Approches Toxicologiques pour l’Évaluation du Risque (ATER)

Approches Toxicologiques pour l’Évaluation du Risque

(ATER)Mostafa OULD ELHKIM

Université Paris XII Val de Marne

Institut Universitaire Professionnalisé

«Sécurité des Aliments»

DIRECTION DE L’EVALUATION DES RISQUES NUTRITIONNELS ET SANITAIRESUnité d’évaluation des risques physico-chimiques

SOL

EAU DE SURFACE

EAU SOUTERRAINE

AIR

Eau potable

Homme

Poisson

RécolteBétail Produits

laitiers

DIRECTION DE L’Évaluation DES RISQUES NUTRITIONNELS ET SANITAIRESUnité d’évaluation des risques physico-chimiques

LES ENJEUX DE LA SÉCURITÉ SANITAIRE DES ALIMENTS

1. Enjeu de santé publique

2. Enjeux économiques et commerciaux

- pour les entreprises et les filières

- pour le commerce international (OMC)

DIRECTION DE L’ÉVALUATION DES RISQUES NUTRITIONNELS ET SANITAIRESUnité d’évaluation des risques physico-chimiques


DISTINGUER DANGERS ET RISQUES

DANGER : soit agent biologique, chimique ou physique présent dans un aliment, soit état de cet aliment pouvant avoir un effet adverse pour la santé

RISQUE : dépend de la probabilité d'un effet adverse pour la santé et de sa gravité, du fait de la présence d'un (des) danger(s) dans un aliment



EXEMPLES DE DANGERS

Agents biologiques : bactéries pathogènes, virus, parasites…

Agents chimiques : constituants "naturels" des aliments contaminants (agriculture, evironnement…),

substances chimiques ajoutés, produits néoformés …

Agents physiques : corps étrangers, radioactivité, stérilisation,…



DANGER différent de RISQUE

DANGER [Hazard] s'intéresse aux propriétés intrinsèques de la molécule, du produit, du matériel...Ex. : L'oxygène présente des propriétés mutagène et cytotoxique et son inhalation a l'état pur entraîne la mort de tout être vivant. RISQUE [Risk Assessment] s'intéresse aux propriétés dans les conditions d'utilisation.Ex. de l'oxygène: En mélange en petites proportions à de l'azote et du gaz carbonique (Composition de l'air), ce gaz est indispensable a toute vie et dans ces conditions ses propriétés toxiques ne se manifestent plus. ►► L'examen du Rapport Bénéfice/Risque devrait normalement conduire les experts à la conclusion que ce gaz doit continuer à être autorisé.


DISTINGUER DANGERS ET RISQUES

Quelle est la clé de l’évaluation

du risque toxicologique ?


Évaluation des risques Étude de

l’exposition

Mécanismes d’action

Recherches

fondamentale

Recherchesappliquée

Littérature Forum Congrès,

scientifique Symposium,

Gestiondes risques

Base de l’évaluation du risque toxicologique


Études épidémiologiques Études toxicologiques

Accidents Structure chimique et activité


ÉTAPES DE L'ÉVALUATION DES RISQUES

- Identification des dangers - Caractérisation des dangers - Évaluation de l'exposition - Caractérisation des risques



APPROCHE DE L'ANALYSE DES RISQUES

Trois étapes

- Évaluation des risques - Gestion des risques - Communication sur les risques



CARACTÉRISATION DES DANGERSNATURE DES EFFETS NÉFASTES

- Effets toxiques altérant une ou des fonctions vitales

- Effets mutagènes et cancérogènes

- Effets sur la reproduction

- Effets métaboliques (perturbations endocriniennes, allergie, etc.)



ÉVALUATION DE L'EXPOSITION

Évaluation qualitative et/ou quantitative de l'ingestion probable d'agents biologiques, chimiques ou physiques par le biais des aliments, ainsi que par suite de l'exposition à d'autres sources

Codex Alimentarius

Les difficultés

- connaître les consommations d'aliments

- connaître les teneurs en substances dangereuses



CARACTÉRISATION DES RISQUES

- Quand il existe un seuil,on peut établir une dose journalière acceptable /

admissible / tolérable (DJA / DJT)

- Quand il n'existe pas de seuil, le risque est le produit de l'exposition par l'activité :

notion du risque acceptable



Interaction entre l’évaluation du danger, l’exposition et le risque

Caractérisation du danger

Caractérisation du risque

Évaluation de l’exposition



INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE

INDUSTRIE PHYTOSANITAIRE

INDUSTRIE CHIMIQUE

INDUSTRIE AGRO-ALIMENTAIRE

INDUSTRIE COSMETIQUE

Objectifs de l’évaluation du danger



Objectifs des essais toxicologiques

MédicamentsÉvaluation du Rapport Bénéfice / Risque pour l'homme. Objectif des études toxicologiques = caractérisation du danger afin de pouvoir réaliser une évaluation du risque pour l'homme dans les conditions d'utilisation clinique du médicament.

PhytosanitairesPas de bénéfice direct pour la santé de l'homme.Évaluation des risques directs et/ou indirects pour l'homme, l'environnement et les animaux. Objectif des études toxicologiques = caractérisation du danger afin de pouvoir faire une évaluation de risque.



Cosmétiques

Évaluation de la tolérance et/ou du risque d'intolérances éventuelles.

