La phase toxico dynamique

UNIVERSITE Dr Tahar Moulay- Saida
Faculté des Sciences
Département de Biologie
Cours de toxicologie
Pr.SLIMANI.M
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PRINCIPAUX TYPES D'INTOXICATIONS
-Intoxications aigue ( short term):
Elle résulte de l'administration d'une dose unique ou de fractions de doses
réparties sur 24 h. Elle entraîne la mort ou une anomalie particulière comme:Toxicité digestive : nausées, vomissements, diarrhées, douleurs abdominales,
coliques
-les troubles nerveux, une altération de la formule sanguine.
-Intoxications sub aigues : Elle résulte de l'administration d'une substance
pendant une période allant de14 jours à 3 mois (expositions répétées pendant
un temps limité).
Intoxications chronique : Résulte de l’absorption répétée, pendant un temps
suffisamment long (+ 90 jours – 18 mois) de faibles doses de toxique.
Il s’agit d’une toxicité qui apparaît par cumul du toxique dans l’organisme
appelée « toxicité cumulative »
Exemple :L'inhalation d'amiante peut provoquer une fibrose pulmonaire après
un délai de nombreuses années sans exposition
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Les différents effets toxiques :
On classe généralement les effets toxiques :
-L’effet local correspond à une action immédiate du produit au niveau de la zone
de contact : tube digestif, peau, appareil respiratoire, irritants (inflammation
locale réversible)
. L’effet systémique résulte de l’action du toxique après absorption et
distribution dans différentes parties de l’organisme humain (foie, reins, système
nerveux, système digestif, os, système sanguin, etc
-Les effets spécifiques : cancérigène, mutagène, reprotoxique.
Le meilleur test de validité d'effet est l'établissement d'une relation quantitative
entre un effet et la dose administrée
la dose est exprimée en poids pour une absorption digestive ,
-en concentration par g/surface pour une application cutanée,
-en concentration /litre d'air ( ou m3) en cas d'inhalation
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Les phases du processus d'intoxication
-La phase d'exposition : mise en contact avec le toxique suivie de sa résorption
-La phase toxico cinétique : elle commence après la résorption et aboutit à la
présence du toxique dans le milieu intérieur . La nature et l'intensité des effets
d'un xénobiotique sur un organisme sont en relation avec la concentration du
produit actif au niveau des organes cibles. Celle- ci dépend de la dose introduite et
de facteurs tels que l'absorption ,la distribution ,le métabolisme et l'excrétion
(ADME).
La fraction de substance qui passe de la phase d'exposition à la phase toxico
cinétique détermine sa disponibilité chimique
- La phase toxico dynamique (interaction avec le tissu cible)
La fraction de substance qui passe de la phase toxico cinétique à la phase toxico
dynamique détermine la disponibilité biologique ou bio disponibilité.
C'est à l'issue de la phase toxico dynamique que l'on peut observer les effets
toxiques d'une substance.
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RESORPTION DES TOXIQUES
Diffusion passive
La plupart des toxiques sont absorbés par diffusion passive: la diffusion
s’effectue suivant le gradient de concentration jusqu’à équilibre de part et
d’autre de la membrane si le phénomène est statique.
Les membranes biologiques étant lipophiles, plus le degré de lipophilie du
toxique est important, mieux il traverse les membranes. Le temps nécessaire
pour qu'un équilibre entre un organisme et le milieu extérieur soit atteint
dépend
- De sa lipophilie
- De sa concentration
- De la surface d'échanges (digestive - respiratoire - cutanée)
C'est par ce type de diffusion passive que l'accumulation de toxiques a lieu le
long de la chaîne alimentaire
flux net = Kp.S.(C2-C1)
Kp: coefficient de perméabilité
seules les petites molécules non chargées et peu polaires passent facilement à
travers les membranes
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-Filtration :
Le flux de l'eau au travers des pores membranaires peut produire le passage de
toxiques. Les pores de la plupart des cellules ont un diamètre d'environ 4 mm:
seuls les toxiques hydrosolubles de masse molaire faible (100-200) peuvent les
traverser.
-Transport actif :
Il implique l'intervention d'un transporteur macromoléculaire situé d'un coté
de la membrane. Le complexe ainsi formé diffuse de l'autre coté ou la
substance ainsi transportée est libérée. Le transporteur reprend ensuite sa
position initiale et le cycle peut recommencer. Le transport s'effectue contre
un gradient de concentration. Il est spécifique pour un toxique ou un groupe
de toxiques chimiquement apparentés, d’où la possibilité d'observer des
phénomènes d'inhibition compétitive. -saturable, dépendant d’énergie , peut
être inhibé par certains toxiques interférant avec le métabolisme cellulaire
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La phase toxico cinétique (A.D.M.E)
Absorption : différentes
voies de pénétration sont possibles
La voie cutanée :
La voie cutanée soit par absorption (voie percutanée) soit lésion (voie transcutanée).
La première barrière rencontrée par le toxique est l'épiderme et surtout la couche
cornée . L'absorption cutanée est fonction des propriétés physico-chimiques des
produits, de petites quantités de substances polaires peuvent la traverser ;les
substances non polaires y diffusent grâce à leur liposolubilté. Le derme, barrière moins
sélective ,est plus facilement franchissable .Dans certains cas ,la résorption de
toxiques le tétrachlorure de carbone, des insecticides est suffisantes pour entraîner
des effets systémiques .Les effets peuvent être locaux (allergie, nécrose) ou général.
-Voie oculaire :
elle concerne surtout les projections dans l'œil ou la survenue d'un phénomène irritatif
dû a l'action d'un toxique au niveau de la muqueuse oculaire
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Voie pulmonaire :- La voie pulmonaire par inhalation de substances gazeuses ou
de particules volatiles.
Classiquement, on distingue trois niveaux pour les voies respiratoires : la région
extra thoracique (cavités nasales, pharynx et larynx), la région thoracique
(trachée, bronches et bronchioles) et la région alvéolaire (bronchioles terminales,
sacs alvéolaires et alvéoles).
Les poumons ont une surface alvéolaire importante, qu'ils sont dotés d'un débit
sanguin élevée et que les échanges entre l'air alvéolaire et le sang sont intenses.
Cette voie est impliquée pour l'entrée des toxiques .
L'absorption des particules dépend de leur taille. Les plus grossesse déposent sur
la muqueuse nasale,elles sont éliminées avec les sécrétions nasales ou absorbées
au niveau du tractus gastro intestinal. Les particules de taille moyenne peuvent se
déposer dans la trachée ,les bronches ou les bronchioles, puis éliminées par la
toux ou reingérées. Les petites particules peuvent diffuser à travers l'épithélium
pulmonaire et passer dans le sang ,d'autant plus facilement qu'elles sont
hydrosolubles et de masse molaire inférieurs à 10 000
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Niveau de pénétration des particules dans les différents étages de l’arbre respiratoire
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Exemple :Elle permet l'absorption des gaz ( mono-oxyde de carbone, oxyde
d'azote, dioxyde de soufre ,ozone) des vapeurs de produits volatils (
benzène, solvants,vapeurs de mercure, tetrachlorure de carbone) des
aérosols et des particules en suspension dans l'air.
Certains gaz ( et vapeurs)sont ,au moins partiellement , retenus par le
mucus de la muqueuse nasale ( ex. formaldéhyde).La plupart des gaz ( et
vapeurs) inhalés sont résorbés au niveau pulmonaire par des mécanismes
différents de ceux impliqués au niveau intestinal. Les molécules gazeuses se
trouvant sous forme non ionisée et l'épithélium alvéolaire étant très fin, la
diffusion de l'espace alvéolaire vers le sang et très rapide.
