EXPOSITION DU CORPS ENTIER : ENCEINTE CONFINEE

5.1.1. Conception des chambres d'inhalation

Les chambres d'inhalation doivent contenir un accès pour placer et sortir les animaux test, pour prélever des échantillons et pour introduire et retirer les agents chimiques. Pour ce faire, l'enceinte fermée est connectée à des entrées et des sorties d'air. Le toxique est introduit sous forme de gaz, de vapeur ou d'aérosol grâce à une arrivée d'air. Un filtre placé à la sortie permet d'adsorber le toxique, évitant ainsi sa libération dans l'atmosphère. Des fenêtres ou des hublots doivent permettre une bonne visibilité pour l'observation de l'animal.

Les chambres d’exposition doivent être conçues afin d'assurer une distribution uniforme et homogène du toxique dans le courant atmosphérique, tout en évitant des phénomènes de turbulence qui pourraient entraîner des variations locales de concentrations. De plus, les chambres doivent permettre d’atteindre rapidement les concentrations désirées en toxique, de maintenir de façon homogène les niveaux souhaités dans l'ensemble de la chambre et de minimiser la hausse de température et l'accumulation des produits non désirés associées à l’occupation animale (en général, l'ammoniac et le dioxyde de carbone).

Les chambres doivent donc posséder un modèle d'écoulement de l'air qui facilite le mélange et assure l’homogénéité de l’atmosphère dans la chambre tout en évitant une augmentation des polluants indésirables.

Un problème majeur concernant l’exposition à des aérosols acides est l'augmentation possible de la quantité d’ammoniac dans les chambres en raison de l’action microbienne sur les excréments animaux. Ainsi, un système sanitaire performant doit aussi accompagner l’usage des chambres.

Les chambres d’exposition nasale évitent nombres de ces problèmes.

Selon MacFarland (150) et Bernstein (21), le volume de l'enceinte doit être au minimum égale à 20 fois le volume de l'animal afin d'éviter une diminution de la concentration du toxique et une augmentation de la température intérieure. Le volume de la chambre doit permettre à l'animal d'être placé en position centrale de telle façon qu'il soit exposé à une concentration constante en toxique.

A la base, les chambres ont été fabriquées à l'aide de différents matériaux : murs en verre avec des cadres en bois (121) ou en tôle (261). Or, les matériaux de construction constituant les parois doivent être résistants à la corrosion, peu absorbants et être facilement nettoyés et décontaminés. De même, il est primordial que ces matériaux ne réagissent pas chimiquement avec le toxique à tester. L'acier inoxydable, le téflon et le verre possèdent ces avantages. De nos jours, les chambres sont donc fabriquées à partir de ces matériaux inertes. Il est à noter que du polyéthylène ou du tétrafluoroéthylène peuvent être pulvérisés sur les murs afin de produire une surface non réactive.

5.1.2. Systèmes d'exposition statiques ou dynamiques

Les systèmes d'exposition peuvent se mener selon un mode dynamique ou statique :

5.1.2.1. Systèmes statiques

Dans une chambre statique, il n’y a pas d’écoulement d’air à travers le système. Les chiens pénètrent dans un système fermé hermétiquement qui contient une atmosphère contenant le toxique étudié. Par conséquent, ces systèmes reposent généralement sur l’air présent à l’intérieur de la chambre pour maintenir les animaux exposés.

Le temps d’exposition est relativement court, bien que certains systèmes soient conçus pour remplacer l’oxygène consommé et éliminer le dioxyde de carbone expiré afin d’augmenter le temps d’exposition.

Les systèmes statiques conviennent donc seulement pour l’estimation du risque d’une exposition à très court terme. La concentration atmosphérique ne reste généralement pas stable dans ces systèmes. En effet, si l'atmosphère est produite uniquement au début de l'expérience, les concentrations en toxiques diminueront en raison des phénomènes d'absorption par l'animal.

L'avantage des systèmes statiques est leur simplicité d'emploi. De plus, ce type de système consomme seulement la fraction de toxique requise pour générer une atmosphère dynamique aux concentrations équivalentes. Ainsi, les systèmes statiques sont utilisés de préférence en recherche lorsque le toxique testé est marqué par un isotope.

5.1.2.2. Systèmes dynamiques

La plupart des essais par inhalation utilisent des conditions dynamiques d'exposition. Les animaux sont placés dans des chambres d'exposition et le système de production est mis en service. Dans les systèmes dynamiques, l’atmosphère test passe à travers la chambre d’exposition et est renouvelée continuellement. Ceci permet de maintenir une atmosphère stable et d'éviter une diminution de la concentration en oxygène causée par la respiration de l’animal.

Les systèmes dynamiques, quelque soit leur taille ou leur concept, impliquent une quantité considérable d'équipements annexes afin de maintenir la température et l'humidité relative et des conditions appropriées à l'écoulement de l'air dans la chambre.

