Effets du tritium in vivo et in situ sur la santé des poissons : approche multi biomarqueurs et liens entre les échelles biologiques

International audienceLe contexte des effets biologiques de l’exposition aux rayonnements ionisants est une préoccupation majeure pour la radioprotection de l’homme et de l’environnement. Ceci a récemment été mis en exergue après l’accident de Fukushima, notamment dans le contexte de la quantification du risque pour la santé des individus et populations exposées aux faibles doses. Augmenter la connaissance des effets des faibles doses sur les espèces humaines et non-humaines permettrait de gagner en précision pour la prédiction des effets et la prise de décision.L’industrie nucléaire rejette dans l’environnement différents types de radionucléides, principalement des émetteurs gamma (137Cs, 60Co, 54Mn), mais aussi du tritium, le plus important en termes de production (200g correspondant à 7,2.106 Bq/an dans le monde). Le tritium est un isotope radioactif de l’hydrogène qui émet des rayonnements beta. Sa demi-vie est de 12,3 ans. Les rejets de tritium sont supposés augmenter dans le futur avec le développement de réacteurs basés sur la fusion nucléaire (ITER). Les écosystèmes aquatiques, habités pas de nombreuses espèces animales et végétales, représentent généralement le récepteur final d’un grand nombre de polluants, incluant des radionucléides dont le tritium. L’exposition à des niveaux élevés de radionculéides est connue pour induire de nombreuses altérations sur différentes fonctions de l’organisme, de la molécule (intégrité de l’ADN) à la population (effets sur la survie et la reproduction). Cependant, les effets de faibles niveaux d’exposition, plus pertinents d’un point de vue environnemental, sont peu connus.Cette présentation résume les différents travaux menés depuis plusieurs années à l’IRSN sur le tritium, sur différents modèles biologiques : le poisson zèbre, Danio rerio, espèce modèle facile à maintenir en laboratoire, afin de comprendre les mécanismes d’action du tritium dans le cadre d’expositions contrôlées ; et le tête de boule, Pimephales promelas, espèce autochtone du continent Nord-Américain, afin d’étudier les effets du tritium seul ou un mélange dans un contexte réel de contamination aux effluents d’un centre de recherche. L’évaluation des effets du tritium a été réalisée par l’analyse d’une batterie de biomarqueurs à différentes échelles biologiques, de la molécule à l’individu. L’analyse de l’ensemble des résultats permettra de mieux comprendre les effets du tritium, seul ou en mélange, sur la physiologie du poisson

Effets du tritium in vivo et in situ sur la santé des poissons : approche multi biomarqueurs et liens entre les échelles biologiques

International audienceLe contexte des effets biologiques de l’exposition aux rayonnements ionisants est une préoccupation majeure pour la radioprotection de l’homme et de l’environnement. Ceci a récemment été mis en exergue après l’accident de Fukushima, notamment dans le contexte de la quantification du risque pour la santé des individus et populations exposées aux faibles doses. Augmenter la connaissance des effets des faibles doses sur les espèces humaines et non-humaines permettrait de gagner en précision pour la prédiction des effets et la prise de décision.L’industrie nucléaire rejette dans l’environnement différents types de radionucléides, principalement des émetteurs gamma (137Cs, 60Co, 54Mn), mais aussi du tritium, le plus important en termes de production (200g correspondant à 7,2.106 Bq/an dans le monde). Le tritium est un isotope radioactif de l’hydrogène qui émet des rayonnements beta. Sa demi-vie est de 12,3 ans. Les rejets de tritium sont supposés augmenter dans le futur avec le développement de réacteurs basés sur la fusion nucléaire (ITER). Les écosystèmes aquatiques, habités pas de nombreuses espèces animales et végétales, représentent généralement le récepteur final d’un grand nombre de polluants, incluant des radionucléides dont le tritium. L’exposition à des niveaux élevés de radionculéides est connue pour induire de nombreuses altérations sur différentes fonctions de l’organisme, de la molécule (intégrité de l’ADN) à la population (effets sur la survie et la reproduction). Cependant, les effets de faibles niveaux d’exposition, plus pertinents d’un point de vue environnemental, sont peu connus.Cette présentation résume les différents travaux menés depuis plusieurs années à l’IRSN sur le tritium, sur différents modèles biologiques : le poisson zèbre, Danio rerio, espèce modèle facile à maintenir en laboratoire, afin de comprendre les mécanismes d’action du tritium dans le cadre d’expositions contrôlées ; et le tête de boule, Pimephales promelas, espèce autochtone du continent Nord-Américain, afin d’étudier les effets du tritium seul ou un mélange dans un contexte réel de contamination aux effluents d’un centre de recherche. L’évaluation des effets du tritium a été réalisée par l’analyse d’une batterie de biomarqueurs à différentes échelles biologiques, de la molécule à l’individu. L’analyse de l’ensemble des résultats permettra de mieux comprendre les effets du tritium, seul ou en mélange, sur la physiologie du poisson

