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Le cas des métaux lourds

Nicholas Azad et Parlons sciences
Lisibilité
8.62

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Les métaux lourds sont des éléments chimiques toxiques. Leur bioaccumulation pose problème, mais ils sont utiles en médecine nucléaire et en imagerie médicale.

Qu’est-ce qu’un métal lourd, au juste?

Qu’ont en commun les groupes Black Sabbath, Metallica et Iron Maiden? Eh bien, comme le savent les mélomanes, ce sont tous des groupes de heavy metal célèbres. Mais, le terme heavy metal (métal lourd) n’est pas seulement lié aux Ozzy Osbourne ou aux Alice Cooper de ce monde. Il désigne également un groupe d’élément chimiques qui sont importants parce qu’ils peuvent avoir des répercussions considérables sur notre environnement et notre santé.

La plupart des métaux lourds sont des éléments chimiques caractérisés par un numéro et une masse atomiques élevés et par une gravité spécifique supérieure à cinq. Les métaux lourds ont également tendance à être très toxiques pour les êtres vivants, même à de très faibles concentrations. L’arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le plomb (Pb) et le mercure (Hg) sont les métaux lourds les plus préoccupants en raison de leur grande toxicité.  

Table périodique des éléments mettant en évidence les métaux lourds mentionnés dans cet article
Table périodique des éléments mettant en évidence les métaux lourds mentionnés dans cet article (© 2019 Parlons sciences; adaptation d’une image de Dmarcus100 [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).

 

Le savais-tu? 

En 2019, des scientifiques ont découvert avec consternation des taux d’arsenic, de plomb et de mercure dangereusement élevés dans le sang d’un grand requin blanc. Ils étaient encore plus surpris de constater que ces métaux lourds ne semblaient avoir aucune incidence sur le requin!

Les métaux lourds méritent-ils leur mauvaise réputation? En règle générale, oui. Ils font partie des contaminants de l’environnement les plus dangereux de nos jours. Nous nous pencherons sur certains problèmes qu’ils peuvent causer, mais nous découvrirons également comment ils peuvent être utiles en médecine.

Pourquoi les métaux lourds sont-ils nuisibles?

Les métaux lourds sont nuisibles parce qu’ils ont tendance à se bioaccumuler. La bioaccumulation est le phénomène par lequel les substances toxiques s’accumulent à l’intérieur d’un organisme à un rythme plus rapide que celui auquel elles peuvent se décomposer. Au fil du temps, la concentration des métaux lourds peut augmenter dans le corps des animaux qui sont les derniers maillons des chaînes alimentaires (comme les aigles, les ours et les humains). Comme ces derniers consomment bon nombre de petits animaux eux-mêmes contaminés par des métaux lourds, le taux de bioaccumulation des métaux lourds dans leur corps est encore plus important. 

Les effets toxiques des métaux lourds sur le corps humain peuvent être à l’origine d’un certain nombre de problèmes, qui vont du changement de la couleur de peau à la maladie rénale, voire au décès, en passant par les troubles de l’apprentissage.  

Le savais-tu? 

La maladie du chapelier fou est un trouble neurologique provoqué par une intoxication au mercure qui touche l’ensemble du système nerveux central. Elle doit son nom au fait que les chapeliers, qui devaient utiliser du mercure durant le processus de fabrication des chapeaux, finissaient souvent par souffrir d’une intoxication au mercure.

Les métaux lourds comme le fer, le zinc, le mercure et le plomb peuvent nuire à certains systèmes de l’organisme, tels que le système circulatoire, le système reproducteur et le système nerveux
Les métaux lourds comme le fer, le zinc, le mercure et le plomb peuvent nuire à certains systèmes de l’organisme, tels que le système circulatoire, le système reproducteur et le système nerveux (© 2019 Parlons sciences).

 

Les métaux lourds sont-ils toujours mauvais pour la santé?

En un mot, non. Notre corps a besoin de certains métaux lourds, comme le cuivre (Cu), le zinc (Zn) et le sélénium (Se), car ils contribuent à des processus chimiques ou à la synthèse de substances, comme les hormones. Par exemple, le fonctionnement de notre système reproducteur dépend de diverses hormones. Il y a du zinc dans la structure de certaines d’entre elles, comme l’hormone folliculo-stimulante (FSH) et l’hormone lutéinisante (LH). Le fer (Fe) lui aussi est un métal lourd. Notre corps a besoin de fer pour que l’hémoglobine présente dans le sang qui circule dans notre système circulatoire puisse transporter l’oxygène jusqu’aux cellules et aux tissus. 

