Identification et quantification de métabolites séléniés dans l’urine humaine

Le sélénium (Se) est un oligoélément. Il est essentiel au bon fonctionnement de l’organisme. On le trouve dans l’alimentation, en fortes concentrations dans certains végétaux comme l’ail et le chou. La dose journalière recommandée est d’environ 70 µg(Se)/jour [1]. Depuis peu, son rôle dans la lutte contre le cancer ainsi que ses propriétés d’antioxydant sont reconnues. Actuellement, de nombreux compléments alimentaires enrichis en sélénium sont disponibles en vente libre et suscitent un grand engouement. Cependant, en raison de la marge de sécurité relativement étroite entre les aspects toxiques et bénéfiques de l’élément, et de la susceptibilité individuelle, l’utilisation des compléments alimentaires séléniés est remise en cause [2, 3]. En effet, à une dose à peine dix fois supérieure à la dose journalière recommandée de 55 µg(Se)/j/pers selon le Food and Nutritional Board, il peut, selon la forme chimique sous laquelle il est ingéré, devenir toxique. La toxicité ainsi que les mécanismes d’action du sélénium dépendent de la molécule ingérée.

Historique sur le sélénium

Le sélénium a été découvert en 1817 par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius en observant le résidu rougeâtre de préparation de l’acide sulfurique qui recouvrait le sol d’une manufacture. Quand il a observé le dépôt, Berzelius a constaté la présence d’une substance jusqu’alors inconnue avec des propriétés très proches de celles du tellure découvert peu de temps avant. Par analogie à « tellus » se rapportant à notre planète, il a nommé ce nouvel élément sélénium d’après le nom de la déesse grecque « séléné » (personnification de la lune). Bien que Berzelius soit connu pour avoir caractérisé le sélénium, c’est Marco Polo qui, en 1295, a le premier observé l’aspect toxique de cet élément. Lors d’une de ses expéditions en Chine, il a décrit les effets d’une plante toxique, l’astragale, sur ses chevaux qui perdaient leurs sabots après l’avoir ingérée. Ce n’est que bien des années plus tard que les scientifiques ont découvert la capacité de cette plante à capter le sélénium présent dans le sol à des teneurs élevées et à l’accumuler jusqu’à une teneur toxique [5].

Il a fallu ensuite attendre les travaux de Schwartz et Foltz en 1957 [6] pour découvrir son rôle essentiel pour les êtres vivants par sa capacité de prévenir chez le rat diverses maladies de carence nutritionnelle (atrophie du foie, dystrophie musculaire…). Ces affections qui touchaient de nombreuses espèces animales, pouvaient avoir des conséquences économiques désastreuses [7] et sont aujourd’hui prévenues par un apport adéquat de sélénium dans les rations alimentaires des animaux d’élevage. La découverte de son essentialité pour les humains est liée à un épisode dramatique qui entraina la mort de 57 habitants d’un village dans le comté de Keshan, province chinoise d’Heilongjihang, suite à une cardiomyopathie causée par une carence en sélénium. Enfants et femmes enceintes furent les victimes principales de cette maladie qui a entrainé la mort de 10 millions de sujets en un siècle [8, 9]. A partir de 1978, une supplémentation systématique en sélénite de sodium (Na2SeO3) a permis l’éradication presque totale de la maladie [10]. Une déficience en sélénium est également impliquée dans la maladie de Kashin Beck, une pathologie articulaire observée chez les enfants de 5 à 13 ans, en Chine du Nord, en Corée du Nord et au Tibet [11, 12]. Une analyse des sols a montré un appauvrissement important en sélénium et donc un apport alimentaire journalier (≤ 10 µg(Se)/jour) au minimum 5 fois plus faible que la dose journalière recommandée (50 – 80 µg(Se)/jour ) [13].

Le sélénium et les activités anthropiques

A l’heure actuelle, le sélénium est utilisé dans de nombreuses activités humaines parmi lesquelles on trouve le secteur de l’électronique et de la photographie grâce à ses propriétés semi-conductrices [20]. Il est également contenu dans les pigments qui sont utilisés dans les plastiques, le verre, les peintures, l’encre, les émaux, le caoutchouc [20]. On le trouve aussi comme catalyseur dans la préparation de composés pharmaceutiques (par exemple la cortisone), ainsi qu’en tant qu’ingrédient des shampoings antipelliculaires [21] et des fongicides [22].

Les différents usages du sélénium et de ses composés constituent une source de rejet dans l’atmosphère et autres compartiments de l’environnement. La combustion du charbon et autres carburants fossiles est également une source importante des composés séléniés dans l’atmosphère, et dans une moindre mesure l’incinération de papier, des pneus et des déchets municipaux [23]. L’estimation des émissions annuelles de sélénium dans l’air aux Etats-Unis en 1969-1971, 1978, et 1983 était respectivement de 900, 1240, et 1560 tonnes (Se)/an [24]. En 2005, la valeur moyenne de sélénium émise par la France est environ 100 fois inférieure à celle émise par les Etats Unis en 1983, soit 15 tonnes (Se)/an [25]. À l’échelle mondiale, on estime que les sources anthropiques introduisent entre 10 000 et 72 000 t (Se)/an dans les écosystèmes aquatiques, et entre 6 000 et 76 000 t (Se)/an dans les sols [26]. Du fait de sa bioaccumulation dans les organismes et de son aspect toxique à des concentrations à peine dix fois supérieures à celles recommandées, la teneur en sélénium dans les différents compartiments environnementaux est régulièrement surveillée.

D’un autre coté, l’aspect bénéfique du sélénium sur la santé humaine justifie son utilisation dans le domaine médical ou en tant que complément alimentaire pour l’Homme et les animaux. Bien que ses effets soient reconnus, les mécanismes d’action du sélénium sont actuellement toujours mal compris. La barrière entre ses aspects essentiel et toxique, très étroite, est facilement franchissable, d’où l’intérêt de recherches en protéomique et depuis peu en métabolomique afin de mieux adapter la dose et la forme à faire ingérer aux patients pour une efficacité optimale.

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Table des matières

LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABREVIATIONS
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : PROBLEMATIQUE SCIENTIFIQUE
I.A. A propos du sélénium
1. Généralités sur le sélénium
2. Le sélénium dans l’environnement
3. Rôle du sélénium dans l’organisme humain
I.B. Analyse de spéciation du sélénium dans l’urine
1. Etat actuel des recherches
2. Techniques analytiques
3. La spectrométrie de masse pour la détection et l’identification des composés du sélénium
4. BILAN : Enjeux de l’analyse du selenium dans l’urine et conditions analytiques
Chapitre II : ANALYSE DES FORMES SELENIEES DISSOUTES DANS L’URINE DE SUJETS NON SUPPLEMENTES
II.A. Optimisation de la séparation d’espèces séléniées par HPLC/ICP-MS et application à
des échantillons d’urine humaine
1. Matériel et méthodes
2. Optimisation des conditions chromatographiques
3. Application à des échantillons d’urine
II.B. Extraction sur phase solide comme technique de préparation d’échantillon pour
l’analyse de spéciation du sélénium dans l’urine
II.C. Identification d’un nouveau métabolite sélénié dans l’urine et le sang humains
II.D. Bilan sur l’analyse de formes séléniées dissoutes dans l’urine de sujets non
supplémentés
Chapitre III : ANALYSE DES FORMES SELENIEES VOLATILES DANS L’URINE DE SUJETS NON SUPPLEMENTES
SYNTHESE GENERALE ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE