Maladies cardiovasculaires et irradiation chronique par des faibles doses.

Juin 2010 Revue MGN, n°2, vol. 25

Rôle des radicaux libres dans l’induction de ces maladies.

(Chronic low dose radiation. Why induced Reactive oxygen species have a role in cardiovascular diseases)  par le Dr. A.BEHAR

RESUME: La raison avancée pour refuser de faire entrer certaines maladies cardiovasculaires dans le groupe des maladies radio induites, n’est pas la contestation des données épidémiologiques, mais uniquement à cause de l’incertitude du mécanisme de l’induction par des faibles doses de radioactivité. Nous apportons ici un faisceau de données sur un mécanisme particulier, à partir des radicaux libres générés par la radioactivité dans le système circulatoire et leur nocivité sur la fonction endothéliale protectrice, dysfonctionnement qui peux conduire aux maladies cardiovasculaires dans certains cas.

La dernière étude sur vie entière (LSS 13) des survivants d’Hiroshima et Nagasaki par Preston et al (1) en 2003 montre un excès significatif de maladies cardiovasculaires. Le doute persiste malgré tout sur le mécanisme d’action des rayonnements ionisants dans la pathogénie des ces affections. Pourtant la prévalence de ces maladies est indiscutable pour les populations vivants autour de Tchernobyl, et sur les vétérans des essais nucléaires (2). Une fois de plus on est en présence d’un chaînon manquant: Les rayons ionisants produisent indiscutablement des radicaux libres chez les vivants et on constate par ailleurs un excès de pathologies cardiovasculaires chez les sujets exposés y compris aux faibles doses, mais il y a discussion sur le lien entre les deux.
En effet, même si le consensus n’est pas encore total, très majoritairement la communauté scientifique accepte les nouveaux paradigmes de la radiobiologie moderne en ce qui concerne les effets des rayonnements ionisants sur les noyaux cellulaires, c’est à dire sur l’ADN. L’effet de proximité, l’instabilité génomique et l’instabilité des mini satellites (3) sont des données incontournables.
Par contre d’autres progrès de la radiobiologie ne sont toujours pas pris en compte en radioprotection: il s’agit des développements récents au sujet de la création par les rayons de “radicaux libres”.

On connaît depuis longtemps ce phénomène à l’intérieur des cellules vivantes. Il s’agit de la genèse de ces radicaux chimiquement très actifs mais dont la durée de vie dans le cytoplasme est très brève. La nouveauté réside dans les faits suivants: il existe maintenant une accumulation de preuves expérimentales sur le rôle délétère des “espèces oxydées actives” dont les radicaux libres, sur la membrane extérieure des cellules, comme celle qui  tapisse nos vaisseaux sanguins et que l’on appelle “l’endothélium vasculaire”. Quelque soit leurs origines ces espèces chimiques oxygénées sont les agents principaux du “stress oxydatif” qui a pour conséquences une altération de l’endothélium surtout dans ses fonctions de protection et de défense contre ce stress, ce qui conduit (avec d’autres facteurs) vers les désordres cardiovasculaires.
Pour l’instant la prudence est de mise dans les instances internationales. Pour l’UNSCEAR, commission de l’ONU:
“L’induction de telles affections demeurent encore inconnus. Des mécanismes impliquant une atteinte primaire des micro vaisseaux du péricarde et du myocarde, une origine monoclonale des lésions athéromateuses ou une origine inflammatoire sont évoqués, sans qu’il soit possible d’en faire une démonstration convaincante. Il faut d’autres études complémentaires épidémiologiques pour élucider les mécanismes” (4)
Pour la commission internationale de  protection radiologique (CIPR 103):
“Tout en reconnaissant l’importance potentielle des observations sur les maladies autres que le cancer, la commission estime que les données disponibles ne permettent pas leur intégration dans l’estimation du détriment aux faibles doses de rayonnement inférieures à 100 mSv environ”
Pour résumer la situation, certaines données épidémiologiques, comme l’étude sur les survivants d’Hiroshima et Nagasaki, sont acceptées mais le doute persiste sur les mécanismes D’action des radionucléides dans la pathogénie des maladies cardiovasculaires.

