Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques 

Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques

Identité, propriétés, production

Les HAP sont des substances organiques constituées d’ atome de carbone et d’hydrogène formant au moins deux anneaux aromatiques condensés. Ils sont divisés en deux catégories : les composés à faible masse moléculaire formés de moins de quatre anneaux et les composés à masse moléculaire élevée, à quatre anneaux ou plus. La présente étude ne porte que sur les HAP non substitués, ne contenant que des atomes de carbone et d’hydrogène. Les propriétés physiques des HAP varient selon leur masse moléculaire et leur structure (LCPE, 1994). Leurs coefficients de partage octanol/eau (kow) sont relativement élevés, ce qui dénote un important potentiel d’adsorption sur les matières particulaires en suspension dans l’air et dans l’eau, ainsi qu’ un fort potentiel de bioconcentration dans les organismes (Weston, 1990; Law et al., 2002).

Pénétration dans l’environnement

Les HAP peuvent être libérés dans l’ environnement par des phénomènes naturels; toutefois, les activités anthropiques sont une importante source de rejet de HAP dans l’ environnement. Les estimations des émissions atmosphériques de HAP au Canada, basées sur l’ examen de sources ponctuelles et diffuses de 45 secteurs sources, démontrent que les alumineries constituent la deuxième source principale d’émissions de HAP (derrière les feux de forêts), comptant pour 21 % (925 t) des émissions (LCPE, 1994).

Historique des HAP dans l’Est du Québec

Depuis les années 1940, les alumineries ont grandement contribué à l’ essor économique de la Côte Nord, du Saguenay et du Lac Saint-Jean. Des concentrations élevées de HAP caractéristiques des processus de combustion ont été rapportées dans le Fjord du Saguenay et la Baie des Anglais, et sont associées aux déchargements historiques par les alumineries (Gearing et al., 1993).

Impacts des HAP sur les invertébrés marins et choix de biomarqueurs

Face à un stress chimique, chaque type d’organismes a une capacité d’adaptation basée sur des processus de régulation. Comme dit précédemment l’utilisation d’espèces sentinelles comme indicatrices de la contamination chimique s’est notamment tàite dans les programmes de suivi de l’environnement marin (Chase et al., 2001; Nicholson et Lam, 2005). Cette approche a augmenté les connaissances sur la distribution spatiale et temporelle des contaminants et des effets associés aux organismes sentinelles (Chase et al., 2001). Les effets des contaminants chimiques sur les mollusques bivalves ont été examinés intensivement depuis les deux dernières décennies. La majorité des études portent sur la moule commune Mytilus edulis (Lowe et Fossato, 2000) avec une volonté d’intégrer les réponses sur différents niveaux de la hiérarchie biologique .

Le système immunitaire

Bien que le système immunitaire des invertébrés ne semble pas, du moins selon les données actuelles, aussi complexe que celui des vertébrés, il n’en demeure pas moins qu’ils sont dotés de mécanismes de défense leur permettant de maintenir leur homéostasie (ex. : les myes possèdent des molécules de défense de type défensines). Le fait que les invertébrés représentent plus de 90% du nombre total des espèces vivantes sur terre démontre l’efficacité de leur système de défense « primitif ».

Les immunoglobulines et les réponses de l’immunité acqUlse caractéristiques des vertébrés font défaut aux invertébrés, mais ils possèdent cependant une immunité naturelle Il efficace comprenant des éléments cellulaires (i.e. les phagocytes) et humorales (i.e. le complément) (Pipe et Coles, 1995; Pipe et al., 1995; Lowe et al. , 2000). Diverses stratégies sont utilisées par les invertébrés pour détruire les micro-organismes invasifs ou opportunistes. Celles-ci incluent la phagocytose, l’agglutination, l’encapsulation, le relâchage de molécules microbicides et l’apoptose (Cheng, 1996) qui sont réalisés par les hémocytes considérés comme l’équivalent des cellules inflammatoires des vertébrés. De plus, les hémocytes produisent des molécules incluant les enzymes lysosomiales (estérases et aminopeptidase) et les molécules antimicrobiennes qui contribuent à la destruction des organismes pathogènes. La classification des hémocytes la plus souvent citée est celle présentée par Cheng (1981), basée sur des critères morphologiques, qui comprend trois lignées cellulaires : les hémocytes granulaires (comprenant différents types de granulocytes), les hémocytes agranulaires (comprenant les « macrophage-like », les hyalinocytes et les « monocyte-like ») (Auffret, 1988) et les cellules séreuses qui sont agrégées avec de nombreux globules pigmentaires.

