1ES médecine nucléaire

médecinenucleaire

8. Des métiers

1. Un peu d'histoire

7. Exercices

2. Rappels sur les radioéléments…

La Médecine Nucléaire est devenue en France une spécialité médicale de haut niveau. Elle se définit comme regroupant l’ensemble des techniques utilisant les radio-éléments chez l’être humain, que ce soit à des fins diagnostiques, thérapeutiques ou encore de recherches en biologie.

6. Irradier pour soigner

3. ...et la désintégration radioactive

5. Explorer pour diagnostiquer

4. Les radiations

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un peu d'histoire

visites virtuelles

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les radioisotopes

Un radioisotope (contraction de radioactivité et d'isotope) est un isotope radioactif (parce que son noyau est instable).Un radioélément (contraction de radioactivité et d'élément) est un élément chimique dont tous les isotopes connus sont des radioisotopes.

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Désintégration radioactive

La radioactivité est le phénomène lors duquel le noyau d’un atome instable se désintègre en émettant des particules et/ou des radiations hautement énergétiques.

ELEMENT FILS

+ particule ou rayonnement

ELEMENT PERE

Lorsqu’un atome dont le noyau est instable se désintègre, une transformation nucléaire se produit. Cette transformation permet au noyau de l’atome de se stabiliser. Cette stabilisation est accompagnée d’un ou de plusieurs types de rayonnement :

• le rayonnement alpha ( α ) ,
• le rayonnement bêta ( β ) et
• le rayonnement gamma ( γ ) .

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(ou activité)

Eléménts "père"

La demi-vie t1/2 d’un noyau radioactif est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initialement présents ont disparu par désintégration radioactive.

moitié des éléments pères présents au départ

À chaque demi-vie écoulée, le nombre de noyaux radioactifs est divisé par deux.

temps nécessaires pour désintégrer la moitié des éléments pères

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le coin des SPE

modèle

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les radiations

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les conséquences

Du fait de leur grande énergie, les rayonnements issus de la radioactivité sont capables d’ioniser les atomes (en extraire des électrons) lorsqu’ils pénètrent dans la matière. C’est pourquoi on les classe parmi les « rayonnements ionisants », par opposition à la lumière visible et aux rayonnements électromagnétiques de plus grande longueur d’onde ( « Les couleurs du ciel »). Cette ionisation peut casser les molécules et provoquer des réactions chimiques. Les rayons cosmiques, particules énergétiques émises par le Soleil ou par des sources plus lointaines, sont également des rayonnements ionisants, de même que les rayons X utilisés en imagerie médicale.

le coin des SPE

L'ADN est particulièrement sensible aux rayons ionisants --> MUTATIONS Il existe une système de réparation de l'ADN et si celui-ci n'est pas efficace, on peut compter sur la mort de la cellule ou son élimination par le système immunitaire en cas d'échec on peut observer de graves conséquences à moyens et longs termes

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une affaire de doses

les unités de mesure

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l'exploration : Premier usage : diagnostiquer avec précision

La médecine nucléaire à proprement parler utilise, elle, des radio-­isotopes ou radionucléides. « Ils sont radioactifs pour être détectables. Selon les propriétés de tel ou tel produit, il va s’accumuler dans tel ou tel organe et nous apporter des informations sur les mécanismes physiopathologiques, c’est-à-dire ce qui explique qu’une maladie donne tel et tel symptôme et ce qui permettra ensuite de la soigner. »

Les techniques de diagnostic en médecine nucléaire ne montrent pas l’anatomie comme une radio ou un scanner. Il s’agit d’une imagerie fonctionnelle : « Elle montre vraiment la biologie à l’œuvre dans les cellules ».

Radio. Scanner IRM

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Thérapie : irradier pour soigner

En radiothérapie externe, on utilise des machines situées à proximité du patient (des accélérateurs de particules) pour générer des rayons X ou des électrons qui traversent la peau pour atteindre une tumeur cancéreuse et la détruire.

la radioactivité a également largement prouvé son efficacité dans le traitement de maladies graves, de cancers notamment. Son principe : irradier des cellules cancéreuses pour altérer leur ADN, les empêcher de se multiplier, et finalement les détruire.

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Thérapie : irradier pour soigner

En radiothérapie interne, on administre, généralement par voie orale, une substance radioactive couplée à une molécule porteuse. Et c’est ce médicament radiopharmaceutique qui va émettre des rayons (bêta ou alpha) sur les cellules cancéreuses sur lesquelles il se sera fixé. Cette technique est également appelée médecine nucléaire thérapeutique.

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exemple d'exercices

Correction

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des métiers

médecine nucléaire

les métiers autour du nucléaire

les métiers

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L’année suivante, un physicien français, Henri Becquerel, cherche à approfondir les observations de Röntgen. Il souhaite notamment découvrir si les phénomènes de phosphorescence et de fluorescence de l’uranium sont de même nature que les rayons X. Pour vérifier son hypothèse, il mène une série d’expériences. Mais il va bientôt faire une toute autre découverte…

Par un jour nuageux, Becquerel ne peut exposer ses sels d’uranium phosphorescents à la lumière du soleil. Il les stocke alors dans un tiroir où il a déjà rangé une plaque photographique vierge, protégée par du papier noir. Au bout de quelques jours, cette plaque porte la trace d’un rayonnement alors que les sels sont restés à l’abri de la lumière. Le physicien s’aperçoit ensuite que ce rayonnement, qu’il appelle "rayons uraniques", est émis par plusieurs sels d’uranium, phosphorescents ou non. Becquerel en tire deux conclusions :

• l’uranium émet naturellement un rayonnement qui lui est propre,
• l’intensité de ce rayonnement persiste dans le temps.

