environ 1 à 3 Sv)

                   - la peau (avec un seuil d'environ 6 Gy)

                   - les voies respiratoires (ayant un seuil situé entre 6 et 10 Gy)

                   - l'intestin (de seuil 10 Gy)

 

 

               Les dégâts tissulaires se déclaraient dans les jours ou semaines qui suivaient l'exposition, ils étaient caractérisés par un dépeuplement cellulaire, l'atrophie et la dégradation des fonctions tissulaires, entraînant la nécrose (mort des tissus), la sclérose (qui correspond à la rigidification anormale de la peau), l'inflammation des tissus, une radiodermite aiguë (brûlures) ou encore, lors d'une exposition prolongée un phénomène de dépilation voir d'alopécie (perte des cheveux).

                De plus, les cellules en formation (fœtus, enfant) et le potentiel génétique inclus dans les organes génitaux sont plus particulièrement sensibles aux radiations, on parle même d’ hypersensibilité. Il existe également un danger pour les yeux, la rétine, qui provoque une petite illumination dans le champ de vision, mais ce risque est nettement moins important que les effets précédents, c'est-à-dire qu'il est temporaire et ne survient que rarement.

       

                Enfin il faut savoir que, toutes les lésions déterministes liées aux rayons X peuvent continuer à s’étendre pendant une longue période après l'irradiation et sont très longues à guérir.

 

 

          Plus précisément, voici les symptômes qui peuvent être visibles pour chaque dose reçue:

                    -   pour une dose supérieure à 10 Sv: la mort est pratiquement certaine.

                  - pour une dose supérieure à 8 Sv: on observe un syndrome gastro-intestinal avec une diarrhée aiguë, une hémorragie digestive menant à la mort.

                    - pour une dose de 5 Sv: c'est une irradiation aiguë globale qui tue 50 % des sujets exposés à ce rayonnement ionisant, sachant que cette valeur est admise pour un intervalle de 3 à 4,5 Sv. Cette irradiation aiguë globale est accompagnée d'un syndrome hématologique (effets au niveau des cellules sanguines) qui s'étale environ sur une trentaine de jours. De plus, aucun traitement ne peut être administré.

                    - de 2 à 4 Sv:  on observe un syndrome hématopoïétique (qui est la destruction partielle ou totale des cellules hématopoïétiques de la moelle osseuse et à celles des lymphocytes). Les lymphocytes et les globules blancs vont donc diminuer considérablement. On parle alors de lymphopénie (caractérisée par un nombre de lymphocytes inférieur à la normale, leucopénie (diminution anormale du nombre des globules blancs du sang, leucocytes qui tombent à moins de 5 000 unités par millimètre cube de sang). De plus, l'irradiation peut mener à une anémie (carence en globules rouges).

                   - 1 Sv: on observe des signes cliniques dus aux irradiations à partir d'une dose unique équivalente. L'individu doit alors être hospitalisé, car les dommages vasculaires vont conduire à une mort certaine.

                     -   0.5 Sv:  Le risque de mortalité s'élève de 14% par sievert dans les 30 années suivant la radio-exposition.

         

                   On remarque donc que la mort était très présente, même à partir de 1 Sv, il y avait la plupart du temps, la destruction du système immunitaire, qui sans assistance médicale, réduisait l'espérance de vie à guère plus qu'une soixantaine de jours. 

 

                  Les premiers cas furent rapportés à partir de 1896, puis à la fin des années 1890 des ouvrages scientifiques témoignent  des expériences pratiquées en masse et de leurs effets; on convient alors d'une possibilité de risques liés à ce type de rayons.  Mais, malgré la pression des médias, de fortes contestations remettent en cause leur fondement. C'est William Rollins (un dentiste de Boston) qui fut la principale personne à jouer un rôle pionnier en matière de radioprotection. Cependant, seul une petite élite émettait cette possibilité.

Scaphandre de protection (1915)

 

 

                 On pouvait alors trouver dans le commerce la vente de protection telle que le scaphandre (voir ci-contre) mais elles n'étaient pas pratiques pour les examens donc très peu utilisées.  

 


            

  

 

 

 

 

 

 

 

         →  Cette époque est différente de la nôtre, car des progrès scientifiques ont été accomplis, tant sur le plan de la sécurité que sur celui du matériel employé dans l'imagerie médicale. Les risques et dégâts commis par les rayons X ne sont donc pas les mêmes non plus, ils ont aussi varié de nature.