Pas de bénéfice pour la santé de l'homme

Objectif des études toxicologiques

- Matières premières = Évaluation du Danger

- Spécialités = Tolérance (Évaluation du risque)

Produits Chimiques

Évaluation et classification en fonction du danger

Objectif des études = Évaluation d'un danger

Objectifs des essais (suite)


Objectifs des essais (suite)

Industrie Agro-alimentaire

- Pas de bénéfice direct pour la santé de l'homme- Pas d’effet secondaire aux doses préconisées- Toute substance génotoxique-cancérogène est systématiquement refusée,- Aucun risque connu n'est accepté, sauf si le bénéfice est plus important que le risque (Nitrite dans la charcuterie/botulisme).

Objectif des études toxicologiques = caractérisation du danger afin de pouvoir réaliser une évaluation du risque pour l'homme dans les conditions d‘emploi de l’additif alimentaire, auxiliaire technologique, matériaux aux contact alimentaire…)


- directive 65/65/CEE (spécialités pharmaceutiques);

- règlement (CEE) n° 2309/93 (Agence européenne pour

l'évaluation des médicaments) ;

- directive 81/851/CEE (médicaments vétérinaires) ;

- directive 90/677/CEE (médicaments vétérinaires

immunologiques) ;

- directive 2003/63/CE (en ce qui concerne les médicaments

homéopathiques) ;

- directive 2001/82/CE (médicaments homéopathiques

vétérinaires) ;

- directive 90/385/CEE (dispositifs médicaux implantables

actifs) ;

- directive 93/42/CEE (dispositifs médicaux) ;

- directive 89/107/CEE (additifs dans les denrées

alimentaires);

- directive 88/388/CEE (arômes dans les denrées

alimentaires);

- directive 95/2/CE (additifs alimentaires autres que les

colorants et les édulcorants) ;

- directive 89/109/CEE (matériaux et objets en contact avec

les denrées alimentaires) ;

Liste des textes réglementaires (non exhaustive)


- directive 92/46/CEE (règles sanitaires pour la mise sur le marché de lait) ;

- directive 89/437/CEE (mise sur le marché des ovo-produits) ;

- directive 91/493/CEE (produits de la pêche) ;

- directive 90/167/CEE (aliments médicamenteux pour animaux) ;

- directives 70/524/CEE, 82/471/CEE et 77/101/CEE (alimentation animale) ;

- directive 76/768/CEE (produits cosmétiques) ;

- directive 91/414/CEE (produits phytopharmaceutiques). !!!!

- directive 76/769/CEE (substances et préparations dangereuses) ;

- directive 79/117/CEE (produits phytopharmaceutiques contenant des substances actives) ;

- directive 98/8/CE (concernant la mise sur le marché des produits biocides)

- directive 98/24/CE (protection des travailleurs contre les risques liés à une exposition à des agents chimiques, physiques et biologiques) ;

- directive 84/450/CEE (publicité trompeuse) ;

- directive 89/391/CEE (sécurité et santé des travailleurs au travail)


Dossier d’innocuité (Sécurité)

TROIS Différences

1. Objectifs des essais 2. Contenu du dossier 3. Qualité / « Puissance» des études contenues dans le dossier


Toxique - Poison - Intoxication - Empoisonnement : On dit qu’une substance est toxique lorsque, après pénétration dans l’organisme, par quelque voie que ce soit, à une dose relativement élevée en une ou plusieurs fois très rapprochées ou par petites doses longtemps répétées, elle provoque, immédiatement ou à terme, de façon passagère ou durable, des troubles d’une ou plusieurs fonctions de l’organisme pouvant aller jusqu’à leur suppression complète et amener la mort

Fabre et Truhaut

Cette définition permet déjà de distinguer des phénomènes de toxicité aiguë et des effets de toxicité à long terme, dite chronique…

Poison est synonyme de toxique, de même qu’intoxication est synonyme d’empoisonnement. L’usage semble cependant attribuer un sens plus général aux termes toxique et intoxication et réserver les termes poison et empoisonnement à l’attentat criminel (voire suicidaire) en médecine légale.


Définitions


QUELS SONT LES OBJECTIFS DES ETUDES TOXICOLOGIQUES ?

(i) Déterminer les propriétés toxiques d'une molécule (propriétés intrinsèques, inhérentes, spécifiques à cette molécule/produit/agent) ces propriétés caractérisent le DANGER inhérent à la molécule/produit/agent. (ii) Déterminer les effets potentiels entraînés par cette molécule/produit/agent en cas de contact avec un organisme vivant.

Ces effets ne peuvent se produire qu'en cas de contact/exposition et ce contact/exposition ne se fait que dans des conditions données qui sont extrêmement variables. Ce sont ces conditions d'exposition qui font les différences observées dans l'expression des effets d'une même molécule sur un même organisme La combinaison du DANGER et de l'EXPOSITION constitue

le RISQUE



LA TOXICOLOGIE S'INTERESSE AUX EFFETSNEFASTES, NOCIFS, INDESIRABLES.

MAISLE TOXICOLOGUE DOIT POSSEDER UNE

CONNAISSANCE APPROFONDIE DE L'ETAT NORMAL

ET DES EFFETS NORMAUX AFIN DE POUVOIR IDENTIFIER CORRECTEMENT CE QUI EST

ANORMAL


QUELS SONT LES OBJECTIFS DES ETUDES TOXICOLOGIQUES ?


