L'iode en biologie - Iodine in biology
L'iode est un oligo-élément essentiel dans les systèmes biologiques . Il a la particularité d'être l'élément le plus lourd couramment requis par les organismes vivants ainsi que le deuxième plus lourd connu pour être utilisé par toute forme de vie (seul le tungstène , un composant de quelques enzymes bactériennes, a un numéro atomique et un poids atomique plus élevés ). C'est un composant des voies biochimiques dans les organismes de tous les règnes biologiques, suggérant son importance fondamentale tout au long de l'histoire évolutive de la vie.
L'iode est essentiel au bon fonctionnement du système endocrinien des vertébrés et joue un rôle moindre dans de nombreux autres organes, notamment ceux des systèmes digestif et reproducteur. Un apport adéquat de composés contenant de l'iode est important à tous les stades du développement, en particulier pendant les périodes fœtale et néonatale, et les régimes alimentaires carencés en iode peuvent avoir de graves conséquences sur la croissance et le métabolisme.
Les fonctions
Thyroïde
En biologie des vertébrés , la fonction principale de l'iode est en tant que constituant des hormones thyroïdiennes , la thyroxine (T4) et la triiodothyronine (T3). Ces molécules sont fabriquées à partir de produits d'addition-condensation de l' acide aminé tyrosine et sont stockées avant d'être libérées dans une protéine contenant de l'iode appelée thyroglobuline . T4 et T3 contiennent respectivement quatre et trois atomes d'iode par molécule ; l'iode représente 65 % du poids moléculaire de la T4 et 59 % de la T3. La glande thyroïde absorbe activement l'iode du sang pour produire et libérer ces hormones dans le sang, actions qui sont régulées par une deuxième hormone, appelée hormone stimulant la thyroïde (TSH), qui est produite par l' hypophyse . Les hormones thyroïdiennes sont des molécules phylogénétiquement très anciennes qui sont synthétisées par la plupart des organismes multicellulaires , et qui ont même un certain effet sur les organismes unicellulaires . Les hormones thyroïdiennes jouent un rôle fondamental en biologie, agissant sur les mécanismes de transcription des gènes pour réguler le taux métabolique basal . La T3 agit sur les cellules de l' intestin grêle et les adipocytes pour augmenter respectivement l' absorption des glucides et la libération d' acides gras . Une carence en hormones thyroïdiennes peut réduire le taux métabolique de base jusqu'à 50 %, tandis qu'une production excessive d'hormones thyroïdiennes peut augmenter le taux métabolique de base de 100 %. La T4 agit en grande partie comme un précurseur de la T3, qui est (à quelques exceptions près) l'hormone biologiquement active. Via les hormones thyroïdiennes, l'iode a une relation nutritionnelle avec le sélénium . Une famille d' enzymes dépendantes du sélénium appelées déiodinases convertit la T4 en T3 (l'hormone active) en éliminant un atome d'iode du cycle tyrosine externe. Ces enzymes convertissent également T4 en T3 inverse (rT3) en supprimant un atome d'iode du cycle interne, et convertissent également T3 en 3,3'-Diiodothyronine (T2) en supprimant un atome du cycle interne. Ces deux derniers produits sont des hormones inactivées qui n'ont pratiquement aucun effet biologique et sont rapidement préparées pour être éliminées. Une famille d'enzymes non dépendantes du sélénium déiode ensuite davantage les produits de ces réactions.
En vérité, la quantité totale d'iode dans le corps humain est encore controversée, et en 2001, MT Hays a publié dans Thyroid qu'« il est surprenant que la teneur totale en iode du corps humain reste incertaine après de nombreuses années d'intérêt pour le métabolisme de l'iode. Seule la teneur en iode de la glande thyroïde a été mesurée avec précision par balayage fluorescent, et elle est maintenant bien estimée à 5-15 mg dans la thyroïde humaine normale. Mais des méthodes similaires ne sont pas disponibles pour d'autres tissus et pour les organes extrathyroïdiens. De nombreux chercheurs ont rapporté des nombres différents de 10 à 50 mg de la teneur totale en iode dans le corps humain. Le sélénium joue également un rôle très important dans la production de glutathion , l' antioxydant le plus puissant de l'organisme . Lors de la production des hormones thyroïdiennes, le peroxyde d'hydrogène est produit en grande quantité, et donc une teneur élevée en iode en l'absence de sélénium peut détruire la glande thyroïde (souvent décrite comme un mal de gorge ) ; les peroxydes sont neutralisés par la production de glutathion à partir de sélénium. À son tour, un excès de sélénium augmente la demande en iode, et une carence se produira lorsqu'un régime alimentaire est riche en sélénium et pauvre en iode.
