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Sujet : Quelques notions et définitions de toxicologie : le cas des dioxines

Répondu le jeudi 20 février 2014 par Bigora Bernadette

Titre du tableau : Valeurs de facteurs d’équivalence toxique proposés par l’OTAN (1994) et l’OMS (1997) pour les mammifères, humains compris (INVS, 2000)

Définition

Les « dioxines » forment un ensemble de composés chimiques du groupe des polychloro-dibenzo-para-dioxines (PCDD) et polychloro-dibenzofuranes (PCDF). Leur structure chimique est proche de celle des polychlorobiphényles (PCB) qui sont des hydrocarbures aromatiques polycycliques. Selon la position des atomes de chlore dans la molécule, on distingue environ 75 congénères dans le groupe des PCDD, 135 dans celui des PCDF et 209 dans celui des PCB. Certains PCB ont des propriétés toxiques comparables à celles des dioxines et, par conséquent, on les nomme « PCB apparentés aux dioxines ». Du fait de la présence persistante de dioxines et de PCB dans le milieu aquatique et de leurs propriétés liposolubles d’accumulation dans les tissus ainsi que de leur demi-vie assez longue, ces composés sont classés comme « polluants organiques persistants » (POP). Parmi les dioxines, c’est la 2,3,7,8–tétrachloro-para-dibenzo dioxine qui est le composé le plus toxique. Sa demi-vie est longue, de l’ordre de 7 à 8 ans dans le tissu adipeux humain. Elle est reconnue comme cancérigène de classe I.

Sources

Si les dioxines existent dans le milieu naturel, les PCB sont générés uniquement par les activités humaines.
Les sources naturelles de dioxine sont les feux de forêts (plus de 200 000 par an, à travers le monde) ou les activités volcaniques présentes ou passées. Ces dernières ont eu des répercussions sur le sol et on trouve ainsi ces composés dans les argiles même à grande profondeur.
Quant aux sources industrielles, on peut citer les incinérateurs (industriels, hospitaliers, municipaux), les raffineries (combustion de fuel), la sidérurgie, les papeteries ainsi que des accidents qui sont liés à certaines activités industrielles (Seveso, Bhopal) ou encore les activités de défoliation volontaire (agent Orange pendant la guerre au Viêt-Nam).
Indicateurs de charge toxique

Pour caractériser la charge toxique des dioxines, un indicateur commun a été développé, qui est la quantité toxique équivalente en dioxine ou TEQ. Pour chacun des congénères, un facteur de toxicité équivalente (TEF) est attribué, par comparaison de l’activité du composé en question à celle de la 2,3,7,8-TCDD. Comme certains congénères de PCB présentent les mêmes mécanismes de toxicité que la 2,3,7,8-TCDD, on leur attribue des facteurs de toxicité équivalente au dioxine.

Ainsi, pour chaque échantillon, la TEQ se calcule comme la somme des concentrations des différents composés les plus toxiques, pondérées par leurs facteurs de toxicité équivalente respectifs :

TEQ = ∑(PCDDi × TEFi) + ∑(PCDFi ×TEFi) + ∑(PCBi × TEFi)

La quantité toxique équivalente est donc une notion de nature additive. Cette notion reste cependant sujette à débats. On retient les principes suivants :

a) chaque composé doit avoir une relation structurelle avec les PCDD ou PCDF ou PCB ;
b) une liaison avec les récepteurs Ah (AhR) ;
c) une réponse biochimique ou toxicologique mesurable et
d) il doit y avoir persistance et accumulation dans la chaîne trophique. Compte tenu de sa toxicité, la 2,3,7,8-TCDD peut contribuer à entre 20 et 90% de la TEQ.