La plupart des métaux lourds dont nous avons besoin proviennent de notre alimentation, de l’eau que nous buvons ou de l’air que nous respirons. Les métaux lourds contenus dans les aliments sont appelés micronutriments, parce que notre corps n’a besoin que d’une très petite quantité bien précise de ces métaux. Une carence en métaux lourds, c’est-à-dire une quantité insuffisante de ces micronutriments dans le corps, peut causer des problèmes de santé. Par exemple, une carence en fer peut entraîner une anémie et une carence en chrome peut entraîner une hyperglycémie (taux de sucre élevé dans le sang). De même, une quantité excessive de métaux lourds dans le corps peut entraîner des effets toxiques et de graves problèmes de santé. Par exemple, le fer et le cuivre peuvent s’accumuler dans le foie et empêcher cet organe de fonctionner correctement. Le plomb, même s’il est en petite quantité, peut agir sur le système nerveux et perturber le développement physique et psychique, en particulier chez les enfants de moins de 3 ans.

Étiquette d’un flacon de vitamines
Étiquette d’un flacon de vitamines (Kim Taylor, utilisé avec permission).

Comment les métaux lourds sont-ils utilisés en médecine nucléaire?

En médecine nucléaire, les médecins peuvent se servir des métaux lourds pour diagnostiquer et traiter les maladies. Les médicaments utilisés en médecine nucléaire sont appelés médicaments radiopharmaceutiques. Les médicaments radiopharmaceutiques sont des éléments radioactifs. Ils sont constitués d’un radio-isotope et d’une molécule organique.

Comment se sert-on des métaux lourds pour diagnostiquer les maladies?

Les produits radiopharmaceutiques à usage diagnostique servent à diagnostiquer les maladies. Par exemple, on utilise des radionucléides pour faire les radiographies (rayons X) dans les hôpitaux. Les radionucléides sont des formes instables d’éléments chimiques capables de libérer des électrons, ce qui les rend radioactifs. 

Les radionucléides peuvent être injectés, inhalés ou avalés pour atteindre les tissus cibles. Ils peuvent servir de traceurs, c’est-à-dire qu’on peut suivre leur évolution dans le corps humain pour dépister et diagnostiquer certaines maladies. Heureusement, il n’y a aucun risque d’intoxication par les métaux lourds dans ce cas, puisque les traceurs sont éliminés de l’organisme par le système excréteur en l’espace de quelques heures! 

Certaines techniques d’imagerie utilisent des métaux lourds bien particuliers comme traceurs pour créer des images. As-tu déjà passé un examen d’IRM (imagerie par résonnance magnétique) ou connais-tu quelqu’un qui en a passé un? Dans l’affirmative, sache que des métaux lourds comme le gadolinium (Gd), le fer et le manganèse (Mn) ont peut-être été utilisés comme produits de contraste lors de cet examen. Ces produits de contraste permettent de générer des images nettes qui peuvent aider les médecins à dépister des tumeurs ou des cellules cancéreuses.  

MRI image of brain after stroke/Clichés d’IRM du cerveau d’une personne qui a eu un accident vasculaire cérébral
Clichés d’IRM du cerveau d’une personne qui a eu un accident vasculaire cérébral (AVC). La tache claire sur le cliché de droite indique la région où un métal lourd a été utilisé comme produit de contraste (Source: Hellerhoff [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons).

Comment se sert-on des métaux lourds pour traiter les maladies?

Les métaux lourds sont également utilisés dans les traitements médicaux. Par exemple, jusqu’aux années 1990, les sels d’or étaient des médicaments très utiles pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde. Par la suite, de nouveaux médicaments qui entraînent moins d’effets secondaires qu’eux ont commencé à les supplanter. De même, certains traitements anticancéreux très efficaces comprennent des métaux lourds. 

Le savais-tu? 

Aux 18e, 19e et 20e siècles, un certain nombre de dérivés de l’arsenic étaient utilisés comme médicaments, en particulier pour le traitement de la syphilis et du psoriasis.

De nos jours, des produits radiopharmaceutiques à usage thérapeutique peuvent être utilisés pour le traitement des maladies. Par exemple, on peut diriger un faisceau de rayons gamma émis par un radio-isotope, le cobalt 60 (60Co), vers une tumeur au cerveau pour détruire les cellules cancéreuses.

On introduit parfois des radionucléides dans une région du corps pour traiter certaines maladies. Par exemple, de faibles quantités d’iode 125 (125I) peuvent être implantées dans la prostate pour traiter un cancer de la prostate à un stade précoce. 