LES DERIVÉS ACTIFS DE L’OXYGENE (Reactive oxygene species, ROS)

Il s’agit pour l’essentiel, des radicaux libres en biologie. On en parle beaucoup, la littérature “people” est pleine de publicité pour des produits efficaces contre le vieillissement parce qu’ils sont “antiradicaux libres” ce qui est hélas inexact.
Mais de quoi s’agit-il? Un radical libre est une entité chimique, molécule ou atome, possédant à sa périphérie un ou plusieurs  électrons (particule électriquement négative) non apparié avec les charges positives (protons) du noyau. Ces électrons célibataires sont très instables et très réactifs dans leur recherche de l’âme sœur positive, d’où leur agressivité sur toute molécule ou atome à leur portée. PARMI EUX, UN RADICAL LIBRE OXYGENE, comme le radical hydroxyle: OH• ou peroxyde O2• sont des oxydants redoutables capable d’attaquer de nombreuses molécules comme les acides gras ou les protéines. S’ils se forment dans la cellule, ils sont vite neutralisés dans le cytoplasme, ils peuvent rarement interagir avec l’ADN, par contre ils peuvent être délétère pour la membrane des mitochondries. Cela peut entraîner des dysfonctionnement de ces organites intracellulaires dans leur fonction principale qui est de fournir de l’énergie à la cellule.
Le rôle des rayonnements ionisants dans la genèse des radicaux libres
On connait depuis 60 ans la capacite d’induction de radicaux libres par irradiation du cytoplasme, en fait de tout liquide y compris l’eau, meme si les lésions secondaires sur l’ADN sont rares eu égard à la vie ultra brève de ce type de radicaux  (milliardième de millisecondes)
Cette action particulière est restée une curiosité physique pendant longtemps.
Ogawa et al (5) en 2003 va réfuter cette hypothèse en montrant le caractère prolongé de la création des radicaux libres au pourtour du noyau cellulaire  jusqu’à dix heures après l’irradiation. Il a la surprise de constater qu’en outre il n’y a pas de corrélation avec la dose radiative utilisée. En radiobiologie, les radicaux libres sont revenus à l’ordre du jour.
De plus en plus de radiobiologistes se focalisent sur les mitonchondries, ces organites intra cellulaires si important pour l’énergie interne, et ce qui est nouveau, sur la membrane mitochondriale: Leach et al (6) en 2001 irradient différentes cellules humaines en culture avec des doses de rayons gamma échelonnées entre 1 et 10 Gray et ils mesurent la perméabilité de la membrane mitochondriale. Celle ci est perturbée en fonction de la création de radicaux libres, mais ils sont surpris aussi devant l’absence d’effet doses/dépendant; Autrement dit,quand on augmente les doses rien ne change dans la cellule il y a uniquememt un recrutement de cellules concernées plus important. Un pas de plus est fait pour déplacer le phénomène de stress oxydatif du cytoplasme et des noyaux vers les membranes internes. Koritov et al (7) en 2007 franchissent le pas suivant: sur des cellules cancéreuses humaimes en culture, ils démontrent que la production de radicaux libres oxygénés par irradiation dépend étroitememt du milieu extérieur, en l’occurence du sèrum sanguin. selon eux, le phénomène majeur est extérieur à la cellule, il dépend de la perméabilité de la membrane externe de la cellule, seule à faire rentrer ces espèces à l’intérieur.
La banalisation de ces données est telle qu’aux USA, un programme du département américain de recherche sur les faibles doses est actuellement en cours sur: ” les mécanismes moléculaires modifiant la sensibilité des protéines membranaires au stress oxydatif après une exposition aux faibles doses”. Le projecteur est donc braqué sur la membrane extérieure des cellules. Que ce passe-t-il pour une membrane particulière, l’endothélium vasculaire, dans le cadre de cette nouvelle vision radio biologiste?