Evolution des limites de doses dans le temps pour les rayons X

 

 

 

 

Evolution des limites de doses dans le temps, pour les rayons X.

 

 

 

B - Les effets des rayons X, aujourd'hui, dans l'imagerie médicale

 

 

          Aujourd’hui, l'utilisation des rayons X est mieux gérée dans la médecine, dans l'imagerie médicale particulièrement car les rayons X sont un danger, comme toutes les radiations "ionisantes", c'est pourquoi des précautions sont à prendre pour le patient ainsi que pour le médecin, malgré l'usage d'une dose de rayons X  minime. De plus, on appelle radioprection l'ensemble des mesures prises pour assurer la protection de l'homme et de son environnement contre les effets néfastes des rayonnements ionisants.

           On a pu, notamment, percevoir cette dangerosité entre le 18 et 19ème siècle, avec l'histoire de Marie Curie (1867-1934), une physicienne polonaise naturalisée française et de sa fille Irène, qui sont mortes d'une leucémie causée par de grandes doses d'irradiations reçues pendant les nombreuses expérimentations qu'elles ont menées sur la radioactivité artificielle avec les rayons X. Il était alors très difficile de connaître les effets des rayons X à faibles doses car ils étaient infimes.

          En effet, les effets des rayons X à très fortes doses sont rapidement connus, par exemple grâce à Nagasaki ou à Tchernobyl, mais ceux dus à de faibles doses ont été extrapolés.

Extrapolation d'un courbe depuis des mesures faites à de fortes doses connues

 

 

 

Courbe représentant des effets connus de fortes doses et extrapolant ceux à faibles doses:

 

 

 

 

 

          Les courbes sont donc extrapolées de la manière la plus négative possible et construites de façon à suivre un effet linéaire, cependant une incertitude subsiste en ce qui concerne la présence ou non d'un seuil (seuil graphique). On irradie donc les patients à des doses les plus inférieures possible.

           Ainsi, on a pu développer diverses protections, dans le but d'atténuer les différents effets des rayons X. En effet, le personnel soignant qui travaille avec les rayons X a l'obligation de suivre une formation spécifique, il doit aussi être protégé.Tablier de protection

 

Tablier de protection employé de nos jours


 

 

            En France, des lois et des normes ont été mises en place pour une protection plus efficace contre les rayons X, on peut les retrouver par exemple dans le code de la santé ou dans le code du travail.

           C'est pourquoi, des outils tels que le scanner sont autorisés, ils émettent par rapport aux radiographies une plus forte dose de rayons X mais, leur utilisation en est d'autant plus controlée, le danger lié à son emploi est donc réduit à un minimum.

            De plus, il est possible d'atténuer le rayonnement de rayons X émis, de diverses manières : avec la nature des murs, car par exemple, le béton absorbe plus que la brique, ou avec le matériel utilisé comme l'usage d'écrans plus efficaces, en filtrant le rayonnement à la sortie du tube dans le but d'éliminer les rayons mous qui sont de faible énergie et qui sont absorbés par le corps humain ou encore en limitant la puissance émise, mais cette dernière possibilité obligerait à exposer le patient plus longuement. Aussi, la diffusion des rayons X peut être minimisée en limitant la zone touchée avec l'emploi d'un collimateur. Mais avant tout, les examens pratiqués doivent être effectués par des médecins qualifiés (radiologues) pour assurer, pour eux-mêmes comme pour le patient une protection optimale, c'est pour cela qu'un certain matériel est nécessaire et qu'un protocole est à suivre. Des panneaux de sécurités sont visibles pour indiquer le niveau du danger, la régle principale à respecter et la nature de la menace.

Zone d'accès contrôlé en raison du risque d'irradiation ou de contamination.

Zone d'accès interdit en raison d'un risque important d'irradiation et de contamination.Zone d'accès strictement interdit en raison du risque d'irradiation.Symboles graphiques pour équipements électriques en pratique médicalesymbole de mise en garde contre les rayons X

 

 

 

 


            Aujourd'hui, grâce à ces différents systèmes, la sécurité est meilleure, mais ce sont les patients qui sont les principaux touchés par les effets des rayons X, même si les doses émises lors d'une radiologie ont fortement diminué; car il faut savoir que les différents effets des rayons X ont été pris en compte que très tard, comme notamment avec la radioscopie où l'image obtenue était pendant une longue période observée directement derrière l’écran, ce qui provoqua, chez les radiologues, non protégés, de nombreuses maladies telles que la nécrose des mains, mais aussi des décès.