Par ailleurs, les scientifiques cherchent à savoir si les métaux lourds pourraient être utilisés comme médicaments dans des nanotechnologies. Il se pourrait bien que des nanoparticules permettent un jour de diagnostiquer et de traiter le cancer en ciblant des cellules, des structures moléculaires ou même des molécules particulières sans provoquer autant de lésions ou d’effets secondaires dans les autres tissus et systèmes de l’organisme que les chimiothérapies classiques.  

En résumé

Les métaux lourds peuvent être dangereux. Ils peuvent se bioaccumuler et entraîner de ce fait des problèmes de santé graves chez les humains et les animaux. Cela dit, les métaux lourds peuvent se révéler très utiles en médecine. Sans compter que la présence de certains métaux lourds dans le corps est essentielle pour rester en santé.

Alors la prochaine fois que tu écouteras du « métaux lourds », dis-toi que c’est bien plus que la musique à tes oreilles!

Amorces de discussion

Faire des liens

  • As-tu déjà examiné attentivement la liste des ingrédients d’une multivitamine? Quels métaux lourds as-tu repérés dans cette liste? 
  • As-tu déjà eu l’occasion de prendre un traceur avant de subir une radiographie ou un autre type d’examen d’imagerie? Dans l’affirmative, sais-tu de quel traceur il s’agissait? Comment te l’a-t-on administré (donné)? 

Faire des liens

  • As-tu déjà examiné attentivement la liste des ingrédients d’une multivitamine? Quels métaux lourds as-tu repérés dans cette liste? 
  • As-tu déjà eu l’occasion de prendre un traceur avant de subir une radiographie ou un autre type d’examen d’imagerie? Dans l’affirmative, sais-tu de quel traceur il s’agissait? Comment te l’a-t-on administré (donné)? 

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Quelle incidence l’utilisation des métaux lourds comme traceurs a-t-elle eue sur le diagnostic et le traitement des maladies? 
  • L’essor de la médecine nucléaire a favorisé la création d’un large éventail de nouvelles professions. Quelles carrières peut-on désormais mener dans le domaine de la médecine nucléaire? (Remarque : Il faudra faire des recherches complémentaires pour répondre à cette question.) Explore les Profils de carrières de Parlons sciences.

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Quelle incidence l’utilisation des métaux lourds comme traceurs a-t-elle eue sur le diagnostic et le traitement des maladies? 
  • L’essor de la médecine nucléaire a favorisé la création d’un large éventail de nouvelles professions. Quelles carrières peut-on désormais mener dans le domaine de la médecine nucléaire? (Remarque : Il faudra faire des recherches complémentaires pour répondre à cette question.) Explore les Profils de carrières de Parlons sciences.

Explorer les concepts

  • En quoi les métaux lourds peuvent-ils être dangereux pour la santé des humains ou des animaux? En quoi les métaux lourds peuvent-ils être utiles pour la santé des humains et des animaux? 
  • Qu’est-ce qu’un micronutriment? Pourquoi est-ce important de lire et de suivre les recommandations posologiques figurant sur l’emballage des préparations de vitamines avant de les prendre? 
  • Définis la médecine nucléaire. 
  • De quelles façons utilise-t-on les métaux lourds en imagerie médicale? 

Explorer les concepts

  • En quoi les métaux lourds peuvent-ils être dangereux pour la santé des humains ou des animaux? En quoi les métaux lourds peuvent-ils être utiles pour la santé des humains et des animaux? 
  • Qu’est-ce qu’un micronutriment? Pourquoi est-ce important de lire et de suivre les recommandations posologiques figurant sur l’emballage des préparations de vitamines avant de les prendre? 
  • Définis la médecine nucléaire. 
  • De quelles façons utilise-t-on les métaux lourds en imagerie médicale? 

Littératie médiatique

  • Quels reportages as-tu entendus sur les métaux lourds? Ces reportages portaient-ils sur une innovation ou sur un problème liés à ces métaux?
  • Connais-tu le personnage du Chapelier fou tiré du roman de Lewis Carroll Alice aux pays des merveilles? D’après ce qu’on dit, quelle a été source d’inspiration de Lewis Carroll pour ce personnage? Quels symptômes de l’intoxication au mercure ce personnage présentait-il?  

Littératie médiatique

  • Quels reportages as-tu entendus sur les métaux lourds? Ces reportages portaient-ils sur une innovation ou sur un problème liés à ces métaux?
  • Connais-tu le personnage du Chapelier fou tiré du roman de Lewis Carroll Alice aux pays des merveilles? D’après ce qu’on dit, quelle a été source d’inspiration de Lewis Carroll pour ce personnage? Quels symptômes de l’intoxication au mercure ce personnage présentait-il?  