Iode extrathyroïdien
L'iode extra-thyroïdien existe dans plusieurs autres organes, notamment les glandes mammaires , les yeux, la muqueuse gastrique , le col de l'utérus , le liquide céphalo-rachidien , les parois artérielles, les ovaires et les glandes salivaires . Dans les cellules de ces tissus, l' ion iodure (I − ) pénètre directement par le symporteur sodium-iodure (NIS). Différentes réponses tissulaires pour l'iode et l'iodure se produisent dans les glandes mammaires et la glande thyroïde des rats. Le rôle de l'iode dans le tissu mammaire est lié au développement fœtal et néonatal, mais son rôle dans les autres tissus n'est pas bien connu. Il a été démontré qu'il agit comme un antioxydant et un antiproliférant dans divers tissus qui peuvent absorber l'iode. Il a été démontré que l' iode moléculaire (I 2 ) a un effet suppresseur sur les néoplasies bénignes et cancéreuses .
L'US Food and Nutrition Board et l'Institute of Medicine ont recommandé que l'apport quotidien en iode varie de 150 microgrammes par jour pour les humains adultes à 290 microgrammes par jour pour les mères allaitantes. Cependant, la glande thyroïde n'a pas besoin de plus de 70 microgrammes par jour pour synthétiser les quantités quotidiennes requises de T4 et T3. Les apports journaliers plus élevés en iode semblent nécessaires au fonctionnement optimal d'un certain nombre d'autres systèmes corporels, notamment les seins en lactation, la muqueuse gastrique, les glandes salivaires, la muqueuse buccale, les parois artérielles, le thymus , l'épiderme, le plexus choroïde et le liquide céphalo-rachidien , entre autres.
Autres fonctions
L' iode et la thyroxine ont également été montré pour stimuler la spectaculaire l' apoptose des cellules des branchies des larves, la queue et les nageoires au cours de métamorphose dans les amphibiens , ainsi que la transformation de leur système nerveux de celle du milieu aquatique, herbivore têtard dans celui de la Terre , adulte carnivore. L' espèce de grenouille Xenopus laevis s'est avérée être un organisme modèle idéal pour l'étude expérimentale des mécanismes de l'apoptose et du rôle de l'iode dans la biologie du développement.
Les agents contenant de l'iode peuvent exercer un effet différentiel sur différentes espèces dans un système agricole . La croissance de toutes les souches de Fusarium verticillioides est significativement inhibée par un fongistatique contenant de l'iode (AJ1629-34EC) à des concentrations qui ne nuisent pas à la culture. Cela pourrait être un traitement agricole antifongique moins toxique en raison de sa chimie relativement naturelle.
Recommandations diététiques
L' Institute of Medicine des États-Unis (IOM) a mis à jour les besoins moyens estimés (EAR) et les apports nutritionnels recommandés (AJR) pour l'iode en 2000. Pour les personnes de 14 ans et plus, l'AJR pour l'iode est de 150 g/jour ; la RDA pour les femmes enceintes est de 220 g/jour et la RDA pendant l'allaitement est de 290 μg/jour. Pour les enfants de 1 à 8 ans, l'AJR est de 90 g/jour ; pour les enfants de 8 à 13 ans, 130 g/jour. Pour des raisons de sécurité, l'IOM fixe des niveaux d'apport maximum tolérables (AMT) pour les vitamines et les minéraux lorsque les preuves sont suffisantes. L'UL pour l'iode chez l'adulte est de 1 100 g/jour. Cet UL a été évalué en analysant l'effet de la supplémentation sur l'hormone thyréostimulante . Collectivement, les EAR, les RDA, les AI et les UL sont appelés Apports Diététiques de Référence (ANREF).
L' Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) fait référence à l'ensemble collectif d'informations sous le nom de valeurs nutritionnelles de référence, avec l'apport de référence pour la population (PRI) au lieu de RDA, et l'exigence moyenne au lieu de EAR ; AI et UL sont définis de la même manière qu'aux États-Unis. Pour les femmes et les hommes de 18 ans et plus, le PRI pour l'iode est fixé à 150 μg/jour ; le PRI pendant la grossesse ou l'allaitement est de 200 g/jour. Pour les enfants âgés de 1 à 17 ans, le PRI augmente avec l'âge de 90 à 130 g/jour. Ces PRI sont comparables aux RDA américains à l'exception de celui pour la lactation. L'EFSA a examiné la même question de sécurité et a fixé son UL adulte à 600 g/jour, ce qui représente un peu plus de la moitié de la valeur américaine. Notamment, le Japon a réduit son UL d'iode adulte de 3 000 à 2 200 µg/jour en 2010, mais l'a ensuite remonté à 3 000 µg/jour en 2015.
Aux fins de l'étiquetage des aliments et des compléments alimentaires aux États-Unis, la quantité dans une portion est exprimée en pourcentage de la valeur quotidienne (% VQ). Pour l'iode en particulier, 100 % de la valeur quotidienne est considérée comme 150 g, et ce chiffre est resté à 150 g dans la révision du 27 mai 2016. La conformité à la réglementation mise à jour en matière d'étiquetage était requise d'ici le 1er janvier 2020 pour les fabricants dont les ventes annuelles d'aliments sont de 10 millions de dollars américains ou plus, et d'ici le 1er janvier 2021 pour les fabricants dont les ventes d'aliments en volume sont plus faibles. Un tableau des anciennes et nouvelles valeurs quotidiennes chez l'adulte est fourni à la rubrique Apport quotidien de référence .
En 2000, l'apport médian observé d'iode provenant des aliments aux États-Unis était de 240 à 300 g/jour pour les hommes et de 190 à 210 g/jour pour les femmes. Au Japon, la consommation est beaucoup plus élevée en raison de la consommation fréquente d' algues ou de varech kombu . L'apport quotidien moyen au Japon varie de 1 000 à 3 000 g/jour ; les estimations précédentes suggéraient un apport moyen aussi élevé que 13 000 g/jour.
Sources de nourriture
Les sources naturelles d'iode comprennent de nombreux organismes marins, tels que le varech et certains produits de la mer, ainsi que des plantes cultivées sur des sols riches en iode. Le sel iodé est enrichi en iode. Selon un rapport 2016 de la Food Fortification Initiative, 130 pays ont une fortification obligatoire du sel en iode et 10 autres ont une fortification volontaire.
Carence
Dans le monde, la carence en iode touche deux milliards de personnes et est la principale cause évitable de retard mental . Le handicap mental est un résultat qui survient principalement lorsque les bébés ou les jeunes enfants sont rendus hypothyroïdiens par un manque d'iode alimentaire (une nouvelle hypothyroïdie chez les adultes peut provoquer un ralentissement mental temporaire, mais pas des dommages permanents).
Dans les régions où il y a peu d'iode dans l'alimentation, généralement les régions intérieures reculées et les climats équatoriaux semi-arides où aucun aliment marin n'est consommé, la carence en iode donne également lieu à une hypothyroïdie , dont les symptômes les plus graves sont le goitre épidémique (gonflement de la thyroïde glande), fatigue extrême, ralentissement mental, dépression, prise de poids et basses températures corporelles basales.
L'ajout d'iode au sel de table (appelé sel iodé ) a largement éliminé les conséquences les plus graves de la carence en iode dans les pays les plus riches, mais la carence reste un grave problème de santé publique dans le monde en développement. La carence en iode est également un problème dans certaines régions d'Europe ; en Allemagne, on estime qu'un milliard de dollars en dépenses de santé est dépensé chaque année pour combattre et traiter la carence en iode.
