Effets des rayonnements électromagnétiques sur le vivant/Effets des ultraviolets sur le vivant

Les ultraviolets, rayonnements électromagnétiques situés juste après le violet de la lumière visible, (d’où leur nom signifiant « au-delà du violet »), sont des rayonnements invisibles et imperceptible par nos sens. Pourtant ils sont omniprésents et nous sommes y sommes quotidiennement exposés. Émis en plus grosse partie par le soleil (5 % de son énergie) ils peuvent être aussi émis par des lampes. Ils ont été découverts par le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter d’après leur action chimique sur le chlorure d’argent. Les rayons ultraviolets sont décomposés en trois types distincts en fonction de leur position et longueur d’onde sur le spectre électromagnétique. On trouve ainsi les UV-A, les UV-B et les UV-C.

Effets des rayonnements électromagnétiques sur le vivant

• Préface
• Nature des rayonnements électromagnétiques
• Effets des ultraviolets sur le vivant
• Effets des rayons X sur le vivant
• Effets des rayons gamma sur le vivant
• Effets des micro-ondes sur le vivant
• Conclusion
• Annexes
• Sources
• Iconographie

Fig. 22 : Schéma simplifié de la structure de la peau

• Les UV-A sont les plus faibles des UV au niveau de l’énergie, mais ils pénètrent plus profondément dans la peau, jusqu'au derme superficiel. Ce sont les UV qui se rapprochent le moins des ionisants. Ils se trouvent à la limite de la lumière visible, à une longueur d'onde de 400 à 315 nm.
• Les UV-B eux, ne sont que partiellement filtrés par l'atmosphère et, arrivant à la surface du corps, ils sont arrêtés par la couche cornée et ne traversent que l'épiderme ; ils n'atteignent pas le derme et ont une longueur d'onde allant de 315 à 280 nm.
• Les UV-C, situés juste après les rayons X ont une longueur d’ondes de 280 à 100 nm, ils sont les plus nocifs, les plus énergétiques (longueur d’onde plus faible) mais sont arrêtés presque en totalité par la couche d’ozone qui les absorbe. D’où l’importance de celle-ci.

Nous sommes amené à savoir en quoi ces rayonnements peuvent affecter notre vivant.

Effets

Synthèse de la vitamine D

La vitamine D est nécessaire à la croissance et pour cela de faibles doses d'ultraviolets sont nécessaires à sa synthèse. Les ultraviolets qui interviennent ici principalement sont les UV-B. La vitamine D est une vitamine liposoluble synthétisée par l'organisme lorsque les stérols, composants alimentaires courants, migrent vers la peau et sont transformés sous l'effet des rayons ultraviolets de la lumière. La vitamine D est synthétisée à partir d'un dérivé du cholestérol sous l'action des rayonnements ultraviolets du soleil. Elle existe sous deux formes: D₂ (ergocalciférol) et D (cholécalciférol). La vitamine D intervient dans l'absorption du calcium et du phosphore par les intestins, ainsi que dans leur réabsorption par les reins, sous l'influence de la PTH. Ses effets sont contrebalancés par la calitonine.

Structure et métabolisme de la vitamine D

Fig. 23 : Structure de la vitamine D2

La vitamine D se forme surtout quand nous exposons notre corps au soleil (héliothérapie). Au niveau de la peau, les rayons ultraviolets permettent la formation de vitamine D à partir de dérivés du cholestérol présents normalement dans l'organisme. Cette source est donc très variable selon l'exposition au soleil (saisons, brouillard, région, habillement), l'épaisseur et la pigmentation de la peau. Il n'y a, en théorie, jamais de surdosage en vitamine D lors d'une exposition au soleil.

La vitamine D₂ ou ergocalciférol est un produit d'irradiation de l'ergostérol par les rayons ultraviolets. La vitamine D apportée par l'alimentation, est partiellement absorbée dans la partie terminale de l'intestin grêle, en émulsion avec les sels biliaires. Après absorption, elle est transportée par l'alimentation au niveau de certains organes où elle est stockée. On peut souffrir de carences vitaminiques en cas d'obstruction de la voie biliaire ou de malabsorption des graisses alors qu'il est possible de prévenir le rachitisme par des doses discontinues de vitamine D.