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Voie digestive
Les toxiques pénètrent dans le tube digestif avec l'eau, les aliments . En
dehors de produits particulièrement caustiques, les effets ne se produisent
qu'après absorption.
Dans l'estomac les acides faibles, à l'inverse des bases faibles, sont
facilement diffusibles. Dans l'intestin ce sont les bases faibles qui sont les plus
facilement absorbées.
D'autre part à ce niveau, des phénomènes de transport actif peuvent intervenir
pour certains toxiques (thallium, plomb). Le toxique passe par le foie qui est alors
le principal organe d'inactivation et de transformation mais aussi le principal
organe cible. Une particularité de l'absorption digestive est le métabolisme de
premier passage : la substance toxique , absorbé au niveau du tube digestif, passe
par le foie, atteint le coeur et après passage pulmonaire se distribue dans
l'ensemble de l'organisme. Au niveau de la muqueuse intestinale et du foie, la
substance toxique rencontre des enzymes susceptibles de le transformer en un ou
plusieurs métabolites parfois actifs mais le plus souvent inactifs. C'est le
métabolisme de premier passage (First past metabolism) .
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DIFFUSION ET DISTRIBUTION DES TOXIQUES
Les toxiques transportés par le sang sont retrouvées :
- Dans les hématies (composés apolaires tels le plomb, le monoxyde de
carbones)
-Dans le plasma sous diverses formes : soit libres dans le cas de substances
polaires, soit liées aux protéines (albumines et lipoprotéines), dans le cas des
molécules apolaires :
-Les premières vont diffuser rapidement dans le secteur extracellulaire et seront
facilement filtrés par le rein.
- Les secondes par leur fraction libre plasmatique en équilibre avec la fraction
liée vont pénétrer plus facilement mais plus lentement et plus sélectivement dans
le territoire en traversant les membranes cellulaires.
De ce fait les composés lipophiles auront tendance à se localiser dans les
territoires riches en lipides tels le système nerveux.
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Organes cibles
Deux facteurs ont un impact important sur la distribution des xénobiotiques dans
l’organisme : la perfusion sanguine des organes et l’affinité des xénobiotiques pour
les tissus et les protéines plasmatiques .
Les différents organes n’ont pas la même sensibilité aux toxiques du fait de leurs
particularités métaboliques. La concentration du produit et/ou de ses
métabolites intervient au niveau des spécificités d’action.
La concentration dans les organes-cibles résulte des différentes étapes :
absorption, distribution, biotransformation.
Quand les cellules ont une grande affinité pour des molécules déterminées, cette
particularité entraîne une absorption sélective de certains produits au niveau de
certains organes.
• Le foie et les reins du fait de leur forte mobilisation sanguine sont des sites de
distribution importants.
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tissus réservoirs
tissus adipeux : toutes les substances liposolubles
tissus spécifiques :
ex. iode dans la thyroïde
La séquestration physique est assurée par d'autres tissu: par exemple le plomb,
fluor et aluminium se fixent sur les os.
De nombreux composés hydrophobes comme le DDT, les biphényles poly
halogénés (PCB), certains plastifiants peuvent être stockés dans le tissu adipeux,
soit à l'état natif, soit après un certain métabolisme (fixation d'acide gras,
incorporation dans des triglycérides ou des phospholipides).
biphényles poly halogénés (PCB
DDT Dichlorodiphényltrichloroéthane
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Biotransformation des toxiques
Lorsqu’un xénobiotique pénètre dans l’organisme , il est soit éliminé sous forme
inchangée , soit métabolisé (ou biotransformé) par des réactions d’oxydation , de
réduction, d’hydrolyse suivies de réactions de conjugaisons .Dans la majorité des
cas , les composés obtenus sont moins réactifs et plus hydrosolubles, facilement
éliminables (molécules plus polaires)
-Néanmoins , l’oxydation de certaines substances donne des composés fortement
électrophiles , capables de réagir avec les groupements nucléophiles des
macromolécules biologiques (protéines , lipides ou acides nucléiques.
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Les réactions de biotransformation se produisent au niveau du foie, des poumons,
de l’estomac, de l’intestin, de la peau et des reins
Le métabolisme des xénobiotiques se décompose en 03 phases qui aboutissent au
final à l’élimination des substances étrangères dans la bile et l’urine
Les Réactions de la phase I : fonctionnalisation , catalysent les réactions
d’oxydoréduction et d’hydrolyse ;
Réactions de la phase II : conjugaison avec un ligand comme les sulfates, l’acide
glucuronique, l’acétate ou le glutathion ,
Après fonctionnalisation, les transporteurs de la phase III ( P-glycoprotein ou Pgp ,
multidrug resistance associated proteins ou MRP) transportent au travers des
membranes les xénobiotiques conjugués en vue de leur élimination de la cellule
ROH
O2
XH
ROH
Phase I
Phase II
Phase III
---------------------------XOH------------------ XOR-------------- ----- XOR
CYP 450
GST
XOH
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•Réactions de la Phase I : CYP450
Localisation :
-Membrane du RE
-2 éléments indispensables
-NADPH cyp450 réductase
-PL cyp450 (de la mb du RE) : permet la cohésion entre la Mono-oxygénase et la
réductase
CYP ou P450
(Substrat )XH + O2 + NADPH+H+---------------- XOH( substrat oxydé) + NADP+ +H2O
– ces enzymes sont appelées mono-oxygénases, car elles incorporent un atome
d’oxygène à partir d’oxygène moléculaire. Elles transforment une grande variété de
composés chimiques Certains CYP catalysent le métabolisme d’un nombre limité de
structures chimiques
ROH :Substrat oxyd
H2O
RH : Substrat
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cycle catalytique du cytochrome P-450
P450 = Hème + Apoprotéine
Hème = protoporphyrine + fer
les CYPs sont formés d’environ 500 acides aminés. Une cystéine localisée
près de la région carboxy-terminale de la protéine permet la liaison thiolligand essentielle pour le fer héminique La région N-terminale est riche en
AA hydrophobes et permet la fixation de la protéine aux membranes.
Très grande variété de ses substrats : CYP1A1 métabolise des hydrocarbures
aromatiques comme le naphthalène, l’anthracène, le benz(a)anthracène
CYP1A2: Amines aromatiques, dioxines
CYP2E1 :alcools, nitrosamines, trichloréthylène, chloroforme, benzéne
CYP3A4 :aflatoxines , alcaloides
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PhaseII: Réactions de conjugaison
Le processus de conjugaison consiste à établir un lien entre un groupement
fonctionnel d'un principe actif ou d'un métabolite généré dans la phase I et
une molécule polaire endogène telle que l'acide glucuronique, la glycine , les
ions sulfate, acétate , le groupement méthyle et le glutathion. Ces réactions
sont catalysées par les transférases. Les composés formés sont très souvent
inactifs, hautement polaires et très hydrosolubles. Ils sont donc rapidement
excrétés par le rein dans les urines et par la bile dans les fèces.
Différents enzymes de la phase II:
UDP glucosyl transférases , Sulfotransférases, Glutathion S transférases,
N acétyl transférases,conjugaison aux acides aminés (glycine , acide
glutamique ), réactions de methylation
R-OH
R-O-acide glucuronique (glucuronoconjugaison)
R-NH2
R-NH-COCH3
R-OH
R-O-SO
3
-
(N-acétylation)
(sulfatation)
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Devenir des xénobiotiques :
La détoxication se fait par hydrolyse , oxydation puis conjugaison dans le foie. Les
produits obtenus sont moins toxiques , plus hydrosolubles : leur élimination par
voie urinaire , digestive et respiratoire
Séquestration physique de produits non biodégradables ou de leurs métabolites
,est effectuée par le tissu adipeux lorsque le toxique est lipophile :DDT, biphényles
polyhalogénés (PCB : polychlorobiphényle) , dioxines
Ces transformations métaboliques conduisent à une bioinactivation ou au
contraire à une bioactivation ou biotoxification
Inactivation, détoxification :Les biotransformations inactivent nombreux
composés par blocage chimique des groupements responsables du toxique.
