Toxicologie Alimentaire

Le risque alimentaire

Initiation à la toxicologie

Toxicologie AlimentaireCours supérieur

Définitions

Introduction

La toxicologie est la science qui étudie les poisons, ou les toxiques, à travers leurs origines, leurs propriétés physiques et biologiques, leurs modalités d'action, leur détection et leur dosage, et les moyens de combattre leurs actions nocives. Une substance est dite toxique si elle provoque, après sa pénétration dans l'organisme, dans l'immédiat ou après une période de latence, de façon passagère ou durable, des troubles d'une ou de plusieurs fonctions de l'organisme pouvant aller jusqu'à leur suppression complète et la mort.Les épisodes d'intoxication alimentaire prennent leurs origines dans des temps lointains.L'utilisation du plomb pour la fabrication de canalisations et d'ustensiles de cuisine par lesRomains semble être à l'origine d'une incidence élevée du saturnisme à cette époque. Au Moyen-âge, la contamination des céréales par une moisissure toxinogène, l'ergot de seigle, aurait fait des centaines de milliers de morts. L'industrialisation et l'urbanisation ont cependant considérablement accru la complexité de la toxicologie alimentaire, non seulement à travers l'augmentation du nombre et de la diversité des molécules potentiellement toxiques, mais aussi du degré de contamination des différents milieux (air, sols, eaux) et donc des chaînes alimentaires. Ainsi, en matière de toxicologie alimentaire, les toxiques dont on doit prévenir l'ingestion sont généralement apportés à l'occasion d'une contamination extérieure, mais ils peuvent aussi être liés à la structure même de l'aliment, que celui-ci contienne naturellement un toxique ou que cette toxicité ait été induite par la technologie.

Chapitre I - Métabolisme des toxiques et méthodes de la toxicologie alimentaire

L'étude toxicologique d'un produit est souvent initialisée par une phase descriptive ; celle-ci consiste à analyser les symptômes provoqués. Cette première étape doit cependant être suivie d'investigations en profondeur, tant sur les propriétés physicochimiques de la substance que sur son devenir métabolique, pour tenter d'établir les mécanismes en jeu dans la production de ces symptômes. À cet égard, la toxicologie est une discipline scientifique pluridisciplinaire qui emprunte leurs méthodes et leurs évolutions à dessciences aussi variées que la physiologie, la biochimie, la pharmacodynamie,l'anatomopathologie, l'histologie, la cytochimie et même la biologie moléculaire, l'immunologie ou la génétique.

I-1) Absorption et excrétion des substances toxiques

I-1-1) Absorption

Les principaux sites de l'absorption des toxiques sont le tube digestif, les poumons et la peau. Les molécules apportées par l'eau et la nourriture sont absorbées principalement au niveau du système digestif, en particulier au niveau de l'estomac et de l'intestin grêle.L'absorption intestinale est facilitée par le temps de contact prolongé et par la surface considérable offerte par les villosités, mais elle reste cependant conditionnée majoritairement par la nature physicochimique des molécules, l'absorption étant facilitée sous forme non ionisée. Les acides faibles sont ainsi absorbés préférentiellement au niveau de l'estomac, et les bases faibles le seront plutôt dans l'intestin où les pH, voisins de la neutralité, sont favorables à leur présence sous forme non ionisée. La bouche et le côlon s'avèrent être des voies mineures d'absorption des toxiques.Les alvéoles pulmonaires et la peau sont, pour leur part, des sites mineurs d'absorption en toxicologie alimentaire.

I-1-2) Modes de transport

L'absorption du toxique puis, ultérieurement, sa distribution et son excrétion nécessitentson transport de part et d'autre des membranes cellulaires. Ce transport peut être assurépar quatre mécanismes distincts :

la diffusion passive : dans ce cas, l'absorption du toxique est liée directement augradient de concentration de la molécule de part et d'autre de la membrane ainsiqu'à sa lipophilie, la membrane cellulaire étant constituée d'une bicouche lipidique.De très nombreux toxiques, liposolubles, comme les pesticides ou les mycotoxines,sont absorbés par cette voie, en particulier au niveau intestinal. Dans le cas desmolécules ionisables, peu solubles dans les lipides, la diffusion est fonction du pH.L'aniline, qui est une base, est ainsi absorbée préférentiellement dans l'intestin ;

le transport actif : ce type de transport implique la formation d'un complexe entrela molécule et un transporteur présent au niveau de la membrane cellulaire. On distingue d'une part la diffusion facilitée, qui se fait dans le sens du gradient de concentration électrochimique et ne demande pas d'énergie métabolique, et d'autre part le transport actif qui implique un passage contre un gradient électrochimique et nécessite donc la dépense d'énergie. Quelques toxiques comme le thallium et le plomb sont absorbés dans l'intestin grâce à des systèmes de transport actif ;

le transport par endocytose : selon la nature des particules absorbées, on parlerade phagocytose (particules solides) ou de pinocytose (particules liquides). Ce système de transport est particulièrement important au niveau des alvéoles pulmonaires, ainsi que pour l'élimination par le système réticuloendothélial de substances toxiques présentes dans le sang. Dans l'intestin, certains additifs alimentaires (carraghénanes, colorants azoïques) sont absorbés de cette manière ;

la filtration : les membranes des capillaires et des glomérules possèdent des poresrelativement larges (70 nm) qui permettent le passage de molécules de taille inférieure à l'albumine (masse moléculaire de 60 000 Da). Le flux de l'eau à travers ces pores peut ainsi participer au transport de molécules toxiques. En revanche, les pores de la plupart des cellules sont beaucoup plus petits (4 nm) et n'autorisent que le passage de produits de masse moléculaire inférieure à 100 ou 200 Da.

