Rongeurs

La plupart du temps et dans la majorité des cas, les rongeurs, tels que les rats, les souris, les cobayes et les hamsters, sont utilisés. L'utilisation étendue des rongeurs en toxicologie par inhalation a fourni de nombreuses informations de base pour les scientifiques. En pratique, l’avantage de l’utilisation des rongeurs est leur petite taille qui permet de tester d'importants groupes d'animaux et la facilité avec laquelle on peut se les procurer. De même, leur acquisition et leur entretien nécessitent un coût relativement faible.

Leur relative courte espérance de vie permet des tests durant toute leur durée de vie et donc une approche raisonnable de l'évaluation de la toxicité chronique et des essais biologiques de cancérogenèse.

Cependant, il existe de nombreux inconvénients à l'utilisation des rongeurs pour prédire les effets sur l'homme. En effet, l’anatomie de la région naso-pharyngée avec ses

chambres antérieures tortueuses et donc le dépôt particulaire dans cette région sont très différents de ceux de l'homme. Contrairement à l'homme, ces espèces présentent une respiration uniquement de type nasale avec un filtre nasal supérieur très efficace.

Enfin, l'estimation de la fonction pulmonaire est difficile sur des rongeurs non anesthésiés bien que la miniaturisation de sondes et de détecteurs ont permis de nombreux succès.

3.1.1.1. Rat

En raison de leur taille et de leur disponibilité, les rats de laboratoire sont les espèces les plus largement utilisées dans les études de toxicité par inhalation à la fois en aigu et en chronique.

Le problème le plus sérieux rencontrés dans cette espèce est la présence de nombreuses infections respiratoires spontanées (45). Cependant, la disponibilité de rats exempts de pathogène (pas d'anticorps contre les virus et les mycoplasmes) a permis de surmonter ce problème. De ce fait, leur longévité augmentée (supérieure à deux ans) a été fondamentale lorsque l'on considère que la période de latence de certaines tumeurs pulmonaires provoquées par quelques agents chimiques peut être supérieure à deux ans. Il s'agit d'une considération importante dans la conception des études de cancérogenèse (175).

Les inconvénients majeurs de l'utilisation des rats en expérimentation sont leurs différences fondamentales avec l'homme en ce qui concerne leur anatomie respiratoire (par exemple, l'absence de bronchiole respiratoire) et leur fonction respiratoire (les rats possèdent une respiration purement nasale). Ceci peut compliquer l’extrapolation des effets observés à l’homme.

3.1.1.2. Hamster

En raison de leur résistance aux infections pulmonaires, les hamsters dorés sont devenus l'espèce de choix pour l'étude de la cancérogenèse pulmonaire dans certains laboratoires.

Les inconvénients liés à leur utilisation sont leur grande résistance à l'induction de néoplasmes pulmonaires par des expositions par inhalation et leur courte espérance de vie.

3.1.1.3. Cobaye

Les cobayes sont les animaux de choix pour l'évaluation de la réactivité des conduits aérifères et pour l'étude des lésions pulmonaires d'origine immunologique.

3.1.2. Lagomorphes

Les lapins sont souvent utilisés pour les préparations de poumons perfusés et pour l'isolement de populations de cellules pulmonaires bien définies dans des rendements acceptables.

De nombreuses études mesurant la clairance des particules inhalées au niveau des conduits aérifères et des régions profondes des poumons ont aussi été réalisées sur les lapins.

3.1.3. Primates

Le système respiratoire des singes ressemble de très près à celui des hommes. Cependant, la disponibilité et le coût de ces animaux et la nécessité de dispositifs spéciaux et spacieux pour les loger sans oublier des considérations éthiques à l'égard du confinement des primates dans de petites chambres d’exposition durant des périodes prolongées, limitent sévèrement l’usage des primates.

Les données concernant les dommages toxiques pulmonaires chez les primates ressembleraient vraisemblablement le plus à ce que l'on peut anticiper chez l'homme. Des données sont disponibles concernant des lésions aiguës et chroniques produites au niveau des poumons des primates par l'oxygène, l'ozone et la fumée de cigarette.

3.1.4. Chiens

De nombreuses études de toxicité par inhalation utilisent comme animal test des chiens, en particulier des beagles.