Chaque congénère du groupe des dioxines ou de celui des PCB de type dioxine
présente un niveau de toxicité différent. La notion de facteur d’équivalence toxique
(TEF) a été introduite pour pouvoir apprécier la toxicité globale de ces différents
congénères et faciliter l’évaluation des risques et les contrôles réglementaires. Cela
signifie que les résultats de l’analyse de l’ensemble des congénères présentant un
risque toxicologique (17 congénères du groupe des dioxines et 12 congénères du
groupe des PCB de type dioxine) sont convertis et exprimés sous une forme unique,
à savoir la “concentration en équivalents toxiques de TCDD” ou "TEQ".
En effet, pour caractériser la toxicité d’un mélange, il sera possible de l’exprimer en TEQ, c’est-à-dire en toxicité équivalente par rapport au congénère le plus toxique. Un facteur de pondération est attribué à chaque congénère (TEF = Facteur d’Equivalence Toxique), qui représente une fraction de la toxicité du congénère le plus toxique (auquel on attribue un TEF=1). La somme des indices pondérés (TEF x concentration dans le mélange représente l’I-TEF (équivalents toxiques internationaux).
Parmi les PCDD, les congénères chlorés en position latérale (2,3,7,8) sont les plus toxiques.

L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) et le Programme International sur la Sécurité Chimique (IPCS) ont initié un programme attribuant des TEF aux différents composés. Le TEF est réévalué fréquemment par l’OMS en fonction de l’évolution des connaissances.
Les PCDD sont produites sous forme de mélanges complexes de congénères. Aussi, les valeurs rapportées pour exprimer leur toxicité sont généralement exprimées en équivalent toxique (TEQ) (INSERM, 2000).
Cet indice international de toxicité est obtenu en sommant les concentrations de chaque congénère pondérées par leur TEF respectif, soit : Cx I-TEQ = S (Ci.I-TEFi)
Avec C x I-TEQ : concentration du mélange x en équivalents toxiques internationaux
Ci. : concentration du congénère i
I-TEFi : facteur international d’équivalence toxique du congénère i

L’I-TEQOTAN est le résultat de la somme pondérée des TEF pour 7 congénères de PCDD (sur 75) et 10 de PCDF ou polychlorodibenzofuranes (sur 135) proposé par l’OTAN en 1988.

Dans la nomenclature de l’OMS - I-TEQOMS- certains TEF ont été modifiés au vu de nouvelles données toxicologiques et y sont ajoutés, depuis 1997, 12 congénères de PCB assimilés aux dioxines (dits PCB "dioxines-like").

Le tableau ci-dessous présente les facteurs d’équivalence pour les PCDD prises en compte pour le calcul du TEQ (INVS, 2000).

Difficultés analytiques

L’analyse des dioxines et des composés apparentés (PCB non-ortho et mono-ortho) qui se retrouvent à des concentrations très faibles (de l’ordre du picogramme par gramme, pg/g) nécessite un équipement lourd et onéreux, ainsi qu’un réel savoir-faire. Compte tenu des difficultés analytiques, il y a lieu de s’assurer de la fiabilité des données provenant de différentes sources.

En effet, lors des études d’inter calibration entre laboratoires d’analyse des PCDD/PCDF ou des PCB, il n’est pas rare de trouver des écarts de plus de 50% entre les différents laboratoires (Lindstroem et al., 2002). Par exemple, dans l’étude citée, pour les mêmes échantillons de la chair du saumon analysés par 25 laboratoires différents, les teneurs varient entre 6 et 38 pg/g de TEQ.

Lorsque l’on examine les données existantes, on observe aussi une certaine variabilité dans le mode d’expression des données. Comme ce sont des composés liposolubles, il est courant que les teneurs soient exprimés en pg de TEQ par unité de matière grasse (l’unité de I-TEF est le picogramme par gramme de matière grasse (pg/g de matière grasse), ce qui peut aussi induire des distorsions assez importantes en fonction de la teneur en matière grasse de l’échantillon, car celle-ci peut varier de moins d’1% à plus de 20% selon l’espèce ou la saison. Il existe aussi une relation assez étroite entre la teneur en matières grasses et le potentiel d’accumulation des PCDD ou PCB. Pour la même raison, les organismes ayant une teneur corporelle en matières grasses élevée semblent les accumuler davantage que d’autres animaux. Des concentrations très élevées sont parfois trouvées chez certains mammifères marins ou des ours polaires. De plus, on trouve souvent des concentrations bien plus élevées en composés organochlorés chez ces mammifères marins situés en haut de la pyramide trophique que dans le zooplancton qui se trouve à la base de cette pyramide.

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