LES RADICAUX LIBRES ET L’ENDOTHELIUM VASCULAIRE

endothelium vasculaire

endothelium vasculaire

NO et radicaux libres

NO et radicaux libres

Définissons d’abord cette étrange notion de “fonction endothéliale”
Les cellules endothéliales vasculaires jouent un rôle majeur en physiologie humaine et animale. Ceci est vrai pour la motilité de la paroi artérielle (vasoconstriction et vasodilatation) et donc pour la régulation de la pression artérielle, mais aussi pour la coagulation sanguine et l’angiogénèse. Le dysfonctionnement de cette “fonction” est à la base de l’athérosclérose, l’inflammation et joue un rôle important dans les complications du diabète.
La fonction endothéliale est aussi une barrière sélective pour la traversée de différentes substances de la lumière des vaisseaux vers l’espace interstitiel. Cette perméabilité contrôlée par l’endothélium est fondamentale dans la microcirculation: tester la perméabilité capillaire c’est tester la barrière endothéliale
La dysfonction endothéliale est d’abord un trouble de l’équilibre entre la production de radicaux libres inévitable en biochimie du sang et les moyens de défense de l’endothélium, principalement l’oxyde d’azote (NO). Il s’agit par exemple de radicaux libres comme OH• O2•? H2O2• chimiquement très actifs que l’endothélium doit neutraliser en permanence. Dans les faits, ces espèces actives et agressives sur la paroi des vaisseaux sont délétères surtout s’il existe une diminution de la production de protecteurs. Les mécanismes qui conduisent à l’inhibition de la production de NO sont multiples, par exemple les radicaux libres vont réagir avec un enzyme de la paroi vasculaire au nom barbare: :” la diméthylarginine dimethyl aminohydrase”. La diminution ainsi induite de la réactivité de cette enzyme va augmenter la concentration sanguine de la” diméthylarginine asymétrique” (ADMA) avec pour conséquence une forte diminution de la protection anti-stress, le dysfonctionnement endothélial s’installe plus ou moins vite, avec ses conséquences pathologiques.
Effets de l’irradiation sur l’endothélium vasculaire:
En ce qui concerne les effets  de la radioactivité on ne peut pas y répondre simplement, parce que le temps de séjour dans le sang des particules radioactives est complexes avant capture par les organes, et après relargage. Cette difficulté explique le choix habituel de l’irradiation externe parfaitement contrôlée.
Menandez et al (8) en 2009 vont aller au plus simple: Ils irradient un segment d’aorte et le compare à un segment non irradié. Ils mesurent les effets des rayons sur la fonction endothéliale particulière du contrôle de la motilité ( contraction/dilatation).Ils ont la surprise de constater qui ne se passe rien pendant les 3 jours après irradiation, et c’est au cours des 6 mois suivants que les troubles de la motilité apparaissent. Il y a bien un effet mais il est tardif!
Soucy et al (9) en 2007, vont utiliser une technique plus réaliste: ils irradient des cobayes à doses croissantes puis mesurer ensuite en prélevant l’aorte, à la fois la motilité et la variation d’une réaction enzymatique sensible à la concentration de radicaux libres.Ils retrouvent 2 semaines après l’irradiation, l’altération de la motilité artérielle et les stigmates enzymatiques de l’activation prolongée des espèces oxygénées actives. Le mécanisme est donc bien l’excès de radicaux libres sur une période longue avec détérioration d’une fonction endothéliale, la vasoconstriction/vasodilatation.
Mais une question demeure: tous les êtres vivants sont-ils également sensibles à cet effet des rayons? Existe-t-il des groupes à risques ? le contexte biologique, surtout pour les humains, joue-t-il un rôle?
Tribble  et al (10) en 1999 s’étaient déjà attachés à cette question. Ils vont irradier des souris transgéniques et ensuite séparer ces souris dans 2 groupes: l’un va avoir un régime riche en graisses pendant 18 semaines, et l’autre aura une alimentation habituelle. Ils vont ensuite, par dosages sanguins et par examen anatomopathologique, comparer les lésions d’athérosclérose. Les conclusions sont sans appel, il faut aussi un régime hyper lipidique pour développer une athérosclérose majeure, l’irradiation seule ne suffit pas..
Il y a donc bien des groupes à risques chez les irradiés avec un effet de promotion. On peut donc affirmer que les rayons ionisants induisent une production de radicaux libres y compris dans la circulation sanguine et qu’il est possible d’altérer par ce mécanisme la fonction endothéliale et avec des facteurs extérieurs, d’induire des pathologie cardiovasculaires. Cela ne suffit pas pour valider ce mécanisme: “rayons ionisants? radicaux libres? dysfonction endothéliale” , il faut aussi prouver que ce mécanisme fonctionne pour les capillaires sanguins, et qu’il concerne de plus d’autres fonctions endothéliales. Par exemple, le rôle de barrière sélective avec contrôle des traversées de substances circulantes et protection contre d’autres indésirables comme les espèces oxygénées actives. Dans ce domaine, Collins-Underword (11) en 2008 va apporter une preuve convaincante en cultivant des cellules capillaires cérébrales, puis en irradiant la culture. Il y a bien une agression directe des radicaux libres créés, sur les fonctions de protection de l’endothélium capillaire, contre le stress oxydatif. Cela conforte les conclusions antérieures de Robbins (12) en 2004: “Indiscutablement les rayons ionisants induisent de façon retardée un stress oxydatif chronique qui est similaire à celui mis en œuvre au cours des inflammations chroniques des parois vasculaires ou à la détérioration progressive de la fonction endothéliale au cours du diabète”. La cause est-elle entendue pour autant?