Études de Toxicologie Réglementaires Toxicologie Générale, recherche les impacts sur l'ensemble des organes ou systèmes

Toxicologie de la reproduction, étudie les effets sur la fertilité, le développement embryonnaire et le développement périnatal

Mutagenèse, recherche les impacts sur le génome : mutations géniques et aberrations chromosomiques

Cancérogenèse, pouvoir ou non d'une substance d'induire des tumeurs (cancérogènes génotoxiques) ou d'augmenter l’incidence de tumeurs spontanées (promoteurs). Microbiologie, hypersensibilité, phototoxicité, tests spécifiques effectués selon les besoins

Tolérance chez l’homme, étudie les effets secondaires et les signes d'intolérance générale aux doses préconisées et la marge de sécurité

INTRODUCTION

Toxicologie : Discipline scientifique qui s’occupe des toxiques ou «poisons», de leurs propriétés, de leur devenir dans l’organisme, de leur mode d’action, de leur recherche dans différents milieux et des moyens (préventifs et curatifs) permettant de réduire et/ou de combattre leur nocivité.

Xénobiotique : substance étrangère à l’organisme qui peut causer des troubles plus ou moins importants. Ce sont des additifs alimentaires, des contaminants et des résidus de pesticides et des produits vétérinaires…


LA TOXICOLOGIE EST L'ETUDE QUALITATIVE ET PLUS PARTICULIEREMENT QUANTITATIVE DES EFFETS NOCIFS A LA SANTE DES AGENTS CHIMIQUES ET PHYSIQUES TELS QU'ILS SE MANIFESTENT PAR LES ALTERATIONS FONCTIONNELLES ET STRUCTURELLES DANS LES ORGANISMES VIVANTS

W.J. HAYES kIntroduction to the Handbook of Pesticide Toxicology, General Principles (Academic Press, 1991)

TOXICOLOGIE



Relation dose-effet

LA RELATION DOSE-EFFET EST D'UNE TELLE IMPORTANCE QU'ELLE DOIT FAIRE PARTIE INTEGRANTE DE LA DEFINITION DE LA TOXICOLOGIE EN FAIT C'EST CE PRINCIPE MEME QUE LE TERME DE "QANTITATIVE” FIGURANT DANS LA DEFINITION SIGNIFIE. Dosis sola facit venenum"SEULE LA DOSE FAIT LE POISON"



Les objectifs des études de Toxicologie

Elles doivent apporter des réponses aux questions suivantes :

- quels organes, tissus ou cellules sont la cible d'un impact toxique et quelles fonctions physiologiques sont affectées par les effets toxiques du produit ? - quelle est la plus forte dose administrée sans effet toxique et par conséquent la marge de sécurité ?

- quel est le risque de causer des dommages génétiques, des malformations congénitales ou des tumeurs ?


DIRECTION DE L’Évaluation DES RISQUES NUTRITIONNELS ET SANITAIRES

Unité d’évaluation des risques physico-chimiques

X T1 E1

X1.1

X1.2 T1 E1

X1.n

T1.1

X1 T1.2 E1

T1.n

X1.1

X1.2 T1.1

X1.n T1.2 E1

T1.n

Interaction simple, cible unique

Interactions multiples, cible unique

Interaction simple, cibles multiples

Interactions multiples, cibles multiples

T1 E1

1.1

1.2 T1 E1

1.n

T1.1

1 T1.2 E1

T1.n

1.1

1.2 T1.1

1.n T1.2 E1

T1.n

Interaction simple, cible unique

Interactions multiples, cible unique

Interaction simple, cibles multiples

Interactions multiples, cibles multiples

Relation entre Xénobiotique (X), cible (T) et

la mesure du point d’impact (E)

Trois formes essentielles de toxicité

Toxicité aiguë

Toxicité à court terme (subaiguë ou subchronique)

Toxicité à long terme (ou chronique)


Définitions

DIRECTION DE L’EVALUATION DES RISQUES NUTRITIONNELS ET SANITAIRES


Essais de toxicité aiguëPour une substance administrée par voie orale on considère que:

DL50 < 5 mg/kg pc. : produit est extrêmement toxique;

DL50 est comprise entre 5 et 50 mg/kg pc. : très toxique;

DL50 est comprise entre 50 et 500 mg/kg pc. : toxique;

DL50 est comprise entre 0,5 et 5 g/kg pc. : peu toxique;

DL50 > 5 g/kg pc. : pas ou peu toxique;

Toxicité aiguë


Dossier d’innocuité

Études de toxicologie générale (court et moyen terme)

Études sur la reproduction

Études chroniques et de cancérogenèse

Toxicologie génétique

Études de toxicité spécifique (propriétés allergisantes, tolérance et effets possibles sur les fonctions immunitaires, microbiologie,…)

«Effets» sur l'homme



PRINCIPES GÉNÉRAUX DES ÉTUDES DE TOXICOLOGIE GÉNÉRALE



Si la toxicité est une propriété inhérente à la substance, d’autres facteurs peuvent intervenir pour en moduler la nature et l’étendue