Le système oxydatif

La santé des organismes aquatiques peut aussi être affectée par le stress oxydatif (Di Guilio et al., 1989). Ce mécanisme est dépendant de l’oxygène (flambée oxydative) et correspond à la libération de radicaux toxiques de l’oxygène lors de la perturbation par des xénobiotiques, tels les HAP (Cossu et al., 2000; Pellerin et al., 2004). L’anion superoxyde, le peroxyde d’hydrogène et les composants intermédiaires avec une haute activité bactéricide, font partie des ROS (Reactive Oxygen Species) (Pipe, 1992). Le terme d’espèces réactives de l’oxygène regroupe ainsi: 102,02-, OH-, NO, OCl- et le peroxyde d’hydrogène H202. Les ROS sont produites à partir d’une réaction oxydante couplée à la phagocytose, ou à l’activation des hémocytes (Adema et al., 1991).
L’anion superoxyde (02-), source ultime de ces oxydants (Chu 2000), est converti en peroxyde d’hydrogène (H202), participant ainsi à la destruction des phospholipides membranaires, par la superoxyde dismutase (SOD) et éventuellement sous forme d’ autres espèces hautement toxiques (Manduzio et al., 2005). Ces radicaux oxygénés sont toxiques et peuvent réagir avec d’autres composés pour former des molécules encore plus toxiques. Ils jouent un rôle essentiel dans l’élimination des particules phagocytées (bactéries, virus, levures, et protozoaires). Par ailleurs, lorsque le lysosome fusionne avec le phagosome, l’activité de la myéloperoxidase produit de l’hypochlorite à partir du peroxyde d’ hydrogène et des ions chlorure.

Les réserves énergétiques

De nombreuses études ont examiné les variations saisonnières dans la composition biochimique des bivalves marins imposées par le cycle reproductif (Lowe et al., 1982).
Ainsi, chez Mytilus edulis, des cycles réguliers d’entreposage de protéines, de lipides et de glycogène ont lieu généralement l’été, période de repos sexuel où la nourriture est  abondante. Les réserves ainsi entreposées seront utilisées durant l’automne et l ‘hiver pour fournir l’énergie requise à la gamétogenèse. Puis au printemps la ponte s’ effectue par séries successives (Epp et al., 1988). Il apparaît ainsi que le cycle reproducteur et celui d’entreposage des réserves sont fortement liés (Thompson, 1984). Un tel cycle reproducteur est caractérisé par Bayne (1976) comme étant de nature conservatrice. Ce modèle cyclique de la reproduction ne s’applique pas à tous les bivalves. Des études sur des populations de Mytilus edulis de Terre-Neuve (Emmet et al., 1987) et de Vancouver (Emmet et al. , 1987) ont démontré que la gamétogenèse ne se produit pas durant l’automne et l’ hiver, mais plutôt au printemps en même temps que le début de l’accumulation des réserves énergétiques. Cette accumulation se produit grâce à l’arrivée printanière de nourriture. L’hiver constitue une période de repos sexuel où les réserves énergétiques restantes sont utilisées pour le maintien du métabolisme (Gabbott et Bayne, 1973 ; Navarro et al. , 1989).
Chez ces bivalves, le cycle d’ entreposage et le cycle reproducteur se recouvrent temporairement, et ce type de reproduction est caractérisé par Bayne (1976) comme étant opportuniste. Ainsi, il y a de considérables variations dans l’organisation du cycle reproducteur chez les bivalves marins (Bayne, 1976). De même, des changements dans le contenu en glycogène, en lipide et en protéine peuvent être induits par des fluctuations environnementales naturelles ou artificielles, telles que des températures extrêmes, l’anaérobiose et des jeûnes prolongés (Kluytmans et al., 1980; Pieters et al. , 1980). Les niveaux de réserves énergétiques, ont été montrés comme de bons biomarqueurs de stress chez les mollusques bivalves (Pellerin-Massicotte et al., 1993).