Les limites de cette nouvelle conception du rôle délétère des rayons sur le système cardiovasculaire.
La principale critique porte sur le type d’irradiation in vivo ( en radiothérapie) ou sur modèle animal: il s’agit toujours d’irradiation aigu. Cela ne correspond pas aux données de l’épidémiologie par exemple pour les populations autour de Tchernobyl, où il s’agit de radioactivité ingérée de façon chronique avec des faibles doses quotidiennes même si le passage des radionucléides dans le sang avant stockage dans les organes reste bref. Dans cette situation, on est dans un processus de sollicitations constantes des moyens de défense contre le stress oxydatif. De plus les populations testées ne sont pas homogènes, et il existe en son sein des groupes à risques traditionnels, regroupés par leurs habitudes alimentaires, le type d’hygiène de vie, ou la survenue d’une maladie comme le diabète. Ce dont nous avons besoin, c’est d’un modèle simulant cette agression semi permanente des faibles doses radioactives circulantes et d’un moyen de mesure des effets dans ce contexte d’une agression supplémentaires par les radicaux libres.
Dans mon laboratoire nous avons eu l’idée suivante: puisqu’il est difficile d’utiliser comme facteur déclanchant la radioactivité, pourquoi ne pas utiliser un modèle animal avec une dysfonction endothéliale capillaire bien identifiée et en ajoutant expérimentalement une source supplémentaire de radicaux libres? Pour ce faire, on a choisi des rats diabétiques à qui ont fait subir une épreuve de réchauffement/ refroidissement de la température centrale. Cette manœuvre est créatrice de radicaux libres circulatoires uniquement au moment du réchauffement (13,14,15). Sans rentrer dans les détails expérimentaux, on a comparé la réponse à cette manœuvre dans un groupe de rats normaux et dans un groupe de rats diabétiques. On a ensuite séparé les rats diabétiques en 2 sous groupes: l’un après une seule épreuve de refroidissement/ réchauffement, l’autre après six manœuvres de ce type effectuées en 3 semaines. Dans tous les cas ou a mesuré la production de radicaux libres dans le sang avant et après l’utilisation du froid, par un indicateur du système réduction/oxydation.
La fonction endothéliale capillaire explorée est une fonction de traversée des protéines, en l’occurrence de l’albumine, la perméabilité de la barrière endothéliale est strictement liée à la capacité de protection contre les espèces oxygénées actives (17).
Les résultats sont les suivants:
1- Les rats diabétiques ont une altération de leur barrière endothéliale capillaire modérée avec altération de la traversée de l’albumine mesurée par l’excès de celle-ci sons forme de rétention dans l’espace extra vasculaire, par contre les rats normaux du même âge ont une barrière intacte.
2-  Le froid entraîne dans tous les cas, mais davantage dans le groupe diabétique, une altération importante de la traversée de l’albumine.
3- Le retour à 37° rétabli totalement cette fonction de traversée chez les rats normaux et partiellement dans le groupe de rats diabétiques après une seule manœuvre.
4- Par contre, pour le groupes de rats diabétiques ayant subit six épreuves de refroidissement/ réchauffement, il existe une altération stable TRÈS IMPORTANTE DELA PERMEABILITE CAPILLAIRE, et il n’y a plus de récupération de la rétention d’albumine antérieure après réchauffement.rétention albumine marquée
5- Il existe une différence très significatives entre les rats normaux et les rats diabétiques en ce qui concerne la quantité d’espèces oxygénées actives, des dosages des marqueurs du stress oxydatif sur un mois confirme la stabilité de cette agression, le diabète induit donc excès de radicaux libres de façon stable et chronique. Par contre le refroidissement/réchauffement induit une majoration stable considérable du stress, corrélé avec les anomalies de la perméabilité capillaire. C’est donc logiquement dans ce groupe que ce développe les “endéliopathies”
Même si on est dans le registre comparatif, on peut affirmer que dans la situation de dysfonctionnement endothélial latent ou peu intense , comparable à celui des sujets soumis à de faibles doses radioactives incorporées  journellement, un surcroît de stress oxydatif, comme celui qui existe dans les groupes à risque de l’athérosclérose, entraîne un dysfonctionnement retardé mais majeur et persistant de la fonction endothéliale. Ce mécanisme, au travers de l’altération du rôle principal de nos parois vasculaires, est compatible avec les hypothèses actuelles sur la genèse de nombreuses maladies cardiovasculaires en excès en épidémiologie des humains irradiés chroniques.
Nous sommes en accord avec l’appel de l’UNSCEAR pour approfondir la recherche et accumuler d’autre preuves, en particulier en imaginant des modèles basés directement sur la contamination radioactive chronique, et avec d’autres preuves de l’effet de promotion des facteurs extérieurs. Mais ce mécanisme nous semble dès maintenant crédible et cela devrait suffire pour que l’organisation mondiale de la santé puis les organismes de radioprotection acceptent l’existence de ce risque, et acceptent ainsi d’incorporer cette pathologie non cancéreuse dans les maladies potentiellement radio induites.
Cela concerne les victimes actuelles autour de Tchernobyl, les riverains de la rivière “TECHA” en Sibérie polluée par un accident nucléaire militaire, les habitants autour de “SEMIPALATINSK” lieu des essais soviétiques au Kazakhstan  mais aussi, les vétérans des essais nucléaires français.