Les chiens sont largement utilisés dans ces essais toxicologiques en raison de leur taille commode pour un grand nombre de mesures de laboratoire (incluant l'évaluation de la fonction pulmonaire (cf 3ème parie, paragraphe 3.1.)), de leur tempérament coopératif et des similitudes avec l'homme concernant le dépôt pulmonaire des aérosols et leur structure bronchiolaire.

Une grande diversité de maladies existent à l'état naturel chez le chien faisant de celui- ci un bon modèle pour l'évaluation de l'impact de certains agents toxiques aériens.

Les chiens ont été notamment utilisés pour étudier le pouvoir cancérigène de l'amiante et de la fumée de cigarette (36, 94, 119, 198).

Le coût et les installations nécessaires pour prendre soin correctement des chiens représentent un désavantage mineur. De plus, l'anatomie nasale du chien et le type pulmonaire sont différents de ceux des hommes.

3.2. DOSE

3.2.1. Définition de la dose

3.2.1.1. Différences entre les termes concentration et dose

Il existe de nombreuses confusions dans l'utilisation des termes concentration et dose. La concentration est le niveau de polluant présent dans l'air et susceptible d'être inhalé. La concentration atmosphérique d'un agent chimique ne correspond pas à la dose totale d'agent distribué au niveau de sites spécifiques de l'organisme.

En expérimentation, la concentration nominale se définit comme la quantité de produit injecté dans le système générateur divisée par le débit de l'air dans l'enceinte. Celle-ci n'est pas équivalente à la concentration réelle qui est déterminée par l'analyse d'échantillons d'air collectés dans l'enceinte à proximité des zones où respire le chien (cf 4.2.).

La concentration réelle varie au cours de la période d'exposition, il est par conséquent nécessaire d'analyser plusieurs échantillons collectés à différents intervalles de temps. L'installation expérimentale doit être telle que l'étendue des variations soit la plus faible possible.

L'OMS fournit de nombreuses références concernant les systèmes d'exposition, les systèmes générateurs ou les méthodes d'échantillonnage (250).

Les concentrations de gaz, vapeurs ou aérosols sont exprimées en pour cent, parties par million, ou parties par milliard.

Quand une atmosphère est introduite dans une chambre, un délai est nécessaire pour atteindre la concentration calculée. Si un bon mélange est obtenu, la concentration Ct au temps t est donnée par l'équation suivante (226) :

t = V/F loge(C/C-Ct)

où C est la concentration calculée, F est le débit de l'air en litres par minute et V est le volume de la chambre en litres.

Dans la majorité des essais toxicologiques, le paramètre le plus important est la dose administrée à l’animal de laboratoire.

De façon générale, la dose se définit comme la quantité de substance administrée à un organisme.

En toxicologie par inhalation, elle représente la quantité de polluant qui est déposée ou absorbée au niveau du système respiratoire d'un individu exposé à une atmosphère donnée pendant une durée spécifique. La dose reçue dépend des propriétés physico-chimiques de la substance inhalée, de la condition physiologique de l'animal test et des facteurs impliqués dans le dépôt et la clairance de la substance.

La dose est considérée comme administrée si l'agent pénètre et reste dans le système respiratoire indépendamment de son absorption.

Pour qu'une substance présente dans l'air inhalé exerce des effets toxiques, une dose significative doit se déposer sur des tissus sensibles.

3.2.1.2. Dose interne et dose biologique effective

La dose peut être scindée en deux composantes : la dose interne et la dose biologique effective.

- La dose interne est la quantité de polluant qui est absorbée dans l'organisme durant un temps donné.

- La dose biologique effective est la quantité de polluant ou de ses métabolites qui ont interagi avec un site cible pendant une durée donnée, conduisant ainsi à une altération d'une fonction physiologique. La connaissance de la dose au niveau du site cible initial fournit un lien crucial entre l'exposition et la réponse biologique qui en résulte.

La conséquence de l'atteinte de l'agent toxique au niveau du site cible est gouvernée par son comportement pharmacocinétique. Ceci inclut les processus d'absorption, de distribution, de métabolisme et d'élimination. Par exemple, dans le cas de l'inhalation de particules, la dose effective dans le tractus respiratoire est proportionnelle à la rétention des particules. La rétention des particules dérive de la balance de deux processus : le dépôt et la clairance.