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La Recherchev2

Les effets biologiques des expositions chroniques à des radionucléides et leurs impacts sur la santé

(janvier 2011)

DES RECHERCHES permettant d'évaluer les risques liés à des radionucléides et leurs impacts sur la santé

Le programme de recherche expérimentale ENVIRHOM-Santé ou Comprendre les effets d’une contamination chronique à faibles doses de radionucléide sur la santé

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Ingestion chronique de césium 137 en situation post-accidentelle

La biocinétique du césium chez les rongeurs

Actuellement, le devenir du césium-137 chez l'homme après ingestion chronique est prédit par extrapolation des données disponibles sur le potassium du fait de la similitude de comportement biologique de ces deux éléments (Leggett et al., 2003). De plus, les modèles biocinétiques de la CIPR (ICRP 1989) actuellement utilisés pour les calculs de risque sanitaire considèrent que les situations d'expositions chroniques sont assimilables à une somme d'expositions aiguës à faible concentration. Cependant, des résultats antérieurs du laboratoire sur la biocinétique de l'uranium (Monleau et al., 2005) ont déjà montré que ces hypothèses pouvaient être mises en défaut. Les premières études sur le césium-137 ont donc cherché à préciser sa biocinétique après ingestion chronique dans deux modèles de rongeurs, le rat et la souris.

Chez la souris, un modèle de contamination in utero suivi d'une contamination par ingestion jusqu'à l'âge de 20 semaines a été utilisé (Bertho et al., 2010). Les parents ont été contaminés via l'eau de boisson avec une concentration unique de 20 KBq.l-1 de césium-137, quinze jours avant accouplement. Cette concentration de césium-137 permet une ingestion quotidienne de 76,5 ±18,9 Bq par jour et par animal. Le délai de quinze jours permet, d'après la littérature, d'atteindre un équilibre entre ingestion et excrétion, bien que ce point reste à vérifier en situation d'ingestion chronique. L'atteinte de cet équilibre a pu être confirmée par la mesure de césium-137 dans les muscles et le foie des mères au moment du sevrage des descendants.

La concentration de césium-137 a ensuite été mesurée par métrologie gamma dans les organes des descendants à différents temps (de la naissance jusqu'à 20 semaines). Les concentrations de césium-137 mesurés varient de 1,8 ±0,3 Bq.g-1 dans le sang jusqu'à 27,8 ± 3,3 Bq.g-1 dans les muscles, sans aucune différence significative entre les mâles et les femelles. Cette variabilité montre que le césium-137 s'accumule plus particulièrement dans les muscles (figure ci-dessus), mais aussi dans les reins (11,8 ±3,1 Bq.g-1 à 20 semaines) et le cœur (9,6 ±3,2 Bq.g-1 à 20 semaines). Les autres organes (poumons, rate, os, thymus, peau) présentent tous une concentration moyenne de césium-137 aux environs de 5 Bq.g-1. Il faut noter que dans la plupart des organes, sa concentration atteint rapidement un plateau, en général à l'âge de 3 semaines, c'est-à-dire au moment du sevrage des descendants. Seuls les reins et les muscles montrent une accumulation continue du césium-137 jusqu'à l'âge de 6 et 12 semaines respectivement. Cette variabilité montre que le césium-137 s'accumule plus particulièrement dans les muscles (figure ci-dessus), mais aussi dans les reins (11,8 ±3,1 Bq.g-1 à 20 semaines) et le cœur (9,6 ±3,2 Bq.g-1 à 20 semaines). Les autres organes (poumons, rate, os, thymus, peau) présentent tous une concentration moyenne de césium-137 aux environs de 5 Bq.g-1. Il faut noter que dans la plupart des organes, sa concentration atteint rapidement un plateau, en général à l'âge de 3 semaines, c'est-à-dire au moment du sevrage des descendants. Seuls les reins et les muscles montrent une accumulation continue du césium-137 jusqu'à l'âge de 6 et 12 semaines respectivement.

D'autres aspects de la biocinétique du césium-137 en situation d'ingestion chronique ont été abordés chez le rat (Tourlonias et al., 2010). Un modèle d'ingestion chronique chez l'adulte (avec début de contamination à 3 mois) a été comparé à un modèle juvénile avec une contamination commençant soit à la naissance soit au sevrage. Les résultats montrent dans le modèle juvénile une augmentation de la charge corporelle totale qui est associée à la fois à l'augmentation de l'ingestion après le sevrage et à la prise de poids en fonction de l'âge. En revanche, la charge corporelle totale chez les rats adultes n'est pas modifiée par la durée de l'ingestion chronique. Ces résultats confirment que le césium-137 n'est pas accumulé au cours du temps chez les animaux en situation d'ingestion chronique (en dehors de la période de croissance des animaux juvéniles) et qu'un équilibre s'instaure en quelques semaines entre la quantité de césium-137 ingéré quotidiennement et la charge corporelle totale,

