NOTIONS DE TOXICOLOGIE

Sont abordées ici les notions de toxicologie utiles pour la compréhension des pages relatives à la santé et, en particulier, la page « Analyses ».

DIFFERENTS TYPES DE TOXICITE

Influence de la dose et de la durée

La toxicité d’une substance dépend de la dose absorbée et de la durée pendant laquelle cette dose est absorbée. On distingue :
  • la toxicité aiguë, pour laquelle la durée d’exposition est inférieure à 15 jours.
  • La toxicité subaiguë pour une exposition de 15 jours à quelques années.
  • La toxicité chronique pour une exposition durant la vie entière.
En général, la toxicité aiguë correspond à une exposition accidentelle, la toxicité subaiguë à une exposition professionnelle, la toxicité chronique à une exposition environnementale. Nous nous intéresserons, ici, essentiellement aux toxicités aiguës et chroniques.
Contrairement à ce qu’il paraît logique de penser, les effets d’une même substance sont différents suivant le type de toxicité :

Types de toxicité
Toxicité aiguë subaiguë chronique
Acide Cyanhydrique asphyxie
Benzène coma cérébral moelle osseuse leucémie
Disulfure de carbone narcotique hépatotoxique désordre vision
Alcool éthylique coma éthylique cirrhose du foie SNC
Dioxine chloracné SNC lymphocytes T
(suivant Luc Lamberts)

Toxicité avec seuil – toxicité sans seuil

La mise en évidence de la toxicité se fait par des courbes dose/réponse. Ces courbes montrent pour un agent toxique donné, quels effets sont observés suivant la dose reçue. Les effets observés sont exprimés en pourcentage de la population étudiée, l’axe des ordonnées est donc gradué de 0 à 100%. La nature des effets est, par contre, variable suivant l’étude. Il peut s’agir de l’apparition d’un effet quel qu’il soit dans le cas de l’étude de la DSEO (Dose Sans Effet Observable ou LOEL Lowest Observed Effect Level) ou du décès pour l’étude de la LD50 (dose létale pour 50% de décès).
Deux types de courbes existent. Pour les substances non cancérigènes les courbes présentent un seuil, voir courbe (2) ci-dessous. En dessous de ce seuil aucun effet n’est observé.
Diagramme dose réponse

Diagramme dose réponse.
(1) courbe sans seuil.
(2) Courbe avec seuil.


Pour les substances cancérigènes et mutagènes, les courbes ne montrent pas de seuil, tout au moins dans la gamme de doses accessibles à l’expérimentation. Voir courbe (1) ci-dessus. Pour des concentrations très faibles, on suppose que la courbe (dans ce cas sensiblement une droite) se poursuit linéairement jusqu’à l’origine, donc sans seuil. Suivant cette hypothèse, même une seule molécule peut provoquer un cancer.
Pour une discussion sur cette hypothèse voir Health Canada, Assessment and Management of Cancer Risks From Radiological and chemical Hazards, chapitre 3 Risk assessment.

DEFINITIONS

AGENTS TOXIQUES NON CANCERIGENES

Comme indiqué ci-dessus, ces substances ont la particularité de présenter un seuil en dessous duquel la toxicité ne se manifeste pas.
En général les études épidémiologiques ne peuvent être utilisées et donc des études toxicologiques sont réalisées sur des animaux, souvent des souris. Elles permettent de déterminer les LD50 ainsi que les DSENO.

Dose létale 50% (LD50 ou DL50)
Dose pour laquelle 50% des animaux meurent.

Dose sans effet nocif observable (DSENO)
(ou non observable adverse effect level : NOAEL)
La DSENO est la dose par kg de poids corporel qui peut être absorbée quotidiennement sans qu’un effet nocif soit observable. Elle s’exprime en mg/kg/jour ou en µg/kg/jour.
La DSENO est déterminée par des études toxicologiques.

Dose Minimale avec Effet Nocif Observé (DMENO)
(ou Lowest Observed Adverse Effect Level (LOAEL)
La DMENO est très proche de la DSENO.

Dose maximale admissible (DMA)
(ou tolerable daily intake : TDI)
La DMA est la dose que l’on considère « acceptable » de faire absorber quotidiennement à un être humain et ce, sur une longue période : plusieurs années, voire toute la vie.
DMA = DSENO / facteur d’incertitude.
Le facteur d’incertitude prend en compte les éléments suivants :
  • la variabilité inter espèces
  • la variabilité intra espèce
  • la durée, nécessairement limitée, des études.
  • Les risques accrus pour les embryons et les personnes âgées.
Il en résulte un facteur d’incertitude de 100 à 1000 suivant les substances et les facteurs pris en compte dans l’étude qui sert de base à la détermination de la DSENO.
Pour plus de détails voir SAN, Pollution des eaux de surface, eutrophisation et cyanobactéries, 2006.

