Influence de la matrice sol sur la biodisponibilitté orale des Polluants Organiques Persistants chez les ruminants laitiers

Influence of soil matrix on the oral bioavailability of Persistent Organic Polllutants in dairy ruminants

• Auteur / Autrice : Fayçal Ounnas
• Direction : Guido Rychen, Cyril Feidt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 30/06/2011
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche animal et fonctionnalités des produits animaux (Vandoeuvre-les-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Chemineau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guido Rychen, Cyril Feidt, Philippe Chemineau, Tom Van De Wiele, Sébastien Denys, Stéphanie Ouvrard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tom Van De Wiele, Sébastien Denys

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ruminants

Sols -- Pollution

Mots clés libres

Biodisponibilité

Bioaccessibilité

Ruminant

Sol

PoP

Bioavailability

Bioaccessibility

Ruminant

Soil

Pop

Résumé

Dans son rôle « géo-accumulateur », le sol peut constituer un réservoir de Polluants Organiques Persistants (PoP). Les animaux élevés en plein air comme les ruminants laitiers peuvent alors être exposés aux PoP via l’ingestion involontaire de sol, un bovin adulte pouvant ingérer jusqu’à 800 g de sol par jour. Cependant, le mécanisme de sorption des PoP sur les particules du sol se caractérise par la formation de liaisons fortes susceptibles d’atténuer leur biodisponibilité. Afin de préciser le transfert des PoP du sol vers le ruminant, nous avons développé différentes approches permettant d’évaluer la biodisponibilité de ces contaminants. La chèvre en lactation a été choisie comme modèle de ruminant laitier.Les travaux se sont focalisés sur deux familles de composés : les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) qui sont des molécules sensibles au métabolisme, et les PolyChloroBiphenyles (PCB), peu sensibles au métabolisme. Pour les PCB, la biodisponibilité relative a été obtenue en comparant les coefficients de transfert ou « Carry-Over Rate » obtenus à la suite de l’ingestion de sol avec ceux trouvés dans la littérature impliquant des matrices alimentaires telles que le foin. Cette valeur, obtenue à l’équilibre, désigne la part fixe du contaminant atteignant le lait. La seconde expérience a été élaborée afin de calculer la biodisponibilité relative des HAP liés au sol. Cette démarche s’est basée sur la comparaison des pentes des courbes doses-réponses obtenues entre l’ingestion de la matrice sol ou de la matrice de référence (l’huile) et l’excrétion des métabolites de HAP hydroxylés majoritaires dans les urines. La dernière étude a consisté en une collecte de données de la littérature, dans le but de déterminer globalement le rôle de la matière organique (carbone organique) du sol sur la bioaccessibilité des HAP dans le tractus gastro-intestinal. Les résultats des études que nous avons menées démontrent que le sol a un impact limité sur la biodisponibilité orale de l’ensemble des PoP chez le ruminant. Cependant, la lipophilicité des PoP semble jouer un rôle dans la régulation de leur biodisponibilité. En effet, l’impact du sol sur la biodisponibilité du Phénanthrène est limité (molécule à trois cycles), tandis que la réduction de la biodisponibilité du Pyrène a été estimée à 50 % (molécule à quatre cycles).Du plus, la bioaccessibilité dans le tractus digestif (une des composantes de la biodisponibilité) a été estimée pour les HAP : elle varierait entre 0,2 et 46%, et serait guidée par la concentration des HAP et la teneur en carbone organique du sol. L’effet géosorbant du sol, qui explique son rôle de réservoir environnemental de PoP, paraît insuffisant dans les conditions du tractus digestif du ruminant laitier, pour éviter une contamination des produits animaux. Une attention particulière doit être portée au sol dans les scénarios d’évaluation du risque

Persistent Organic Pollutants (PoP) can be accumulated through the “memory effect of soil”. Ruminants can therefore be exposed to the PoP through involuntary ingestion of the contaminated soil. On pasture, soil ingested by ruminants can reach 800 g of soil per day. But PoP interact with the soil particles, leading to the formation of strong bonds which can decrease their bioavailability. Therefore, we developed several approaches in order to determine the bioavailability of soil-bound PoP. Indeed, more precision on the impact of soil on the bioavailability of the contaminants is essential to assess the transfer to the animal products. The investigations focused on two PoP families: the Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) which are readily cleared and the PolyChloroBiphenyls (PCB) which are poorly metabolized. For the PCB, the relative bioavailability was estimated by comparing the values of the transfer coefficients or « Carry-Over Rates » obtained after soil ingestion, with that those obtained in the literature with other food matrices such as hay. The second study was conducted in order to calculate the bioavailability of soil-bound PAH. This experimental approach lay in comparing soil matrix with the reference matrix (oil) through the urinary excretion of the major hydroxylated PAH metabolites. The last investigation focused on the statistical combination of the results of several studies that address a set of related research on the role of organic matter (organic carbon) on the bioaccessibility of the PAH in the gastro-intestinal tract. The results of the studies performed show that soil has limited impact on the PoP bioavailability in ruminants. However, the lipophilicity of PoP seems to play a role in regulating their bioavailability. Indeed, soil impact is not significant for Phenanthrene (three-ring molecule), whereas the bioavailability of Pyrene is estimated at 50 % (four-ring molecule). The bioaccessibility in the gastro-intestinal tract is a component of the bioavailability; it was estimated for PAH at between 0.2 and 46%, and seems to be led by the concentration of PAH and the organic carbon content in soil. These results suggest that soil matrix deserves some special focus because its properties of geoaccumulation may increase the risk of transfer of PoP to the ruminant. The geosorbant property of soil, which explains its role as environmental reservoir of PoP, does not appear enough to avoid contamination of animal products, in the conditions of the lactating ruminant digestif tract. Particular attention should be paid to soil in the scenarios of risk assessment