Iode et risque de cancer
La source:
- Cancer du sein . La glande mammaire concentre activement l'iode dans le lait au profit du nourrisson en développement et peut développer une hyperplasie semblable à un goitre, se manifestant parfois par une maladie fibrokystique du sein , lorsque le niveau d'iode est faible . Des études indiquent qu'une carence en iode, alimentaire ou pharmacologique, peut entraîner une atypie mammaire et une incidence accrue de malignité dans les modèles animaux, tandis que le traitement à l'iode peut inverser la dysplasie , l'iode élémentaire (I 2 ) s'étant avéré plus efficace pour réduire les hyperplasies canalaires. et la fibrose périlobulaire chez les rats carencés en iode que l'iodure ( I − ). Sur l'observation que les femmes japonaises qui consomment des algues riches en iode ont un taux de cancer du sein relativement faible, l'iode est suggéré comme protection contre le cancer du sein. L'iode est connu pour induire l' apoptose dans les cellules cancéreuses du sein. Des preuves de laboratoire ont démontré un effet de l'iode sur le cancer du sein qui est en partie indépendant de la fonction thyroïdienne , l'iode inhibant le cancer par modulation de la voie des œstrogènes . Le profilage du réseau de gènes de la lignée cellulaire de cancer du sein sensible aux œstrogènes montre que la combinaison d'iode et d'iodure modifie l'expression des gènes et inhibe la réponse aux œstrogènes par le biais de protéines régulatrices à la hausse impliquées dans le métabolisme des œstrogènes. L'utilité de l'iode/iodure en tant que traitement adjuvant dans la manipulation pharmacologique de la voie des œstrogènes chez les femmes atteintes d'un cancer du sein n'a pas été déterminée cliniquement.
- Cancer gastrique . Certains chercheurs ont trouvé une corrélation épidémiologique entre la carence en iode, le goitre carencé en iode et le cancer gastrique ; une diminution de l'incidence des décès par cancer de l'estomac après prophylaxie à l'iode. Dans le mécanisme proposé, l'ion iodure fonctionne dans la muqueuse gastrique comme une espèce antioxydante réductrice qui détoxifie les espèces réactives toxiques de l'oxygène , telles que le peroxyde d'hydrogène .
Précautions et toxicité
Iode élémentaire
L'iode élémentaire est un irritant oxydant , et le contact direct avec la peau peut provoquer des lésions , les cristaux d'iode doivent donc être manipulés avec précaution. Les solutions à forte concentration d'iode élémentaire, telles que la teinture d'iode, peuvent endommager les tissus si l'utilisation pour le nettoyage et l'antisepsie est prolongée. Bien que l'iode élémentaire soit utilisé dans la formulation de la solution de Lugol , un désinfectant médical courant, il devient triiodure en réagissant avec l' iodure de potassium utilisé dans la solution et est donc non toxique. Seule une petite quantité d'iode élémentaire se dissoudra dans l'eau, et l'ajout d'iodure de potassium permet à une quantité beaucoup plus importante d'iode élémentaire de se dissoudre par la réaction de I2-I3. Cela permet à l'iode de Lugol d'être produit dans des concentrations variant de 2% à 15% d'iode.
L'iode élémentaire (I 2 ) est toxique s'il est pris par voie orale en grande quantité; 2-3 grammes est une dose mortelle pour un humain adulte. L'iodure de potassium, en revanche, a une dose létale médiane (DL 50 ) relativement élevée chez plusieurs autres animaux : chez le lapin, elle est de 10 g/kg ; chez le rat, 14 g/kg et chez la souris, 22 g/kg. L'apport maximal tolérable pour l'iode tel qu'établi par le Food and Nutrition Board est de 1 100 µg/jour pour les adultes. La limite supérieure sûre de consommation fixée par le ministère de la Santé, du Travail et du Bien-être au Japon est de 3 000 µg/jour.
