Download - Master 2 Mention Toxicologie toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Transcript
Page 1: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Master 2 Mention Toxicologie

toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances Modèles d'exposition temporelle, voies d'exposition,

indicateurs d'exposition : produits uniques ou mélanges 

"Exemples pratiques« 30 Septembre 2013

Laurent Bodin,[email protected]

Page 2: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Plan de la présentationI-Toxicologie:

-rappel des objectif-toxicologie aigue-Toxicologie chronique-Relation dose réponse

II-Exemple de Toxicologie de la reproduction-Construction d’une VTR- Choix de la dose critique -facteurs d’incertitudes - l’allométrie

III-Exemple de Toxicologie à long terme- Cancérogenèse-Cancérogène génotoxique /non génotoxique- altérations de l’ADN  

Page 3: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

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

Page 4: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

CosmétiquesÉvaluation 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 ChimiquesÉvaluation et classification en fonction du danger

 Objectif des études = Évaluation d'un danger

Objectifs des essais (suite)

Page 5: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

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

Trois formes essentielles de toxicité Toxicité aiguë Toxicité à court terme (subaiguë ou subchronique) Toxicité à long terme (ou chronique)

Page 6: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Lignes directrices pour les essais de produits chimiques

Essai n° 471: Essai de mutation réverse sur des bactéries

Essai n° 473: Essai d'aberration chromosomique in vitro chez les mammifères

Essai n° 474: Le test de micronoyaux sur les érythrocytes de mammifères

Essai n° 475: Essai d'aberration chromosomique sur moelle osseuse de mammifères

Essai n° 415: Étude de toxicité pour la reproduction sur une génération

Essai n° 416: Étude de toxicité pour la reproduction sur deux générations

Essai n° 451 : Études de cancérogénèse

Essai n° 452 : Études de toxicité chronique

Essai n° 453 : Études combinées de toxicité chronique et de cancérogénèse

Page 7: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

TOXICITÉ AIGUË = durée exposition courte

TOXICITÉ AIGUË

Durée d’exposition (minutes, heures)

Concentration seuil

Con

cent

ratio

n

Effet néfaste

Page 8: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

x

:

xx

x

xx

xx

Concentration seuil

Con

cent

ratio

n

Durée d’exposition (semaine, année)

Effet néfaste

TOXICITÉ CHRONIQUE = durée d’exposition longue, répétée

TOXICITÉ CHRONIQUE

Page 9: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

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"

Page 10: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

études de Toxicologie = ce qu’il faut retenir

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 ?

Page 11: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

DL50

dose

Mortalité (% d’animaux morts)

50%

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

DL50

dose

Mortalité (% d’animaux morts)

50%

Effects

Doses1 2 3 4 5

None None

Death

Liver Kidney

What doses to use in chronic toxicity?

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

LOAEL

dose

Response (% of animals presenting the effect)

NOAEL

BMD10

10%0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

LOAEL

dose

Response (% of animals presenting the effect)

NOAEL

BMD10

10%

Interprétations des études toxicologiques

-Observations (effet, réponse) pour chaque groupe y compris les témoins

-Comparaison des niveaux de réponse observés dans les groupes exposés par rapport aux groupe témoin

-Indicateurs de toxicité♦La dose létale (mortalité)♦Une dose minimale toxique (LOAEL)♦Une dose maximale non toxique (NOAEL)♦Des descripteurs statistiques plus complexes

•Tenir compte des pathologiesspontanées en fonction de l’espèce•S’assurer que l’effet engendréest bien le reflet de la toxicité de lasubstance (facteur de confusion)

Page 12: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Caractérisation du danger• Types de données

– études toxicologiques – études épidémiologiques

• Types d’effets– Reprotoxicité– Cancérogénicité– Génotoxicité– Neurotoxicité– Immunotoxicité etc.

• Types de contextes d’exposition– Aigu : court terme - forte dose– Chronique: long terme - faible dose

Page 13: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

VTR• Définition Les VTR sont des valeurs permettant d’établir une relation entre une

exposition à une substance chimique et un effet sanitaire chez l’Homme.