Par une augmentation de la polarité des xénobiotiques biotransformés. Les
biotransformations aboutissent en général à la fixation de groupements polaires.
Etude de la biotoxification :
La formation de métabolites plus toxiques que la molécule initiale. L’activation
métabolique est assurée par les systèmes enzymatiques
Ces réactions peuvent conduire à une détoxication ou à la formation de métabolites
plus toxiques que le substrat ( activation toxique)
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FORMATION DE METABOLITES PLUS TOXIQUES QUE LES
SUBSTANCES INITIALES
-la désulfuration oxydative des esters phophorothionates tel que le parathion , un
faible inhibiteur des cholinestérases , au contraire , le paraxon , produit de la
désulfuration oxydative , un puissant inhibiteur des cholinestérases
- Hydroxylation de bromobenzène, donnant naissance à des métabolites
responsables de la nécrose hépatique.
-Réduction des dérivés nitrés aromatiques et hydroxylation des amines aromatiques
donnant naissance à des métabolites hémolytiques.
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-Lorsque des molécules génotoxiques pénètrent dans l’organisme , des
mécanismes de métabolisation ( action des CYP450) transforment les molécules
chimiques en composés réactifs qui sont capables de se lier à l’ADN .En
s’accrochant à l’ADN , ces composés activés donnent naissance à des adduits Les
adduits formés fragilisent l’ADN et sont représentatifs de dommages à l’ADN :effet
génotoxiques.
Exemple : Lorsqu’il est ingéré ou inhalé, le Le Benzo[a]pyrene, un hydrocarbure
polycyclique aromatique , est transformé par le cytochrome P450 (CYP1A1 ) et
l’époxyde hydrolase en différents métabolites, dont le benzo[a]pyrène-7,8-9,10 diol
époxyde (BPDE). Ce composé, très électrophile, responsable de la formation
d’adduits sur les sites nucléophiles de l’ADN pouvant provoquer des mutations (
modifications du patrimoine génétique) dont une des conséquences peut être sa
transformation en cellule cancéreuse .
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BPDE
Métabolisme du benzo(a)pyrène :
Adduit du BPDE avec une des
bases de l’ADN
ELIMINATION DES TOXIQUES
Plusieurs voies d'excrétion existent dont les plus importantes sont : rénale
(l'urine), gastro-intestinale (les selles), pulmonaire (l'air expiré), cutanée (la
sueur) ou lactée (le lait).
L'excrétion urinaire ou fécale d'une substance est fortement affectée par ses
propriétés physiques (poids moléculaire), sa fixation éventuelle aux protéines
plasmatiques et sa polarité.
L'élimination urinaire:.
La filtration glomérulaire concerne la plupart des toxiques dont le poids
moléculaires est inférieur à environ 65 000 , et non ceux de grande taille ou liés
aux protéines. Les toxiques sont excrétés par diffusion et sécrétion tubulaire
-Voie biliaire : Les composés polaires, les dérivés conjugués liés aux protéines
plasmatiques sont éliminés par le foie. Une fois dans la bile, où ils sont rarement
réabsorbés dans le sang, ils sont éliminés dans les selles.
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Voie pulmonaire : Elimination de substances volatiles : solvants , alcool.
Cette voie concerne plus particulièrement les gaz et les liquides volatils.
L’élimination des toxiques se fait par diffusion à travers les membranes cellulaires.
Les poumons représentent une voie importante d'excrétion des substances, ou de
leurs métabolites, s'ils sont présents dans le sang sous forme gazeuse. Les gaz
sanguins sont excrétés par diffusion passive à partir du sang vers les alvéoles, les
gaz les moins solubles étant mieux éliminés. Les liquides volatils, dissous dans le
sang, sont excrétés par l'air expiré à un taux qui est fonction de leur tension de
vapeur.
Autres voies :
Le lait maternel est une voie d'élimination des composés basiques du fait
de l'acidité du lait et des composés lipophiles.
La salive et la sueur sont des voies d'excrétion mineures
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La phase toxico dynamique
Notion de récepteur moléculaire
Le récepteur physiologique possède 2 propriétés fondamentales
- Il reconnaît spécifiquement un agent toxique.
- Il produit un effet biochimique ou biophysique en réponse à la fixation de cet
agent toxique
La quasi-totalité des substances toxiques est électrophile ou le devient après
bio transformation. Les récepteurs moléculaires sont donc des sites
nucléophiles.(Radicaux contenant des hétéros atomes OH, SH, NH-,… portés
par des biomolécules ADN, ARN, protéines…
-Les macromolécules biologiques (ADN, ARN, protéines) sont riches en sites
nuléophiles et sont des récepteurs de choix pour des toxiques électrophiles.
Les lipides insaturés sont également des sites d’attaque privilégiés des agents
toxiques
Les sites nucléophiles des protéines sont représentés par quelques acides
aminés riches en électrons ; histidine , cystèine, lysine , tyrosine , tryptophane
, méthionine, ces acides aminés réagissent avec les cancérogènes
Les acides nucléiques, la nature des substituants des bases de ces acides
nucléiques : les hydrocarbures attaquent le groupe aminé de la guanine
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TOXICITE DIRECTE :
Ce sont des produits doués d'une grande réactivité chimique. Ils agissent
directement sur les organes cibles sans qu'aucune transformation . C'est le cas
d'agents alkylants très réactifs ( sulfate de méthyle, diazométhane,
formaldéhyde) produits alkylants sont capables d'introduire sur une molécule
donnée un groupement hydrocarboné de type alkyle.
Au niveau cellulaire, les agents alkylants attaquent les protéines et les acides
nucléiques, ce qui transforme ces constituants cellulaires en dérivés substitués qui
sont modifiés et ne peuvent plus assurer normalement leurs fonctions.
TOXICITÉ INDIRECTE
La substance n’est pas toxique tel quel mais nécessite une métabolisation
enzymatique préalable dans l'organisme pour qu’un effet toxique se manifeste (foie)
Des mécanismes enzymatiques de métabolisation existent également dans d'autres
organes (reins, cerveau, placenta, poumons, peau, cavité nasale...). Ceci explique la
toxicité sélective de certains composés.
Leur interaction avec les protéines amènera à une nécrose plus ou moins réparable, à
des atteintes immunitaires . tandis que l'interaction avec les acides nucléiques (ADN)
pourra déclencher l'apparition d'une mutation suivie éventuellement d'un processus
tumoral.
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Action toxique sur les biomolécules
Effet réversible et effet irréversible
Les effets réversibles disparaissent dès que l’exposition à la molécule toxique
cesse. Les effets irréversibles persistent voire progressent après la phase
d’exposition.
-Action basée sur liaison réversible (non covalente):la propriété fondamentale de
cette action est qu’elle est liée a la concentration du toxique les fluides de
l’organisme et que cette action disparaît avec l’élimination du toxique. Le facteur
temps est un paramètre important , à cause des longueurs de la phase
d’expositions. Parmi les toxiques ayant une liaison réversible avec leur site
moléculaire :les pesticides organophosphorés , les pesticides carbamates
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-action basée sur une liaison irréversible : ce type de réaction s’intéresse les
molécules chimiquement réactives , les effets toxiques dépend du type de
biomolécules touché. Les toxiques sont en principe toujours activés avant
d’exercer leur action et se sont les sites nucléophiles (NH2,SH) des
biomolécules qui sont visés ;les liaisons sont covalentes et stable. Parmi les
effets toxiques observés ,on range la mutagenèse, la cancérogenèse, la
tetratogénèse, la sensibilisation allergique. Cette situation concerne les
radiations ionisantes.