Structure de la vitamine D

Fig. 24 : Structure de la vitamine D3

Si l'apport extérieur est insuffisant, l'organisme synthétise lui-même la vitamine D à partir de dérivés du cholestérol. Grâce à l'action des ultra-violets de la lumière, un des cycles du 7-déhydro-choléstérol est cassé. La molécule s'isomérise spontanément en cholécalciférol encore inactif. S'ensuit (au niveau du foie) une première hydroxylation sur le carbone 25 par l'enzyme 25-hydroxylase, ce qui donne du 25-hydroxy-cholécalciférol qui est toujours inactif. La véritable vitamine D résulte d'une nouvelle hydroxylation (au niveau du rein) de la molécule sur le carbone 1. Cette dernière réaction est catalysée par l'enzyme 1-alpha-hydroxylase. On obtient alors le 1,25 dihydroxy-cholécalciférol ou vitamine D. C'est donc un alcool auquel on a rajouté deux groupement hydroxyles, donc un triol: le calcitriol.

De façon simple, si l'apport extérieur en vitamine D est insuffisant, l'organisme la synthétise lui-même. En effet, notre peau contient le précurseur de la vitamine D : le 7-déhydrocholestérol. Ce précurseur thyroïdien, sous l'action des rayons solaires, se convertit en cholécalciférol .Celui-ci est inactif. Deux étapes sont nécessaires pour le rendre actif. La première a lieu dans le foie où il obtient un groupement hydroxyle (=OH). La deuxième transformation se déroule dans les reins où la molécule reçoit un deuxième groupement hydroxyle régulé par la parathormone (hormone peptidique) La molécule formée est le calcitriol, forme active de la vitamine D.

En résumé, pour obtenir la structure de la vitamine D₃, ajoutez un groupement hydroxyle (-OH) sur les carbones 1 et 25, ainsi, vous aurez du 1,25 alphadihydroxycholécalciférol, alias vitamine D₃ ou calcitriol. La vitamine D₃ ou cholécalciférol est la vitamine naturelle: elle est concentrée dans les huiles de foie comme le poisson. Tous les laits en sont pauvres.

Problèmes rencontrés quand il y a une carence en vitamine D

Une exposition régulière au soleil garantit, chez la plupart des personnes, une bonne réserve en vitamine D; une carence en vitamine D peut toutefois survenir dans certaines situations dans lesquelles la vitamine D sera utilisée en usage préventif. Les principaux groupes à risque sont les suivants :

• Les personnes âgées séjournant en institution et les personnes très âgées en général.
• Les personnes à peau foncée ou noire.
• Les enfants nourris au sein. Le lait maternel contient en effet relativement peu de vitamine D. Les laits artificiels sont toujours enrichis en vitamine D.
• Les personnes peu exposées au soleil pour des raisons médicales ou religieuses.
• Les mois d'hiver pour les latitudes froides car les UVA responsables de la synthèse de la vitamine D sont absents ou plus assez nombreux.

La vitamine D obtenue par l'exposition au soleil est toutefois présente durant les 2 mois suivant l'exposition grâce à des réserves faites par l'organisme. Il est à noter que cette caractéristique fait que beaucoup de personne ressentent une faiblesse musculaire entre janvier et avril car durant les mois d'octobre à avril, les UVA responsables de la synthèse de vitamine D ne sont plus assez présents. Une carence en vitamine D provoque une faiblesse et des douleurs musculaires ou de la fatigue et, à un stade plus avancé, une ostéomalacie chez l'adulte et un rachitisme chez l'enfant. Elle pourrait augmenter le risque de fracture bien que la supplémentation en vitamine ne semble diminuer que marginalement ce risque.