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article favorise l’enseignement et l’apprentissage de notions relatives aux éléments chimiques, à la bioaccumulation, aux systèmes du corps humain, à la médecine nucléaire et à l’imagerie médicale dans les domaines suivants : Chimie et Santé et Corps humain. Voici la liste des concepts qui y sont présentés : métaux lourds, toxiques, contaminants, bioaccumulation, hémoglobine, système circulatoire, système nerveux, système reproducteur, micronutriments, carence, médecine nucléaire, radionucléides, radio-isotopes, produits radiopharmaceutiques à usage diagnostique, imagerie par résonnance magnétique, anticancéreux, produits radiopharmaceutiques à usage thérapeutique et nanotechnologie. 
  • Après la lecture de cet article, l’enseignant ou enseignante pourrait demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage de la toile de définition du concept pour consolider les connaissances acquises sur un concept clé (p. ex., métaux lourds, bioaccumulation ou radionucléides). Il existe des fiches reproductibles de toiles de définition du concept prêtes à utiliser en formats [Google doc] et [.pdf]. 
  • Pour approfondir l’apprentissage à partir de cet article, les élèves pourraient utiliser une autre stratégie d’apprentissage, l’Organisateur du pour et du contre, afin d’organiser l’information recueillie sur les effets positifs et négatifs des métaux lourds sur la santé humaine et de comparer ces effets. Il existe des fiches reproductibles d’Organisateur du pour et du contre en formats [Google doc] et [.pdf]. 
  • Enfin, les élèves pourraient approfondir leurs connaissances en poursuivant leurs recherches sur les différents types d’examens d’imagerie médicale, les applications de chacun d’entre eux et le rôle joué par les métaux lourds dans l’obtention ou la génération d’images dans chaque cas. Les résultats de ces recherches pourraient être résumés à l’aide d’un organisateur graphique ou d’une infographie. 

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article favorise l’enseignement et l’apprentissage de notions relatives aux éléments chimiques, à la bioaccumulation, aux systèmes du corps humain, à la médecine nucléaire et à l’imagerie médicale dans les domaines suivants : Chimie et Santé et Corps humain. Voici la liste des concepts qui y sont présentés : métaux lourds, toxiques, contaminants, bioaccumulation, hémoglobine, système circulatoire, système nerveux, système reproducteur, micronutriments, carence, médecine nucléaire, radionucléides, radio-isotopes, produits radiopharmaceutiques à usage diagnostique, imagerie par résonnance magnétique, anticancéreux, produits radiopharmaceutiques à usage thérapeutique et nanotechnologie. 
  • Après la lecture de cet article, l’enseignant ou enseignante pourrait demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage de la toile de définition du concept pour consolider les connaissances acquises sur un concept clé (p. ex., métaux lourds, bioaccumulation ou radionucléides). Il existe des fiches reproductibles de toiles de définition du concept prêtes à utiliser en formats [Google doc] et [.pdf]. 
  • Pour approfondir l’apprentissage à partir de cet article, les élèves pourraient utiliser une autre stratégie d’apprentissage, l’Organisateur du pour et du contre, afin d’organiser l’information recueillie sur les effets positifs et négatifs des métaux lourds sur la santé humaine et de comparer ces effets. Il existe des fiches reproductibles d’Organisateur du pour et du contre en formats [Google doc] et [.pdf]. 
  • Enfin, les élèves pourraient approfondir leurs connaissances en poursuivant leurs recherches sur les différents types d’examens d’imagerie médicale, les applications de chacun d’entre eux et le rôle joué par les métaux lourds dans l’obtention ou la génération d’images dans chaque cas. Les résultats de ces recherches pourraient être résumés à l’aide d’un organisateur graphique ou d’une infographie. 

En savoir plus

Métaux en tant que contaminants dans les aliments EFSA (Autorité européenne de sécurité des aliments) -- décrit les travaux  de l'organisation depuis 2009 visant à évaluer les risques de contamination par les métaux lourds

Références

Cronan, K. M., MD (Ed.). (2019, mars). Lead poisoning. KidsHealth.

Lenntech. (n.d.). Arsenic - As.

Mae, J. R., Dr. (2018, avril 15). Mad hatter disease. HealthGuidance.

Mayo Clinic. (2016, décembre 6). Lead poisoning.

Mendability. (n.d.). Our brain and metals.

National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering. (2016, juillet). Nuclear medicine.

Put, P. V. (n.d.). Radiopharmaceuticals. What is Nuclear Medicine.

Tchounwou, P. B., Yedjou, C. G., Patlolla, A. K., & Sutton, D. J. (2014). Heavy metals toxicity and the environment. Molecular, Clinical and Environmental Toxicology, 101, 133-164. DOI: 10.1007/978-3-7643-8340-4_6

World Nuclear Association. (2019, février). Radioisotopes in medicine.