Effet immédiat ou aigu et effet retardé ou chronique
Contrairement aux effets immédiats ou aigus qui apparaissent rapidement
après l’exposition, certains effets apparaissent tardivement, comme par
exemple l’effet cancérogène qui survient plusieurs années après l’exposition,
dans ce cas il s’agit d’effet retardé ou chronique.
Cette chronologie variable dans les effets est liée à la fois à la dose de toxique
et au niveau d’exposition.
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Synergie toxique :
En toxicologie , la synergie et la potentialisation peuvent avoir des effets
redoutable du point vue clinique
La toxicité d’un agent xénobiotique peut présenter des effets différents en fonction
de l’état nutritionnel du sujet et également en fonction de son environnement
-synergie : l’effet global de deux ou plusieurs substances est égale à la somme
des effets séparés de chacune de ces substances
E = A+ B+C
Potentialisation : l’effet global de ces substances est supérieur à la somme des
effets séparés de chacune de ces substances
E supérieur A+B+C
A+B = A
effet B n’a aucune incidence sur effet A
A+B sup à A effet B potentialise l’effet de A : sensibilisation
A+B inférieur A effet B antagonise effet A : désensibilisation Facteurs influençant
les biotransformations
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3-4 Toxicité selon le mode d'action des toxiques
Les toxiques ne produisent pas des effets de même intensité sur tous les organes
(ex. : le rein) ou les tissus (ex. : le sang).
Des changements adaptatifs causés par un produit chimique dans un tissu ou un
organe peuvent être accompagnés de changements fonctionnels et morphologiques.
Pour un tissu tel que celui du foie, qui a une importante capacité de régénération, la
majorité des atteintes sont réversibles ; au contraire, elles sont généralement
irréversibles lorsqu'il s'agit d'une atteinte du système nerveux . Des effets tels que
la cancérogénicité et la tératogénicité sont généralement considérés comme des
effets irréversibles.
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1- Effet morphologique, fonctionnel ou biochimique
L’effet morphologique conduit à une modification tissulaire comme par
exemple une nécrose ou une néoplasie. Il est généralement irréversible. L’effet
fonctionnel correspond à un changement des fonctions d’un organe. Il est en
général réversible comme par exemple la stéatose hépatique ( apparaition de
vésicules lipidiques dans le foie :macrosécrétion) ou l’hépatite.
-atteinte transitoire d'une fonction de l'organisme ou d'un organe (ex. : une
modification de la fréquence respiratoire lors de l'exposition à un asphyxiant
simple) sans créer de lésions et ils sont généralement réversibles.
-des altérations biochimiques peuvent également se produire sans être
accompagnées de changements morphologiques apparents (ex. : l'inhibition des
cholinestérases causée par les insecticides organophosphorés).
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2-Mutagenèse
Le phénomène de mutagenèse résulte d’interactions entre des agents mutagènes et
le matériel génétique des organismes.
-Les modifications chromosomiques correspondent à des anomalies de nombre
(augmentation ou diminution) ou de structure (délétions, duplications,
translocations) des chromosomes.
Le gène peut être morcelé ou recombiné au niveau des segments d’ADN.
Il y a une corrélation importante entre effets mutagènes et cancérogènes pour une
même molécule .
.
Exemple1 :L’action mutagène du méthylmercure est due à une fixation sur l’ADN,
par son caractère électrophile du groupement CH3Hg+ qui se comporte comme un
agent alkylant vis-à-vis des groupements azotés des bases nucléiques notamment de
la thymine. Cette fixation aboutit à dénaturation de l’ADN qui explique des ruptures
chromosomiques . Il entraîne une baisse de synthèse d’acides nucléiques et de
protéines et il possède un pouvoir mutagène et antimitotique.
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3-CANCEROGENESE
L'ADN des chromosomes du noyau cellulaire est la cible privilégiée des agents
cancérogènes (produits chimiques, radiations ionisantes).Processus pathologique
entraînant l’apparition de cellules malignes, envahissant progressivement les
tissus et capables de migrer en provoquant l’apparition de foyers secondaires
:métastases ( le cas des HAP ).
4- TERATOGENESE:
Ce sont des substances qui agissent principalement sur l'embryon à des stades
bien précis de son développement et qui induisent une ou des anomalies, se
manifestant par des malformations.
Exemple 1 :Apparition de malformations congénitales au cours du
développement de l’embryon (ou embryogenèse) après exposition de la femme
enceinte à des facteurs d’altération exogènes.(Dioxines; Éthanol; Hg ) .
Exemple 2:Le méthylmercure est tératogène et foetotoxique pour l'humain
comme les composés alkylés à chaîne courte. Il traverse le placenta, se retrouve
dans le lait maternel.
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5-IMMUNOTOXICITE
Modification du nombre de cellules du système immunitaire.
2 types d’effets :
L’immunosuppression : augmente la sensibilité aux infections
L’immunostimulation : se manifeste par le développement d’une maladie auto –
immune ou par un syndrome allergique
6-Produits allergisants
Ils déclenchent une réaction anormale du système de défense immunitaire. Il en
résulte divers troubles variables selon la cible: eczéma, conjonctivite, asthme,
bronchite ..
7- Produits pulvérulents
L'inhalation prolongée de produits pulvérulents tels que la silice, l'amiante, peut
entraîner une difficulté croissante à respirer. L'inhalation prolongée d'amiante peut
entraîner des cancers ( broncho-pulmonaires)
8- Produits irritants
Leur contact avec la peau ou les muqueuses provoque des réactions inflammatoires
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•Toxicologie cellulaire :
1-Action caustique :
Le terme caustique s’applique à toute substance susceptible du fait de son pH ou de
son pouvoir oxydant d'induire des lésions tissulaires. Les produits caustiques
peuvent être des acides (acide ( pH< 2), des bases(pH > à 13) ou des oxydants.
Les acides concentrés à pH< 2 (acide chlorhydrique, sulfurique, nitrique) ,
induisent ,par l’action des ions H+ , une dénaturation protéique responsable d’une
nécrose par coagulation des tissus superficiels de l’épithélium de la paroi digestive.
-les bases fortes à pH > à 13 ( soude, potasse, ammoniac) dissolvent les protéines
et le collagène , saponifient les lipides. Elles provoquent une nécrose et une
pénétration lente en profondeur. Le risque hémorragique est important. Leur
viscosité favorise les lésions oesophagiennes.
-Les oxydants (eau de javel) l’action des oxydants puissants : peroxyde , sels très
oxygénés (MnO4) provoquent des réactions exothermiques (oxydation ,
chlorination) responsables de brulures thermiques et une dénaturation protéique
avec transformation des acides aminés en aldéhydes. Des lésions sévères
s’observent notamment sur l’estomac
Pr SLIMANI.M
39
-2-détruite par un toxique générateur de radicaux hydroxyle OH
Les radicaux oxydants libérés dans la cellule entraînent des lésions directes de
l'ADN ; l'interaction de radicaux oxydants avec les lipides constituant les
membranes intracellulaires déclenche le processus dit de peroxydation
lipidique.
-3-détruite par un toxique qui inhibe le fonctionnement de certaines structures
(mitochondries) apportant de l’énergie chimiques aux organites :
3-1 -inhibition de l’apport énergétique, blocage d’un élément de la chaîne de
dégradation des glucides, du carrefour pyruvique, du cycle de Krebs, de la
chaîne de transfert de H+ à l’oxygène
-inhibition du couplage oxydo-phosphorylant de la chaîne d’apport
énergétique au mécanisme des phosphorylations et de la production des
nucléotides utilisables comme donneurs d’énergie(ATP) ( exemple DNP).