Facteurs concernant la substance elle-même

A. Voie d’administration

B. Concentration / Dose

C. Volatilité

D. Rapidité d’administration / biodisponibilité

E. Solubilités et ionisation dans les fluides

F. Nature du véhicule associé

G. Biotransformations subies par la substance

Modulation des effets toxiques




Facteurs concernant les substances elles-mêmes

A. Interactions,

B. Synergie, Additive,

C. Antagonisme,

D. Induction enzymatique,

E. Inhibition enzymatique,

F. Toxiques cumulatifs,…


Modulation des effets toxiquesFacteurs concernant l’organisme où la substance est introduite

A. Espèce,

B. Différence Ethnique,

C. Variations individuelles,

D. État de digestion ou de jeûne,

E. Fatigue, Maladies,

F. Gestation,

G. Ages,

H. Sexe,

K. Facteurs physiologiques,…





Facteurs environnementaux

A. Changement de température, l’altitude peuvent modifier les réponses de l’organisme à l’action des xénobiotiques.

B. Le cycle lumineux (jour/nuit) : Rythme circadien

Autres facteurs

Intolérance, tolérance, dépendance à l’égard des drogues…

Pharmacocinétique : Étude de devenir et du comportement d’un médicament dans l’organisme

Toxicocinétique : Étude du devenir d’un toxique (substance chimique) dans l’organisme



Facteurs concernant l’organisme où la substance est introduite

- Cinétique

IV

IPIM

SC

Concentrationssanguines

Temps

Voies d’administration parentérale


Influence de la forme chimique sur la résorption parentérale de la pénicilline G

Concentrations efficaces

Temps (en heures)

Sel sodique

Sel de procaïne

Sel de benzathine

Seuil thérapeutique

Seuil toxique


Aire sous la courbe (AUC)

Temps

Concentration plasmatique

Absorption

+

Distribution

+

Élimination

Distribution

+

ÉliminationÉlimination

Évolution des concentrations plasmatiques en fonction du temps (autre voie que IV)

Détermination graphique ou mathématique (intégration relation Conc = f(t))

PharmacologiePharmacologie : Science du médicament

Pharmacodynamie : Action des substances chimiques sur l’organisme

Pharmacocinétique : Action de l’organisme sur les substances chimiques

Comprend : (ADME ou L(libération)ADME) - Absorption

- Distribution

- Métabolisme

- Excrétion


DéfinitionsToxicocinétique Mouvement

Toxicocinétique Étude du devenir dans l’organisme

Comment un xénobiotique est introduit dans l’organisme et son

comportement dans ce dernier ? Fréquence d’administration,

Distribution dans l’organisme,

Concentration dans l’organe/tissu/cellule cible

Stockage dans les tissus, relargage,

Biotransformations : nature des métabolites actifs/inactifs

Sites et taux d’excrétion


Dose Concentration

Sanguine

Concentration

dans la biophase

Fixation aux récepteurs

Réponse Pharmacologique

Réponse Toxicologique

PHARMACODYNAMIE

TOXICOCINETIQUE

EFFET TOXIQUE


Relation entre toxicocinétique et l’effet toxique

CINETIQUE

Méd. HumainMéd. Vétérinaire

SubstancesChimiques

Effets

Pharmacocinétique Classique

Toxicocinétique

PK/PD*

Études in vitro

DissolutionCultures cellulairesOrganesPerfusés

* PK/PD : Pharmacocinétique/Pharmacodynamie


Études in vivo

Définitions• Toxicocinétique : Étude descriptive et quantitative du

devenir du toxique dans l’organisme

• Toxicocodynamie : Action du xénobiotique sur l’organisme


Étapes de la Toxicocinétique

Désintégration/Libération

Dissolution

Absorption

Distribution

ÉliminationMétabolisme

ADME


Le modèle pharmacocinétique à base physiologique (PK/PD)(PBPK : Physiologically based pharmacokinetic model)

Modèle mathématique qui permet de représenter les différentes phases du métabolisme des médicaments (pharmacocinétique) ou des xénobiotiques (toxicocinétique) et de quantifier les résultats


Définitions

Composé d'une série de compartiments :- organes ou un groupe de tissus, - débits sanguins

Disposer d'information sur plusieurs facteurs physiologiques : - volume tissulaire, - débits sanguins tissulaires, - débit cardiaque, - taux de ventilation alvéolaires - et parfois de données concernant la perméabilité

membranaire. II fait également appel à des données biochimiques telles que des coefficients de partage air/sang ainsi qu'à divers paramètres métaboliques.


Le modèle pharmacocinétique à base physiologique (PK/PD)

Absorption

• Processus par lequel le Xénobiotique passe de son lieu d’application dans la circulation générale

Voie intestinale


Autres voies d’absorption

Voie pulmonaire Voie percutanée


Mécanismes impliqués dans le passage transmembranaire

Nécessité d’une structure périphérique

Par transport actif

Diamètre du pore < 10 Å

Poids moléculaire < 100

Passage à travers les pores : filtration

Molécules non ioniséesPinocytose

Solubilité en lipides

non ionisation

LipophiliePar diffusion à travers la membrane

Hydrophilie

Facteurs déterminants

Membrane

lipidiqueMode de passage

Mécanismes impliqués dans le passage transmembranaire

• Transports passifs:• Diffusion passive

• filtration

• Transports actifs:• Diffusion facilitée

• Transfert actif

• pinocytose

selon le gradient de concentration

selon le gradient

Contre le gradient de concentration

C1

C2


Effets de premier passage

* Voie Orale

Le Xénobiotique subit une

métabolisation et/ou une élimination

lors de son passage au niveau du

foie, de l’intestin et du poumon (voie

pulmonaire).