Elles sont spécifiques : d’une substance, d’une durée d’exposition d’une voie d’exposition

Leur construction diffère en fonction de l’hypothèse formulée ou des données acquises sur les mécanismes d’action toxique de la substance.

• Signification : la VTR est un indice toxicologique, prédictif:– de l’absence d’un effet chez l’Homme (VTR à seuil)

→ doses ou concentrations journalières admissibles – d’un risque sanitaire chez l’Homme (VTR sans seuil)

→ excès de risque unitaire (par µg.m3 par exemple)

Page 14: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Définitions et cadrage VTR

Détermination des VTR

Valeurs de référence sanitaires utilisables dans les ERS/études d’impact/élaboration VGAI…

Page 15: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

estimation de la relation dose-réponse

Dose externe Réponse à la toxicité

dose (mg/l)

D0D1D2

D3 *

Effet

m1 ± ec1 (n=20)m2 ±ec2 (n=20)m3 ± ec3 (n=20)m4 ± ec4(n=20)

Dose critique (NOAEL/LOAEL)

Application de facteurs

d’incertitudesDifférences intra-individuellesUFH = 10

Différences inter-espèces UFA = 10

VTR = XX µg/l

Page 16: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

0

Excès de risquepour un effet donné

Dose ouconcentration

Domaine des faibles doses/ faibles risques (= niveaux deDoses environnementaux)

ERIacceptable

(10-6)

« Dose Virtuellede Sécurité »

1 unitéde dose

ERU

Pente

Expositionestimée

ERI

VTR sans seuil

estimation de la relation dose-réponse

Page 17: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Schéma général de construction

Identification des effets néfastes-choix de l’effet critique

Sélection d’un étude épidémiologique ou toxicologique

A seuil Sans seuil

Observations

Identificationdose critique

BMD, BMDL

Absence

d’observation

Niveau d’exposition de sécurité acceptable

Excès de risque unitaire

Modélisation des données

Extrapolation non linéaire Extrapolation linéaire

Page 18: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Evaluation des risques sanitaires liés aux sous-produits de désinfection dans les eaux de piscines :

acide dichloroacétique (DCA)

Exemple de Toxicologie de la reproductionVTR* reprotoxique

*Indice toxicologique qui permet de qualifier ou de quantifier un risque pour la santé humaine. Elle établit le lien entre une exposition à une substance toxique et l’occurrence d’un effet sanitaire indésirable

Page 19: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

1-recenser et analyser les données de toxicité disponibles,identifier le ou les organes cibles et l’effet critique (celui qui apparaît à la plus faible dose),

2-identifier l’hypothèse de construction, à seuil ou sans seuil de dose, en fonction du mode d’action de la substance, choisir une étude clé de bonne qualité (épidémiologique ou toxicologique),

3-définir une dose critique chez l’homme ou l’animal à partir de cette étude ; éventuellement dans le cas d’une dose critique obtenue sur l’animal, d’ajuster cette dose à l’homme

4- pour une VTR à seuil, appliquer des facteurs d’incertitude à cette dose de manière à dériver une VTR applicable à l’ensemble de la population visée ; pour une VTR sans seuil, réaliser une extrapolation linéaire à l’origine afin de déterminer un excès de risque,

Construction d’une VTR

Page 20: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Reprotoxicité et effet critique

Effet :manifestation directe de la toxicité Atteinte de la fertilitéRetard dans le développement tératogénicitéDéficit fonctionnel

Effet critique = Effet critique = premier effet qui survient lorsqu’on accroît premier effet qui survient lorsqu’on accroît la dose, et jugé pertinent chez l’homme pour l’élaboration la dose, et jugé pertinent chez l’homme pour l’élaboration d’une VTR*d’une VTR*

Page 21: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Caractéristiques de l’étude

DCADCAToth et al., 1992

Type de l’étude Evaluation de la toxicité du DCA sur la reproduction du rat mâle, histopathologie des testicules et des épididymes

Espèce/ souche étudiée Rats mâles Long Evans

Age des animaux 100 jours

Voie d’exposition Eau de boisson

Fréquence et durée du traitement Exposition quotidienne sur 10 semaines (subchronique)

Concentrations d’exposition 0, 31.25, 62.5, 125 mg/kg p.c/j18-19 mâles par groupe de doses