Pr SLIMANI.M
40
3-2-l’élévation de la concentration cytosolique en Ca2+ (Ca2+i): à l’origine du
développement de la toxicité cellulaire. Certaines toxines provoquent une
augmentation de la concentration cytosolique du calcium. Cette augmentation des
concentrations intracellulaires de calcium ionisé entraîne une augmentation non
spécifique de la perméabilité membranaire et une entraîne l'activation de
nombreuses enzymes de dégradation, comme des endonucléases capables de
dégrader l'ADN, des protéases capables de dégrader les protéines intracellulaires et
certaines phospholipases capables de dégrader les lipides des membranes
cellulaires.
Pr SLIMANI.M
41
•3-3 la déplétion en ATP et/ou la diminution du rapport ATP/ADP : à
l’origine des atteintes mitochondriales directes ou indirectes et entraînent :
-des troubles concernant toutes les activités cellulaires nécessitant de
l’énergie, et notamment l'ensemble des réactions biochimiques couplées à
une hydrolyse de l'ATP en ADP + Pi, réactions qui s'inscrivent fréquemment
dans le cadre de l'anabolisme,
-un arrêt de la plupart des fonctions cellulaires essentielles,
-une élévation du Ca2+i par inhibition des ATPases contrôlant l ’homéostasie
calcique.
Lésions mitochondriales irréversibles : pouvant être induites par une augmentation
du calcium, un stress oxydatif, par une destruction des phospholipides, elles sont
une clé de la mort cellulaire.
-perturbation des échanges ioniques entre le milieu intracellulaire et l’extérieur de
la cellule
Pr SLIMANI.M
42
-4-détruite par un toxique qui inhibe ou altère une structure indispensable à
l’une des fonctions endocellulaires nécessaires a las survie
-DNA et mécanismes de synthèse des protéines , de production cellulaire
-membrane cellulaire : altérations de la perméabilité ,perforation
-biomédiateurs sous membranaire : fonctionnement déréglé
-lysosomes-estérases , lyse locale
-sites à ferritine ( formation de radicaux OH−) avec lyse locale
le fer est apporté dans l’organisme et transféré vers les hèmes par l’intermédiaire
de transporteurs : les ferritines,protéines dont les les plus importantes se
trouvent dans le foie et la rate).
-5-Altérée dans son fonctionnement prolongé :
avec un résultat fonctionnel irréversible ,altération d’enzymes qui secondairement
« vieillissent » ; réduction de l’effet ou de la production de facteurs de
croissance ou de production.
Pr SLIMANI.M
43
METHODES D’ETUDES DE LA CYTOTOXICITE
Il existe différentes méthodes d'études de la cytotoxicité :
•les méthodes fondées essentiellement sur des perturbations de la perméabilité
membranaire,
•les méthodes fondées sur des altérations de la prolifération cellulaire,
Les méthodes fondées essentiellement sur des perturbations de la perméabilité
membranaire sont les plus nombreuses et les plus employées. On distingue 2
types de méthodes fondées sur :
-l'utilisation de colorants,
-le "relargage" de molécules biologiques dans le milieu extérieur
1 Méthodes de cytotoxicité utilisant des colorants
Principe : utilisation d’un colorant qui, en fonction de ses caractéristiques, pénètre dans
les cellules vivantes ou mortes.
La proportion relative des cellules colorées ou non est un reflet exact du nombre de
cellules vivantes ou mortes et donc de la viabilité de l’ensemble de la population
cellulaire, en relation directe avec la concentration du toxique étudié.
Il existe 3 types de colorants :
•les colorants vitaux ou d’exclusion (cellules mortes)
•les colorants supravitaux ou d’inclusion (cellules vivantes)
les colorants nécessitant une étape de métabolisation ( mesure des capacités
métaboliques)
TEST AU MTT
Le test du MTTMTT (3-[4,5-diméthylthiazol-2yl]-2,5-diphényltétrazolium
bromide), est un indicateur de l'intégrité et de l'activité mitochondriales
assimilables à une mesure de la vitalité cellulaire .
est un colorant de type tétrazolium qui est réduit par les enzymes
mitochondriales (succinate déshydrogénase ) en un composé coloré en bleu .
En présence du substrat, les sels de tétrazolium du substrat sont transformés en
cristaux insolubles de formazan grâce à l'activité de la succinate
déshydrogénase. La quantité de sel formazan produite par les cellules à partir du
MTT est mesurée par spectrophotométrie à 540 nm.
L’intensité de la couleur est directement proportionnelle au degré d’intégrité
des mitochondries. Il s’agit d’un test utile pour détecter des composés
cytotoxiques en général ainsi que les agents ayant les mitochondries pour cible
spécifique.
TEST AU WST-1 (Water Soluble Tétrasolium )
C’est un test colorimétrique de cytotoxicité basé sur le clivage des sels de tétrazolium
WST-1 (4-[3-(4-Iodophényl)-2-(4-nitrophényl)-2H-5-tétrazolio]-1,3-benzene disulfonate)
incolore par les déshydrogénases mitochondriales. Sous l’action de ces enzymes on
obtient un dérivé formazan de couleur jaune, quantifiable par spectrophotométrie à
420-480 nm.
ROUGE NEUTRE (Neutral Red)
Le neutre rouge (NR) ou chlorure de 2-amino-3-méthyl-7-diméthyl amino
phénazonium est un colorant vital hydrosoluble , utilisé dans certains tests de
cytotoxicité
l’entrée du colorant et son relargage sont fonction de la perméabilité cellulaire :
- le rouge neutre permet de différencier les cellules vivantes des cellules mortes.
-il permet l’étude de l’action des xénobiotiques sur l’arrangement des
phospholipides des membranes et sur la perturbation des fonctions associées
(récepteurs hormonaux, enzymes, perméases, canaux ).
-Après sa diffusion à travers la membrane plasmique de cellules intactes, Le NR
étant légèrement électropositif, il a tendance à former des liaisons
électrostatiques avec les sites anioniques présents dans l’environnement
lysosomal.
-Le colorant est exclu des cellules mortes. Après le temps de contact avec les
xénobiotiques, la quantité de rouge neutre incorporée dans les cellules est
mesurée par spectrophotométrie à 540 nm
Vert de méthyle
Principe fondamental : le vert de méthyle, colorant basique colore l’Acide
Désoxyribonucléique.
Observation microscopique des filaments d’ADN après extraction
Visualisation des noyaux cellulaires sur les cultures de cellules animales, par exemple
lors d’hybridations in situ avec anticorps marqués permettant de repérer la présence
d’une protéine à localisation nucléaire .
le bleu trypan : est un colorant vital hydrophile utilisé couramment en culture
cellulaire pour différencier les cellules mortes des cellules vivantes..
La coloration au bleu de trypan est une méthode de coloration des cellules mortes.
-un colorant anionique du groupe des colorants azoïques ,un réactif chromophore de
couleur bleu chargé négativement qui a tendance à pénétrer dans les cellules. Une fois
dans la cellule, la molécule va être rejetée dans le milieu extérieur. Ce mécanisme
d’exclusion nécessitant de l’énergie.
seules les cellules possédant de l’ATP peuvent le réaliser. Ainsi, une cellule vivante
exclura la molécule de bleu trypan et apparaissent brillantes au microscope alors
qu’une cellule morte sera colorée en bleu.
Iodure de prodium , est un fluorochrome non perméant qui ne diffuse qu’au
travers des membranes plasmiques perméabilisées et il ne colore que les acides
nucléiques des cellules mortes ayant perdu leur intégrité membranaire , ou ils
s’intercale de manière non spécifique toutes les 4 à 5 paires de base d’ADN
.Seules les cellules mortes présentent donc une fluorescence rouge de leur
noyau détectable soit par microscopie de fluorescence , soit par cytométrie en
flux.
