Évaluation de l'exposition

L'évaluation de l'exposition est le processus qui consiste à mesurer ou à estimer l'intensité, la fréquence et la durée de l'exposition des humains à un agent qui est actuellement présent dans l'environnement, ou à estimer une exposition hypothétique susceptible d'être provoquée par le rejet de nouvelles substances chimiques dans l'environnement. L'évaluation de l'exposition s'appuie sur des mesures environnementales (taux dans l'air, l'eau, le sol, les aliments, etc.) et physiologiques (taux dans des échantillons de sang, d'urine et de tissus) qui, toutes deux, fournissent des données essentielles pour les études sur la faune, les études épidémiologiques et les études expérimentales.

L'évaluation de l'exposition peut fournir une représentation exacte de la dose reçue. Cependant, même si le sujet a été exposé à une concentration donnée, la concentration efficace à laquelle les organes, les tissus et les cellules seront véritablement exposés variera en fonction de nombreux facteurs. Ainsi, la substance chimique doit persister assez longtemps dans l'environnement pour qu'il y ait interaction avec un organisme (exposition) et sa durée de vie dans l'environnement, après son rejet, variera en fonction de ses propriétés biochimiques (solubilité dans l'eau, thermosensibilité, photosensibilité). Les BPC, par exemple, sont des composés chimiques stables qui peuvent persister de nombreuses années dans l'environnement. La dégradation naturelle des BPC dépend de leur teneur en chlore : plus la teneur en chlore est élevée, moins le composé sera dégradable dans le sol; par contre, leur photodégradation dans les plans d'eau et l'atmosphère augmentera. La demi vie dans l'atmosphère des petits BPC à plus faible teneur en chlore varie de 10 à 25 heures de soleil direct, alors qu'elle est d'environ six ans pour les BPC à plus forte teneur en chlore.

Source d'exposition
Diverses sources peuvent contribuer à l'exposition à des toxiques endocriniens, à la fois naturels et artificiels. Ainsi, les humains sont exposés à des perturbateurs endocriniens naturels comme les phytoestrogènes, par la consommation de produits végétaux. Ils peuvent aussi être exposés involontairement à des toxiques endocriniens de synthèse à la suite de la consommation d'eau ou d'aliments contaminés ou d'un contact avec de l'air ou un sol contaminé. L'exposition volontaire à des toxiques endocriniens de synthèse peut résulter de l'utilisation de produits du commerce qui contiennent des toxiques endocriniens, par exemple des détergents, des pesticides, des additifs alimentaires, des suppléments à base d'herbes médicinales, des cosmétiques et des médicaments.

Les BPC, par exemple, sont essentiellement présents dans l'atmosphère en phase vapeur, mais une faible proportion est présente à l'état particulaire, cette dernière proportion variant de façon inversement proportionnelle à la température ambiante et à la pression de vapeur des BPC. On obtient une plus forte proportion de BPC à l'état particulaire lorsque la température ambiante et la pression de vapeur diminuent. Les BPC peuvent en outre être dispersés dans l'atmosphère et changer de phases sous l'effet des fluctuations de la température et de la pression de vapeur, et contaminer ainsi les eaux de surface ou le sol.

Les organismes vivants sont une importante source de toxiques endocriniens. Des toxiques endocriniens persistants, comme les BPC ou le DDT, peuvent contaminer des végétaux et des petits organismes qui seront ensuite consommés par de plus gros animaux. Cette progression le long de la chaîne alimentaire, selon laquelle chaque animal consomme des quantités croissantes d'espèces contaminées provenant des maillons inférieurs de la chaîne alimentaire, a pour effet d'amplifier la concentration du contaminant consommé : c'est ce qu'on appelle la bioaccumulation ou bioamplification. Des taux élevés de toxiques endocriniens persistants (BPC, DDT) ont été décelés dans des oiseaux carnivores, des phoques, des baleines et des ours blancs. Comme l'eau est une importante source de toxiques endocriniens, la faune ou les animaux aquatiques qui dépendent de ces espèces pour se nourrir présentent des taux de contamination plus élevés que la faune terrestre. De plus, comme ces composés chimiques persistants sont lipophiles (liposolubles), les organismes à forte teneur en lipides ont tendance à présenter des taux de contamination plus élevés.