Facteurs modifiant l’absorption

• Alimentation,

pH, motilité intestinale, vidange gastrique, nature du repas

• Age,

• Interactions avec d’autres substances chimiques exogènes et/ou endogènes,

• Pathologies digestives


Distribution


Correspond au processus de répartition du xénobiotique dans l’ensemble des tissus

Plasma Tissus

Distribution tissulaireCorrespond au processus de répartition du xénobiotique dans l’ensemble des tissus

Lié

Libre

Lié

Libre

Dépend de :- des propriétés physico-chimiques du xénobiotique,

- la liaison avec la/les protéine/s dans le sang et les tissus,- du débit sanguin et de la composition du tissu,

- de l’état physiologique et pathologique de l’organisme

Stockage

Cible

Facteurs de variation de la distribution

• Age

– modifications des volumes liquidiens

– diminution de la masse sanguine

• Maladies

• Interactions avec d’autres substances

– Déplacements/compétitivité sur les différents sites de

liaison


Les biotransformations des xénobiotiques se font généralement en deux phases :

- phase I de fonctionnalisation, d’activation- phase II de conjugaison, d’élimination

Ces deux phases ont pour but d'aboutir à l'élimination du xénobiotique.

Les enzymes impliquées dans le métabolisme des xénobiotiques sont polymorphes et peuvent être associés avec des activités enzymatiques variables…

Métabolisme


Métabolisme

Xénobiotique

Réactions de Phase I

Molécule hydrosoluble

Molécule conjuguée

Réactions de Phase II

Formation des métabolites plus facilement «excrétables»mais, aussi des métabolites ultimes + toxique que le produit parental

Biotransformation, essentiellement au niveau du foie


Phase I : oxydation, réduction, hydrolyse• Hydroxylations :

R-CH2-CH3 R-CH-CH3

• N et S oxydations:

• Désaminations oxydatives

• Désulfurations oxydatives

• Desalkylations oxydatives

• Oxydation des alcools et des aldéhydes

• Nitroréduction

• Azoréduction

• hydrolyses

OH

[O]

OH

OH

OH

[O]

O

[O] H2O

Époxydation des composés aromatiques

Oxyde d’arèneTrans-diol

Phase II : réactions de conjugaison

– Glucuronoconjugaison

– Sulfoconjugaison

– Acétylation

– Glycocolloconjugaison

– Mercaptoconjugaison

– N-méthylation

– transsulfuration

– sulfonation (SO3H-)

Facilite l’élimination (formes hydrosolubles)

adjonction de groupements polaires

Variations du métabolisme

• Facteurs génétiques et Susceptibilité individuelle– ex : acétyleurs lents/rapides

• Age – nouveau-né : enzymes immatures

• Interactions médicamenteuses– molécules inductrices des enzymes, phénomène lent– molécules inhibitrices, par compétition, phénomène rapide

• Rythme circadien– notion de chronopharmacologie


Élimination

• Élimination directe sous forme inchangée par les fonctions d’excrétion– intestin : fécès (fraction non absorbée et cycle entéro-hépatique)

– foie : bile

– rein : urine

– Poumons (air expiré), salive, sueur, lait…

– Élimination de métabolites


Notions de Toxicodynamie

Mode d’action de la substance sur l’organisme :

Recherché = pharmacodynamie

Non recherché = effets indésirables/ effets toxiques

• Concentration au site actif

• Relation dose-effet

• Compensation/Dommages /Réparation


Approches d’évaluation des risques

Les procédures d’évaluation du risque adoptent de manière classique deux approches :

- l’évaluation du risque quantitative fondée sur l’étude de la relation dose-réponse afin de quantifier le risque associé avec un niveau particulier d’exposition,

- "assurer la sécurité" fondée sur l’étude de la relation dose-réponse afin de définir le seuil au-dessous duquel un effet toxique ne serait pas détecté, et puis estimer le seuil d'exposition pour les sujets humains sensibles.



Effet pour lequel on considère qu’il existe une dose-seuil et,

Effet pour lequel il n’existe pas de dose-seuil (induit par interaction de la substance ou ses métabolites avec le matériel génétique)

Deux approches distinctes pour extrapoler le risque pour l’homme :

DIRECTION DE L’ÉVALUATION DES RISQUES NUTRITIONNELS ET SANITAIRES


Évaluation du risque quantitative"assurer la sécurité"

Identification de l’étude pivot et de l’effet critique

DSE Caractérisation de la dose-réponse

Division par le facteur de sécurité

DJA, DJT, DHTP

Approches alternatives adoptées pour l’établissement des limites d’exposition acceptables pour l’homme

Limites acceptables ou concentrations admissibles

Extrapolation du risque à partir de la faible dose

Estimation du risque pour différentes exposition

Établissement du risque acceptable (VSD)

Limites réglementaires d’exposition

PTWI (DHTP) : Provisional tolerable weekly intake (Dose hebdomadaire tolérable provisoire) VSD : Virtually Safe Dose


