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Toxicité Aiguë

La toxicité d’une substance est sa capacité de produire des effets nocifs à un organisme vivant. Elle varie selon la dose , la fréquence et la durée d’exposition, et le temps d’apparition des signes cliniques.

Toute substance destinée à être mise sur marché que ce soit un médicament ou autre produit chimique doit subir des essais de trois types de toxicité pour bien évaluer sa nocivité.

On distingue cliniquement trois formes essentielles de toxicité : la toxicité aiguë, la toxicité à court terme (subaiguë ou sub chronique) et la toxicité à long terme (ou chronique).

La toxicité aiguë est une forme de toxicité qui résulte d’une exposition de courte durée et de l’absorption rapide du toxique par dose unique ou multiples ne dépassant pas 24 heures. Les manifestations d’intoxications se développent rapidement en général, la mort ou la guérison survient sans retard.

La toxicité subaiguë : Elle correspond à l’administration répétée d’un produit, sur une période n’excédant pas 3 mois. Elle permet d’identifier l’organe ou le système sur lequel le toxique agit préférentiellement.

La toxicité chronique : Elle résulte d’une exposition répétée pendant une longue période de temps à des faibles concentrations d’ un produit chimique, les effets sont en fonction de la dose totale absorbée, ce qui permet de fixer des doses seuils (ou valeurs limites d’exposition, s’il s’agit du milieu de travail).

Un cas d’effet à long terme particulièrement étudié est celui des substances cancérogènes, c’est à dire celles qui sont susceptibles d’entraîner l’apparition d’un processus tumoral irréversible (cancer).

Evaluation de la toxicité aiguë

C’est une étude qualitative et quantitative des phénomènes toxiques résultant d’une administration unique d’un xenobiotique. Cette étude comprend des:

  • Etudes épidémiologiques : qui comparent plusieurs groupes d’individus.
  • Etudes expérimentales in vivo : qui utilisent des animaux.
  • Etudes expérimentales in vitro: effectuées sur des cultures de tissus ou des cellules.
  • Etudes théoriques par modélisation.
  • Etudes humaines.

Les études expérimentales in vivo

But: appréciation du risque potentiel d’une substance nouvelle.

Les essais de TA (toxicité aiguë) diffèrent selon la voie d’administration de la substance à tester.

De ce fait, nous distinguons:

Les essais de TA systémiques

Détermination de la dose minimale mortelle (DMM) : C’est la dose minimale de substance capable de tuer un animal par administration intraveineuse lente, la mort est apprécié par arrêt cardiaque. Cette dose permet à l’expérimentateur de choisir les doses à utiliser pour la DL50.

Détermination de la dose létale 50(DL50) ou de la concentration létale 50(CL50): La dose létale 50 ou DL50 est un indicateur quantitatif de la toxicité d’une substance.

Cet indicateur mesure la dose de substance causant la mort de 50 % d’une population animale donnée (souvent des souris ou des rats) dans des conditions d’expérimentation précises.

Elle s’exprime en milligrammes de matière active par kilogramme de poids de l’animal. Plus ce chiffre est petit, plus la substance est toxique.

S’il s’agit d’une substance inhalée, on parle de concentration létale 50 (CL50 ou CLt50) pour exprimer la concentration du toxique dans l’air inspiré et causant la mort de 50 % des animaux.

La CL50 est exprimée en mg·min/m³.

Dispositif expérimental

Sélection de l’espèce animale : Généralement, c’est le rat et la souris deux espèces de rongeurs qui sont sélectionnés pour déterminer la DL50 pour des raisons de cout (prix de revient acceptable, besoins nutritifs réduits) et de commodité (petite taille , courte durée de gestation).quelque fois, une espèce autre qu’un rongeur est utilisée lorsque les schémas métaboliques chez le rat et la souris sont différents de celui de l’homme.

Voie d’administration : La substance est administrée par deux voies, une qui est celle de l’exposition humaine et l’autre qui assure une biodisponibilité totale.

Dose et constitution des lots : Une gamme de six doses ou plus est sélectionnée pour la détermination de la DL50. Les lots sont constitués de 10 animaux identiques sur les plans espèce, souche ou origine, sexe,age,et poids . Chaque lot d’animaux recevra une dose de la substance à tester.

Durée d’observation : Après administration les animaux sont mis en observation pendant 14 jours. S’il y a appariation des signes de toxicité, la durée d’observation est indéterminée.

Examens à faire : L’heure de la mort doit être notée ainsi que les symptômes, des examens macroscopiques doivent être faits sur tous les animaux morts et au moins sur quelques survivants (ceux qui présentent des signes de morbidité). L’autopsie est en mesure de fournir des informations sur l’organe cible.

