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Qu'est-ce que la demi-vie ?
Un atome dont le noyau est instable subit une désintégration radioactive pour atteindre la stabilité en libérant des rayonnements alpha, bêta ou gamma. Un nucléide dont le noyau est instable est appelé radionucléide ou radio-isotope. Le moment de la désintégration ne peut pas être prédit avec précision car il s'agit d'un processus aléatoire, et il est donc impossible de prédire quand un noyau instable se désintégrera. Plusieurs radio-isotopes existent naturellement dans la nature, mais les autres sont créés artificiellement dans les réacteurs nucléaires.
Cependant, si nous disposons d'un grand nombre d'atomes, nous pouvons prédire que la désintégration se produira quelque part dans l'échantillon. Donc, si nous pouvons chronométrer le temps nécessaire à la désintégration de la moitié du nombre d'atomes de l'échantillon, nous avons une mesure de sa demi-vie.
En traçant le temps qu'il faut pour que notre échantillon diminue de moitié à chaque fois, nous obtenons un graphique similaire à celui ci-dessous :
N est le nombre de noyaux restant dans l'échantillon, tandis que T est le nombre de demi-vies. Dans le graphique, il y a un total de 5 demi-vies,T1/2 étant le symbole de la demi-vie, et nT étant le nombre de demi-vies écoulées. 2T signifie donc après deux demi-vies.
Il est également important de garder à l'esprit que le taux de désintégration radioactive n'a aucun rapport avec l'état physique du radionucléide, sa composition chimique dans laquelle le noyau est lié, et les facteurs extérieurs tels que la température ou la pression. Le graphique ci-dessous indique la quantité d'un échantillon radioactif en rose restant après plusieurs demi-vies.
Pourquoi la demi-vie est-elle importante ?
La demi-vie peut être utilisée pour calculer le temps qu'il faudrait pour que la moitié des atomes qui n'ont pas encore changé se désintègrent. Considère l'équation ci-dessous :
\[N = N_0 (\frac{1}{2})^{\frac{t}{t_{1/2}}\]
- N = nouvellequantité de substance radioactive après décomposition.
- N0 = quantité initiale.
- t = temps écoulé pour la décomposition.
- t1/2 = demi-vie.
La demi-vie effective des produits radiopharmaceutiques à usage médical.
Le choix des radionucléides pour l'imagerie et la thérapie médicales dépend principalement de leurs propriétés chimiques, biologiques et physiques.
Les radionucléides doivent être chimiquement adaptés pour pouvoir se lier aux molécules en tant que produit pharmaceutique. D'un point de vue biologique, le produit radiopharmaceutique doit être acceptable pour ne pas entraver les fonctions quotidiennes du corps tout en s'accumulant dans l'organe à évaluer. Enfin, le radionucléide doit avoir les bonnes propriétés physiques, telles que le type de rayonnement, la durée de la demi-vie et son énergie.
Demi-vie physique
En médecine, la demi-vie d'un radionucléideT1/2 est appelée sa demi-vie physique Tp . Les valeurs de demi-vie de certains radionucléides médicaux couramment utilisés et utilisables sont indiquées dans le tableau ci-dessous.
| Radionucléide | Demi-vie physiqueTP |
| Technétium-99 | 6,01 heures |
| Indium-111 | 2,81 jours |
| Iode 123 | 13,27 heures |
| Iode-125 | 59,41 jours |
| Tritium | 12,3 ans |
| Radium-226 | 1600 ans |
| Fluor-18 | 109,8 minutes |
| Yttrium-90 | 2,69 jours |
Demi-vie biologique
Le radionucléide est fusionné dans un composé chimique qui donne naissance à un produit radiopharmaceutique. Les produits radiopharmaceutiques sont des radio-isotopes qui se combinent avec des molécules biologiques pour cibler des organes, des tissus ou des cellules spécifiques du corps. Par le biais des processus quotidiens de respiration, d'urination ou de défécation, la concentration d'un produit radiopharmaceutique dans le corps diminuera naturellement de façon exponentielle avec le temps, ce qui est connu sous le nom de demi-vie biologiqueTB.
Formule de demi-vie effective
La demi-vie effective correspond à l'excrétion biologique ainsi qu'à la désintégration radioactive après qu'un produit radiopharmaceutique a pénétré dans l'organisme. La demi-vie effective peut être représentée comme suit :
\[\frac{1}{T_E} = \frac{1}{T_B} + \frac{1}{T_P}\].
- TE = Demi-vie effective.
- TB = Demi-vie biologique.
- TP = Demi-vie physique.
En réarrangeant ce qui précède, on obtient
\[T_E = \frac{T_P \cdot T_B}{T_P + T_B}\]
Lorsque l'on compare la demi-vie effective et la demi-vie physique, il faut garder à l'esprit que la demi-vie effective comprend à la fois la demi-vie physique et la demi-vie biologique.
Facteurs affectant la demi-vie des radionucléides utilisés en médecine
La demi-vie effective peut changer en fonction de la demi-vie biologique, car elle dépend de la santé et du métabolisme général de la personne. Cela dit, la demi-vie effective sera toujours inférieure à la demi-vie physique parce que le nucléide est rapidement éliminé du corps en raison des processus biologiques de respiration, d'urination et de défécation.
La demi-vie physique d'un radionucléide reste cependant la même et n'est pas affectée.
La demi-vie biologique de l'iode 123 est de 5,5 heures et sa demi-vie physique est de 13,27 heures. Quelle est la demi-vie effective de l'iode 123 dans le corps ?
En entrant les valeurs dans la formule, on obtient :
\(T_E = \frac{T_P \cdot T_B}{T_P + T_B}\)
\(T_E = \frac{5,5 \cdot 13,27}{5,5 + 13,27} = 3,89 \space heures\)
Demi-vie effective - Principaux enseignements
- Un nucléide dont le noyau est instable est appelé radionucléide ou radio-isotope.
- Nous disposons d'une mesure de la demi-vie si nous pouvons obtenir une estimation globale du temps nécessaire à la désintégration de la moitié des atomes d'un échantillon.
- Le graphique de la demi-vie est un graphique à décroissance exponentielle.
- En médecine, la demi-vie d'un radionucléideT1/2 est appelée sa demi-vie physique Tp.
- La concentration d'un produit radiopharmaceutique dans l'organisme diminue naturellement de façon exponentielle avec le temps, ce que l'on appelle la demi-vie biologiqueTB.
- La demi-vie effective correspond à l'excrétion biologique ainsi qu'à la désintégration radioactive après la pénétration d'un produit radiopharmaceutique dans l'organisme.
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