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La chélation (prononcer kélassion, du grec χηλή/ khêlḗ, «pince, serre de certains animaux»), appelée aussi séquestration ou complexation, 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».
Complexe chélate de l'EDTA avec un cation métallique
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[1] 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 monodentés comportant les mêmes fonctions chimiques.
Des chélateurs sont utilisés comme médicaments (en cas de saturnisme par exemple), mais ils doivent être utilisés avec précaution car ils peuvent interférer avec d’autres métaux que le métal cible et avec l’immunité[2].
La thérapie par chélation est utilisée en médecine avec une efficacité démontrée dans le cas d’intoxication à des métaux lourds. En médecine non conventionnelle, ce traitement est aussi proposé pour désintoxiquer le corps de supposées toxines (provenant par exemple de plombage dentaire ou de vaccin) ou pour retirer les ions calcium du sang (étant considérés comme source d’artériosclérose). Mais aucun essai clinique n’a démontré l’efficacité de ces approches alternatives, avec d’ailleurs un danger lié à la diminution de stock d’électrolytes dans le sang[3].
Dans chaque cas, les liens Cu–N sont semblables, mais la formation du chélate est favorisée pour des raisons de thermodynamique chimique[4],[5].
Shriver et Atkins concluent ainsi:
«L’effet chélate est l’augmentation de stabilité des complexes qui contiennent un ligand polydentate coordonné par rapport aux complexes qui contiennent un nombre équivalent de ligands monodentates analogues.»
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.
La chélation est un phénomène naturel fondamental.
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[6].
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 dentaires[7]. 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[8],[9]. Un trouble cognitif léger a aussi plus de valeur prédictive chez ces derniers[10]. 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) [11],[12],[13]. 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).
Certains chélateurs naturels sont utilisés à leur profit par des organismes vivants, mais certains chélateurs issus de la chimie de synthèse en interférant négativement avec les cycles écologiques et biologiques de certains minéraux et métaux qui sont des oligoéléments ou des métaux toxiques (plomb, mercure, cadmium…) ou radioactifs, certains polluants chélateurs très présents dans notre environnement pourraient avoir des effets toxiques et écotoxicologiques[14].
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 à élargir le panel des chélateurs médicaux disponibles, par exemple pour chélater l'aluminium[15] et le phosphore[15].
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[16];
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).
L'utilisation de la chélation sur des enfants autistes est devenue très courante aux États-Unis au début du XXIesiècle[17]. 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[18]. 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[19].
Une pré-étude faite en 2007 sur dix enfants permet d'affirmer 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»[20]. 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»[17]. Mal administrée, la chélation peut drainer des minéraux «utiles» ou des métaux pris dans les tissus[21]. Elle est «non-recommandée» par la HAS dans le cadre d'une recherche de réduction des symptômes liés à l'autisme[22].
D. F. Shriver et P. W. Atkins (trad.de l'anglais par André Pousse), Chimie inorganique [«Inorganic Chemistry, Third Edition»], Paris, De Boeck Université, , 763p. (ISBN2-7445-0110-7, lire en ligne), partie1, chap.7 («Complexes des métaux d»), p.243
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