 

 

            Nous avons pu constater, aussi, qu'il existe une sensibilité particulière aux rayons X, selon les organes, leurs tissus.

Schéma représentant la sensibilité des organes aux rayons X

 

 

 

 

Schéma représentant la sensibilité des principaux organes du corps humain.

 

 

Légende:

Jaune forte sensibilité

Rouge moyenne sensibilité

Bleu faible sensibilité

 

 

 

 

 

            Ce phénomène est le même pour les cellules du corps humain; les cellules jeunes ou en cours en mitoses sont hypersensibles aux rayons X, comme le potentiel génétique se trouvant dans les organes génitaux, contrairement aux cellules matures qui le sont beaucoup moins, si la mutation affecte l'ADN d'une cellule reproductrice, la mutation pourra se transmettre à la descendance.

             Enfin, l'hypersensibilité s'applique aussi pour les individus, notamment les femmes enceintes et les jeunes enfants ainsi que ceux qu'elles portent qui sont hypersensibles aux rayons X.

 

  

 

            Mais aujourd'hui, il est question, surtout d'un seuil d'exposition aux rayons X à ne pas dépasser, pour une question de sécurité, la protection du patient, mais aussi indirectement du  médecin. C'est pourquoi les doses de rayons X sont minimes, aujourd'hui; mais il est important de savoir que les rayons X sont un danger lors d'une exposition prolongée ou d'une forte dose d'exposition. En imagerie médicale ils sont tout aussi dangereux car même si la dose de rayons X n'est pas importante, elle n'est pas nulle, et le cumul de doses de rayons X, si celles-ci sont trop répétitives ou importantes, sera alors dangereux pour le patient. 

             Ce seuil est imposé par la loi. Un individu ne doit pas dépasser une dose de rayons X de l'ordre de 8000 mSv/an (milli sievert par an), sinon le risque de contracter un des divers symptômes s'accroît considérablement.

          

 

             Il faut savoir, qu'un cliché simple en radiographie correspond à ce que notre corps recevrait s'il était soumis à l'exposition naturelle du soleil pendant  quatre heures.

 

Doses effectives de rayons X émises lors des divers examens radiologiques et scanners, ainsi que le nombre de jours équivalents d'une irradiation naturelle du soleil  

 

 

 

Tableau représentant les doses effectives de rayons X émises lors d'un examen radiologique et scanner ainsi que le nombre de jours équivalents d'une irradiation naturelle du soleil, pour chaque examen radiologique et scanner.

 

 

 

 

 

 

Graphique représentant les doses efficaces pour chaque examen radiologique en comparaison avec l'exposition moyenne à la radioactivité naturelle en France par an et par personne

 

 

 

Graphique représentant les doses efficaces pour chaque examen radiologique en comparaison avec l'exposition moyenne à la radioactivité naturelle en France par an et par personne (coupe verte).

 

 

 

 

 

 

                   Les différents effets que produisent les rayons X dans l'imagerie médicale, aujourd'hui, se classent en deux catégories :

          - effets déterministes ou non-stochastiques comme au début de l'utilisation des rayons X, qui sont des effets  directement liés à la dose, c’est-à-dire, à la quantité de rayonnement absorbée (on exprime la quantité de rayonnement absorbée en énergie par unité de masse, c'est-à-dire en Joule par kilogramme: J.kg-1 ou en Gray (symbole Gy) et 1Gy = 1J.kg-1). Les effets apparaissent donc obligatoirement lorsque la dose atteint ou dépasse une certaine valeur, il existe un seuil sous lequel ils n’apparaissent pas. On parle alors d'effet précoce car les symptômes apparaissent relativement rapidement et les lésions déterministes sont très longues à guérir et peuvent continuer à s'étendre longtemps après l'irradiation. Mais, il faut savoir qu'aujourd'hui, les effets à ce niveau (voir II-A) pour les phénomènes observables, comme la dépilation ou comme la nécrose, sont beaucoup moins importants et un décès n'est plus à envisager, puisqu'un seuil est respecté et que les progrès effectués contribuent à diminuer la dose d'irradiation.