Dans certaines situations comme une insuffisance rénale, il est nécessaire d'augmenter artificiellement les apports alimentaires de vitamine D. Ceci se fait à partir des préparations pharmaceutiques qui permettent un dosage précis des apports de vitamines D (1 mg de vitamine D = 40 000 unités, correspondant, suivant les marques, soit à de la vitamine D₂, soit à de la vitamine D₃). Une personne en bonne santé ayant une alimentation variée et une exposition normale au soleil n'a habituellement pas besoin de supplément en vitamine D, sauf si elle a la peau noire ou foncée.

Avantages de la vitamine D

Les femmes qui ont le plus de vitamine D dans le corps auraient des télomères plus longs que celles qui manquent de cette vitamine ce qui pourrait avoir des effets bénéfiques sur le vieillissement.

Interactions avec l'ADN

Fig. 25 : Un dimère de thymine

Les radiations ultraviolettes peuvent altérer l’ADN des cellules. C’est l’absorption des photons par l’ADN qui conduit à la formation d’une lésion de la double hélice. En effet, le photon ultraviolet apporte suffisamment d'énergie pour créer un dimère de thymine(cf fig 23). Mais cette liaison ne se produit pas par hasard le long de l’ADN. Sa localisation semble dépendre de l’ordre et de l’enchainement des bases azotés. Il faut également savoir que les ultraviolets agressent plus facilement les bases de l’ADN -en les oxydant- lorsque ces dernières sont intégrées dans la structure en double hélice que lorsqu’elles sont isolées. La présence de ces dimères perturbe le fonctionnement cellulaire et provoque la mort de cellules, c'est-à-dire l’apoptose.

Les UVA, s’ils ne lèsent pas directement l’ADN, contribuent à la venue de mutations par l’intermédiaire de la formation de radicaux libres oxydants. Ceux ci sont donc responsables de la détérioration des lipides, des protéines ainsi que de la destruction des fibres de collagène et d'élastine entre autres.

Fig. 26 : Position du gène p53 sur le chromosome 17

Fig. 27 : Action des ultraviolets sur le gène p53

De nombreuses études ont été menées et ont montré que plusieurs gènes peuvent être mutés suite à une exposition prolongée aux ultraviolets. C’est notamment le cas du gène p53 ou encore le gène p16. Le gène p53 du chromosome 17 est le gène le plus fréquemment muté dans tous les cancers de la peau et dans la moitié des cancers de la peau non mélaniques. Gardien du génome, p53 est capable d’arrêter le cycle cellulaire pour permettre la réparation et d’orienter la cellule vers la mort cellulaire si elle est trop endommagée. Les mutations de ce gène causées par les UV sont très précoces; elles surviennent avant même l’apparition du cancer et on les retrouve dans les lésions précancéreuses. La mutation du gène p16 situé sur le chromosome 4 est le deuxième événement retrouvé dans les cancers cutanés. Ce gène est impliqué dans le mélanome familial et joue un rôle important dans les autres tumeurs de la peau, notamment dans les cancers épithéliomas spino cellulaires. Concernant la réparation de l’ADN, les rayons UV peuvent affecter les enzymes qui aident à sa réparation ce qui engendre alors l’altération.

Bronzage, coups de soleil, vieillissement

Le bronzage est à la fois une protection et une cicatrice. Le bronzage est le signal de certaines cellules à cause d'une forte exposition aux UV. En effet cela est du à la multiplication des mélanocytes de la peau et des grains de mélanine. Les mélanocytes sont des cellules qui barrent la route aux UV en secrétant de la mélanine, pigment protecteur. Cette photoprotection qu'est le bronzage est à peu près efficace essentiellement pour les personnes produisant de la mélanine noire - qui permet le brun de la peau bronzée -. Pour les roux par exemple, ayant la peau la claire la protection est beaucoup plus faible… L'exposition au soleil engendre également l'épaississement de l'épiderme par l'action des UV-B. Ce qui fait une protection de plus. Cette protection est relativement faible face aux UV-A qui traversent la peau bronzée et peuvent causer des dommages cellulaires importants. À chaque exposition solaire, le capital solaire diminue entamant sa capacité à se protéger. La capacité à bronzer n'est donc pas infinie.

