Facteurs de stress multiples   un défi pour le futur

Editorial

      Les polluants environnementaux tels que les oligo-éléments métalliques, les produits organiques et les radionucléides interviennent rarement de façon isolée. Les sources contribuant à la contamination contiennent souvent un mélange de contaminants. Les informations sur les processus affectant le comportement des écosystèmes, la mobilité, l'incorporation biologique, le métabolisme et l'accumulation sont donc également significatives pour tous les contaminants. Les radicaux libres induits par les rayonnements, les métaux lourds ou les produits organiques polluants (ainsi que leurs actions synergiques et antagonistes) peuvent conduire à un échec de la reproduction, des mutations, une morbidité, voire une mortalité. Par conséquent, il est nécessaire de développer des concepts intégrant tous les contaminants pour l'évaluation de l'impact environnemental et les modèles de risque.

     Dans des secteurs à contamination multiple, les organismes sont exposés à un cocktail de contaminants, c.-à-d. de facteurs de stress multiples, potentiellement générateur de dégâts biologiques. Néanmoins, pour protéger l'environnement, les autorités appliquent des Normes de Qualité Environnementales (NQE) qui sont basées sur un concept unidimensionnel, évaluant un composant indépendamment des autres. Les incertitudes liées aux NQE peuvent aussi être sujet à caution. Des problèmes surviennent dans l'extrapolation des données de toxicité : des effets aigus vers des effets chroniques, du laboratoire aux conditions sur le terrain, de l'effet de concentration à l'absence d'effet de concentration et des tests sur des espèces isolées aux systèmes complexes. Selon l'OCDE, des incertitudes dans l'extrapolation peuvent être corrigées par des facteurs de sûreté : 100, 10, et 1 pour les données aiguës, chroniques et de terrain, respectivement. Il est donc nécessaire d'améliorer les bases scientifiques de détermination des NQE et, du fait que les contaminants sont souvent un mélange des facteurs de stress, une approche multiple des facteurs de stress est essentielle.

     Aucune Norme de Qualité Environnementale n'a été déterminée pour les radionucléides et la radioprotection s'est antérieurement concentrée uniquement sur l'homme. Selon la Commission internationale sur la radioprotection (ICRP) : si l'homme est protégé, l'environnement est en juste proportion pris en compte, reléguant par là l'environnement à une chaîne de transfert vers l'homme. Cependant, depuis les années 90, la radioprotection de l'environnement est devenue une question d'importance internationale mise en application dans les règlements et les législations. Les bases scientifiques pour la protection de l'environnement contre les rayonnements constituent un défi, dans la mesure où seuls les effets cancérigènes chez l'homme des faibles doses ont été pris en compte. Ainsi, les connaissances sur les unités dose/effet, les effets du rayonnement, les effets de débit de dose, les effets d'irradiation interne ou externe et les rapports dose-effets biologiques finaux pour le vivant sont cruciales.

     La communauté internationale reconnaît qu'il y a des lacunes graves dans les connaissances de base concernant les réponses biologiques aux expositions multiples de facteurs de stress. L'identification des réponses biologiques à l'exposition chronique aux faibles doses réclame des biomarqueurs de détection précoce, utilisant les outils moléculaires et génétiques modernes. En outre, l'information sur les rapports dose-réponse (mécanismes "marche/arrêt"), la sensibilité (limites de détection, seuils), et les effets synergétiques et antagoniques, ainsi que le rôle des agents protecteurs tels que les antioxydants est indispensable.

     Renforcer la compréhension en écotoxicologie des effets des facteurs de stress environnementaux multiples chez les organismes vivants est un souci international, non seulement au sein des communautés scientifiques mais également pour les autorités responsables des directives, des règlements et des législations. Un défi important dans l'évaluation des risques écologiques est de savoir comment relier l'information scientifique aux décisions politiques basées sur les effets potentiellement défavorables. Ceci exige une évaluation sophistiquée du  risque, se concentrant en particulier sur les questions d'extrapolation et une évaluation systématique des incertitudes et des présupposés impliqués dans cette extrapolation. A cet égard, l'amélioration des connaissances sur les effets des facteurs de stress multiples est pertinente à la fois  pour l'écotoxicologie et pour la toxicologie humaine.