Dellarco et al. 1985, Elhajouji et al. 1997, Aardema et al. 1998, Kirsch-Volders et al. 2000, Parry et al. 2000 ; Kolachana et al., 1994

0

10

20

30

40

50

0 5 10 15 20 25

Doses (mg/kg)

Effe

t mes

uré

• Substances génotoxiques directes– interaction avec l’ADN– pas de dose-seuil

• Substances aneugènes– interaction avec un

récepteur protéique– notion de dose-seuil

Substances génotoxiques directes ou indirectes

Notion du risque acceptable

DOSE

0 2 4 6 8

RE

SP

ON

SE

(m

alai

se)

2

0

4

Non-Linearly (Threshold)

6

8

NOAEL (the "threshold")

DOSE

0 2 4 6 8R

ES

PO

NS

E (

tum

ors)

2

0

4

Linearly (Non-Threshold)

( low-dose extrapolation)

6

8

DOSE

0 2 4 6 8

RE

SP

ON

SE

(m

alai

se)

2

0

4


6

8


DOSE

0 2 4 6 8

RE

SP

ON

SE

(m

alai

se)

2

0

4


6

8


DOSE

0 2 4 6 8R

ES

PO

NS

E (

tum

ors)

2

0

4



6

8

DOSE

0 2 4 6 8R

ES

PO

NS

E (

tum

ors)

2

0

4



6

8


Différentes bases de données pouvant conduire à l’évaluation du risque quantitative

Dose externe

Dose externe

Dose externe

Dose externe

Dose externe

Dose interne

Dose interne

Dose interne

Dose interne

Dose dans l’organe cible



Réponse de l’organe cible

Réponse à la toxicité





Métabolisme organe cible

Métabolisme organe cible

Modèle basique

Physiologique basé sur les paramètres cinétiques

Modèle physiologique basé sur des modèles cinétiques

Modèles physiologiques basés sur des modèles cinétiques plus métabolisme au niveau de l’organe cible




Notion de dose-seuil : on peut fixer une dose journalière acceptable / admissible / tolérable (DJA / DJT)

Existence d’une dose-seuil


La dose sans effet comparée à la dose-seuil


La dose sans effet comparée à la dose-seuil

L’idéal serait, pour l’établissement de la Dose journalière admissible, de commencer par identifier la dose-seuil dans le modèle expérimental le plus relevant. Cependant, en pratique, il est généralement admis qu’il n’est pas faisable d’identifier la dose-seuil, pour les raisons suivantes :- nombre d’animaux limité pour détecter une éventuelle augmentation d’effet chez une petite proportion,

- un nombre plus important de doses testées est nécessaire pour s’assurer que la dose-seuil retenue est plus proche,

- la valeur expérimentale affectée pour déterminer la dose-seuil doit être la plus « performante » technique disponible pour mesurer l’effet adverse le plus pertinent.


Concept de la dose journalière admissible

(DJA)

Historique :

- 1956-1962 : JECFA (FAO/WHO)

- 1991 : Professeur R. Truhaut



Rappel de quelques notions d’évaluation

• Dossier d’innocuité

• Dose Journalière Admissible (DJA)


Dossier d’innocuité

Études de toxicologie générale (court et moyen terme)

Études sur la reproduction

Études chroniques et de cancérogenèse

Toxicologie génétique

Études de toxicité spécifique (propriétés allergisantes, tolérance et effets possibles sur les fonctions immunitaires, microbiologie,…)

«Effets» sur l'homme

DSE = NOAEL


Dose Journalière Admissible (DJA)

• DJA = DSE

FS

• Facteur de sécurité = 10 x 10

10 x pour la variation entre espèce

10 x pour la variabilitéinterindividuelle


Subdivision du facteur 100-fois

10

10

Différences inter-espèces

Différences inter-individuelle


Subdivision du facteur 100-fois (suite)

Dose Toxicocinétique Toxicodynamie EffetDéfinit le protocole de l’étude de toxicité

Relate l’exposition systémique à la

substance ou à son métabolite actif

Définit l’organe cible sensible à la circulation de la substance ou son

métabolite actif

Produit dans l’organe cible

Biodisponibilité,

Clearance,

1/2 vie,

Accumulation

etc.

Sensibilité in vitro,Concentration/effet,Modélisation,etc.

Combinaison de la modélisation PB -PK-PD


Subdivision du facteur 100-fois (suite)



Toxicocinétique

Toxicocinétique

Toxicodynamie (sensibilité)

Toxicodynamie 3,16

3,16

3,16

3,16

(10)

(10)

Subdivision du 100-fois facteur (suite)

Proposition de RENWICK, 1993

2,5 4,0

2,5 4,0



ToxicocinétiqueToxicodynamie


Subdivision du 100-fois facteur (suite)

WHO, 1994

2,5 4,0

3,2 3,2



ToxicocinétiqueToxicodynamie


Rôle des études du métabolisme et de la toxicocinétique

Identification de la pertinence de l’espèce animale utilisée dans les études de toxicité

Comparaison des voies métaboliques entre les animaux de laboratoire et l’homme

Investigation de la toxicité chez les animaux dont la majorité des métabolites sont présents chez l’homme

Extrapolation des études chez les animaux de laboratoire à l’homme

Comparaison des profils métaboliques après administration de faible et forte doses