Fig. 28 : Schéma de la peau vue en coupe

Le coup de soleil est le plus connu et le plus immédiat des effets du rayonnement ultraviolet sur la peau. L'absorption des ultraviolets par les cellules les endommage. À cause de cela, notre corps cherche à réparer les dégâts. Il y a donc plus de sang qui parvient dans la zone où le Soleil a frappé. C’est donc d'une inflammation causée par un accroissement du débit sanguin sous la peau à cause des cellules qui libèrent des molécules. Ces molécules vont finalement dilater les vaisseaux sanguins. De plus la production de radicaux libres (molécules instables produites en permanence par le corps) joue aussi un rôle fondamental dans les dégâts provoqués par le soleil. Ces radicaux libres agressent les cellules et provoquent également le coup de soleil. La réaction n'est habituellement pas instantanée, mais la peau prend une coloration rouge vif dans les 15 à 20 heures qui suivent l'exposition. Les coups de soleil peuvent être douloureux et, éventuellement, entraîner la desquamation de la peau. Une exposition brève et intense peut causer un coup de soleil grave chez les personnes qui n'ont pas l'habitude de s'exposer à une lumière solaire intense. Il est d'ailleurs prouvé que de telles expositions, tout comme les expositions prolongées, peuvent être liées à la manifestation de formes graves de cancer de la peau, plus tard, au cours de la vie.

La lumière solaire est responsable en partie de l’apparition des rides ; En effet, les rayons UV peuvent briser le collagène du derme en endommageant ses fibres. La cicatrisation sera réalisée par l’accumulation excessive de l’élastine, fibre qui assure la souplesse et l’élasticité de la peau, la privant ainsi de sa surface lisse et formant des rides. Les fibres du collagène désorganisées témoignent une « cicatrice solaire » et au fil des années, les élastines se cassent littéralement et ne se réparent pas, d’où la peau qui vieillit malheureusement.

Cancers

Tout d’abord il semble bon de définir ce qu’est un cancer, donc ce n’est autre qu’un groupe de cellules qui refusent de mourir et qui persistent à se reproduire malgré le fait que leur patrimoine génétique soit abîmé. Il faut savoir que les UV sont le cancérigène le plus puissant chez l’homme. Les cancers apparaissent généralement sur les parties du corps surexposées au rayonnement solaire, soit le front, les joues, le nez, la lèvre inférieure et l'extrémité supérieure des oreilles. Nous allons approfondir sur le mélanome malin qui est le plus redoutable. L'exposition au soleil peut engendrer trois principaux types distincts de cancer qui sont le résultat de l'altération des cellules :

• Le mélanome malin, qui est le plus dangereux en dépit de sa rareté
• le carcinome basocellulaire
• l'épithélioma spinocellulaire

Même s’ils sont capables d’envahir les tissus voisins, ces cancers ne donnent que très exceptionnellement naissance à des métastases (cellules cancéreuses) et se guérissent a 98 % -à l'exception du mélanome malin-. Ce sont les principalement les UV-B qui provoquent ces cancers.

Mélanome malin

Il est le résultat des mélanocytes qui se mettent à proliférer de façon anarchique, d’ abord dans l’épiderme, puis dans le derme, d’où elles gagnent la circulation sanguine générale et entraînent en dernier lieu la formation de métastases. Il se présente souvent sous la forme d'un grain de beauté ou d'une tache pigmentaire qui se met soudainement à saigner ou change de couleur, de forme ou de texture. En l'absence d'un traitement précoce, le mélanome malin va généralement se propager. La nature exacte du lien entre le mélanome malin et la lumière solaire n'est pas entièrement élucidée. Cependant, il semble que, chez les personnes qui n'ont pas l'habitude de s'exposer au soleil, le risque de contracter un mélanome malin soit accru à la suite d'expositions brèves et intermittentes à une lumière solaire intense. Le mélanome malin peut être traité et guéri s'il est diagnostiqué à un stade précoce. En revanche, si le traitement est amorcé à un stade avancé de la maladie, ce cancer est souvent mortel.