Effet(s) critique(s) observé(s) Spermatotoxicité :Diminution du nombre de spermatozoïdes

Relation dose-réponse/ dose critique NOAEL : 31,25 mg/kg p.c/j

Cotation Klimish Klimisch 2

Construction des VTR reprotoxiques de l’acide dichloroacétique -Effet sur la fertilité

Page 22: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Choix de la dose critique Identification des LOAEL & NOAEL

• Le test toxicologique :

• La LOAEL est identifiée à partir d’un test statistique entre les doses testées

• La NOAEL est définie comme la dose testée immédiatement inférieure à la LOAEL

Dose0 D1 D2 D3 …

Réponse/Effet

LOAEL ?

Page 23: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Choix de la dose critique construction d’une BMD (1)

Élaboration d’une BMD à partir des résultats de test :

1.Choix d’un modèle théorique de relation dose-réponseModèle biologique, mathématique biologiquement acceptable

2.Ajustement du modèle surles données expérimentalesPlusieurs méthodes : MLE, BayesEt critère d’ajustement (Chi2,analyse graphique)

3.Sélection du modèle le plus adapté aux donnéesCritères de sélection : AIC, …

Dose0 D1 D2

Effet

BMR

BMD

Page 24: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Élaboration d’une BMD (suite) :

4.Choix d’un niveau d’effetAdded risk ou extra risk ?Benchmark Response Level ou BMR(1%, 5%, 10% ?)

5.Calcul de l’intervallede confiance (IC)Plusieurs méthodes : MLE, Bootstrap, Bayes

6.Choix de la borne de l’ICpour la valeur retenueEx: BMD10L95

Dose0 D1 D2

Effet

BMR

BMDBMDL

Choix de la dose critique construction d’une BMD (2)

Page 25: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

dose moyenne écart typenombre

d'animaux0 630.0 204.8 19

31.25 582.5 137.0 1862.5* 502.6 163.5 18125* 367.8 91.6 19

CONSTRUCTION BMD pour le DCA à partir du nombre de spermatozoïdes au niveau de l’épididyme

La BMR est fixé « conventionnellement »à la moyenne du groupe contrôle – 1 fois l’écart type du groupe contrôleCe qui correspond à une diminution de 32.5% de spz

nombre de spermatozoïdes (106)/g) au niveau de l’épididyme

* significatif p<0,05

Page 26: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Construction des VTR reprotoxiques de l’acide dichloroacétique -Effet sur la fertilité

dose (mg.kg-1.j-1)Moyenne

(nombre de spermatozoïdes (106)/g) au niveau de l’épididyme

écart type nombre d'animaux

0 630.0 204.8 1931.25 582.5 137.0 1862.5* 502.6 163.5 18125 * 367.8 91.6 19

Diminution du nombre de spermatozoïdes (106)/g) au niveau de l’épididyme suite à une exposition au DCA chez des rats males Long Evans)

BMRModèle le mieux ajusté

BMD chez le rat

(mg/kg/j)

BMDL chez le rat

(mg/kg/j)

BMD équivalente

chez l’homme(mg/kg/j)

BMDL équivalente

chez l’homme(mg/kg/j)

1x l’écart type soit une

diminution de 32.5% de

spermatozoïdes

Exponentiel (modele 2) 91 72 9,1 7,2

* significatif p<0,05

Page 27: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Construction des VTR reprotoxiques de l’acide dichloroacétique -Effet sur la fertilité

Effet critique Dose critique*

Facteur d’incertit

udeVTR

diminution de spermatozoïdes chez le rat long EvansEtude de Toth et al., 1992 

BMD1xECL = 72 mg/kg/j

Avant ajustement allométriqu

e

UF=100UFA = 10  UFH = 10

VTR= 720 µg/kg/j

Différences inter-espèces

Différences inter-individuelle

Toxicocinétique

Toxicocinétique

Toxicodynamie (sensibilité)

Toxicodynamie 3,16

3,16

3,16

3,16

(10)

(10)

Page 28: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Affiner les facteurs d’incertitudes (a)

Variabilité Inter-espèces

UFa =10

Composante Toxicocinétique

4

Composante Toxicodynamique

2.5

FDA – 1950

Renwick (1993)

IPCS, 2006

Chemical specific adjustment factors (WHO, 2001; IPCS, 2006)

Lehman, A. J., and Fitzhugh, O. G.