La demi-vie biologique de l'iode diffère entre les différents organes du corps, de 100 jours dans la thyroïde, à 14 jours dans les reins et la rate, à 7 jours dans les organes reproducteurs. Typiquement, le taux d'élimination urinaire quotidien varie de 100 à 200 µg/L chez l'homme. Cependant, le régime japonais, riche en varech riche en iode , contient 1 000 à 3 000 µg d'iode par jour, et les recherches indiquent que le corps peut facilement éliminer l'excès d'iode qui n'est pas nécessaire à la production d'hormones thyroïdiennes. La littérature rapporte que jusqu'à 30 000 µg/L (30 mg/L) d'iode sont excrétés en toute sécurité dans l'urine en une seule journée, avec des niveaux revenant à la plage standard en quelques jours, en fonction de la consommation d'algues. Une étude a conclu que la plage de teneur en iode corporel total chez les mâles était de 12,1 mg à 25,3 mg, avec une moyenne de 14,6 mg. On suppose qu'une fois que l'hormone thyréostimulante est supprimée, le corps élimine simplement l'excès d'iode et, par conséquent, une supplémentation à long terme avec de fortes doses d'iode n'a aucun effet supplémentaire une fois que le corps est suffisamment riche en iode. On ne sait pas si la glande thyroïde est le facteur limitant la production d'hormones thyroïdiennes à partir de l'iode et de la tyrosine, mais en supposant que ce ne soit pas le cas, une dose de charge à court terme d'une ou deux semaines au niveau d'apport maximal tolérable peut rapidement restaurer la fonction thyroïdienne chez les patients carencés en iode.
Les vapeurs d'iode sont très irritantes pour les yeux , les muqueuses et les voies respiratoires. La concentration d'iode dans l'air ne doit pas dépasser 1 mg/m 3 (moyenne pondérée sur huit heures).
Lorsqu'il est mélangé avec de l' ammoniac et de l'eau, l'iode élémentaire forme du triiodure d'azote , qui est extrêmement sensible aux chocs et peut exploser de manière inattendue.
Iode iodure
Une consommation excessive d'iode présente des symptômes similaires à ceux d'une carence en iode. Les symptômes couramment rencontrés sont une croissance anormale de la glande thyroïde et des troubles du fonctionnement, ainsi que de la croissance de l'organisme dans son ensemble. La toxicité de l'iodure est similaire (mais pas identique) à la toxicité des ions des autres halogènes , tels que les bromures ou les fluorures . L'excès de brome et de fluor peut empêcher l'absorption, le stockage et l'utilisation de l'iode dans les organismes, car les deux éléments peuvent remplacer sélectivement l'iode biochimiquement.
L'excès d'iode peut également être plus cytotoxique en association avec une carence en sélénium . La supplémentation en iode dans les populations carencées en sélénium est théoriquement problématique, en partie pour cette raison. La sélénocystéine (abrégée en Sec ou U , dans les publications plus anciennes également en Se-Cys ) est le 21e acide aminé protéinogène et est à l'origine de la toxicité des ions iodure lorsqu'il y a une insuffisance simultanée de sélénium biologiquement disponible. La sélénocystéine existe naturellement dans tous les règnes de la vie en tant qu'élément constitutif des sélénoprotéines .
Réactions d'hypersensibilité
Certaines personnes développent une hypersensibilité aux composés de l'iode, mais il n'y a aucun cas connu de personnes directement allergiques à l'iode élémentaire lui-même. Les réactions de sensibilité notables qui ont été observées chez l'homme comprennent :
- L'application de teinture d'iode peut provoquer une éruption cutanée.
- Certains cas de réaction à la povidone-iode (bétadine) ont été documentés comme étant une brûlure chimique.
L'utilisation médicale de composés iodés (c'est-à-dire en tant qu'agent de contraste ) peut provoquer un choc anaphylactique chez les patients très sensibles, vraisemblablement en raison de la sensibilité au vecteur chimique. Les cas de sensibilité aux composés de l'iode ne doivent pas être formellement classés comme allergies à l'iode, car cela perpétue la croyance erronée que c'est l'iode auquel les patients réagissent, plutôt que l'allergène spécifique. La sensibilité aux composés iodés est rare mais a un effet considérable compte tenu de l'utilisation extrêmement répandue des produits de contraste à base d' iode ; cependant, le seul effet indésirable du produit de contraste pouvant être attribué de manière convaincante à l'iodure libre est l'iodure des oreillons et d'autres manifestations de l'iodisme.
Voir également
- Biologie et pharmacologie des éléments chimiques
- Le calcium en biologie – Aperçu du sujet
- Le magnésium en biologie
- Potassium en biologie – Description de la fonction de l'élément en tant que micronutriment minéral essentiel
- Le sélénium en biologie – Micro-nutriment essentiel pour les animaux
- Le sodium en biologie