Comparaison des profils métaboliques après administration à court et long terme

Étude du métabolisme chez des sujets normalement constitués

Études des mécanismes d’action


Arbre de décision pour le choix du facteur de sécurité

Choix de l’étude pivot

et l’effet critique

Adéquation de l’étude pivot

DSE Homme

1,0

Inter-espèces toxicodynamie2,5

Inter-espèces toxicocinétique4,0

Variabilité chez l’homme de la sensibilité

2,5

Variabilité chez l’homme de la disposition

4,0Autres considérationsNature de la toxicité, Qualité de la base des données

Synthèse des données

FACTEUR DE SCURITE


Choix de l’étude pivot

L’étude devrait être de qualité appropriée pour l’évaluation du risque et pour l’établissement de la DJA ou DJT. (si étude inappropriée il est judicieux de préciser DJA/DJT provisoire).

L’effet devrait être considéré adverse et toxicologiquement significatif

L’étude devrait simultanément être en mesure de démontrer les effets toxiques et aussi permettre de retenir la DSE

Dans le cas où le facteur de sécurité de 100 est appliqué, car il manque des données sur l’étude des mécanismes ou des données de toxicocinétique, l’étude pivot est généralement celle qui permet de retenir la DSE la plus basse

Il est nécessaire de s’assurer que l’effet critique retenu est observé chez différentes espèces pour lesquelles l’étude de mécanismes et la toxicocinétique sont disponibles

Un facteur de sécurité supplémentaire est nécessaire en cas d’absence de la DSE, de présence de toxicité sévère, irréversible, accumulation sur une période courte,…


DJA non spécifiée : cas des additifs alimentaires

L’évaluation toxicologique peut indiquer qu’il n’est pas nécessaire de spécifier une DJA numérique dans les cas suivants :

1. Proposition d’un facteur de sécurité assez bas : produit complètement métabolisé avant son absorption en tant que substance biochimique naturelle sans potentiel toxique avéré, facteurs toxicocinétique non pertinents (pas de différence inter-espèce ni inter-individuelle), …

2. DSE assez élevée aboutissant à une DJA qui dépasse et de loin le maximum qui risque d’être ingéré par l’homme pour une bonne utilisation du produit,


Notion de risque acceptable

- Démarche différente de celle fondée sur la notion de la dose « sans effet toxique »

- Définition de la dose virtuellement sans effet après analyse risque / bénéfice

- Définition du risque «socialement acceptable»

exemple 10-6 : l’effet indésirable se manifeste chez 1 individu sur 1 million


Notion de risque acceptable (suite)

- Extrapolation statistique risque pour la santé publique

1977 : risque acceptable à 10-6

si l’effet indésirable se manifeste chez 1 individu sur 1 M

1997 : risque acceptable à 10-4, 10-3

- Définition de la dose virtuellement sans effet pour étudier la balance entre le risque et le bénéfice.


Notion du risque acceptable

DOSE

0 2 4 6 8

RE

SP

ON

SE

(m

alai

se)

2

0

4


6

8


DOSE

0 2 4 6 8R

ES

PO

NS

E (

tum

ors)

2

0

4



6

8

DOSE

0 2 4 6 8

RE

SP

ON

SE

(m

alai

se)

2

0

4


6

8


DOSE

0 2 4 6 8

RE

SP

ON

SE

(m

alai

se)

2

0

4


6

8


DOSE

0 2 4 6 8R

ES

PO

NS

E (

tum

ors)

2

0

4



6

8

DOSE

0 2 4 6 8R

ES

PO

NS

E (

tum

ors)

2

0

4



6

8


Évaluation du risque lié aux HAPs dans l’alimentation pour la population française

1. Identification des dangers• choix des effets à considérer et des HAP à évaluer

2. Évaluation de la relation dose effet• choix d’une valeur toxicologique de référence (VTR)

3. Évaluation de l’exposition• contamination x consommation

4. Calcul du risque• comparaison entre la valeur d’exposition et une VTR Nombre de cas de cancer supplémentaires parmi la

population exposée durant la vie entière


Évaluation de la relation dose effet

Grande variabilité des valeurs en fonction des études toxicologiques chez l’animal

Source or Authors

Oral cancer slope

factor (mg/kg/day)-1

Virtually safe dose

(10-6) ng/kg/dayRemark

Schneider 2002 based on Culp 1998

11.5 0.09oral lifetime exposure with 1 mg

BaP kg-1 day -1 in a PAH mixture

US EPA 1994 IRIS 7.3 0.14 for BaP as a single substance

Gaylor 2000 based on Culp 1998

1.2 0.85

RIVM 2001 Kroese ? 50.5 if BaP is considered as PAH

indicator

Tableau récapitulatif des VTR disponibles pour le BaP


Calcul du risque

• Le résultat du calcul du risque cancérogène se présente sous la forme :

– Excès de risque individuel (ERI) : nombre de cas de cancer supplémentaires par rapport au risque de base, dans une population exposée aux HAPs cancérogènes durant la vie entière

• ERI = Exposition x VTR• Le niveau d’acceptabilité du nombre de cas

supplémentaires de cancer est une décision des pouvoirs publics (gestion du risque) :1 nouveau cas sur 104, 105, 106 individus