Dose journalière admissible (DJA)
(ou acceptable daily intake : ADI
Même signification que DMA/TDI.

Concentration maximale admissible (CMA)
La concentration maximale dans l’eau de boisson est alors calculée sur la base d’un adulte de 70 kg buvant deux litres d’eau par jour.

Valeurs toxicologiques de référence (VTR)
(ou refernce dose : RfD)
Les VTR sont définies pour des substances à seuil mais aussi pour des substances sans seuil. Dans le cas des sunstances à seuil elles sont similaires à des doses ou concentrations journalières admissibles ou tolérables (DJA, DJT, ADI, TDI).

AGENTS CANCERIGENES


Qu’est-ce qu’un agent cancérigène ?
C’est une substance qui provoque une multiplication anarchique des cellules.

Qu’est-ce qui différencie les agents cancérigènes des autres substances toxiques ?
La modification du génome d’une seule cellule peut être suffisante pour provoquer un cancer. Donc une seule molécule de l’agent cancérigène peut provoquer un cancer. A l’opposé des substances toxiques classiques il n’existe pas de dose minimale en dessous de laquelle une substance cancérigène ne peut avoir d’effet.
La dose maximale est basée sur des considérations de risque statistique : c’est la dose susceptible de produire un cas de cancer supplémentaire dans une population de N personnes (avec une probabilité de 95%). Le choix de N est arbitraire, en général N est pris entre 10 000 et 1 000 000.

Comment fixe-t-on les doses maximales ?
Fixer une dose maximale pour une substance cancérigène est nettement plus compliqué que pour une autre substance. Ceci est reflété par l’évolution des méthodes fixées par l’US EPA au fil des années (1986, 1999, 2003) ce qui rend les comparaisons parfois difficiles. Le résumé donné ici est très simplifié (voir pour plus de détails Toxicology Excellence for Risk Assessment, Approches to Determining Unreasonable Risk to Health, 2003). Les méthodes de l’US EPA sont importantes car elles sont publiques et les résultats obtenus, même s’ils sont souvent contestés, sont des « références » pour le monde entier.
En général, les études épidémiologiques ne conviennent pas pour déterminer les doses maximales. Il est donc nécessaire d’utiliser des études toxicologiques.
Les doses auxquelles les animaux sont soumis sont très supérieures à celles auxquelles les hommes sont exposés. Deux extrapolations vont être utilisées. La première pour tenir compte des différences de doses entre les expériences et l’environnement, la deuxième pour passer des animaux à l’homme.
Pour réaliser l’extrapolation des doses élevées vers les doses faibles, un modèle mathématique est utilisé, en général un modèle linéaire pour les substances cancérogènes.
On peut donc déterminer (avec une marge importante d’incertitude) quelle dose il est acceptable d’absorber durant la vie entière et donc en déduire une concentration maximale dans l’eau de boisson.
Les valeurs ainsi déterminées sont des valeurs qu’il faudrait respecter (maximum contaminant level goal MCLG) mais ceci est parfois irréaliste en l’état actuel de la technique ou même non mesurable. Dans ce cas la norme à respecter (maximum contaminant level MCL) est fixée à une valeur plus élevée.
En général, les MCL sont fixés pour pour induire moins de 1 cas de cancer supplémentaire pour 10000 personnes. Ceci ne concerne, bien sûr, que les substances assimilées à travers l’eau de boisson.

Comment définit-on la dangerosité ?
La courbe représentant la probabilité de développer un cancer en fonction de la dose absorbée quotidiennement étant supposée linéaire, il est possible de définir un coefficient représentant la pente de la courbe. Ce coefficient est désigné par SF (slope factor) ou CSF (cancer slope factor) :

CSF = probabilité de développer un cancer (risque) / dose quotidienne

Unité : mg-1*kg *jour
Exemples de CSF (d’après US EPA )
Substance CSF (mg-1*kg *jour)
Chlordane 0,35
DDT, DDE, DDD 0,34
Dieldrine 16
Heptachlor epoxide 9,1
Hexachlorobenzene 1,6
Lindane 1,3
Toxaphène 1,1
PCB 0,7–2
Dioxine 1,56 * 105


Classification des agents cancérogènes
Chaque pays ou organisation a sa propre classification ce qui rend les comparaisons peu faciles.

USA (US EPA)
A : cancérigène pour l’homme
B1: probablement cancérigène pour l’homme
B2 : probablement cancérigène basé sur des études sur les animaux
C : peut être cancérigène
D : non classable

OMS CIRC/IARC
(Le Centre International de Recherche sur le Cancer ou en anglais International Agency for Research on Cancer, IARC est une agence intergouvernementale faisant partie de l’OMS).
Catégorie 1 : cancérogène pour l’homme.
Catégorie 2A : cancérogène probable pour l’homme.
Catégorie 2B : cancérogène possible pour l’homme.
Catégorie 3 : inclassable quant à sa cancérogénicité pour l’homme.
Catégorie 4 : probablement non cancérogène pour l’homme.