WHO – 1987Variabilité

Intra-espècesUFa =10

Facteur des sécuritéUF=100

Page 29: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Relation dose réponse:Néfaste, mais néfaste comment ?

Effet

dose

Effet néfaste/ toxicité

Dose associée à l’apparition d’un effet

toxique

Page 30: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Relation dose réponse:Néfaste, mais néfaste comment ?

Effet

dose

Effet néfaste/ toxicité

Dose associée à l’apparition d’un effet

toxique

Sujets plus sensibles Vulnérabilité identique

Page 31: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Relation dose réponse:Néfaste, mais néfaste comment ?

Effet

dose

Effet néfaste/ toxicité

Dose associée à l’apparition d’un effet

toxique

Sujets plus vulnérablesSensibilité identique

Page 32: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Relation dose réponse:Néfaste, mais néfaste comment ?

Effet

dose

Effet néfaste/ toxicité

Dose associée à l’apparition d’un effet

toxique

Différences intra-individuellesUFH = 10

Page 33: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Utilisation de l’allométrie

p

a

h

BWBW

DaHED

1

Avec p=0.67 c’est à dire 2/3 (loi des surface)

Affiner les facteurs d’incertitudes (b)

Page 34: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Conclusion

Construction d’une VTR reprotoxique, voie orale→ choix d’une étude → choix de l’effet critique→ choix de la dose critique→ application facteurs d’incertitudes

Définir les conditions d’application de cette VTR: fertilité ≠développement

Page 35: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Effet reprotoxique par voie orale, (chez l’homme)

Fenêtre d’exposition critique

Page 36: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Exemple de Toxicologie à long terme- Cancérogenèse VTR cancer

Page 37: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Threshold and non threshold (1)

Garro, A.J., et al. Alcohol and cancer. 1992.

Genotoxic carcinogens

Non-genotoxic carcinogens

Cancer bio-assay +

Genotoxicty test +

Cancer bio-assay +

Genotoxicty test -

Page 38: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Threshold and non threshold (2)

Non-Threshold approach Genotoxic carcinogens

Non-genotoxic carcinogens

Threshold approach

?

precautionary principle

Page 39: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Toxicity

Altered Gene Expression

Cell Proliferation

Multiple events

TumorTumor

Cancérogène non génotoxique 

Exemple de construction de VTR cancérigènes

L’effet dépend de la dose

TumorTumorMultiple events

Cancérogène génotoxique 

L’effet apparaît quelle que soit la dose probabilité de survenue croît avec la dose

Mutation initiatrice

Mutation initiatrice

Page 40: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

altérations de l’ADN en terme de lésions et de mutations

D’après Orsière T., «  De la génotoxicologie à la biosurveillance »

Page 41: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Principaux tests de genotoxicité

D’après Orsière T., «  De la génotoxicologie à la biosurveillance »

Page 42: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

• Plus de 200 tests existants mais aucun test unique ne détecte tous les agents génotoxiques batterie de 3 tests

• 1 test in vitro de mutation génétique reverse / bactéries

• 1 test in vitro / cellules eucaryotes• 1 test in vivo de mutation chromosomique /

cellules hématopoïétiques de rongeurs

Principaux tests de génotoxicité

Page 43: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Cancérogène génotoxique : mécanisme stochastique ou non

-génotoxicité directe = réactions chimiques possibles entre une substance d’intérêt et l’ADN comme des liaisons covalentes (adduits) ou des cassures du double brin (attaque électrophile).

-génotoxicité indirecte pour décrire les autres mécanismes conduisant à des modifications du matériel génétique (stress oxydatif, par exemple).

Cancérogène non génotoxique = épigénétique, c'est-à-dire sans altération de la molécule d’ADN

Qu’est ce qu’un génotoxique ?