I-1-3) Répartition dans l'organisme

Le foie et le rein sont des sites majeurs de fixation des molécules toxiques, particularité àmettre en rapport avec leurs capacités de transformation et d'élimination de cesmolécules. Le tissus adipeux est aussi un site important de stockage pour des substancesliposolubles comme les insecticides organochlorés ou les polychlorobiphényles (PCB) qui sedissolvent dans les graisses neutres. Les os stockent des toxiques tels que le fluor, leplomb et le strontium en les fixant dans les cristaux d'hydroxyapatite de l'os. Des protéines plasmatiques comme l'albumine peuvent également fixer certains xénobiotiques.Au niveau des cellules et des organes, la nature de l'interaction entre le toxique et un récepteur va déterminer les conséquences toxicologiques de cette liaison. Une liaison de nature covalente, au niveau des doubles liaisons lipidiques ou de sites NH2 ou SH, est irréversible et se trouve généralement associée à des effets toxiques significatifs, et à des conséquences graves. Ce type de liaison est à l'origine d'intoxications insidieuses par les toxiques cumulatifs comme le fluor et les métaux lourds qui apparaissent généralement sans aucun signe d'alarme. En revanche, les liaisons de nature non covalente sont réversibles et interviennent plutôt dans la distribution des toxiques dans les organes et les tissus, ou encore dans le cas de toxiques agissant au niveau des neurotransmissions (pesticides organophosphorés, carbamates).

I-1-4) Biotransformation

Les modifications métaboliques, ou biotransformations, des toxiques dans les organes et les tissus sont à considérer comme des réactions de détoxification de l'organisme. lls permettent en effet la conversion de la molécule mère en métabolites et en dérivés, conjugués qui sont généralement moins toxiques, plus hydrosolubles et plus polaires, et donc facilement excrétables. Ces réactions peuvent être classées en deux catégories :

les réactions de phase I qui se traduisent par la dégradation de la molécule toxiquesoit par un processus oxydatif par les systèmes enzymatiques cytochrome P-450 etla nicotinamide-adénine-dinucléotide hydrogénée (NADPH)-cytochrome P-450réductase, soit par des réactions de réduction ou d'estérification ;

les réactions de phase II, ou réactions de conjugaison, qui conduisent à labiosynthèse d'un conjugué à partir du toxique et d'un métabolite endogène. La forme de conjugaison la plus courante et la plus importante (alcools aliphatiques ou aromatiques, acides carboxyliques, composés soufrés, amines) est la glucuronoconjugaison avec l'acide glucuronique. On rencontre aussi des réactions de sulfoconjugaison (formation de sulfates à partir de phénols, d'alcools aliphatiques ou d'amines aromatiques), de méthylation et d'acétylation. Des dérivés conjugués peuvent enfin être formés à partir d'acides aminés (glycine, glutamine) ou du glutathion. Cependant, dans certains cas la biotransformation se traduit par la synthèse de métabolites plus toxiques que la molécule mère ; on parle alors de bioactivation. Ces réactions sont généralement catalysées par des mono-oxygénases à cytochrome P-450 ou d'autres enzymes, y compris celles de la flore intestinale. Le parathion, un insecticide organophosphoré, est ainsi bioactivé par le foie ; le cyclamate, qui est un édulcorant, peut être converti par les bactéries coliques en cyclohexylamine qui provoque des atrophies testiculaires chez l'animal. Le métabolisme de composés halogénés peut conduire à la formation de radicaux libres et entraîner des dommages tissulaires.

I-1-5) Elimination

Après leur absorption, leur distribution et leur biotransformation dans l'organisme, lestoxiques sont excrétés plus ou moins rapidement, soit sous une forme inchangée, soit sousla forme de métabolites et/ou de dérivés conjugués. Le foie est un organe important dansl'excrétion des toxiques, particulièrement pour les composés fortement polaires (anions oucations) et les dérivés conjugués liés aux protéines plasmatiques. En général, une foisdans la bile, ces complexes sont éliminés dans les fèces. L'excrétion des toxiques dans lesurines se fait selon des mécanismes identiques aux autres métabolites. Les composésglucurono- ou sulfoconjugués peuvent par exemple être sécrétés activement par les cellules des tubules proximaux. Si les produits sont gazeux ou volatils, ils sont éliminés principalement au niveau des poumons par diffusion simple à travers la membrane des alvéoles pulmonaires. Enfin, même si cette voie n'est pas quantitativement importante, l'élimination de certains toxiques dans le lait peut avoir une signification toxicologique importante pour l'enfant allaité, ou le consommateur de lait de vache.