-Le test de la lactate déshydrogénase LDH , qui est une enzyme cytosolique
particulièrement stable qui catalyse la conversion du lactate en pyruvate avec
production de NADH. Ce test est utilisé pour détecter les effets directs sur la
membrane plasmique .
-la présence de LDH dans le surnageant cellulaire indique des lésions au niveau de
la membrane plasmique. Les cellules mortes suite à la destruction de leur
membrane plasmique, libèrent une grande quantité de LDH. Le dosage de cette
enzyme peut se faire de diverses façons. Il est possible de le réaliser par des
mesures d’absorbance à l’aide d’un lecteur de microplaques. Les informations
fournies permettent d’étudier des phénomènes de cytotoxicité.
Pr SLIMANI.M
52
Méthodes de cytotoxicité basées sur l ’altération de la prolifération
cellulaire
Tout toxique, en tuant les cellules ou en bloquant le cycle cellulaire, diminue la
prolifération de l’ensemble de la population.
-exemple : -l’étude dynamique de l’ADN par incorporation de BrdU dans l’ADN
par exemple
La bromodésoxyuridine (BrdU ) , est un nucléoside synthétique, analogue
structurel de la thymidine, où le groupe méthyle en 5 est remplacé par un atome de
brome.
La BrdU peut remplacer la thymidine durant la réplication de l'ADN, il peut causer
des mutations.
L’incorporation de la BrdU (5-bromo-2’-désoxyUridine) lors de la phase de réplication
de l’ADN est un reflet de l’activité mitotique et renseigne donc sur la prolifération
cellulaire.
3 Autres méthodes de cytotoxicité
Ces autres méthodes sont très nombreuses et très variés tant au niveau de leurs
principes que des modes opératoires. A titre d'exemple:
-les méthodes de pH-métrie quantifiant les modifications du pH du milieu dû à
l’arrêt de libération du CO2 généré par l’activité respiratoire des cellules,
--la quantification du calcium cytosolique qui apporte des éléments
d’information sur les mécanismes précoces d’apparition de la cytotoxicité (voire
diapo 41).
- les mesure du taux de glutathion réduit:
L’augmentation de GSH permet à la cellule de mettre en place des mécanismes
de défense alors qu’aux fortes concentrations du toxique, les systèmes antioxydants sont submergés et la synthèse diminue .Un taux bas de glutathion
réduit est le signe d'un stress oxydatif .
les méthodes basées sur la détermination quantitative de la charge cellulaire
globale en ATP, excellent paramètre de viabilité et de croissance cellulaire,
-Le taux d’ATP peut également être analysé et donne une indication sur les
capacités énergétiques de la cellule et donc sa viabilité . Les cellules non
viables perdent non seulement la capacité de synthétiser l’ATP , mais
contiennent également des ATPases endogènes qui dégradent rapidement
l’ATP existant.
Ce test est basé sur le dosage de la quantité d’ATP des cellules qui est
proportionnelle au nombre des cellules vivantes. Les cellules traitées et lysées
sont incubées en présence de l’enzyme luciférase et du substrat luciférine. La
mono-oxydation de cette dernière par la luciférase, en présence d’ATP et
d’oxygène moléculaire produit un signal lumineux proportionnel à la quantité
d’ATP présentes dans les lysats cellulaires.
Quelques exemples de mécanisme d’action :
1-Les organoPhosphorés doivent être activés par des oxydases , des hydrolases et
des transférases au niveau hépatique avant d’être toxique pour l’homme
Les OP, très lipophiles, franchissent toutes les barrières biologiques et se fixent de façon
covalente aux cholinestérases du SNC, des muscles, des globules de la jonction
synaptique des fibres du système nerveux central.
.Une faible quantité franchit la barrière hémato-encéphalique, inhibe l’ activité acetylcholinesterasique (AChE) de façon irréversible , en le phosphorylant, le site estérasique
de l’enzyme, s’opposant ainsi a l’hydrolyse physiologique de l’acétylcholine en choline et
en acide acétique. La phosphorylation devient irréversible par déalkylation ; c’est le
phénomène d’« aging » ou vieillissement de l’enzyme qui devient, d’une part, non
fonctionnelle et, d’autre part, non réactivable. Le résultat de l’inhibition des
cholinestérases est l’accumulation d’acétylcholine .
La concentration élevée de ACh provoque la contraction musculaire, aussi l'excès d'ACh
peut être excitatrices (cause secousses musculaires), mais aussi d'affaiblir ou de
paralyser la dépolarisation de la cellule par la fin de la plaque.
Pr SLIMANI.M
57
Mécanisme d’action des pesticides organophosphorés
Pr SLIMANI.M
58
2-Mécanisme d’action des organochlorés :
-La plupart des organochlorés provoquent une hépatomégalie et qu’ils sont
inducteurs des enzymes microsomiques lesquelles les transforment en époxydes
hautement réactifs vis des macromolécules protéiques et acides nucléiques (
exemple: hépatochlore qui est métabolisé en époxyde hépatochlore)
DDT et HCH (Le lindane ) est capable de traverser la barrière hémato-encéphalique
et de s’accumuler dans le SNC .
les organochlorés inhibent la Mg –ATPase et la pompe Na/k ATPase dépendante,
enzymes respectivement associés aux phosphorylations oxydatives et au
maintien des potentiels de membrane (activité nerveuse).Le DDT inhibe ouverture
des canaux potassium voltage dépendant et la fermeture des canaux sodium .Ces
divers mécanismes d’action seraient responsables de la neurotoxicité des
organochlorés .Endosulphane agirait comme un antagoniste non compétitif du
GABA , principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC
Pr SLIMANI.M
Les OrganoChlorés : induire et accélerer la progression de certains cancers au
niveau des organes dans la physiologie est fortement régulée par les hormones
sexuelles ( sein , prostate , testicules ).Le cas , du lindane ,est capables d’activer
les récepteurs cytosoliques des oestrogènes et d’activité de certains protéines
kinases et d’autres facteurs biochimiques caractéristiques de celles trouvés dans le
développement du cancer du sein .
Le DDT agit sur les nerfs moteurs et sensitifs et sur le cortex moteur , il altère le
transport des ions sodium et potassium désorganisant ainsi les potentiels de
membrane .
HCB : agit comme inducteurs enzymatiques , une prolifération microsomale
hépatique avec stimulation du CYP 450 , modifie l’activité de certains enzymes
hépatiques à l’origine de l’apparition de porphyrie .
Pr SLIMANI.M
60
3-Découpleurs de phosphorylation oxydative (PO)
Trois composantes (PO):
- Chaîne d’électron
- Phosphorylation
- Flux protonique →énergie directe pour ATP
Caractéristiques du découpleur :
- Caractère hydrophobe
- Acide faible avec pKa modéré
- Entité chimique pour délocaliser la charge
-Ex.: DNP : Dinétrophénol
Pr SLIMANI.M
61
Les mécanismes de la chaîne respiratoire et de la synthèse d’ATP par
phosphorylation oxydative
Le succinate et le NADH+H+ issus du cycle de Krebs sont oxydés par la chaîne
respiratoire, localisée dans la membrane interne des mitochondries, générant
le gradient de pH utilisé par l'ATP synthase pour produire de l'ATP
Rappel :
La chaîne respiratoire est localisée dans la membrane interne mitochondriale .
Cette chaîne de transport d'électrons est constituée de quatre complexes
protéiques
-complexe I : NADH-coenzyme Q oxydoréductase, récupérant les électrons du
NADH et permet le transport de 4 protons de la matrice mitochondriale à l’espace
inter membranaire.
