Analyser et diagnostiquer (suite) : produits de contraste, radiothérapie, bioaccumulation et acidification

Les notions à connaître

Produit de contraste en IRM

Substance injectée qui améliore le contraste d'un cliché d'imagerie médicale en modifiant le signal des tissus où elle se répartit. En imagerie par résonance magnétique (IRM), on utilise l'ion gadolinium $\text{Gd}^{3+}$, toxique à l'état libre : il est enfermé dans une grande molécule organique qui porte des groupes carboxyle $-\text{COOH}$ (sous forme carboxylate $-\text{COO}^-$ quand ils retiennent l'ion) et des atomes d'azote d'amines. Exemple : injecté dans une veine, le produit s'accumule dans une tumeur ou une zone inflammatoire, qui apparaît plus nettement.

Élimination d'un produit de contraste

Les produits de contraste gadolinés sont éliminés par les reins, dans l'urine. Leur durée d'élimination est un critère de choix : plus un produit reste longtemps dans l'organisme, plus le patient est exposé à ses effets indésirables, d'où la prudence en cas d'insuffisance rénale. Exemple : en janvier 2018, après la découverte de dépôts de gadolinium dans le cerveau, l'Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé a suspendu deux produits de structure « linéaire », qui libèrent plus facilement l'ion, au profit des produits « macrocycliques », plus stables.

Les radiofréquences de l'IRM

L'IRM place le patient dans un champ magnétique intense et utilise des ondes électromagnétiques de quelques dizaines à une centaine de mégahertz (64 MHz pour un appareil de 1,5 tesla), de longueur d'onde de quelques mètres. Elles appartiennent au domaine des ondes radio, à l'opposé des rayons X sur l'échelle des longueurs d'onde, et ne sont pas ionisantes. Exemple : à 64 MHz, $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3{,}0 \times 10^{8}}{64 \times 10^{6}} \approx 4{,}7\ \text{m}$.

Radiographie et radiothérapie

Les deux utilisent des rayonnements ionisants, dans des buts opposés. La radiographie est un examen : un faisceau de rayons X traverse le corps, plus ou moins absorbé selon les tissus (les os, riches en éléments de numéro atomique élevé comme le calcium, l'absorbent davantage), et donne une image ; la dose reçue est faible. La radiothérapie est un traitement : des rayonnements de haute énergie, concentrés sur la tumeur, détruisent l'ADN (acide désoxyribonucléique) des cellules cancéreuses ; la dose, forte, est fractionnée en séances de quelques grays (Gy). Exemple : après l'ablation d'une tumeur du sein, le schéma classique compte 25 séances de 2 Gy (50 Gy en 5 semaines) ; un schéma plus court et aussi efficace, 15 séances de 2,67 Gy (40 Gy en 3 semaines), le remplace de plus en plus.

Doses et précautions en milieu médical

L'activité d'une source radioactive se mesure en becquerels (Bq) ; en médecine nucléaire diagnostique, l'activité injectée est adaptée à la masse du patient (en $MBq/kg)$ et le traceur choisi a une courte demi-vie. La dose absorbée se mesure en grays, la dose qui évalue le risque pour la santé en sieverts (Sv). Un examen diagnostique délivre une faible dose ; une radiothérapie délivre à la tumeur des dizaines de grays. Précautions : réduire le temps d'exposition, augmenter la distance à la source, interposer un écran (plomb, béton) ; le personnel porte un dosimètre. Exemple : le manipulateur prépare l'injection derrière un écran plombé et quitte la salle pendant une séance de radiothérapie.

Traçabilité et bioaccumulation

Suivre une substance de sa source à ses effets (sol, eau, êtres vivants) : c'est sa traçabilité. Une substance peu dégradable et soluble dans les graisses se concentre dans les tissus d'un être vivant plus que dans son milieu : c'est la bioaccumulation. Le long d'une chaîne alimentaire, sa concentration augmente à chaque maillon. Exemple : le méthylmercure s'accumule dans les grands poissons prédateurs ; l'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail recommande aux femmes enceintes d'éviter l'espadon, le marlin, le siki, le requin et la lamproie.

Effet temporel d'une exposition

Après une exposition, la concentration d'une substance dans le sang augmente pendant l'absorption, passe par un maximum, puis diminue pendant l'élimination. La demi-vie d'élimination est la durée au bout de laquelle la concentration a diminué de moitié. Si l'exposition se répète avant que la substance soit éliminée, elle s'accumule. Exemple : la chlordécone, pesticide employé aux Antilles de 1973 à 1993, a dans le sang humain une demi-vie de l'ordre de cinq mois (sujet du bac ST 2S 2026).

Doses, faibles doses et réglementation

Pour protéger la santé, la réglementation fixe des valeurs à ne pas dépasser : doses journalières admissibles, limites de qualité de l'eau, valeurs limites dans l'air. Les faibles doses, sans effet visible à court terme, s'évaluent sur une exposition répétée et sur des effets à long terme (cancers, perturbation hormonale). Exemple : l'eau du robinet ne doit pas contenir plus de 0,10 µ$g/L$ de chaque pesticide (arrêté du 11 janvier 2007) ; cette limite protège la ressource en eau, elle n'est pas un seuil de toxicité.

Les erreurs à éviter en chimie, biologie et physiopathologie humaines

• ✗ Croire que l'IRM utilise des rayons X.

  ✓ Elle utilise un champ magnétique et des radiofréquences, non ionisantes ; les rayons X servent à la radiographie et au scanner.

• ✗ Confondre l'activité (Bq) et la dose (Gy, Sv).

  ✓ L'activité compte les désintégrations par seconde de la source ; la dose mesure l'énergie reçue par l'organisme et ses effets.

• ✗ Penser qu'une baisse de pH de 0,1 est négligeable.

  ✓ L'échelle de pH est logarithmique : la concentration en ions oxonium est multipliée par $10^{0{,}1} \approx 1{,}26$.

• ✗ Croire qu'une substance très diluée dans l'eau est forcément sans danger.

  ✓ Par bioaccumulation, elle peut atteindre des concentrations bien plus élevées dans les poissons, puis chez ceux qui les mangent.

Sais-tu répondre à ces questions ?

Les corrigés détaillés sont dans le quiz du chapitre.

1. Quelles ondes l'imagerie par résonance magnétique (IRM) utilise-t-elle ?
2. Quel est le but d'une radiothérapie ?
3. Pourquoi la durée d'élimination d'un produit de contraste est-elle un critère de choix ?
4. Face à une source radioactive, quelle attitude protège le manipulateur ?
5. Le long d'une chaîne alimentaire, la concentration d'une substance bioaccumulable…