Calcul de la DL50

Méthode de Trévan (1927)

Le protocole opératoire étant l’administration de doses croissantes du produit à examiner à tous les animaux du lot et on note le pourcentage de mortalité.

Le pourcentage est ainsi représenté graphiquement en fonction de dose administré, on obtient ainsi une courbe en sigmoïde : c’est la courbe de Trévan.

La portion centrale de la courbe (réponse entre 16%-84%) est suffisamment droite pour estimer la dl50 dont la détermination se fait graphiquement par extrpolation.

Inconvénients :

Une grande partie de la courbe ne peut pas être exploitée et particulièrement pour estimer les extrémités : dl05 et dl95

Le nombre d’animaux à utiliser pour une telle détermination doit être assez élevé, et d’après TREVAN 30 animaux par dose constituent un minimum.

Méthode de BLISS (1938)

Afin de transformer la courbe de TREVAN en une droite pour cela : Le pourcentage de mortalité est remplacé par les Probits, la dose par Log dose.

Les unités Probits correspondent à des écart types réguliers constants autour de la moyenne ; par ex : +1, +2, +3…,-1,-2,-3,…, la moyenne elle-même étant fixé à 0. Pour éviter des nombres négatifs, les unités ‘ probits’ sont obtenues en ajoutant 5 à ses valeurs, ‘Probits’= ecartype +5

Inconvénients: Longue, le tracé de la droite probable dite droite de régression entraîne des erreurs parfois notable
Limites de confiance de la DL50 étroites.

Méthode de MILLER et TAINTER (1944)

La méthode d’évaluation de la toxicologie aigue selon Miller et trinter est pratique, simple et rapide mais les valeurs de la DL50 ainsi obtenus ne sont qu’approchées.

La méthode consiste à :

-porter sur un papier log-probits, les %de mortalité ( en probits) en fonction du log- dose

-comme les produits des %0 et 100% tendent vers l’infini, ceux-ci sont remplacés par des valeurs corrigés.

→correction 0% : y0 = 50/n.

→correction 100% : y100= (100n-50)/n.

Avec n=nombre d’animaux utilisés dans chacun de ces lots.

-L’écart type de la DL50 : σ= (DL84% – DL16%)/ 2.

Méthode de Litchifield et Wilconxon

Avantages: rapide et sensible. Vérification de la droite à l’aide de table de donnée. limites de confiance larges.

Méthode de Kraber et de Behrens

Méthode d’approximation par calcul rapprochée DL50= (DL100-AB) N

A=la différence entre 2 doses successives

B=moyenne de mort entre 2 doses successives

N=nombre moyen d’animaux par lot

Inconvénient : manque de précision

Intérêts et limites de la Dl50

Intérêt

Nécessité légale.

Classification des produits chimiques selon leurs toxicités:

Classes de toxicité : Échelle de Hodge et Sterner
DL50 orale (rat) Indice de toxicité
Jusqu’à 1 mg/kg 1 = extrêmement toxique
De 1 à 50 mg/kg 2 = hautement toxique
De 50 à 500 mg/kg 3 = modérément toxique
De 500 à 5 000 mg/kg 4 = légèrement toxique
De 5 000 à 15 000 mg/kg 5 = presque pas toxique
Plus de 15 000 mg/kg 6 = relativement inoffensif

Évaluation du danger en cas de surdosage.

Programmation des études de toxicité subaiguë et chronique chez les animaux.

Programmation des essais thérapeutiques chez l’homme.

Contrôle de qualité de produits chimiques Index thérapeutiqueou marge de sécurité qui est une valeur représentant le rapport entre la dose létale 50 et la dose efficace 50(dl50/de50).

Applications de la DL50 :

  • Evaluation du danger en cas de surdosage.
  • Programmation des études de toxicité sub-aiguë et chronique chez les animaux.
  • Apports d’information: appréciation grossière et préliminaire sur la qui peut être influencée par: l’âge, le sexe, les facteurs liés à l’hôte et l’environnement et les variations dans la réponse chez différentes espèces animales et différentes souches.
  • Index thérapeutique

Limites de la DL50

L’indice DL50 sert fréquemment pour exprimer le seuil de toxicité aiguë ainsi que pour classer et comparer les toxiques. Il a cependant une valeur très limitée, car il ne concerne que la mortalité et ne donne aucune information sur les mécanismes en jeu et la nature des lésions.

Il s’agit d’une appréciation grossière et préliminaire, qui peut être influencée par plusieurs facteurs tels l’espèce animale, le sexe, l’âge, le moment de la journée, etc.