Voies d'exposition
Il existe trois principales voies d'exposition aux contaminants chimiques, à savoir les voies cutanée (absorption par la peau), respiratoire (inhalation) et gastro intestinale (ingestion). Le mode de pénétration d'une substance chimique dans l'organisme dépend des propriétés de cette substance et de la biologie de l'organisme. Les composés chimiques hydrophobes (insolubles dans l'eau) peuvent être absorbés par la peau - c'est le cas par exemple des BPC et du DDT. D'autres composés chimiques volatils, qui existent à l'état gazeux, peuvent être inhalés; le poisson, par exemple, peut être exposé à des substances chimiques qui s'introduisent par ses branchies durant la respiration.

Pour la plupart des vertébrés, la voie gastro intestinale est la principale voie d'exposition. Les herbivores (animaux qui se nourrissent de végétaux) sont exposés à des phytoestrogènes provenant de la consommation de végétaux, alors que l'exposition des carnivores résulte de la consommation d'animaux contaminés. Ces deux exemples illustrent le phénomène de bioaccumulation, selon lequel il y a amplification des substances toxiques le long de la chaîne alimentaire. Les bactéries présentes dans le tube digestif peuvent elles aussi contribuer à l'exposition à des contaminants. De plus, certains contaminants peuvent se décomposer et former d'autres congénères (membres d'une famille chimique) plus ou moins actifs sur le plan biologique. Enfin, différents facteurs, notamment le pH du tube digestif et le temps de digestion, influent sur la structure chimique des substances toxiques et donc sur leur activité biologique.

L'allaitement est une autre importante voie d'exposition alimentaire. Il a en effet été démontré que les toxiques endocriniens et d'autres produits chimiques sont sécrétés dans le lait maternel de bon nombre d'espèces. Or comme ces substances chimiques conservent souvent leur activité biologique, elles peuvent être néfastes pour les descendants allaités. Là encore, bon nombre de facteurs influent sur la concentration de substances chimiques présentes dans le lait maternel, notamment l'âge de la mère, le poids, le nombre de naissances, la durée de l'allaitement et la teneur en matières grasses du lait. Comme la plupart des substances toxiques s'accumulent graduellement sous l'effet de l'alimentation, on peut s'attendre à ce que la bioaccumulation des substances toxiques augmente avec l'âge. Cependant, c'est davantage le poids de la mère, ou plutôt la teneur en matières grasses, qui contribue à l'accumulation des substances chimiques dans le lait, car les substances chimiques lipophiles persistantes s'accumulent dans les dépôts de graisses. Parmi les facteurs qui réduisent la charge corporelle de contaminants, mentionnons le nombre de naissances et la durée de l'allaitement. Les premiers nés seront donc exposés à une plus forte concentration de produits chimiques provenant du lait maternel que les autres enfants. De même, une période d'allaitement plus longue aura pour effet d'accroître l'exposition des descendants, mais de réduire la charge corporelle de contaminants chez la mère. De fait, certaines espèces peuvent, par le biais de l'allaitement, réduire leur charge corporelle de contaminants dans une proportion pouvant atteindre 60 % et même 80 %. Par ailleurs, les espèces dont le lait a une forte teneur en matières grasses peuvent transmettre davantage de substances toxiques liposolubles à leurs descendants par l'allaitement que les espèces dont le lait a une teneur moindre en matières grasses. Enfin, les phytoestrogènes sont souvent présents à la fois dans le lait maternel et le lait de vache. L'aliment d'allaitement à base de soja est un succédané populaire du lait de vache. Cependant, le lait de soja contient beaucoup plus de phytoestrogènes que le lait d'origine animale et on ignore si l'exposition aux phytoestrogènes par la consommation de succédané à base de soja présente un risque pour la santé humaine.

Une fois à l'intérieur de l'organisme, les contaminants atteignent les organes et les tissus par la circulation sanguine, et les analyses sanguines visant à mesurer la concentration d'un contaminant donné constituent une méthode acceptée pour évaluer l'exposition. Ces analyses sont moins invasives que d'autres formes d'échantillonnage et sont souvent utilisées à des fins de surveillance. Cependant, les taux de contaminants dans le sang sont souvent bien inférieurs à ceux mesurés dans les tissus. Il est donc essentiel de déterminer la répartition des substances toxiques pour estimer l'exposition. Il y a toujours une partie des substances toxiques qui sont liées aux protéines plasmatiques et d'autres qui sont libres dans le sang, les tissus adipeux (graisses) et les tissus ou organes. Or selon la méthode utilisée, il est possible que les analyses ne révèlent que la quantité de la substance toxique qui est présente sous forme non liée, ce qui aura pour effet de sous estimer l'exposition totale. Les substances chimiques lipophiles sont transportées dans le sang en étant liées à des protéines porteuses ou des protéines plasmatiques, similaires aux hormones endogènes. Comme bon nombre de récepteurs endocriniens se trouvent à l'intérieur des cellules, les substances chimiques doivent être libres pour passer des capillaires aux cellules et exercer leurs effets. C'est donc la fraction libre de ces substances chimiques qui est considérée biologiquement active. Au nombre des protéines qui lient des hormones, mentionnons les globulines fixant les stéroïdes (SHBG) et les protéines non spécifiques comme les albumines. Par ailleurs, différents toxiques endocriniens auront des interactions uniques avec les protéines plasmatiques, selon le type de protéines plasmatiques et la cinétique d'association (liaison) et de dissociation avec ces protéines. Donc, la quantité de substance toxique biologiquement disponible variera en fonction de la concentration de protéines plasmatiques dans le sang, du type de protéine, du débit plasmatique, ainsi que de la cinétique de liaison entre les contaminants et les protéines plasmatiques.