Page 44: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Évaluation des risques sanitaires liés à la présence de

N-nitrosomorpholine dans les eaux destinées à la consommation

humaine

Page 45: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances
Page 46: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Plan de situation

Captage de Bolbec - Gruchet le Valasse : 18 communes (23000 personnes)

Situation de contamination des eaux mise en évidence par la campagne nationale menée par le laboratoire d’hydrologie de Nancy (LHN)

Page 47: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Contamination des eaux

- Méthode d’analyse du LHN : LC - MS MS

- Limite de quantification : 10 ng/L

- Limite de détection : 3 ng/L

- incertitude intra-laboratoire ~ 20 %

Page 48: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Propriétés physico-chimiques

Source : NTP, 2011

N-nitrosomorpholine

Page 49: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Utilisations et sources de contamination de l’environnement

- industrie du caoutchouc ;

- industrie de la chimie (utilisation de morpholine, synthèse organique par exemple polyacrylonitrile, industrie pharmaceutique…) ;

- certains aliments transformés par l’industrie agro-alimentaire ;

- fumée de cigarette ;

- dans le cas présent : industrie pharmaceutique

Page 50: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Actions mises en œuvreActions mises en œuvre

Distribution eaux embouteillées (3L/j/personne)

Recherche de substitution (pas d’interconnexion sur toutes les localités)

Information sur site internet (ARS – Communauté de Communes)Lieux de distributionusages de l’eau concernéstraitements permettant d’éliminer la N-nitrosomorpholine (carafe filtrante)…

Plaquette (ARS – Communauté de Communes)

Page 51: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Génotoxicité et mutagénicité

- substance génotoxique in vitro et in vivo

- substance clastogène (cassures simple brin, double brin)

- formation d’adduits à l’ADN

- formation de ROS et de RNS

Une partie du mécanisme d’action génotoxique peut s’expliquer par une génotoxicité directe, ce qui peut justifier une approche sans seuil d’effet pour la construction de VTR

Page 52: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Toxicité chez l’animal via l’eau de boisson

Page 53: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Méthodologie pour VTR sans seuil d’effet

- choix de l’étude pivot

- choix de l’effet repère

- ajustement allométrique des doses d’exposition à la puissance ¼ (US EPA, 2006)

- ajustement temporel sur les doses d’exposition (US EPA, 2006)

- ajustement à la relation dose-réponse (BMDS v2.1.1., choix de modèle sur p et AIC)

- calcul de BMD10 et de BMDL10

- calcul de l’ERU (BMR / BMDL10)

Page 54: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Concentration d’exposition journalière (mg/L)

0 0,07 0,18 0,45 1,1 2,6 6,4

Dose d’exposition journalière (mg.kg p.c.-1.j-1)

0 0,006 0,016 0,039 0,096 0,226 0,557

Incidence de carcinomes hépatocellulaires

0/80 1/100 0/99 0/47 1/48 7/48 16/24

Incidences d’hémangiosarcomes

0/80 0/100 0/99 0/47 0/48 5/48 13/24

La conversion des concentrations d’exposition en mg/l dans l’eau de boisson en mg/kg de poids corporel par jour a été réalisée en multipliant la concentration par 20 ml (volume ingéré par jour et par rat) et en divisant par 0.23 g (poids de l’animal estimé par les auteurs).

Lijinsky et al. (1988)

Page 55: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

VTR de la N-nitrosomorpholine validée GT « VTR »

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Frac

tion

Affe

cted

dose

Multistage Model with 0.95 Confidence Level

17:43 07/26 2012

BMDBMDL

MultistageBMD Lower Bound

Page 56: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Effet critique Dose critique VTR

Carcinomes hépatocellulaires chez le rat F-344 femelleEtude de cancérogénicité chez le rat F-344 femelle

Lijinsky et al. (1988)

A partir des données chez l’animal

BMD10%L95% = 0,147 mg.kg p.c.-1.j-1

Exprimé en dose équivalente chez l’Homme

BMD10%L95% ajHED = 0,025 mg.kg p.c.-1.j-1

Après extrapolation linéaire à l’origine

ERU = 4,0 (mg.kg p.c.-1.j-1)-1

VTR de la N-nitrosomorpholine validée GT « VTR »

Page 57: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances
Page 58: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Exemple du CadmiumExemple du Cadmium

Page 59: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

1- Cd est transporté au foie liaison avec metallothioneines = Cd-metallothio sang, réabsorption au niveau du tube proximal

2- les metallothioneines sont dégradées par les lysozomes,

3- Cd libre dans la cellule tubulaire action toxique.