J Radiol Prot. 2009 Jun; 29(2A): A21-8.
Implications for environmental health of multiple stressors.
Implications pour la santé environnementale des stresseurs multiples.
Mothersill C, Seymour C.
Department of Medical Physics and Applied Radiation Sciences,
McMaster University, Hamilton, ON, L8S 4K1, Canada.

     Le défi dans le domaine de l'exposition à faible dose est d'extraire le "bruit". Le bruit est l'euphémisme que nous utilisons lorsque le niveau de la maladie qui n'est pas imputable à notre agent responsable privilégié est trop élevé pour prouver une causalité formelle (dans un strict sens scientifique ou juridique). Peut-être devons-nous accepter que nous ne pouvons pas attribuer la causalité et au lieu de cela voir les rayonnements ionisants comme l'un de nombreux agents qui, ensemble, contribuent à causer la maladie. Avant que nous puissions faire cela il est essentiel de comprendre les mécanismes clés et en particulier trouver des domaines de communauté de mécanismes suggérant une causalité commune.

Bibliographie commentée (résumés anglais/français)
Messages aux pédiatres

Compléments

     L'exposition chronique à long terme à de faibles concentrations des contaminants peut avoir pour résultat un ensemble de réponses biologiques négatives:
- production de radicaux libres et stress oxydant induit, provoquant des modifications ou une dégradation de biomolécules importantes telles que les chromosomes
- effets sur le système immunitaire, modifiant la susceptibilité aux les maladies infectieuses
- effets sur le système neurologique, affectant les processus de développement et de différentiation.

      Les conséquences finales traditionnelles, comme la survie et la croissance ne seront typiquement pas suffisamment sensibles pour détecter la série d'effets chroniques potentiels.
      Un facteur de stress simple peut induire des effets biologiques multiples si des interactions multiples se produisent ou si des interactions avec différentes cibles biologiques ont lieu.
      Dans les mélanges avec plusieurs facteurs de stress différents, des types multiples d'interactions et des interactions avec des cibles multiples peuvent se produire. Pour des contaminants ayant le même type d'interaction avec les mêmes cibles, les effets seront  additifs et des effets synergiques et antagoniques apparaîtront. Si les contaminants ont des modes d'interaction différents et agissent sur des cibles différentes, ils devraient agir indépendamment.
      Etant donné que l'information concernant les modes d interaction et les cibles pour la plupart des contaminants est rare, des expériences aux mécanismes bien contrôlés, utilisant biologie moléculaire avancée et outils génétiques sont nécessaires pour identifier les réponses biologiques précoces.

    Plusieurs facteurs de stress, tels que le rayonnement et les oligoéléments métalliques induisent des radicaux libres dus à l'excitation et à l'ionisation des molécules d'eau dans les cellules et les réactions de Haber-Weiss et de Fenton. Les radicaux libres produits (*H, *OH) sont extrêmement réactifs, ils se recombinent et produisent divers composés réactifs dans les cellules (par exemple HO₂, H₂O₂, H₂, O₂) ce qui peut avoir comme conséquence des dommages aux membranes, aux tissus, aux enzymes, et aux protéines ADN/ARN. A la suite de l'induction de radicaux libres, un ensemble de produits biologiques finaux est perturbé, comme la SuperOxyDismutase, la catalase, le cycle du glutathion et la peroxydation lipidique, l'inactivation d'enzymes et rupture de brins d'ADN peuvent également se produire.

Ainsi, des études dans des conditions bien contrôlées  d'exposition utilisant les outils moléculaires et génétiques modernes pour identifier des effets induits sont un préalable pour étudier les effets des expositions chroniques à faible dose des facteurs de stress multiples.