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Bioaccumulation de l'aluminium inorganique (Al3+, Al((OH)x(3-x)+, A1(F)y(3-y)+ chez le saumon atlantique en relation avec l'acidification du milieu aquatique.

Wilkinson, Kevin J. (1993). Bioaccumulation de l'aluminium inorganique (Al3+, Al((OH)x(3-x)+, A1(F)y(3-y)+ chez le saumon atlantique en relation avec l'acidification du milieu aquatique. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 156 p.

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Résumé

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Réalisées dans des conditions physico-chimiques similaires à celles rencontrées dans les eaux courantes du Bouclier canadien au printemps (~cations = 0.25 mM), nos expériences ont eu pour but d'élucider comment la spéciation de l'aluminium dans la colonne d'eau était reliée à sa bioconcentration sur les branchies du saumon atlantique et aux effets toxiques induits. Plusieurs plans expérimentaux ont été employés afin d'étudier la biodisponibilité de l'aluminium chez le poisson. Pour les expériences in situ, des juvéniles du saumon atlantique (Salmo salar, âge 1+) ont subi un traitement de diverses solutions d'aluminium (0-12 µM), de fluorures (0-20 µM) et de pH afin de provoquer des réponses toxiques létales ou sublétales et de permettre ainsi des déductions quant au mécanisme d'action de l'aluminium. Ces expériences, soit dynamiques et ou semi-statiques (renouvellement de l'eau 2-3 fois par jour), ont eu lieu dans des conditions bien contrôlées (IO°C, 16 h de lumière, la concentration d'oxygène dissous ≈ 10 ppm). On a suivi la mortalité des poissons ou des paramètres subi étaux tels que la bioconcentration branchiale de l'aluminium ou la concentration en Na plasmatique. Selon ces indicateurs de toxicité, la complexation de l'aluminium inorganique par les fluorures réduit ses effets biologiques chez le saumon. Pour nos conditions expérimentales, la toxicité est mieux expliquée par la somme (∑fI [AI3+] + f2[AIF2+]) que par toute autre combinaison d'espèces. De plus, en présence de fluorures, la bioconcentration branchiale de l'Al et les pertes d'ions plasmatiques (une indication d'un stress ionorégulateur) sont réduites par rapport à celles des poissons en présence de l'aluminium seul. Cependant, cette atténuation s'avère moins importante que celle prédite; les effets toxiques résiduels de l'aluminium en présence de fluorures dépassent ceux qui auraient été anticipés en fonction des concentrations résiduelles de l'ion libre, [AI3+], et de ses hydroxo- complexes [AI(0H)x(3-x)+]. Nous avons expliqué ces résultats en modifiant le "Modèle de l'ion libre" pour tenir compte de la formation de complexes mixtes {F-AI-L-branchie} à la surface branchiale. L'aluminium seul, tout comme la combinaison aluminium + fluorures, a provoqué une diminution du Na plasmatique, même à des concentrations sublétales. L'action toxique de l'aluminium en présence de fluorures ressemble à la perturbation de l'ionorégulation déjà documentée chez les salmonidés en absence de fluorures. On a décelé deux compartiments importants dans le processus de bioconcentration chez les branchies du Salmo salar: le mucus et la surface branchiale. La production et la sécrétion du mucus jouent un rôle important dans l'accumulation de l'aluminium par les branchies du saumon. Dans des expériences dynamiques in situ, on a démontré que la bioconcentration de l'aluminium par les branchies avait lieu initialement dans le mucus des poissons et était suivie par une accumulation lente à la surface branchiale. Par ailleurs, une augmentation substantielle de l'aluminium internalisé est observée dans des expériences à plus long terme (>3j); l'association de faibles concentrations d'Al aux sites sensibles (0⟶2 j) provoquerait la séparation de l'épithélium branchial ou induirait des variations physiologiques telles qu'une augmentation de la ventilation, ce qui expliquerait la croissance exponentielle de la concentration d'aluminium internalisé. Dans des expériences in vitro, on a déterminé que la diffusion d'aluminium au travers du mucus isolé du corps du Salmo salar était réduite de façon suffisante pour empêcher sa mesure. Puisque la