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La modélisation en écotoxicologie
No full textInternational audienceWe present a modelling framework to link effects on toxicological targets, effects on individuals and effects on populations in ecotoxicology. Our models first link exposure and effects on individuals. They couple toxicokinetics, to link exposure and body residues, with toxicodynamics, to assess how chemicals in the organism affect biological processes. They are based on the DEB (Dynamic Energy Budgets) theory by Kooijman (2000), which describes mathematically the assimilation and use of energy. They permit to assess the physiological mode of action of substances, and the effects of complex mixtures. We recently developed a Bayesian approach to estimate their parameters. The relevance of the analysis at individual level, with incorporation of time and modes of action, guarantees the relevance of the change of scale from individuals to population and of its use in ecotoxicological risk assessment. We studied population dynamics, and could balance the effects on population parameters by the influence of these parameters on the population dynamics. We also develop a modelling approach adapted to mesocosms to simulate control situations, which should increase the predictive power of these systems. The perspectives at INERIS are the development of biology-based models for endocrine disruption and the continuation of our works on the use of the change of scale in risk assessment and on mesocosms data analysis.Pour des raisons pratiques, l’écotoxicologie s’est d’abord centrée sur l’étude de l’effet des polluants sur les organismes via des bioessais réalisés en laboratoire, avec une démarche proche de la toxicologie. En effet, ils sont réalisés avec des populations monospécifi ques homogènes, exposées à une gamme de concentrations toxiques, dans des conditions d’environnement standardisées, et l’effet n’est recherché la plupart du temps que sur un unique paramètre. En conséquence, ils ne permettent pas d’appréhender, à eux seuls, la complexité du terrain où ce sont des populations d’organismes de diverses espèces qui sont exposées à des mélanges de contaminants et où les différents effets observés interfèrent, mais pas nécessairement de manière additive. Les connaissances mathématiques, biologiques, écologiques et toxicologiques actuellement disponibles sont maintenant suffisantes pour mettre en place une démarche de modélisation capable d’apporter une plusvalue en mettant en relation les effets au niveau de cibles biologiques, les effets au niveau des individus et les conséquences projetées sur des populations, voire des communautés. C’est ce que nous nous sommes efforcés de démontrer. Dans un premier temps, nous avons développé des modèles mathématiques capables de mettre en relation les effets mesurés sur les individus avec une exposition à un contaminant
Evaluation du risque ecotoxicologique dans les milieux aquatiques à partir d'expérimentations de laboratoire Perspectives offertes par la modélisation
No full textL'écotoxicologie est toujours confrontée au même dilemme. D'un côté, son objet d'étude se situe sur le terrain, où ce sont des écosystèmes complexes qu'il s'agit de protéger des diverses contaminations. D'un autre côté, nous ne disposons, pour évaluer le risque, que de données obtenues, pour l'essentiel, au laboratoire sur quelques espèces. La modélisation est un outil essentiel pour réussir au mieux cette extrapolation extrême. Elle permet aux expérimentations de laboratoires de bénéficier des connaissances écologiques acquises sur le terrain afin que le choix des espèces testées soit le plus représentatif possible. En retour, elle ouvre la voie au développement de modèles permettant le changement d'échelle pour évaluer le risque pour les populations dans des situations de terrain, à partir de données obtenues au laboratoire sur des individus. En outre, elle peut contribuer avantageusement au développement de biomarqueurs efficaces, dont la mesure permet de rendre compte d'un risque pour les populations, en relation avec les modèles de changement d'échelle. Ce sont ces trois aspects que nous développons ic
La toxicocinétique prédictive
No full textInternational audienceDose-effect relationships in chemical risk assessment are commonly derived through simple mathematical models linking directly effects with exposure dose. These models, usually calibrated with animal data, are specific to the tested chemical, the endpoint and the experimental protocol. Accounting for toxicokinetics permit to extrapolate results for different chemicals and different scenarios of exposure. Among toxicokinetics models, physiologically based pharmacockinetic (PBPK) models are based on a realistic description of anatomy, physiology and of the mechanisms involved in the disposition of a compound within an organism, i.e. absorption, distribution, metabolism, and excretion (ADME processes). We present three examples of use of toxicokinetics models in risk assessment. In the first one, we contributed to an INRS study aiming at evaluating workers cobalt exposure. The second one consists in the recent development of a generic lifetime PBPK model accounting for physiological differences between individuals. The third one exposes the calibration of a PBPK model based on imaging data to assess the kinetics of inhaled particles.Les relations « dose-effet » développées en évaluation de risques des substances chimiques sont des modèles mathématiques simples liant la dose extérieure à un effet observé. Des modèles de toxicocinétique relient les doses et les scénarios d’exposition avec les concentrations au niveau des tissus cibles des substances. Ils permettent d’intégrer explicitement le temps et de prédire la réponse pour différentes durées d’expositions ou pour des expositions variables au cours du temps. Mais pour extrapoler entre différentes voies d’exposition, entre différentes espèces ou entre différents âges, il est nécessaire d’intégrer la physiologie de l’organisme étudié. L’étude en collaboration avec l’INRS à laquelle nous avons contribué consistait à développer et à exploiter un modèle toxicocinétique pour relier l’exposition atmosphérique de travailleurs au cobalt et sa concentration dans leurs urines
Les effets écotoxicologiques, de la molécule à la population
No full textLa compréhension des mécanismes d’effets toxiques et l’évaluation du risque des substances pour les écosystèmes sont des enjeux majeurs des recherches en écotoxicologie.Les effets écotoxicologiques : de la molécule à la population présente, au travers d’exemples concrets et de résultats de recherches récents, des concepts, des méthodes et des outils de mesure et de modélisation, qui permettent de comprendre, d’expliquer et de prédire l’impact des polluants chimiques de la cellule à la population.Cet ouvrage illustre la complexité et la richesse des questions scientifiques concernant les impacts toxiques sur différents niveaux d’organisation biologique. Il apporte des réponses aux lecteurs intéressés par les enjeux de compréhension et de prédiction des risques toxiques chimiques
Evaluation du risque ecotoxicologique dans les milieux aquatiques à partir d'expérimentations de laboratoire Perspectives offertes par la modélisation
No full textL'écotoxicologie est toujours confrontée au même dilemme. D'un côté, son objet d'étude se situe sur le terrain, où ce sont des écosystèmes complexes qu'il s'agit de protéger des diverses contaminations. D'un autre côté, nous ne disposons, pour évaluer le risque, que de données obtenues, pour l'essentiel, au laboratoire sur quelques espèces. La modélisation est un outil essentiel pour réussir au mieux cette extrapolation extrême. Elle permet aux expérimentations de laboratoires de bénéficier des connaissances écologiques acquises sur le terrain afin que le choix des espèces testées soit le plus représentatif possible. En retour, elle ouvre la voie au développement de modèles permettant le changement d'échelle pour évaluer le risque pour les populations dans des situations de terrain, à partir de données obtenues au laboratoire sur des individus. En outre, elle peut contribuer avantageusement au développement de biomarqueurs efficaces, dont la mesure permet de rendre compte d'un risque pour les populations, en relation avec les modèles de changement d'échelle. Ce sont ces trois aspects que nous développons ic
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