Toxicité chronique chez l’Homme

IARC (2009): Groupe 1 (cancer pulmonaire)

Effets respiratoires (dyspnée, bronchite, emphysème )

Effets hépatiques

Effets musculo-squelettiques (ostéoporose, Itai-itai)

Effets rénaux (organe le plus sensible)

Page 60: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Etude en milieu professionnel↓

relation dose-réponse significative dysfonctionnement rénal et [cadmium urinaire]

Toxicité rénale et mécanisme d’action

-protéinurie tubulaire (augmentation de l’excrétion de protéine de faibles poids moléculaires) -diminution de résorption des autres solutés (glucose, Ac A…)-augmentation de la perméabilité glomérulaire (augmentions de l’excrétion d'albumine)-diminution de la filtration glomérulaire.

marqueurs du dysfonctionnement rénal : - albumine,- N-acetyl-b-glucosaminidase (NAG)- β2-microglobuline- α1-microglobuline- RBP (Retinol Binding protein, protéine de liaison au rétinol)  

signe précurseur la toxicité rénale lié au cadmium = dans l’urine de protéine de faibles poids moléculaires

Page 62: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Prozialeck et al. 2010

Page 63: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Prozialeck et al. 2010

Page 64: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Toxicité rénale et mécanisme d’action

SCOEL, février 2009, ATSDR 2008 (Cf page 85)

Page 65: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

La plupart de ces études ne rapportent pas de concentration du cadmium dans l’air,

mais utilisent les niveaux sanguins et urinaires de cadmium comme biomarqueurs d’exposition.

Toxicité rénale et mécanisme d’action

Page 66: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Choix du marqueur du dysfonctionnement rénal 

TECHNICAL REPORT OF EFSAMeta-analysis of Dose-Effect Relationship of

Cadmium for Benchmark Dose Evaluation EFSA,2009

2 approches

[cadmium urinaire] et β2-microglobuline

[cadmium urinaire] , β2-microglobuline et α1-microglobuline

ATSDRDRAFT TOXICOLOGICAL PROFILE FOR

CADMIUM ,2008

Objectif

-quelle [cadmium urinaire] est associée à une toxicité rénale

= déterminer une dose critique de cadmium urinaire

Page 67: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

35 Etudes sélectionnées par l’Efsa (2009)

[cadmium urinaire] et β2-microglobulin

Page 68: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

marqueurs du dysfonctionnement rénal 

Page 69: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Toxicocinétique

données chez l'animal données chez l'hommeSubstance mère cadmium cadmium

Absorption (% par voie pulmonaire)

90-100 pour oxyde et chlorure 10 pour le sulfure

25

Absorption (% par voie digestive)

5 5 (JECFA, 2004) 1-20 (Who, 1992)

• Cadmium, lié à l’albumine, est dirigé vers le foie• Au niveau hépatique: Cd- Métallothionéine• Complexe Cd-métallothioneine hépatique

aucune métabolisation libéré dans le plasmafiltré au niveau glomérulaireréabsorbé au niveau du tubule proximal

• Elimination fécale et urinaireT1/2 vie rénal: 20 à 30 ans (car accumulation)

T1/2 vie sanguin: 30 jours

Page 70: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Relation cadmium urinaire et marqueurs du dysfonctionnement rénal

[cadmium urinaire] cible ( 5-10% atteinte tubulaire )

~ 0,5 à 7 μg par g de créatinine.

Niveau de β2-micro globuline Signification clinique

<300 Valeur normale

300-1000 Tubulopathie

1000-10000 Protéinurie tubulaire irréversible

>10000- Diminution de la filtration glomérulaire

Etudes milieu professionnel et environnemental

augmentation de 10% du taux urinaire de β2-microglobuline↓

atteinte rénale dans les populations exposées au cadmium.