Il se demande d’où l’uranium peut tirer son énergie avec une telle persistance... Henri Becquerel vient de découvrir la radioactivité. Dans les décennies suivantes, d’autres scientifiques consacrent leurs travaux à ce phénomène physique fascinant.

Les mutations de l’ADN mettent en cause des changements dans la séquence des paires de bases (numéro 1). Une lésion de l’ADN non réparée est susceptible de provoquer des mutations. Ces mutations empêcheraient notamment les gènes de produire les protéines appropriées, une conséquence très dommageable pour l’organisme.

On administre au patient une petite quantité de substance radioactive appelée médicament radiopharmaceutique (MRP) par voie intraveineuse, par inhalation ou par ingestion. Cette substance est choisie en fonction de l’organe ou du tissu à observer sur lequel elle va se fixer Les éléments utilisés ont, le plus souvent, une « durée de vie radioactive » très courte et ils ne restent pas longtemps dans l’organisme. (Par exemple : pour le technétium 99m, principal radioélément utilisé, la demi-vie radioactive est de 6 heures; l'iode 131 de 8 heures et l’élimination est donc rapide). L'activité injectée est calculée en fonction de l’âge et du poids du patient, selon les recommandations des sociétés savantes nationales et internationales.

Marie Curie est une physicienne polonaise naturalisée française. Suite à la découverte d’Henri Becquerel, elle décide de continuer les travaux sur les "rayons uraniques". Au cours de ses recherches sur de nombreux minerais, elle s’aperçoit que d’autres éléments comme le thorium émettent également des rayonnements. Comprenant que ces rayonnements sont une propriété générale de la matière, elle leur donne le nom de radioactivité (du latin radius, rayon). Bientôt, Pierre Curie s’associe aux recherches de son épouse. En 1898, le couple découvre deux éléments radioactifs encore inconnus, le polonium et le radium.

Les isotopes d’un même élément n’ont pas tous la même stabilité. Souvent, l’instabilité du noyau des isotopes radioactifs est due à un excès de protons et/ou de neutrons. Un isotope radioactif est un isotope dont le noyau est instable. Cette instabilité fait en sorte que le noyau de l’isotope se désintègre et émet de l'énergie et des particules lorsqu'il se transforme en un isotope plus stable (isotope, fils).

Selon l’organe et la pathologie, le tissu malade apparaîtra alors à l’écran comme une zone chaude par rapport au tissu sain ou, à l’inverse comme une zone froide. On peut faire des scintigraphies osseuses, des scintigraphies thyroïdiennes, des scintigraphies pulmonaires…

les métiers de la radioprotection

répertoire formations nucléaires

Un second pas fut franchi en 1913, quand Georg de Hévesy eut l’idée de suivre à la trace un élément chimique en lui ajoutant une quantité infinitésimale d’isotope radioactif. L’anecdote court que Hevesy, qui habitait dans une pension de famille, avait l’impression que sa propriétaire resservait les restes des plats en les accommodant de façon nouvelle. Il jeta une poignée d’atomes de radium D et de plomb dans les restes d’un ragoût et put ainsi suivre les transformations successives du ragoût en hachis parmentier, puis en soupe ! Cette ingénieuse application de la méthode isotopique lui aurait valu d’être renvoyé de la pension Loin de l’anecdote, c’est en 1924 que remonte la première utilisation des indicateurs chez l’homme. Deux médecins américains, Blumgart et Weiss, en injectant du radium C (Bismuth-214) dans un bras, mesurent la vitesse de circulation du sang entre un bras et l’autre, ainsi que les variations de cette vitesse chez les malades cardiaques Ce qui freine alors le développement de la méthode des indicateurs, c’est le petit nombre des radioéléments naturels utilisables ! Mais en 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie démontrent la possibilité de créer à la demande des isotopes radioactifs de n’importe quel élément alors qu’il fallait se contenter jusque là des rares descendants de l’uranium et du thorium.

Alors que l’utilisation des rayonnements apporte sa révolution dans l’observation du corps humain, quelques scientifiques s’interrogent sur l’action physiologique de ces rayonnements et entrevoient dans leurs études un autre moyen de profiter de cette innovation. C’est dans le traitement du col de l’utérus et des tumeurs de la peau que l’on reconnait d’abord l’action bénéfique des rayons du radium, marquant la naissance de la curiethérapie (1905). En 1920, Claudius Regaud et Marie Curie, inaugurent ensemble le premier centre de lutte contre le cancer, la fondation Curie. Au sein de cet institut, les scientifiques mettent au point des traitements novateurs, associant chirurgie et radiothérapie. Alors que jusque-là les recherches ne concernaient que le radium et les rayons X, la découverte de la radioactivité artificielle permit une ouverture sur d’autres sources de rayonnements. Dans cet esprit, aux Etats-Unis, c’est à Saul Hertz, physicien du Massachusetts General Hospital que l’on doit le premier rapport sur la radiothérapie à l’iode. Il y décrit des résultats prometteurs dans le traitement de la maladie de Basedow en utilisant l’iode 130 (Hertz, Roberts, 1942). D’autres, comme Joseph G. Hamilton, préfère un isotope à demi-vie plus courte, comme l’iode 131. C’est ce dernier qui est encore utilisé aujourd’hui. Depuis, les indications de l’iode radioactif se sont diversifiées, notamment dans le traitement du cancer de la thyroïde.