Méthodes de la toxicologie alimentaireLes effets toxiques d'une substance ne résultent pas uniquement de l'absorption, en uncourt espace de temps, de doses relativement fortes, mais également souvent del'absorption de doses mêmes minimes, trop faibles pour entraîner des effets aigus, maisdont la répétition finit par provoquer des troubles. L'évaluation étendue de la toxicité d'unemolécule fait appel à différentes études dont les modalités ont été réglementées par laFood and drug administration (FDA) américaine [15] puis par l'Organisation de coopérationet de développement économique (OCDE) en 1989 [38] dans les « bonnes pratiques delaboratoires », afin d'améliorer la validité des données recueillies.

I-2) Études toxicocinétiques

Ces études visent à explorer le métabolisme de la molécule toxique au travers desdifférents critères présentés au paragraphe précédent. Elles reposent souvent surl'utilisation de molécules marquées par des isotopes radioactifs, et sont effectuées engénéral sur plusieurs espèces animales. Les résultats obtenus constituent des élémentsessentiels de jugement sur la nature des risques liés à l'ingestion de la substance. Même siles résultats concluent à un risque négligeable chez l'animal, une série d'études doit toutde même être effectuée chez l'homme.

I-2-1) Toxicité aiguë

L'intérêt de l'épreuve de toxicité aiguë est d'écarter les substances trop toxiques et deservir ensuite de guide aux expériences ultérieures en fournissant des indications sur lesprincipaux signes d'intoxication et sur les éventuelles différences relatives aux espèces.Sur le plan expérimental, elle s'effectue en administrant la substance toxique en une seulefois, ou en plusieurs fois très rapprochées, à deux, mieux à trois espèces animales. Le ratet la souris sont souvent retenus en raison de leur commodité d'emploi, mais une desespèces étudiées doit être non apparentée aux rongeurs. L'observation des animaux doitdurer 15 jours.Cette mesure permet de définir la dose létale 50 (DL 50), c'est-à-dire l'estimationstatistique d'une dose unique de produit supposée tuer 50 % des animaux. Cette dosepeut varier dans de très larges limites en fonction de l'espèce animale expérimentée, del'âge et du sexe des animaux ainsi que de leur état nutritionnel. On considère qu'audessus4 g/kg de poids corporel, la DL 50 n'a plus de signification.

I-2-2) Toxicité à court terme

L'objectif des études de toxicité à court terme est d'évaluer la nature biologique et le sitedes effets toxiques. Ces études permettent également de déterminer la dose à laquelle seproduisent ces effets et d'en déduire la « dose sans effet observé » (DSE), exprimée enmilligrammes par kilogramme de poids et par jour (mg/kg de poids/j) chez l'animal enexpérience. Elles sont conduites sur deux espèces animales, l'une rongeur l'autre nonrongeur, en administrant à l'animal des doses répétées de la substance pendant unepériode couvrant environ 10 % de sa durée normale de vie, soit en général 90 jours chezle rat et 6 mois, voire 1 à 2 ans chez le chien. Des examens de laboratoire (dosagessanguins et urinaires, histologie) sont pratiqués en complément du suivi de la croissance,

du comportement et de la mortalité des animaux.

I-2-3) Toxicité à long terme

Les études à long terme mesurent les effets cumulatifs du toxique en répétant sonadministration pendant une période s'étendant sur la plus grande partie de la vie del'animal et sur au moins deux générations. Les espèces à vie courte comme le rat et lasouris apparaissent comme les animaux de choix, suivis du chien et des primates. Ladurée des études est par exemple de 2 ans chez le rat et peut aller jusqu'à 7 ans chez leschiens et les primates. Les examens pratiqués incluent la mesure de la croissance, ducomportement général, de la durée de vie, des dosages sanguins et urinaires, les examenshistopathologiques des différents organes (foie, reins, centres nerveux, moelle osseuse,glandes endocrines) ou encore l'aptitude à la reproduction. L'interprétation de ces étudesest parfois délicate et la signification des modifications observées doit être appréciée avecprudence.Mentionnons tout de même que l'absorption unique d'un toxique peut également conduireà des effets à plus ou moins long terme, produisant ainsi une sorte d'« effet retard ». C'estle cas d'herbicides bipyridyliques qui, plusieurs semaines après leur ingestion sans troublesgastro-intestinaux, provoquent une prolifération des cellules de l'épithélium pulmonairepouvant causer la mort.

Chapitre 2 – Evaluation du risque de contamination d’un aliment

Il faut rechercher quand la contamination est susceptible de se produire :

avant l’entrée de la matière première dans l’entreprise de transformation au cours du stockage de la matière première lors de la transformation du produit lors de son emballage lors du stockage du produit fini lors de sa cuisson lors de sa consommation

1) Avant l’entrée de la matière première dans l’entreprise de transformation il faut