Effets du tritium in vivo et in situ sur la santé des poissons : approche multi biomarqueurs et liens entre les échelles biologiques

International audienceLe contexte des effets biologiques de l’exposition aux rayonnements ionisants est une préoccupation majeure pour la radioprotection de l’homme et de l’environnement. Ceci a récemment été mis en exergue après l’accident de Fukushima, notamment dans le contexte de la quantification du risque pour la santé des individus et populations exposées aux faibles doses. Augmenter la connaissance des effets des faibles doses sur les espèces humaines et non-humaines permettrait de gagner en précision pour la prédiction des effets et la prise de décision.L’industrie nucléaire rejette dans l’environnement différents types de radionucléides, principalement des émetteurs gamma (137Cs, 60Co, 54Mn), mais aussi du tritium, le plus important en termes de production (200g correspondant à 7,2.106 Bq/an dans le monde). Le tritium est un isotope radioactif de l’hydrogène qui émet des rayonnements beta. Sa demi-vie est de 12,3 ans. Les rejets de tritium sont supposés augmenter dans le futur avec le développement de réacteurs basés sur la fusion nucléaire (ITER). Les écosystèmes aquatiques, habités pas de nombreuses espèces animales et végétales, représentent généralement le récepteur final d’un grand nombre de polluants, incluant des radionucléides dont le tritium. L’exposition à des niveaux élevés de radionculéides est connue pour induire de nombreuses altérations sur différentes fonctions de l’organisme, de la molécule (intégrité de l’ADN) à la population (effets sur la survie et la reproduction). Cependant, les effets de faibles niveaux d’exposition, plus pertinents d’un point de vue environnemental, sont peu connus.Cette présentation résume les différents travaux menés depuis plusieurs années à l’IRSN sur le tritium, sur différents modèles biologiques : le poisson zèbre, Danio rerio, espèce modèle facile à maintenir en laboratoire, afin de comprendre les mécanismes d’action du tritium dans le cadre d’expositions contrôlées ; et le tête de boule, Pimephales promelas, espèce autochtone du continent Nord-Américain, afin d’étudier les effets du tritium seul ou un mélange dans un contexte réel de contamination aux effluents d’un centre de recherche. L’évaluation des effets du tritium a été réalisée par l’analyse d’une batterie de biomarqueurs à différentes échelles biologiques, de la molécule à l’individu. L’analyse de l’ensemble des résultats permettra de mieux comprendre les effets du tritium, seul ou en mélange, sur la physiologie du poisson

Effets du tritium in vivo et in situ sur la santé des poissons : approche multi biomarqueurs et liens entre les échelles biologiques