COMPLEMENTS

Comment agissent les substances toxiques ?
Les substances toxiques agissent de façons très différentes sur l’organisme :
  • neurotoxique : toxique pour le système nerveux. Beaucoup d’insecticides sont des agents neurotoxiques ;
  • hépatotoxique : toxique pour le foie ;
  • dermatotoxique : toxique pour la peau ;
  • cardiotoxique : toxique pour le cœur ;
  • cytotoxique : toxique pour les cellules en général ;
  • génotoxique (ou mutagène) : qui crée des dommages à l’ADN et qui augmente la fréquence des mutations génétiques. La plupart des modifications apportées à l’ADN sont réparées par des mécanismes naturels mais ceci n’est pas systématique. Il y a alors création de cellules mutantes ;
  • cancérogène : qui produit une multiplication anarchique des cellules. L’action de la substance cancérogène peut se faire à l’une quelconques des différentes étapes d’un cancer ;
  • tératogène : qui peut entraîner des anomalies ou des malformations de l’embryon ;
  • immunotoxique : qui provoque une dépression du système immunitaire ;
  • perturbateurs endocriniens qui agissent principalement sur les mécanismes de reproduction ;
  • perturbateurs du comportement.

Quels sont les facteurs qui modifient la toxicité ?
Indépendamment de la toxicité intrinsèque d’une molécule deux facteurs importants influencent la dangerosité réelle.
Le premier facteur est lié à la propriété des graisses de concentrer certaines substances, c’est la bioconcentration. Ce point est abordé plus en détail au sous chapitre suivant.
Le deuxième facteur est la stabilité moléculaire. Plus une molécule est stable, plus elle va persister longtemps dans l’environnement et manifester sa toxicité. Pour caractériser la stabilité on utilise le temps de demi-vie : temps au bout duquel 50% des molécules sont détruites. Le temps de demi-vie est de plus de 10 ans pour le DDT, de quelques années pour la dioxine et les PCB.
D’autre part, certaines molécules en se dégradant vont former d’autres substances dont la toxicité peut être plus élevée que la molécule de départ.

Quels sont les polluants des eaux ?
Toute substance pouvant se dissoudre dans l’eau est susceptible d’être ou de devenir un polluant. Beaucoup de substances, habituellement considérées comme non solubles sont en fait peu solubles dans l’eau et donc potentiellement dangereuses. C’est le cas du pétrole. Les principales catégories de polluants de l’eau sont les suivantes :
  • les hydrocarbures dont les molécules sont formées d’hydrogène et de carbone (octane…) ;
  • les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP ou PAH) qui constituent une sous-classe des précédents mais parmi lesquels figurent des substances cancérigènes (benzène) ;
  • les organohalogénés, qui en plus des atomes d’hydrogène et de carbone contiennent des halogènes (chlore, brome…). Beaucoup de ces substances sont toxiques et certaines cancérigènes (exemple dichloroéthylène DCE, trichloroéthylène TCE, beaucoup de pesticides DDT, aldrine, toxaphène…) ;
  • les organophosphorés, principalement des pesticides mais aussi des gaz de combat (tabun, sarin) ;
  • les métaux lourds (mercure, plomb…) ;
  • les sous-produits de désinfections qui sont le résultat du traitement de l’eau (chlorite, bromoforme…) ;
  • les substances radioactives ;
  • les engrais chimiques (à base de nitrates et de phosphates).
Ces familles sont loin d’englober l’ensemble des molécules toxiques.

Quelques polluants sont insolubles. Ils se déposent au fond des rivières et des lacs avec les sédiments. Ils peuvent être concentrés dans les algues et les poissons qui s’en nourrissent.

Combien existe-il de substances chimiques ?
Voici le bilan des substances chimiques :
  • 60 000 000 de composés chimiques sont connus (polymères exclus)
  • 40 000 sont utilisés
  • 7 000 ont été testés sur des animaux
  • 1 500 sont positifs sur des animaux (c’est à dire toxiques et/ou cancérigènes)
  • 58 sont en classe 1 (cancérigène prouvé chez l’homme).
(suivant Luc Lamberts)

Que sont les CMR ?
Il s’agit de substances particulièrement dangereuses car elles sont soit cancérogènes, soit mutagènes soit reprotoxiques.
Les substances mutagènes entraînent des mutations génétiques.
Les substances reprotoxiques perturbent la fertilité de l’homme ou de la femme, ou le développement du fœtus.

Que sont les POP ?
Les polluants organiques persistants (POP) sont des substances persistantes, bioaccumulables, toxiques et mobiles.
Font partie des POPs : les dioxines, les polychlorobiphényles (PCB), les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et plusieurs pesticides.