 

          - les effets stochastiques ou effets aléatoires, peuvent se produire n'importe quand et à n'importe quelle dose et il n'existe pas de seuil d'apparition ou de déclenchement concernant ces effets. L'effet n'est généralement pas visible car des mécanismes de réparation au niveau cellulaire existent réparant la plupart des lésions quand la dose est administrée de manière suffisamment lente ou de manière fractionnée, c'est à dire quand l'irradiation est longue. Ces effets sont rares, tardifs et sont dus à plusieurs phénomènes, qui sont l’instabilité génétique (apparition de modifications génétiques plusieurs divisions cellulaires après l’irradiation), l'hypersensibilité à faibles doses (la cellule n'arrive pas à s'auto-réparer, même après avoir été faiblement lésée) ou encore l'effet de proximité (une cellule mutée en entraîne d'autres par sa simple proximité) qu'ils provoquent et qui permettent de les mettre en evidence.  

 

 

 

Les effets au niveau cellulaire d'une irradiation 

 

 

  

 

 

Les effets cellulaires dus à une irradiation :

 

 

  

 

 

 

 

 

 

   

 

           On retrouve alors les mêmes risques qu'au début de leur utilisation dans l'imagerie médicale, c'est-à-dire, des risques au niveau tissulaire, mais ceux-ci sont peu importants grâce aux progrès qui ont été faits.

 

 

 

 

                     Mais on retrouve principalement les risques suivants:

        - les risques génétiques et cellulaires (nous avons pu les étudier avec une expérience), qui sont liés : il peut y avoir destruction au niveau de l’ADN, des cellules qui contiennent le programme génétique. L'ADN (ou l'ARN) peu(ven)t subir plusieurs lésions différentes : dommages des bases azotées (éléments composant un nucléotide : A, T, C, G, U), des pontages de brins (rattachement de deux molécules d'ADN ), ou principalement des lésions au niveau de l'ADN : rupture d'un simple brin ou encore cassure d'un double brin.

 

Deux types de cassures au niveau de l'ADN

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma représentant les deux types de cassures au niveau des brins de l'ADN

 

 

 

          Ces destructions (cassures des ponts ou des brins) vont se produire quotidiennement, mais rapidement des mécanismes de réparation vont être mis en place, c’est pour cela que dans la majorité des cas ces effets ne se voient pas. Mais, il faut savoir que les cellules jeunes ou encore en mitose sont très sensibles aux rayons X, donc si la cellule ne se répare pas alors la mutation peut affecter la descendance de la cellule et provoquer un cancer.

          Ces risques sont surtout importants chez l’enfant, mais aussi chez la femme enceinte, car il y a notamment des effets héréditaires. En effet dans le cas, où la mutation affecte une cellule reproductrice (gamète), même si les cellules reproductrices touchées par cette mutation ont une faible probabilité d’être fécondées, alors celle-ci pourra être transmise à la descendance, la mutation atteindra alors le futur enfant, qui va alors être porteur de ces mutations. Il y a aura, dans ce cas, une malformation fœtale car le fœtus exposé est très fragile, ayant beaucoup de cellules en division, surtout durant les 12 premières semaines de gestation.

        Aussi, le bref passage d’un photon provoque des excitations et ionisations qui déclenchent une succession de réactions physico-chimiques pouvant aboutir à une modification des fonctions et des structures cellulaires puis tissulaires, comme, dans le cas de doses conséquentes, le corps ne parvient plus à remplacer les cellules mortes si bien que le tissu fonctionnel ne peut plus assurer son rôle.

   

 

   - les risques au niveau moléculaire: les rayons X, à forte dose,  provoquent l’ionisation, l’excitation des atomes ou la formation de radicaux libres, qui sont des molécules d’oxygène instables et incomplètes qui peuvent se retrouver dans l’organisme, qui vont tenter alors de s’unir à des éléments de nos propres cellules afin de se compléter, ce qui va alors détruire des cellules saines de l’organisme, ce qui prédispose à la formation d’un cancer.

 

 

 

 

       Bien que les risques liés au rayons X soient plutôt rares, ils n'en restent pas moins dangereux pour la santé. Afin de prévenir, informer, comprendre et diminuer ces risques, des méthodes de protections et de recherches sont instaurées par le gouvernement, le patient est donc à la fois un utilisateur averti des conséquences possibles mais aussi et surtout un  tributaire de ce genre de techniques, puisque leur rôle est de servir à son rétablissement.

 

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