International audienceLe contexte des effets biologiques de l’exposition aux rayonnements ionisants est une préoccupation majeure pour la radioprotection de l’homme et de l’environnement. Ceci a récemment été mis en exergue après l’accident de Fukushima, notamment dans le contexte de la quantification du risque pour la santé des individus et populations exposées aux faibles doses. Augmenter la connaissance des effets des faibles doses sur les espèces humaines et non-humaines permettrait de gagner en précision pour la prédiction des effets et la prise de décision.L’industrie nucléaire rejette dans l’environnement différents types de radionucléides, principalement des émetteurs gamma (137Cs, 60Co, 54Mn), mais aussi du tritium, le plus important en termes de production (200g correspondant à 7,2.106 Bq/an dans le monde). Le tritium est un isotope radioactif de l’hydrogène qui émet des rayonnements beta. Sa demi-vie est de 12,3 ans. Les rejets de tritium sont supposés augmenter dans le futur avec le développement de réacteurs basés sur la fusion nucléaire (ITER). Les écosystèmes aquatiques, habités pas de nombreuses espèces animales et végétales, représentent généralement le récepteur final d’un grand nombre de polluants, incluant des radionucléides dont le tritium. L’exposition à des niveaux élevés de radionculéides est connue pour induire de nombreuses altérations sur différentes fonctions de l’organisme, de la molécule (intégrité de l’ADN) à la population (effets sur la survie et la reproduction). Cependant, les effets de faibles niveaux d’exposition, plus pertinents d’un point de vue environnemental, sont peu connus.Cette présentation résume les différents travaux menés depuis plusieurs années à l’IRSN sur le tritium, sur différents modèles biologiques : le poisson zèbre, Danio rerio, espèce modèle facile à maintenir en laboratoire, afin de comprendre les mécanismes d’action du tritium dans le cadre d’expositions contrôlées ; et le tête de boule, Pimephales promelas, espèce autochtone du continent Nord-Américain, afin d’étudier les effets du tritium seul ou un mélange dans un contexte réel de contamination aux effluents d’un centre de recherche. L’évaluation des effets du tritium a été réalisée par l’analyse d’une batterie de biomarqueurs à différentes échelles biologiques, de la molécule à l’individu. L’analyse de l’ensemble des résultats permettra de mieux comprendre les effets du tritium, seul ou en mélange, sur la physiologie du poisson

Correlated biomarker responses for DNA damage and innate immunity revealed in a comparison between field and laboratory studies: Fathead Minnow Exposed to Tritium

International audienceTritium entering the aquatic environment contributes to the doses received by aquatic organisms. Multiple stressors inherent in natural environments, however, confound estimates for radio-sensitivity determined in controlled laboratory settings. To disentangle differences between field and laboratory outcomes, a multivariate analysis of biomarkers is described for fathead minnows (Pimephales promelas) exposed to tritium for 60 days and allowed to depurate for 60 days. In the laboratory study, the biomarkers for DNA damage and innate immunity display a dose-response relationship to internalized tritium. At the same tritium activity concentrations, the biomarkers for genotoxicity from the field study were lower than those from the laboratory study. This finding does not support an increase in genotoxic stress or sensitivity in the field-exposed fish, as was suggested by a meta-analysis comparing field data for radiation exposure from the Chernobyl exclusion zone and data from laboratory studies.In the laboratory, we see strong correlations between tritium exposure (up to 180 kBq/L), DNA damage (comet and micronuclei formation in gonad) and innate immune responses (phagocytosis and fluorescence associated with lysosomal membrane integrity in spleen). In the field, we see a high proportion of phagocytosis where the comet tail moment, but not the micronucleus frequency, correlated with fluorescence associated with lysosomal membrane integrity in spleen.The biomarkers for oxidative stress (catalase and superoxide dismutase) were specific to each study location with higher liver catalase activity in the laboratory exposures and higher superoxide dismutase in the field exposures. Indicators of overall health were not different between exposures, locations, or weight, length and organ somatic indices. This comparison highlights the relevance for using the DNA damages and innate immune system response endpoints as biomarkers of chronic low-dose tritium exposure, and the need to obtain a better mechanistic understanding of initiating events for the immune response