Il existe un grand nombre de modèles utilisés en pratique courante, certains étant disponibles dans le commerce, d'autres étant conçus et construits par des laboratoires privés.

Les principaux critères à prendre en compte lors de la conception des systèmes dynamiques sont les suivants :

- La concentration de l'atmosphère test doit être raisonnablement uniforme dans l'ensemble de la chambre et doit augmenter et diminuer à un taux proche de la théorie respectivement au début et à la fin de l'exposition (figure 26). Tout d'abord, la concentration dans la chambre augmente rapidement jusqu'à un équilibre théorique. Silver démontra que le temps nécessaire pour atteindre un pourcentage donné de la concentration d'équilibre dans la chambre était proportionnel au débit de l'atmosphère pénétrant dans la chambre et au volume de la chambre d'exposition (226) :

tx= kV/F

où : tx correspond au temps requis pour atteindre x% de la concentration d'équilibre

k est une constante dont la valeur dépend de celle de x V est le volume de la chambre

F est le débit total à l'intérieur de la chambre.

La valeur t99 est fréquemment utilisée car elle représente le temps requis pour atteindre

99% de la concentration d'équilibre et elle informe sur l'efficacité de la chambre. Ainsi, la valeur théorique de k à t99 est de 4,605 si l'efficacité est maximale. A ce niveau, la

concentration dans la chambre peut être considérée comme constante.

Lors de l'évaluation de la performance de la chambre, plus k se rapproche de la valeur de 4,605, meilleure est l'efficacité de la chambre.

Les caractéristiques temps-concentration d'une chambre donnée sont décrites par les valeurs de V et F (149, 226).

On peut noter que les concentrations réelles mesurées à partir des échantillons collectés dans la chambre présentent des variations durant une seule exposition ou entre les différents jours d'une exposition de longue durée. De façon générale, la concentration des gaz ou des vapeurs présente moins de variation à l'intérieur de la chambre que dans le cas des aérosols. En effet, après plusieurs semaines d'expérimentation, l'écart-type d'une série de mesures réalisées au cours d'une journée ou durant plusieurs jours consécutifs ne varie pas plus de 10% dans le cas des gaz ou des vapeurs. Par contre, des variations de l'ordre de 20% sont fréquemment rencontrées avec les aérosols, notamment avec les aérosols solides (150).

- Le débit d'air doit être contrôlé car il ne doit pas être trop élevé car ceci pourrait provoquer des courants d'air. Le débit doit permettre de maintenir une quantité adéquate d'oxygène et des niveaux convenables de température et d'humidité. L'exposition se termine lorsque le débit de l'agent est arrêté ce qui mène au déclin de sa concentration dans la chambre selon une courbe exponentielle (figure 26).

- Les matériaux de la chambre ne doivent pas modifier la nature physique ou chimique de l'atmosphère test.

Au cours d'une expérimentation, il est utile et recommandé de monitorer et de répertorier le débit d'air, la température et l'humidité à l'intérieur de la chambre. Le contrôle de la température à l'intérieur de la chambre est crucial pour réaliser une bonne conduite des études par inhalation. En effet, une température élevée peut altérer la physiologie et le métabolisme de l'animal et augmenter les interactions chimiques.

- Les chambres possèdent une pression atmosphérique égale à - 2 cm H2O afin de protéger le personnel d'éventuelles fuites. La pression doit être vérifiée constamment dans le système.

Figure 26 : Augmentation et diminution de la concentration dans un système fermé. L'exposition débute au temps ta et s'arrête au temps tc mais l'arrivée de toxique est stoppée au

temps tb ; la période d'exposition s'étend de ta à tc , l'exposition supplémentaire de tb à tc est prévue pour compenser la croissance exponentielle du toxique de ta a t99 (148).

5.1.3. Inconvénients de l'exposition du corps entier

Dans ce type d'exposition, l'absorption des agents chimiques se fait par pénétration dans le système respiratoire, mais aussi par la peau et par passage dans le système gastro- intestinal suite à la déglutition. Une toxicité systémique peut alors être observée.

En effet, les gaz, les vapeurs, les gouttelettes et les particules solides peuvent se dissoudre dans le fluide de mucus recouvrant le système respiratoire et atteindre, grâce à l'escalator muco-ciliaire, le pharynx où ils sont déglutis. Par ce mécanisme, ils atteignent le tractus digestif.

La toilette des chiens par léchage durant et après les expositions par inhalation peut aussi provoquer l'exposition du système gastro-intestinal. Or, les quantités déposées sur le pelage et par la suite ingérées par léchage peuvent être largement supérieure à celles déposées dans le système respiratoire.

Les aspects quantitatifs des expositions dermiques et orales n'ont pas été suffisamment étudiés mais peuvent varier de façon importante en fonction des propriétés physico-chimiques du toxique étudié.