figure 1

figure 1

figure 1 : Evolution de la concentration en césium-137 dans les muscles, les reins et le foie chez les souris mâles et femelles en fonction du l’âge. Aucune différence significative n’est observée entre les sexes. Par contre, une augmentation significative de la concentration en césium-137 en fonction de l’âge des animaux est observée dans les muscles (jusqu’à 12 semaines) et les reins (jusqu’à 6 semaines), mais pas dans les autres organes comme le foie montré ici comme exemple (test ANOVA à deux paramètres).

L’analyse de la concentration de césium-137 dans les organes des rats aboutit à des conclusions similaires à celles tirées des expériences chez la souris. En effet, le césium-137 est retrouvé en concentrations comprises entre 0,54 ± 0,14 Bq.g-1 dans le sang jusqu’à 13,7 ± 2,9 Bq.g-1 dans les muscles striés, avec une augmentation de la concentration en césium-137 en parallèle avec la croissance de l’animal durant les trois premiers mois de la vie.

Cependant, il faut noter deux observations faites au cours de cette étude :

  • Le système nerveux central ne montre pas d’accumulation particulière de césium-137, sauf dans les bulbes olfactifs, dans lesquels une augmentation de la concentration en césium-137 est observée en fonction de la durée de contamination, particulièrement chez les juvéniles. Cette accumulation différentielle du césium-137 dans les bulbes olfactifs est probablement liée à l’activité de reniflement des animaux et suggère l’existence d’une voie de contamination directe au travers de l’épithélium olfactif, comme ceci a été décrit pour l’inhalation d’autres éléments (Monleau et al., 2005).

 

  • La thyroïde contient une concentration de césium-137 supérieure à ce qui a été observé dans les autres organes, en particulier chez les adultes (Tourlonias et al., 2010). De façon intéressante, la concentration de césium-137 dans ce tissu diminue avec la durée de contamination, passant de 17,9 ± 6,9 Bq.g-1 après 1 mois de contamination à 4,7 ± 1,5 Bq.g-1 après 9 mois de contamination. Cette diminution en fonction de la durée de contamination a également été observée dans le modèle juvénile. Ceci pourrait être expliqué par un transport du césium par la pompe Na+/K+ ATPase-dépendante et une variation de l’activité des cellules folliculaires de la thyroïde en fonction de l’âge des animaux. Quelque soit le mécanisme impliqué, cette accumulation de césium-137 dans la thyroïde, qui est un organe particulièrement radiosensible, devrait être prise en compte dans les risques sanitaires associés à l’ingestion chronique de césium-137.

 

Il faut noter que ce modèle d’ingestion chronique de césium-137 via l’eau de boisson semble être en accord avec les données d’ingestion chronique déterminées dans les territoires contaminés. En effet, l’ingestion quotidienne de césium-137 chez la souris (environ 80 Bq/jour/animal) ou chez le rat (environ 190 Bq/jour/animal) se situe dans la fourchette basse des estimations d’ingestion quotidienne chez l’homme (estimée entre 100 et 2100 Bq/jour)(Cooper et al., 1992, Handl et al., 2003). La charge corporelle moyenne qui en résulte est comprise entre 4 et 15 Bq.g-1 chez la souris et entre 4 et 7 Bq.g-1 chez le rat. Ces valeurs sont à comparer avec les valeurs mesurées chez l’homme, entre 1x10-3 et 10 Bq.g-1, en fonction du régime alimentaire et en particulier en fonction de la consommation de champignons (Handl et al., 2003). Cette concentration de césium-137 dans les tissus de rongeurs similaire à celle observée chez l’homme pour une ingestion quotidienne plus faible est probablement lié au métabolisme plus rapide des rongeurs par rapport à l’homme. Cependant, cette comparaison montre que le modèle d’ingestion chronique via l’eau de boisson utilisé dans ces études peut être considéré comme représentatif de la situation des populations vivant sur les territoires contaminés par l’accident de Tchernobyl.

Globalement, les résultats obtenus chez la souris comme chez le rat sont en accord avec les modèles biocinétiques actuels qui proposent une absence d’accumulation de césium-137 dans les tissus et sur lesquels sont basés les calculs de risque sanitaire pour des populations exposées. Cependant, il faut noter l’accumulation de césium-137 dans les muscles durant la croissance des animaux juvéniles avec des implications possibles sur la croissance des animaux et l’accumulation de césium-137 dans la thyroïde, ce qui pourrait augmenter les risques de cancer dans cet organe.

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