-complexe II : succinate-coenzyme Q oxydo-réductase, recupérant les électrons
du FADH2 et permet le transport d’aucun proton;
-complexe III : coenzyme Q-cytochrome c oxydoréductase, et permet le
transport de 4 protons de la matrice mitochondriale à l’espace inter membranaire
-complexe IV : cytochrome c oxydase.et permet le transport de 2 protons de la
matrice mitochondriale à l’espace inter membranaire
-le coenzyme Q (ubiquinone), permet la transition entre le complexe I ou II et le
complexe III
-le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la chaîne respiratoire, permet
la transition entre le complexe III et le complexe IV.
Suite à la chaîne de complexe , le dernier accepteur d’électrons est l’oxygène qui
sera à l’origine de la formation de molécule d’eau.
une pompe à proton : ATP synthétase , à l’origine de la formation d’ATP
Exemple 1 :
Le 2,4 dinitrophénol (2,4 DNP) est un agent découplant de la phosphorylation
oxydative , qui pénètre dans la matrice et augmente fortement la consommation
d’oxygène, est dissous dans les lipides de la membrane interne de la mitochondrie
qu’il rend perméable aux protons (ionophores) . Cette fuite de protons à travers la
membrane, entraîne la diminution du gradient de protons transmembranaire. Par
suite les oxydoréductases de la chaîne respiratoire accélèrent leur pompage de
protons et donc les oxydations couplées. provoque l'effondrement du gradient
électrochimique que la cellule utilise pour produire l’énergie chimique de la plupart
des molécules d’ATP .
Ne disposant plus du gradient suffisant pour fournir l’énergie dont elle a besoin pour
la phosphorylation de l’ADP, elle catalysera la réaction dans l’autre sens, hydrolysant
l’ATP en ADP et en phosphate en utilisant le reste de l’énergie pour pomper des
protons de la matrice vers l’espace intermembranaire et libérer de la chaleur dans le
milieu.
L’énergie produite au cours des oxydations cellulaires ne peut pas être mise en
réserve sous forme d’ATP .Il s’installe donc une carence en ATP avec perturbations
de nombreux métabolismes.
-Le cyanure bloque le transfert d’électrons au niveau du complexe IV par combinaison avec
le fer ferrique Fe3+.
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64
5-Action sur la biosynthèse de l’hème : le Plomb
Le plomb se concentre dans la moelle osseuse où sa concentration est 50 fois
supérieure à celle du sang perturbant ainsi la biosynthèse de l’hème.
Cette biosynthèse de l’hème s’effectue dans la moelle osseuse a partir du
Succinyl Coenzyme A et du glycocolle.
Les enzymes inhibés par le plomb :
L’inhibition de l’Ala déhydratase entraine une élimination accrue de l’acide
amino lévulinique dans les urines.
lL’inhibition de la coproporphyrinogène décarboxylase se traduit par une
augmentation de l’élimination des coproporphyrines urinaires .Elle est à
l’origine de l’apparition de granulations basophiles dans les hématies
L’inhibition de l’hème synthétase (ferrochélatase)entraine l’apparition dans le
sang de protoporphyrines qui se lient au zinc pour donner un complexe stable
appelé protoporphyrine zinc (PPZ).
Ces anomalies dans la formation des hématies, entraînent une diminution
de leur durée de vie et à la longue une anémie marquée.
Pr SLIMANI.M
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Pr SLIMANI.M
66
Toxicité et pollution bactérienne
Les aliments peuvent être vecteurs de bactéries capables de provoquer divers
affections chez le consommateur.sur le plan de l’étiopathogénie , ces maladies se
répartissent en :
-infections (brucelloses , fièvres typhoides et shigelloses etc ) qui sont
secondaires à l’ingestion d’un nombre relativement réduit de germes spécifiques
-Toxi infections : provoquées par l’absorption massive de bactéries et de
substances toxiques , produits de leur métabolisme qui se sont multipliées dans
l’aliment ( Salmonelles, E coli )
-- intoxications , ou le seul agent étiologique est une toxine élaborée par des
microorganismes ayant colonisé l’aliment
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67
Les toxines bactériennes sont des protéines sécrétées par les germes infectieux qui
se développent dans notre organisme et dont les effets sont pathogènes. Elles se
lient aux gangliosides de la membrane plasmique et pénètrent dans les cellules Les
toxines sont également plus ou moins immunogènes : elles sont capables d'induire
une réponse immunitaire..
Il existe deux grands types de toxines :
- les endotoxines, faisant partie de Lipopolysaccharide.
-les exotoxines protéiques
Les mécanismes d'action des exotoxines
Les exotoxines peuvent être classées en fonction de différents critères :
Selon le tissu ou la cellule qu'elles altèrent:
--> les neurotoxines (toxine botulinique ou tétanique) agissent sur le
tissu nerveux,
--> les entérotoxines (toxine cholérique, staphylococcique ...) agissent
sur les entérocytes ....
Selon leur mécanisme d'action au niveau moléculaire:
--> les toxines désorganisant les membranes,
--> les toxines à activité ADP-ribosyltransférase,
--> les métallo-protéases
--> les superantigènes.
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68
les toxines protéiques
-Toxines destructrices de la matrice extracellulaire (collagénases,hyaluronidase…)
-Toxines cytolytiques destructrices de la membranecellulaire (= cytolysines)
-Toxines cytotoxiques bloquant la synthèse des protéines (shigatoxine, exotoxine
de Pseudomonas aeruginosa, toxine de Corynebacterium diphtheriae)
-Toxines cytotoniques (et cytolytiques) qui dérégulent les échanges ioniques (toxine
cholérique)
-Toxines agissant sur les neurones (neurotoxines)
-Toxines désorganisant le cytosquelette cellulaire
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Mode d'action de la toxine botulique : botulisme
La toxine botulique produites par la bactérie Clostridium botulinum, possède une
structure composée de deux chaines reliées par un pont disulfure :
Les deux chaînes, lourde et légere, constituant les toxines botuliques interviennent
dans le mécanisme d’action : la chaîne lourde permet l’entrée dans le neurone ; la
chaîne légère est responsable des effets intracystoplasmiques.
Les neurotoxines botuliques sont des endopeptidases à zinc, des enzymes capables
de couper des protéines. Les protéines sont la VAMP/synaptobrévine, la SNAP25 et
la syntaxine ( complexe SNARE) . Elles sont impliquées dans la fusion des vésicules
synaptiques avec la membrane des cellules neuronales. La chaîne légère est une
enzyme brisant les liaisons peptidiques des protéines qui agit sur le complexe
SNARE au niveau des jonctions neuromusculaires, ce qui empêche les vésicules de
fusionner avec la membrane pour libérer l’acétylcholine.Conséquence la fusion des
vésicules avec la membrane est bloquée et donc le muscle ne se contracte pas.
Pr SLIMANI.M
70
Toxine botulinique se fixe sur la membrane présynaptique , pénètre dans la
cellule et se fixe sur les vésicules , empêche la fusion des vésicules donc la
libération des neurotransmetteurs
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71
toxines à activité ADP-ribosyltransférase :
La plupart des toxines sont capables de catalyser une réaction d’ADP-ribosylation,
dans laquelle un radical composé d’adénine, de ribose, de deux phosphates et
d’un deuxième ribose (ADP-ribosyl-) est transféré du coenzyme NAD, donneur
d’ADP-ribosyl, sur une protéine.Lorsque cette protéine est une sous-unité d’une
protéine G inhibitrice par exemple, l’ADP-ribosylation la rend inactive et modifie la
transmission du signal vers l’adényl-cyclase ou les phospholipases C qui
produisent les messagers secondaires.