Les essais locaux de toxicité aiguë : test de Draize

Le test de Draize (1944), sert à identifier les produits irritants (test d’irritation) qui, après application sur la peau d’un lapin ou après introduction dans le sac conjonctival de son œil engendre des réactions caractéristiques (rougeur, urticaire, , nécrose / réaction de l’iris, conjonctivite, production de larmes).

L’évaluation à l’aide de l’ échelle de points comporte 5 degrés importants :

Non irritant ;

Faiblement irritant ;

Modérément irritant ;

Fortement irritant ;

Extrêmement irritant

Inconvénients: Le parallélisme entre la réponse de la peau humaine, et celle du lapin est loin d’être parfaite, surtout lorsque la peau a été préalablement scarifié. Les essais inter laboratoires ont révélé une incertitude considérable vis-à-vis de la classification.

Limites des études expérimentales in vivo :

On ne peut pas obtenir des valeurs de la DL50 avec une très grande précision.

Sacrifier un grand nombre d’animaux (éthique scientifique).

Résultats obtenus (effets toxiques) ne préjugent en rien ce qui pourrait être observer après administration chez l’homme.

Influencée par plusieurs facteurs tels : Facteurs de variabilité (espèce , sexe, l’âge, poids , …), Facteurs liés aux conditions expérimentales (régime alimentaire: la température ,conditions d’habitats).

Relation de transposition:

A partir des données obtenues chez l’animal on détermine une concentration équivalente en toxicité humaine « CETH » exprimé en mg/l de plasma.

Mais les l’opération d’extrapolation restent approximatives car le sujet idéal pour des études relatives à l’homme est l’homme lui même.

Problèmes de transposition

La transposition des résultats obtenus de l’expérimentation animale à l’homme présente des obstacles et ceci pour différentes raisons :

La différence dans le système ADME entre l’homme et l’animal ; Certains effets ne peuvent être mis évidence chez l’animal par ex : Céphalées, vertiges, nausées, insomnies, fatigue, troubles psychiques.

Consulter l’Article détaillée sur les essais in vivo et in vitro.

Les alternatives aux tests de toxicité sur animaux (les études expérimentales in vitro)

Essais de Cytotoxicité in Vitro

Les tests de culture de cellules humaines sont plus précis que les DL50 chez les animaux. Capables de prévoir la toxicité chez les humains avec une précision de 90%.

Les avantages des cultures de cellules humaines dans le cadre de prédiction de la toxicité

  • Elles sont humaines et permettent d’éviter les différences d’espèces.
  • Elles peuvent être prélevées à partir d’un tissu (peau, foie, …) susceptible d’être affecté par une substance particulière.
  • Elles permettent au chercheur d’étudier comment une substance endommage les cellules et donc de savoir pourquoi elle est toxique.
  • Elles permettent d’éviter de faire souffrir et de tuer des animaux.

Les alternatives aux tests d’irritabilité

Eytex (marque déposée)

Ce test destiné à mesurer l’irritation oculaire, il utilise une protéine végétale. Le gel protéinique clair devient vitreux lorsqu’il est en contact avec une substance irritante.

L’épiderme humain reconstitué

Il s’agit de plusieurs couches de peau humaine cultivées en laboratoire et que l’on peut utiliser pour les tests d’irritation cutanée.

Lignées cellulaires cornéennes.

Les études théoriques

Des systèmes informatiques professionnels sont utilisés pour prévoir la propriété irritante des nouvelles subsances sur la base de ce qui est déjà connu au sujet des substances irritantes ayant une structure chimique semblable.

Les études humaines

Principe : Utilisation de volontaires humains pour tester les nouvelles formulations.

C’est le test le plus fiable. On peut évaluer l’irritation chez les humains grâce à un patch. On place les substances sur des petites zones en haut du dos et on applique le patch pendant 2 jours.

Enquêtes épidémiologiques

L’enquête comporte la comparaison entre deux groupes d’individus (cohortes) aussi semblables que possible à l’exception du facteur à étudié (exposition à une substance chimique) par des approches statistiques pour pouvoir établir relation de cause à  effet.

La consultation des organismes de santé peut être bénéfique dans ce cadre.

Conclusion

La DL50 ne peut pas être considérée comme mesure absolue de la toxicité aigue, il faut toujours prendre en considération d’autres paramètres. (Pression artérielle, convulsion, vomissement…).

L’évaluation de la toxicité d’une substance est obtenue non pas par les essais d’une d’administration unique mais aussi il faut compléter l’étude par des essais d’administration réitérée (toxicité chronique).

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