CHÉLATION

CHÉLATION

La chélation (prononcer kélassion, du grec χηλ?, khêlê « pince », apparenté à χηλ?ς, khêlós « coffre ») est un processus physico-chimique au cours duquel est formé un complexe, le chélate, entre un ligand, dit chélateur (ou chélatant), et un cation (ou atome) métallique, alors complexé, dit chélaté.

Le « chélate » se distingue du simple « complexe » par le fait que le cation métallique est fixé au ligand chélateur par au moins deux liaisons de coordination. Le métal est ainsi pincé entre les fonctions chimiques du ligand. Le nombre de liaisons métal-ligand d'une molécule de ligand définit la « denticité » : on parle de coordinats ou ligands bidentes, tridentes, tétradentes (ou bidentés, tridentés, tétradentés). L’atome central est lié aux atomes voisins par au moins deux liaisons en formant une structure annulaire, un cycle chélate. Les cycles chélates les plus stables sont les cycles chélates à 5 et à 6 chaînons. Grâce à cet effet, les chélates sont des complexes plus stables que les complexes de ligands monodentes comportant les mêmes fonctions chimiques.

Des chélateurs sont utilisés comme médicaments (en cas de saturnisme par exemple), mais doivent être utilisés avec précaution car pouvant interférer avec d'autres métaux que le métal cible, et pouvant interférer avec l'immunité.

Complexe chélate de l'EDTA avec un cation métallique

Effet chélate

Comparons les deux réactions chimiques suivantes :

Cu(OH₂)₆ (II) + C₂H₄(NH₂)₂ ====== Cu(en)(OH₂)₄ (II) + 2H₂O Enthalpie standard: -54kJ/mol.

Cu(OH₂)₆ (II) + 2NH₃ ====== Cu(NH₃)₂ (OH₂)₄ (II) + 2H₂O Enthalpie standard: -46kJ/mol.

Dans chaque cas les liens Cu-N sont semblables, mais la formation du chélate est favorisée pour des raisons de thermodynamique chimique.

Shriver et Atkins résument : «L'effet chélate est l'augmentation de stabilité des complexes qui contiennent un ligand polydentate coordiné par rapport aux complexes qui contiennent un nombre équivalent de ligands monodentates analogues.»

Typologie des chélateurs

Il existe des chélatants faibles, qui forment des complexes labiles et instables, et des chélatants forts, tels l'EDTA, qui peuvent former des complexes extrêmement stables et inertes, caractérisés par des constantes de dissociation inférieures à 10^-27, c'est-à-dire que la forme complexée est un milliard de milliards de milliards de fois plus stable que la forme dissociée.

Fonctions biologiques

La chélation est un phénomène naturel fondamental.

• En chimie bioinorganique : par exemple les ions de cobalt dans la vitamine B₁₂, de magnésium dans la chlorophylle, de cuivre dans l'hémocyanine ou de fer dans l'hémoglobine sont chélatés.
• En biologie : la plupart des organismes vivants produisent des protéines spéciales (métallothionéines), riches en soufre qui contribuent à détoxiquer l'organisme. De plus, la plupart des plantes sécrètent par leur racine des chélateurs pour faciliter l'absorption de certains éléments du sol.
• Chez l'homme, les individus le font plus ou moins efficacement selon leur patrimoine génétique. Ceux dont l'organisme ne se détoxifie pas assez vite ont plus de risque de développer des maladies neurodégénératives (Maladie d'Alzheimer (MA) notamment), en particulier en cas d'exposition au mercure inorganique perdu par les plombages dentaires⁵. Chez les personnes génétiquement moins aptes à sa détoxication, le mercure augmente quantitativement et ses effets toxiques sont aggravés (hydrargyrisme). Remarque : la susceptibilité génétique au mercure est liée au polymorphisme du gène de l’apolipoprotéine E ou APOE ; elle est corrélée à un risque beaucoup plus élevé de développer une MA et de la développer plus jeune. Un trouble cognitif léger a aussi plus de valeur prédictive chez ces derniers. Ce gène APOE existe sous 3 formes (allèles APOE2, APOE3 et APOE4). L'APOE2 est plutôt protecteur, alors que l'APOE4 expose au risque maximal (y compris pour l'âge). Par exemple, un caucasien homozygote pour APOE2 a 25 fois moins de risques de MA que son homologue homozygote pour APOE4 (OR = 0,6 vs 14,9).

Applications

Les applications des chélateurs sont nombreuses, par exemple :

• en médecine : lors d'une intoxication avec des poisons métalliques ou contamination interne par des produits radiologiques (plutonium, américium, berkélium, curium, yttrium, californium…), cette propriété est mise à profit avec des antidotes - par exemple du Zn-DTPA ou Ca-DTPA - qui forment un chélate éliminé lors de la miction. Cette capacité de soustraire les cations métalliques du milieu est appelée séquestration : on donne donc aussi aux chélateurs le nom d'agents séquestrants ; On cherche a élargir le panel des chélateurs médicaux disponibles, par exemple pour chélater l'aluminium et le phosphore.
• en imagerie médicale : en IRM, le gadolinium est utilisé comme agent de contraste sous forme de chélate pour limiter la toxicité de celui-ci sur l'organisme vivant ;
• en chimie analytique ;
• dans l'industrie nucléaire ;
• dans la teinturerie ;
• dans la métallurgie ;
• en agronomie : ces agents peuvent soit passiver une surface métallique (comme le cuivre) par complexation (liaison pendante en surface) soit éloigner les ions métalliques de la surface ;
• en histologie : on utilise des chélateurs du Ca++ (de type EDTA) au cours de l'étape de décalcification des tissus osseux et dentaires. Cette étape est en général nécessaire pour permettre la coupe du prélèvement ; attention toutefois, elle est à éviter si possible, car elle provoque l'altération de la pièce à étudier ;
• pour le traitement des eaux trop chargées en métaux (piscines par exemple).

Il existe aussi des chélateurs naturels tels que des molécules contenues dans la bardane, l'ail, le lierre terrestre, les algues et la coriandre .

Autisme

L'utilisation de la chélation sur des enfants autistes est devenue très populaire aux États-Unis au début du XXI^e siècle. Des analyses sanguines effectuées sur les enfants autistes ont révélé que certains d'entre eux stockent une quantité anormale de métaux lourds dans leur corps, lançant la théorie d'une plus grande difficulté à les éliminer naturellement. Des cas anecdotiques d'amélioration du comportement après une chélation ont été rapportés. Il n'a longtemps existé aucune étude sur l'efficacité de cette approche appliquée à l'autisme.

Une pré-étude en 2007 sur 10 enfants a souligné que « les études publiées qui signalent les effets de la thérapie de chélation et / ou du contrôle de l'environnement sur l'autisme et le trouble du déficit de l'attention sont rares »¹. En 2008, la revue Clinical Toxicology rapporte la mort d'un enfant autiste de 5 ans des suites d'une chélation, et en conclut que « l'efficacité de cette thérapie pour les enfants autistes n'a pas été validée, et peut avoir des conséquences tragiques ». Mal administrée, la chélation peut drainer des minéraux « utiles » ou des métaux pris dans les tissus. Elle est « non-recommandée » par la HAS dans le cadre d'une recherche de réduction des symptômes liés à l'autisme.