Exemples de toxines à activité ADP-ribosyltransférase,
1- Toxine cholérique
Toxine cholérique, ADP ribosyle divers protéine G , cette action entraine une
augmentation de l’activité intrinsèque GTP asique. Le résultat fonctionnelle de
cette toxine : la sous α est liée de façon permanente au GTP, ce qui entraine une
augmentation de la production du second messager
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73
toxines cytotoniques : choléra :
Les toxines cytotoniques perturbent les échanges ioniques et/ou d’eau. Le cas type
peut être le choléra causé par Vibrio cholerae :La bactérie produit, après
multiplication intestinale, une toxine qui provoque la sortie d'eau et d'ions de
l'entérocyte par augmentation du taux intracellulaire d'AMP cyclique.
La sous-unité B de la toxine se fixe sur un récepteur (ganglioside GM1), ce qui
déclenche l’internalisation de la sous-unité A qui provoque l'ADP ribosylation d'une
protéine G activatrice fixée sur l'Adénylate cyclase : la stimulation de l'adénylate
cyclase est maintenue de façon permanente ce qui provoque l'augmentation excessive
de l'AMPc intracellulaire. : celle-ci n'étant plus inhibée produit des quantités
considérables de ce deuxième messager qui active différentes kinases cellulaires
dont une agit sur le canal chlorures : ces ions ne sont plus absorbés et sont même
sécrétés par la cellule. Ils entrainent des charges positives (ions sodium) et bien
évidemment, par mécanisme de compensation osmotique, de l'eau. La diarrhée
produite peut être massive .
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74
Choléra
Pr SLIMANI.M
75
2- Toxine pertussique
α
A: La toxine pertussique est produite par Bordetella pertussis et est responsable
de la maladie de coqueluche, elle augmente également la sécrétion d’insulinique
: IAP = islet activating protein
la toxine Bordetella pertussis catalyse le transfert d’un groupe ADP-ribose du
NAD sur un résidu de la sous unité α qui interagit ave le site nucléotide
La protéine G. Après ADP ribosylation par cette toxine, les protéines G sont
stabilisées dans l’état αβδ tel que la liaison avec les récepteurs activés est
totalement bloqués . Le résultat d ’action de cette toxine est l’inhibition des effets
des neuromédiateurs
Pr SLIMANI.M
76
ÉVALUATION DES EFFETS D’UNE SUBSTANCE TOXIQUE
Dose tolérable: est une estimation de la dose qui peut être absorbée pendant
toute la vie sans risque appréciable pour la santé. Elle peut avoir différentes
valeurs selon la voie d’administration. Elle s'exprime en masse de substance
absorbée par unité de masse corporelle. Cette dose tolérable peut être journalière
(DJT),hebdomadaire (DHT) ou hebdomadaire provisoire (DHPT)
Pour l’inhalation, on parle de Concentration Admissible dans l’air (CAA)
Dose journalière admissible (DJA) : ou " acceptable daily intake"(ADI) : elle
s'exprime en fonction du poids corporel (en mg.kg-1p.c. par jour) et représente la
quantité totale qu'une personne pourrait ingérer quotidiennement durant sa vie
entière sans effets nuisibles.
Cette dose peut être extrapolée à partir des données animales , en appliquant la
valeur de sécurité (le facteur 100),qui tient compte des différences de sensibilité
entre les animaux et l'homme des variations inter individuelles existant au sein de
l'espèce humaine Ce coefficient de sécurité est porté à 1.000 si l'on craint que la
métabolisation chez l'humain soit différente
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77
la concentration admissible (CA) dans les aliments :
•Il s'agit de la concentration d'un xénobiotique dans un ou
plusieurs aliments qui ne peut être dépassée afin de maintenir
la dose journalière en dessous de la DJA.
CA =
DJAh .P
(généralement en ppm)
Q
Où•
P est le poids de l’homme moyen
Q est un facteur représentant les habitudes alimentaires de
chaque société.
•Il s'agit donc d'un indicateur variable d'un pays à l'autre et revu
régulièrement.
•Cette notion est à rapprocher de la Limite Maximale de Résidu
(LMR) ou Tolérance :
-Le LOEL(Lowest-Observed-Effect Level) ou la LOEC (Lowest-Observed-Effect
Concentration) est la plus faible dose (ou concentration) d’une substance qui
provoque des modifications distinctes de celles observées chez des animaux
témoins.
-Le LOAEL(Lowest-Observed-Adverse-Effect Level) ou la LOAEC (Lowest-ObservedAdverse-Effect Concentration) est la plus faible dose (ou concentration) d’une
substance qui provoque des modifications distinctes de celles observées chez des
animaux témoins
-Le NOEL(No-Observed-Effect Level) ou la NOEC (No-Observed-Effect
Concentration) : comme la dose (ou la concentration) la plus élevée d’une
substance qui ne provoque pas de modifications distinctes de celles observées
chez les animaux témoins.
-Le NOAEL(No-Observed-Adverse-Effect Level) ou la NOAEC (No-ObservedAdverse-Effect Concentration) est la dose (ou la concentration) la plus élevée
d’une substance pour laquelle aucun effet toxique n’est observé
Pr SLIMANI.M
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la Dose Effective 50 (DE50) : la quantité de substance (exprimée en masse de
toxique par kg de poids corporel) qui en moyenne produit un effet (vomissement,
tremblement, ...) sur la moitié de la population.
-Dose minimale mortelle (DMM) : la dose minimale tuant , dans un délai
déterminé , des animaux de race , de poids et d’âge déterminés
La Dose Létale 50 (DL50) : la quantité de substance (exprimée en masse de
toxique par kg de poids corporel) qui produit la mort de la moitié de la population.
Lorsque la substance administrée pénètre dans l'organisme par inhalation, la
notion de dose est remplacée par celle de concentration, Concentration
Effective 50 (CE50) et Concentration Létale 50 (CL50).
La concentration s'exprime par la formule : Va/(Va+Vd)*100
•avec Va= volume de gaz toxique et Vd = volume d'air dans lequel il est situé. Ces
concentrations sont exprimées en mg.m-3 ou (ppm).
•DL01 : dose de substance causant la mort de 1 % de la population des animaux
d'essai ;
•DL100 : dose de substance causant la mort de 100 % de la population des
animaux d'essai ;
•DLmin. : dose de substance la plus faible causant la létalité ;
•DTmin. : dose de substance la plus faible causant un effet toxique.
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Différentes méthodes de détermination de DL50
- Méthode de Dragstedt et Lang , Méthode de Karber et Behrens,-Méthode de Miller et
Tainter ; Méthode de Wilcoxon
-La méthode de calcul de la DL50 et de ses limites de confiance est celle décrite en 1944 par
Miller et Tainter. Elle consiste à porter directement sur du papier log.probabicité (Log. Probit ) ,
le pourcentage de mortalité en fonction du log Arithmétique de la dose.
La détermination de la DL50permettra de situer la toxicité de l'extrait sur l'échelle de valeur de
toxicité des substances chimiques proposé en 1980 par Hodge et Sterner .
Plus le chiffre de la DL 50 est faible, plus la substance testée est toxique.
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La dose létale 50% (LD50) a été déterminée à partir de la formule de
Karber et Berhens (1935), tient compte du nombre d’animaux tués dans chaque
dilution.
Pour deux dilutions , elle se calcule de la façon suivante :
DL 50 = DL100 – E (ab)/n,
DL50 : Dose létale 50% ; DL100 : Dose létale 100% ; a : moyenne de
la somme des morts entre deux doses successives ; b : différence entre deux
doses successives ; n : moyenne du nombre d'animaux utilisés par lot.
E: constante
TL50 : temps létal 50, temps qui s'écoule entre le moment ou le xénobiotique
commence à être absorbé et le moment où 50% des animaux meurent
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