Mode d'action des radiations                            

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A. Action physique des rayonnements

Les photons et les particules chargées transfèrent au milieu leur énergie cinétique au cours d'interactions élémentaires : ionisation (arrachement d'un électron aux atomes du milieu près duquel est passé l'électron) ou excitation (passage d'un électron d'une orbite à un niveau énergétique plus élevé).

Les Rayons X et les rayons Gamma sont absorbés dans le milieu par effet Compton ou par effet photoélectrique. Quel que soit le rayonnement, l'énergie absorbé se retrouve sous forme d'ionisation ou d'excitation le long du trajet des particules chargées.
La dose est égale à la quantité d'energie absorbé dans le milieu ; elle est proportionnelle à la densité des ionisations au voisinage de ce point. Elle s'exprime en Grays (1 Gy = 100 rads).
La distribution de la dose dans un milieu varie selon la nature et l'énergie du faisceau de rayonnement. Dans le cas d'un faisceau d'électrons de haute énergie, la dose reste sensiblement constante jusqu'à une certaine profondeur, puis chute brutalement. Dans un faisceau de RX ou Gamma, la dose diminue de façon progressive selon une loi exponentielle : la décroissance du faisceau de photons est d'autant plus rapide que leur énergie est moins élevée.

B. Bases biologiques de la Radiothérapie.

L'effet cellulaire fondamental provoqué par l'irradiation est la perte de la capacité de prolifération cellulaire. Cette incapacité de la cellule à se diviser peut être causée soit par une lésion irréversible du matériel génétique (ADN, chromosome), soit par l'accumulation dans le génome de lésions moléculaires sub-létales. Après avoir été ainsi lésées, certaines cellules meurent pendant ou après la première ou deuxième mitose. On peut donc les considérer comme mortes même si, pendant un temps plus ou moins long elles conservent une apparence normale et sont capables de secreter des enzymes ou des hormones.
La proportion de cellules survivantes est d'autant plus faible que la dose est plus élevée et la courbe de survie peut, en première approximation, être considérée comme exponentielle. Si par exemple une dose de 1 Gy laisse survivantes 50% des cellules, une dose de 2Gy en laissera 25%, une dose de 10 Gy en laissera 1/1000, 20 Gy 1 sur 1 million, 30 Gy 1 sur un milliard, etc.. D'après ces calculs, 30 Gys suffiraient pour stériliser toutes les cellules d'une tumeur. En réalité, les calculs trop simplifiés doivent être corrigés pour plusieurs raisons:

• Il existe à l'intérieur d'une tumeur des cellules mal oxygénées qui sont moins radiosensibles et nécessitent pour être stérilisées des doses plus élevées de radiations.
• Si le traitement est délivré en plusieurs séances, il faut pour obtenir un même effet augmenter la dose en raison des phénomènes de réparation intracellulaire et des proliférations cellulaires survenues pendant les intervalles entre chaque séance.
• Les cellules saines ayant une radiosensibilité voisine de celle des cellules tumorales, la radiothérapie peut entraîner des lésions irréversibles de ces tissus sains.
  Pour chaque tissu, il existe des doses limites qu'il ne faut pas dépasser :
  *  pour le rein, une dose supérieure à 30 Gy en 5 semaines risque d'entrainer une néphrite chronique irréversible.
  * un poumon radiothérapique apparaît pour une dose supérieure à 20 gy en 2 semaines.
  * une myélite radique peut survenir pour des doses supérieures à 40 Gy en 4 semaines.
  * une perforation intestinale peut apparaître pour des doses comprises entre 60 et 70 Gy si le volume irradié est trop important.
  * le foie en totalité ne tolère pas plus de 25 à 30 Gy.
  Deux méthodes permettent d'obtenir une protection relative des tissus sains :
• soit étaler le traitement en le fractionnant en un grand nombre de séances séparées par des intervalles de repos : c'est le principe de la Radiothérapie transcutanée.
• soit utiliser des débits faibles, c'est le principe de la curiethérapie.

C. Doses, fractionnement , étalement.

Le traitement par les radiations ionisantes peut se caractériser par 3 paramètres :

1. la dose totale exprimée en Gy
2. le temps pendant lequel cette dose a été sélivrée, c'est l'étalement.
3. le nombre de séances pendant lequel à été administrée cette dose, c'estle fractionnement. Par exemple, 40 Gy délivrés en 16 séances et 30 jours.
   Les doses nécessaires pour stériliser un cancer varient en fonction du type histologique :
   * séminome : 30 Gy
   * maladie de Hodgkin : 40 Gy
   * carcinome épidermoïde ou glandulaire : 60 à 70 Gy
   * sarcome osseux : 80 Gy et plus.
   L'ensemble de ces données radiobiologiques explique qu'il n'y a pas de doses idéales. Toute irradiation d'un cancer est le fait d'un compromis entre, d'une part la dose maximale dans un vaste volume qui donne le maximim de chances de stériliser la tumeur et, d'autre part le souci de ne pas faire courir trop de risques au niveau des tissus sains, risques qu'il faut cependant accepter et qui sont d'autant plus grands que la tumeur est difficile à stériliser. C'est ce qu'on appelle la philosophie du risque calculé.

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