Modèle biologique choisi comme organisme sentinelle

Mya arenaria est un mollusque bivalve de l’ordre des Eulamellibranches, sous-ordre des Hétérodontes et de la famille des Myidés. C’est un organisme pélécypode, filtreur, suspensivore et fouisseur qui vit dès l’âge adulte enfoui (jusqu’à 10 cm) dans la matrice sédimentaire des baies côtières abritées, depuis le Labrador jusqu’à la Caroline du Nord. Au Québec, elle appartient à la communauté à Macoma balthica (Desrosiers et Brêthes, 1984). Mya arenaria est gonochorique mais ce dimorphisme sexuel est observable uniquement au niveau de la structure de la gonade (Coe et Turner jr., 1938). Elle atteint la maturité après 2 ou 3 ans lorsque la coquille mesure 20 mm. Dès lors les gonies primaires commencent à se multiplier et à se différencier en cellules germinales mâles (spermatogonies) ou femelles (ovogonies). Lors de la différentiation sexuelle, les cellules folliculaires accumulent des inclusions caractéristiques pour chaque sexe. A partir de ce 19 moment, se déroule la gamétogenèse qui comprend la formation des ovocytes (ovogenèse) chez la femelle et celle des spermatozoïdes (spermatogenèse) chez le mâle (Coe et Turner jr., 1938). Les caractéristiques du développement de la gonade ont fait l’objet d’études histologiques qui ont mis en évidence six stades de développement de la gonade mâle et femelle . Cet organisme présente une gamétogenèse bimodale dans l’estuaire du Saint-Laurent avec deux périodes de maturation pour la gonade (Roseberry et al., 1991 ; Gauthier-Clerc et al. , 2002) : une première maturation au printemps et l’autre à l’automne.
La gamétogenèse s’arrête en hiver. Cependant il y a une succession d’utilisation du glycogène, d’entreposage des lipides et de remobilisation des lipides, tout au long de l’été, de l’automne et même de l’hiver. Ce type de reproduction bimodale, également noté sur les côtes de l’Atlantique nord (Brousseau, 1978), reflète un comportement opportuniste (Bayne, 1976) et fait coïncider la période de reproduction avec celle d’ un apport nutritionnel optimal du milieu.

Table des matières

CHAPITRE 1 : INTRODUCTION GENERALE
1.1. Problématique 
1.2. Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques 
1.2.1. Identité, propriétés, production
1.2.2. Pénétration dans l’environnement
1.2.3. Historique des HAP dans l’Est du Québec
1.2.4. Devenir
1.3. Impacts des HAP sur les invertébrés marins et choix de biomarqueurs
1.3.1. Le système immunitaire
1.3.2. Le système oxydatif
1.3.3. Les réserves énergétiques
1.4. Modèle biologique choisi comme organisme sentinelle 
CHAPITRE 2 : PHYSIOLOGICAL EFFECTS OF POLYCYCLIC AROMA TIC HYDROCARBONS ON SOFT-SHELL CLAM MYA ARENARIA 
ABSTRACT
1. INTRODUCTION 
2. MATERIALS AND METHODS 
2.1. Clams and sediment
2.2. Exposure protocol
2.3. Immunological analysis
2.4. Biochemical analysis
2.5. Energy reserves analysis
2.6. Histological study
2.7. PAH analysis
2.8. Statistical analysis
3. RESULTS
3.1. PAH tissue concentrations
3.2. Phagocytosis
3.3. Oxidative stress
3.4. Glycogen reserves
3.5. Reproductive cycle
4. DISCUSSION 
ACKNOWLEDGEMENTS
CHAPITRE 3 : CONCLUSION GENERALE 
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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