Effects of in vivo exposure to tritium: a multi-biomarker approach using the fathead minnow, Pimephales promelas

International audienceTritium (3H) is a radioactive isotope of hydrogen. In the environment, the most common form of tritium is tritiated water (HTO). However, tritium can also be incorporated into organic molecules, forming organically bound tritium (OBT). The present study characterized the effects of tritium on the health of the fathead minnow, Pimephales promelas. Fish were exposed to a gradient of HTO (activity concentrations of 12,000, 25,000 and 180,000 Bq/L) and OBT using food spiked with tritiated amino acids (OBT only, with an activity concentration of 27,000 Bq/L). A combined exposure condition where fish were placed in 25,000 Bq/L water and received OBT through feed was also studied. Fish were exposed for 60 days, followed by a 60 day depuration period. A battery of health biomarkers were measured in fish tissues at seven time points throughout the 120 days required to complete the exposure and depuration phases. HTO and OBT were also measured in fish tissues at the same time points. Results showed effects of increasing tritium activity concentrations in water after 60 days of exposure. The internal dose rates of tritium, estimated from the tissue free-water tritium (TFWT) and OBT activity concentrations, reached a maximum of 0.65 µGy/h, which is relatively low considering background levels. No effects were observed on survival, fish condition, and metabolic indices (gonado-, hepato- and spleno- somatic indexes (GSI, HSI, SSI), RNA/DNA and proteins/DNA ratios). Multivariate analyses showed that several biomarkers (DNA damages, micronucleus (MN) frequency, brain acetylcholinesterase (AChE), lysosomal membrane integrity (LMI), phagocytosis activity and reactive oxygen species (ROS) production) were exclusively correlated with fish tritium internal dose rate, showing that tritium induced genotoxicity, as well as neural and immune responses. The results were compared with another study on the same fish species where fish were exposed to tritium and other contaminants in natural environments. Together with the field study, the present work provides useful data to identify biomarkers for tritium exposure and better understand modes of action of tritium on the fathead minnow

Effects of in situ exposure to tritiated natural environments A multi-biomarker approach using the fathead minnow, Pimephales promelas

International audienceAquatic ecosystems are chronically exposed to radionuclides as well as other pollutants. Increased concentrations of pollutants in aquatic environments can present a risk to exposed organisms, including fish. The goal of this study was to characterize the effects of tritium, in the context of natural environments, on the health of fathead minnow, Pimephales promelas. Fish were exposed to tritium (activity concentrations ranging from 2 to 23,000 Bq/L) and also to various concentrations of several metals to replicate multiple-stressor environments. Fish were exposed for 60 days, then transferred to the tritium background site where they stayed for another 60 days. Tritium, in the forms of tritiated water (HTO) and organically bound tritium (OBT), and a series of fish health indicators were measured in fish tissues at seven time points throughout the 120 days required to complete the exposure and the depuration phases. Results showed effects of environmental exposure following the increase of tritium activity and metals concentrations in water. The internal dose rates of tritium, estimated from tissue HTO and OBT activity concentrations, were consistently low (maximum of 0.2 μGy/h) compared to levels at which population effects may be expected (> 100 μGy/h) and no effects were observed on survival, fish condition, gonado-somatic, hepato-somatic, spleno-somatic and metabolic indices (RNA/DNA, proteins/DNA and protein carbonylation (in gonads and kidneys)). Using multivariate analyses, we showed that several biomarkers (DNA damages, MN frequency, gamma-H2AX, SFA/MUFA ratios, lysosomal membrane integrity, AChE, SOD, phagocytosis and esterase activities) were exclusively correlated with fish tritium internal dose rate, showing that tritium induced genotoxicity, DNA repair activity, changes in fatty acid composition, and immune, neural and antioxidant responses. Some biomarkers were responding to the presence of metals, but overall, more biomarkers were linked to internalized tritium. The results are discussed in the context of multiple stressors involving metals and tritium. © 2017 Elsevier B.V