BIBLIOGRAPHIE

1- PRESTON et al, Study of mortality of atomic bomb survivors report 13 solid cancer and non cancer disease mortality Rad. Res. 2003, 160,4, 381/407.
2- Rapports de l’UNSCEAR 2003-2007, IRSN 2006,7A, IRSN ed.
3- A.BEHAR, la radiobiologie a changé de base, les effets à long terme des rayonnements ionisants revisités. Bull. Ac. Med. Belgique, 2008,163,3-4, 133/143
4- CIPR 103, recommandations 2007, ed Lavoisier, TEC et DOC.
Rapport R657 UNSCEAR, 2006, Epidemiological evaluation of cardiovascular  diseases following radiation exposure
5- Y OGAWA et al, Radiation induced reactive oxygen species formation prior to oxidative DNA damage in human, J.Mol. Med. 2003, 11, 149/152.
6- J Kevin Leach et al, Ionizing radiation induced mitochondria dependent generation of reactive oxygen/nitrogen, Cancer Res. 2001, 15, 3894/3901.
7- Yuri N Korystov et al, Detection of reactive oxygen species induced by radiation in cells using the dichlorofluorescein assay. Rad. Res. 2007, 168,2, 226/232
8- J Menendez et al, Effects of radiation on endothelial function, In. J. Rad. Onc. 2009, 41,4, 905/913.
9- Kevin G Soucy et al, Single exposure gamma irradiation amplifies xanthine oxydase activity and induces endothelial dysfunction in rat aorta, Rad. Env. Bioph. 2007, 45, 179/186.
10-  Diane L Tribble et al, Ionizing radiation accelerates aortic lesion formation in fat fed mice via SOD inhibitable processes, Art. Throm. Vasc. Biol. 1999, 19, 1387/1392
11-  J Racquel Collins-Underwood et al, NADPH oxidase mediates radiation induced oxidative stress in rat brai microvascular endothelial cells, Free Rad. Biol. Med. 2008, 45,6, 929/938.
12-  M E C Robbins, W Zhao, Chronic oxidative stress and radiation induced late normal tissue injury, a review, I. J. Rad. Biol. 2004, 80,4, 251/259.
13- Bhaumik G, Srivastava K.K, Scivamurthy W, Purkayastha S.S. Int.J. Biomet. 1995, 38, 171 175
14- Lyengar J, George A, Russell J.C, Das D.K. Generation of free radicals during cold injury and rewarming. Vasc.Endov. Surg. 1990, 24, 467 474.
15- Eltzschig HK. Collard CD, Vascular ischaemia and reperfusion injury, British Med.  Bul. 2004, 70,71 86.
16- Cosson E, Cohen-Boulakia F, Tarhzaoui K, Dabiré H, Léger G, Charnaux N, Lestrade         R, Behar A, Valensi P. Capillary endothelial but not lymphatic function is restored under rosiglitazone in Zucker diabetic fatty rats Microvasc Res. 2009 Mar;77(2):220-5

Laisser un commentaire

Nuage
Evènements à venir

  • 14.09. - 30.12.2016 |
    Spectacle “A-DEMOCRATIE” de et par NICOLAS LAMBERT
    » En savoir plus «