Obstacles à l'exposition
Le corps possède des barrières naturelles qui le protège contre l'introduction de substances chimiques et biologiques. Il peut s'agir de barrières physiques (peau), biochimiques (pH), enzymatiques (enzymes) et chimiques (membranes cellulaires hydrophobes). Les principales barrières internes visent à protéger les organes les plus sensibles contre l'effet des médicaments et des substances chimiques. Le cerveau, par exemple, est protégé par la barrière hémato encéphalique, laquelle est constituée de cellules spécialisées solidement liées entre elles et de cellules gliales. Les capillaires y sont étroitement serrés, pour éviter le passage de la plupart des composés. De fait, pour traverser cette barrière, les substances toxiques doivent passer directement à travers la paroi capillaire, laquelle est dépourvue de pores à cet endroit, contrairement aux capillaires dans les autres organes. La barrière empêche le transfert de médicaments et de composés hydrophiles (hydrosolubles), de l'appareil circulatoire au cerveau. Cependant, les substances toxiques lipophiles peuvent traverser la paroi capillaire et certaines ont été décelées dans le cerveau des humains et des animaux. Notons enfin que les aires du cerveau qui contrôlent la fonction de reproduction se trouvent à l'extérieur de la barrière hémato encéphalique et ne sont donc pas protégées.

Le fœtus qui se développe est très sensible aux effets d'une exposition à des substances toxiques et chimiques. Le placenta crée une barrière qui empêche le transfert de certains composés, de la mère au fœtus. Cette barrière est constituée d'un réseau de vaisseaux sanguins de la mère, lesquels sont séparés de ceux du fœtus par des membranes cellulaires. Comme pour la plupart des membranes cellulaires, les substances lipophiles traversent facilement la barrière placentaire, tandis que la diffusion des substances hydrophiles se fait plus difficilement. Or comme bon nombre de substances toxiques endocriniennes sont lipophiles, le placenta n'empêche pas le transfert de ces substances de la mère au fœtus.

Période d'exposition
La période d'exposition est un paramètre essentiel pour comprendre la relation dose réponse des substances toxiques pour le système endocrinien. La documentation scientifique offre de nombreux exemples où l'âge au moment de l'exposition est un des facteurs de risque. À titre d'exemple, la perturbation endocrinienne durant la période de formation du cerveau risque d'altérer le comportement de façon permanente, tandis qu'une exposition similaire pourrait n'avoir aucun effet sur un cerveau pleinement développé. De façon générale, les organes qui se développent sont sensibles aux attaques par des substances chimiques et les périodes critiques d'exposition incluent le développement du fœtus, l'enfance, l'adolescence et d'autres périodes de sensibilité. Il faut donc tenir compte de la période d'exposition au moment de déterminer le risque que présente une substance toxique particulière. De même, il faut choisir les modèles animaux en fonction de leur physiologie comparée durant ces périodes sensibles du développement. Cependant, la période d'exposition est une variable complexe, car plusieurs années peuvent s'écouler entre l'exposition à une substance toxique et la manifestation d'un effet décelable. Un grand nombre d'études épidémiologiques tentent de déterminer l'exposition du fœtus à des substances toxiques au moyen de questionnaires rétrospectifs que les mères remplissent bien des années après l'exposition, dans bien des cas après la manifestation d'un effet indésirable chez leurs descendants. La mise au point de modèles animaux appropriés pourrait donc s'avérer un outil précieux pour mieux évaluer l'importance de la période d'exposition et pouvoir ensuite appliquer ces résultats aux humains, par extrapolation.

L'évaluation du risque comporte les quatre étapes suivantes : identification du danger, évaluation dose-réponse, et caractérisation du risque.