Carcinome basocellulaire

Le carcinome basocellulaire est le plus répandu de tous les cancers en Amérique du Nord et en Europe. Il s'attaque généralement aux parties de la peau exposées fréquemment au soleil, mais il arrive aussi qu'il se manifeste en d'autres endroits. Ce type de cancer ressemble à une plaie saillante, dure, d'un rouge franc ou grisâtre et d'aspect perlé, qui se forme le plus souvent sur le front, les paupières, les joues, le nez et les lèvres. Même s'il subsiste un risque qu'il s'aggrave, en général, le carcinome basocellulaire ne se propage pas et, dans la plupart des cas, il se traite et se guérit facilement.

Épithélioma spinocellulaire

L' épithélioma spinocellulaire se manifeste le plus souvent lorsque la peau a été exposée au soleil pendant de longues périodes. Ainsi, ce type de cancer de la peau apparaît généralement sur les parties du corps surexposées au rayonnement solaire, soit le front, les joues, le nez, la lèvre inférieure et l'extrémité supérieure des oreilles. En outre, il prend généralement naissance là où la peau a subi des lésions dues au soleil, c'est-à-dire là où des imperfections et des taches de rousseur causées par le soleil sont présentes. Les imperfections évoluent, prenant l'aspect de plaques rugueuses et squameuses présentant de petites lésions qui ne cicatrisent pas et qui, éventuellement, s'agrandissent et deviennent croûteuses. L' épithélioma spinocellulaire peut être extirpé et, s'il est décelé à temps, les chances de guérison totale sont bonnes. Dans sa forme la plus grave, il s'attaque aux muqueuses telles les lèvres.

Conséquences sur les yeux

Fig. 29 : Pénétration des rayonnements ultraviolets dans l'œil

Les UV-A sont les plus dangereux pour les yeux car ils atteignent le cristallin chez l’adulte et peuvent atteindre la rétine chez l’enfant, les UV-B eux endommagent les cellules de la cornée et du cristallin. Plus généralement les UV, en opacifiant le cristallin, provoquent des cataractes. La cataracte est donc une opacification du cristallin, la lentille qui permet la formation de l'image sur la rétine. C'est la première cause de cécité dans le monde, car pour y remédier il faut recourir à une intervention chirurgicale coûteuse. Le cristallin, cette lentille biologique, possède une structure en pelure d'oignon, dont chaque feuillet est constitué d'un réseau de protéines dites " cristallines " qui glissant les unes sur les autres et permettent l’accommodation, c'est-à-dire le réglage de notre vue en fonction de la distance de l'objet regardé. Une irradiation UV solaire trop importante, en solidifiant les ponts chimiques entre ces protéines, empêche l'accommodation et cause des presbyties de plus en plus nombreuses.

Conclusion

Comme nous l’avons vu les ultraviolet ont des conséquences diverses, autant positives que négatives. Mais il faut surtout retenir qu’ils sont indispensables à la vie, en effet le rôle qu’ils jouent sur la synthèse de la vitamine D est très important et en outre, des recherches approfondies suggèrent aussi que l'exposition solaire joue un rôle crucial dans la prévention voire l'inhibition de certains cancers tels ceux du sein, de la prostate, des ovaires, du côlon et du sang…

Si le trou de la couche d’ozone s’agrandit de plus en plus, les UV-C n’auront plus de mal à passer à travers et nous aurons des craintes à avoir sur la protection. Il faut donc préserver la couche d’ozone et se protéger des UV à laide de lunettes, tee-shirts et crème solaire avec indice adaptés.

Effets positifs	Effets négatifs
Photoprotection (bronzage)	Brûlures superficielles, conjonctivites, cataractes
Synthèse de la vitamine D	Maladies du système immunitaire
	Cancers
	Accélération du vieillissement de la peau