capacité de complexation de l'aluminium par le mucus est très importante et que le taux de renouvellement. du mucus in situ est extrêmement rapide, nous croyons que le mucus agirait comme barrière physique et retarderait la complexation de l'aluminium à la surface branchiale. Notons que cette protection est transitoire: nos résultats de bioconcentration indiquent que l'aluminium exercerait des effets toxiques seulement une fois que la capacité de renouvellement ou la capacité complexante du mucus est excédée. Par ailleurs, des cellules isolées des branchies de l'achigan à grande bouche (Micropterus salmoides, adultes) ont été exposées à des concentrations variables d'aluminium, de fluorures et de matière organique dissoute (MOD) pour déterminer la capacité de la surface branchiale à lier l'aluminium. Des cellules branchiales isolées étaient examinées au lieu des branchies intactes afin d'éliminer (i) la couche de mucus entourant les branchies et (ii) l'excrétion de gaz respiratoires susceptibles de modifier le pH à la surface branchiale. Les résultats de microélectrophorèse et de RMN (19F) appuient les résultats in vivo. L'aluminium se lie aux cellules isolées d'une façon semblable à la manière qu'il se lie aux branchies in vivo, i.e. la réduction de la toxicité et de la bioaccumulation de l'Al en présence des fluorures implique la complexation d'Al et d'AI-Fn et la formation subséquente de {AI-L-branchie} et {F-AI-L-branchie}, respectivement. Pour les expériences de mobilité électrophorétique, le changement en mobilité électrophorétique était inférieur à ce qu'on aurait prédit d'après les variations en [AI3+]; l'effet d'un ajout de fluorures en solution, qui a pour effet de réduire [AI3+], est au moins partiellement compensé par la formation d'un complexe ternaire {F-AI-L-cellule} à la surface cellulaire. La formation de ce complexe ternaire ne modifie que légèrement la mobilité électrophorétique des cellules. Contrairement aux effets provoqués par l'Al ou l'ion H+, l'addition de la matière organique dissoute à pH 4.5 a rendu la charge de surface des cellules branchiales plus négative. Par ailleurs, l'interaction de la MOD avec la surface cellulaire implique probablement des liaisons hydrophobes puisque les variations de mobilité électrophorétique à pH 4.5 étaient nettement plus importantes que celles observées pour une expérience semblable à pH 5.0. Ces mêmes techniques (19F RMN, microélectrophorèse) ont permis de suivre l'effet des fluorures sur l'affinité de l'aluminium pour différents composants des membranes branchiales. Dans des expériences in vitro, nous avons démontré que plusieurs composants membranaires peuvent imiter les capacités de complexation de la membrane biologique intacte. En présence de fluorures, des complexes ternaires {X-AI-ligand} ont été formés avec le citrate, la calmoduline, le mucus du poisson et l'acide sialique. Les complexes ternaires impliquant les fluorures n'ont pas été détectés lorsque le ligand était la phosphatidylsérine ou la phosphatidylcholine. Nos résultats appuient le modèle/mécanisme de toxicité proposé par Haug et Caldwell (1985), qui ont suggéré que l'aluminium peut interagir avec des protéines membranaires telles que la calmoduline, pour provoquer une réponse toxique chez l'organisme. De même, il semble que la prédiction des effets biologiques puisse s'effectuer avec un modèle à base d'équilibres chimiques. Des calculs théoriques basés sur nos données de bioaccumulation indiquent que l'internalisation de l'aluminium est l'étape limitante du processus de prise-en-charge de l'aluminium.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Campbell, Peter G.C.
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: aluminium; Al; acidification; bioconcentration; bioaccumulation; biologie; hydroxocomplexe; fluoro-complexe; cinétique; diffusion; fluorure; géochimie; internalisation; membrane; modèle; mucus; poisson; saumon atlantique; salmo salar; sorption; écotoxicologie;
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 20 févr. 2014 14:09
Dernière modification: 17 mars 2016 15:53
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2070

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