Dh = Ihumain x texp x texposure x dexp

Iexp tlife tlife

x

x

Extrapolation aux faibles doses par le RIVM

Calcul du risque

dose pour l’homme correspondant à un risque acceptable de cancer

risque acceptable (10-4)

incidence tumorale la plus faible observée dans l’étude pertinente

durée de l’étude expérimentale en jours

durée de vie des animaux en jours

(1000 pour le rat ; 750 pour la souris)

durée de l’exposition chez l’homme en jour

dose associée àla plus faible incidence

tumorale observée dans l’expérimentation

les incertitudes du calcul du risque

• Limites des connaissances toxicologiques :– Extrapolation de données provenant d’études

toxicologiques chez l’animal à l’Homme – Extrapolation des fortes doses au domaine des faibles

doses– Toxicité des HAPs méthylés et hétérocycliques– Synergie/antagonisme des mélanges de HAPs

• Manque de données de contamination de certaines catégories d’aliments (produits cuits…)– évaluation partielle de l’exposition

• Représentativité dépend de l’échantillonnage



Méthode 1 – Méthode très conservatrice : afin d'extrapoler ces données expérimentales obtenues à doses élevées vers de faibles doses d'exposition, la méthode de Rulis (Rulis, 1986) peut être utilisée. Cet auteur relie par une droite l'origine à la TD50. La pente de

cette droite (2TD50)-1 est utilisée pour estimer la pente de la courbe d'extrapolation dose

réponse à très faible dose. Dans le cas du Soudan I, en prenant la TD50 de l’étude deux ans rats (22,5 mg/kg p.c.)

on obtient une pente de 0,0222 pour la droite d’équation :

Incidence des tumeurs = pente x dose (mg/kg) La dose correspondant à 1 risque 10-6 = 0,000045 mg/kg p.c. soit 2.7 µg/j pour un homme de 60 kg on doit considérer que si l’utilisation du composé comme additif alimentaire conduit à une consommation journalière 3 µg/j le risque est inacceptable.

Cas du SUDAN I


Méthode 2 – Autre méthode conservatrice : méthode très proche de la précédente qui est basée aussi sur une extrapolation linéaire à partir de la plus faible dose induisant des tumeurs (Dutch method determination of the VSD, virtually safe dose). Au risque R, VSD = (R x TDsign/Isign)

Avec TDsign : la dose la plus faible associée à une augmentation

significative de la fréquence des tumeurs et Isign est la différence

d’incidence des tumeurs entre TDsign et Témoins.

En utilisant l’étude 2 ans rat, qui est cependant limitée puisque il n’y a que 2 doses et que la dose seuil n’a pas été déterminée, on trouve une VSD de 0.000125 mg/kg pc. soit 7.5 µg/j pour un homme de 60 kg au risque 10-6.

Cas du SUDAN I (suite)


Méthode 3 – Méthode plus réaliste : la relation effet-dose est modélisée sur la base d’un modèle sigmoïde avec forçage à 0 dont l’équation est la suivante :

Incidence des tumeurs = Emax x Dn / TD50n + Dn

Emax = effet maximal attendu, D = dose (mg/kg), TD50 = dose qui provoque 50% de tumeurs, n = indice de sigmoïdicité.

Avec les données de l’étude 103 semaines, F344 rats du NTP :Emax = 52,21

TD50 = 21,72

n = 2,83Les doses correspondant à différents niveaux de risque sont données dans le tableau suivant

Risque Dose (mg/kg) Dose (mg/j) *

10-6

10-7

10-8

0,0410,01850,008

2,461,110,48

* pour un homme de 60 kg Cette méthode, qui est moins conservatrice que les précédentes et sans doute plus proche de la réalité, donne des valeurs seuil beaucoup plus importantes. Ainsi la dose journalière correspondant au risque 10 -8 est d’environ 0,5 mg/jour pour un homme de 60 kg.

Cas du SUDAN I (suite)


Signification d’une DJA/DJT

DJA/DJT ne peut être considérée comme une ligne rouge :

- au dessous de laquelle il n’existe pas de risque !!

cas de l’hypersensibilité, intolérance,…

- au dessus de laquelle le risque est imminent !!

Cas de dépassement de la consommation des additifs


Conclusion

a. Dans de nombreux cas, «la pauvreté» des données scientifiques n’empêche pas de proposer une réglementation pour une substance donnée sans utilisation d’une DJA/DJT temporaire, simplement en appliquant un facteur de sécurité plus adapté !

b. «Check-list» des études de toxicologie de routine doit produire une évaluation du risque classique, et tout changement de facteur habituel de sécurité de 100, nécessite des données scientifiques sur l’étude des mécanismes ou toute autre élément d’information pertinent pour justifier la modification proposée.

c. L’information critique pour une évaluation quantitative doit être identifiée. L’utilisation par défaut d’un facteur de sécurité pour un point critique doit stimuler la recherche explicative pour aider à la décision réglementaire.

d. Les données scientifiques valides et pertinents peuvent contribuer de manière significative et quantitative au choix du facteur de sécurité et conduire à l’établissement de la DJA/DJT.

e. La veille scientifique permet à tout moment de revoir l’évaluation du risque en cas de besoin.

f. Le fondement de la décision réglementaire devrait être clairement expliqué pour assister le gestionnaire du risque et les utilisateurs.

Approches Toxicologiques pour l’Évaluation du Risque (ATER)

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