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Même si l’exposition quotidienne au son et à la lumière visible présente peu de risques, les rayonnements ionisants, tels que les rayons X, les ultraviolets à ondes courtes et les produits de désintégration radioactive, possèdent suffisamment d’énergie pour éliminer les électrons des atomes. Ces particules à haute énergie peuvent perturber les molécules biologiques, ce qui les rend les plus dangereuses pour la santé humaine.
Le rayonnement de fond provenant de sources naturelles (roches, minéraux et rayons cosmiques) imprègne notre environnement. La plupart des organismes ont développé des mécanismes pour réparer les lésions occasionnelles de l’ADN qu’ils provoquent. Lorsque l'exposition dépasse de loin ces niveaux de fond, la machinerie de réparation cellulaire peut être submergée, entraînant des lésions à la fois somatiques et génétiques.
Les rayonnements ionisants brisent les liaisons chimiques et induisent des radicaux libres qui altèrent les protéines, les lipides et les acides nucléiques. Le mauvais repliement ou la fragmentation des macromolécules qui en résulte compromet la fonction cellulaire et, dans les cas graves, déclenche l'apoptose ou la nécrose.
Une lésion tissulaire importante se manifeste de manière dose-dépendante. Selon une étude du laboratoire Jefferson, une dose à court terme de 200 à 300 rads produit des réactions cutanées comparables à un coup de soleil, souvent accompagnées d'alopécie. Des doses supérieures à 1 000 rads provoquent des troubles gastro-intestinaux, notamment des nausées, des vomissements et un déséquilibre électrolytique, tandis que des expositions supérieures à 5 000 rads peuvent choquer le système nerveux, entraînant une confusion, une perte de coordination ou un coma dû à une hémorragie intracrânienne et à une augmentation de la pression intracrânienne. À long terme, les radiations à haute dose augmentent le risque de tumeurs, de cancer et de cataractes.
Bien que les rayonnements ionisants puissent introduire des mutations dans l'ADN, des études de l'Université de Princeton indiquent que l'incidence des troubles héréditaires attribuables à une telle exposition chez l'homme est inférieure à quelques pour un million de naissances vivantes. Néanmoins, le développement embryonnaire est particulièrement sensible. Les femmes enceintes exposées à des rayonnements importants, en particulier au cours du premier trimestre, sont confrontées à des risques accrus d'anomalies du développement neurologique, de retard mental et d'autres problèmes graves. La FDA conseille donc de limiter autant que possible les radiographies diagnostiques et les études de médecine nucléaire chez les patientes enceintes.