[cadmium urinaire] ????Efsa

JECFAATSDR

Page 71: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Relation cadmium urinaire et β2-micro globuline

Efsa, 2009

Page 72: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Démarche de l’EFSA 

Dose critique de cadmium (BMD5L90) 5% [ β2-microglobuline] (μg/ g de créatinine)

Conclusion de l’Efsa, 2009 : [cadmium] =1 μg/ g de créatinine

BMD Données moyennées > BMD Données individuelles

→application d’un facteur 3.9

BMD5%L90%∑ ensemble de la population, modèle de Hill

(4 μg/g de créatinine ) /3,9 = 1 μg/ g de créatinine

Page 73: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Sélection d’études épidémiologiques

↓[cadmium urinaire] et toxicité rénale

(mesuré par l’augmentation de différent marqueur de la toxicité rénale)

modèle pharmacocinétique↓

Prédiction [cadmium atmosphérique]

Démarche proposée par l’ATSDR pour l’élaboration d’une VTR chronique, voie inhalée, draft 2008

I étape

II étape

Démarche adoptée

Page 74: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Toxicocinétique

Prozialeck et al. 2010

Page 75: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

models of Kjellström and Nordberg (1978)

Page 76: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Dose externe Dose interne Dose dans l’organe cible

Réponse à la toxicité

Modèle physiologique basé sur des modèles cinétiques

Cadmium-reconstruction de dose

Page 77: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Cadmium-reconstruction de dose (voie orale uniquement)

Exposition vie entière à 70 μg/ jour adulte de 70 kg soit 1 μg/kg par jour

Durée d’exposition en jour

[cadmium] urinaire μg/ litre

[cadmium] urinaire cible en μg/ litre =1.5 dans l’urine de protéine de faibles poids

moléculaires

Page 78: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

D’après Enquête EAT2 ,Exposition:0.16 μg/kg/j (pour un adulte)0,24 μg/kg pc/jour (chez les enfants)

[cadmium] urinaire μg/ litre

Durée d’exposition en jour

[cadmium] urinaire μg/ litre=0.25

0.16 μg/kg/j0.24 μg/kg/j

Ajout d’un algorithme augmentation du poids en

fonction de l’âge

Cadmium-reconstruction de dose (voie orale uniquement)

Page 79: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Modèle PBPK

Distribution des concentrations tissulaires

Modèle d’exposition

Distribution des concentrations dans l’environnement

Voies d’expositions

lung

brain

kidney

stomach

skin

liver

Approche « intégrée »

Page 80: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Cadmium-reconstruction de dose (voie orale uniquement)

Exposition vie entière à 70 μg/ jour adulte de 70 kg soit 1 μg/kg par jour

Durée d’exposition en jour

[cadmium] urinaire μg/ litre

[cadmium] urinaire cible en μg/ litre =1.5 dans l’urine de protéine de faibles poids

moléculaires

Page 81: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Exposition vie entière alimentation 0.16 μg/kg/j (pour un adulte) d’après Enquête EAT2 soit 11.2 μg/ jour (adulte de 70 kg)

Reconstruction de dose (voie orale)

[cadmium] urinaire μg/ litre

Durée d’exposition en jour

[cadmium] urinaire μg/ litre=0.25

Selon enquête INVS 2010 [cadmium] urinaire μg/ litre =0.32 (ou 0.29 μg/g de creat)

Page 82: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Reconstruction de dose (voie respiratoire)

Exposition vie entière alimentation 0.16 μg/kg/j (pour un adulte) d’après Enquête EAT2 soit 11.2 μg/ jour (adulte de 70 kg)

Selon enquête INVS 2010 [cadmium] urinaire μg/ litre =0.32 (ou 0.29 μg/g de creat)Avec 1.1 g de creat par jour

[cadmium] urinaire μg/ litre=0.25

Exposition vie entière à 0.5 μg/jour voie respiratoireSoit [cadmium] atmo = 25 ng/m3

Page 83: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Reconstruction de dose (voie respiratoire uniquement)

Exposition vie entière à 9 μg/ jour

Durée d’exposition en jour

[cadmium] urinaire μg/ litre

Soit une concentration de cadmium dans l’air de 9/20 m3 = 0.45 μg/m3

Page 84: Master 2   Mention Toxicologie  toxicologie humaine, évaluation des risques, vigilances

Merci de votre attention