UMR 1331 INRA/UMP
TOXALIM
Research Centre in Food Toxicology
Laurence Gamet-Payrastre
Journées Scientifiques de l'environnement
Paris 12 Février 2013
Pesticides dans l’alimentation :
quel impact sur la santé?

Les pesticides ont été conçus au départ pour favoriser
le développement de l’agriculture dans la période de
l’après-guerre

Pesticides : utilisation
- traitement des parasites dans la maison
- traitement des bois et textiles
- soins des animaux
- traitement des plantes d’intérieurs, jardins privés (1400 tonnes/an) ,
- espaces verts, voies de transport, terrains de sport de loisirs (1150 tonnes /an)
Recensement agricole
- 663 807 fermes
- 1.3 millions d’actifs
- 32 millions d’hectares cultivés
- Utilisation non agricole et « domestique » (10%)
- Essentiellement à des fins agricoles (90%)

Devenir des pesticides dans l’environnement
Transfert (absorption, volatilisation) vers eau de surface, air, sols (eaux profondes)
Rétention Dégradation
1 départements : dépassement des limites de qualité en pesticides dans les eaux destinées à la
nsommation humaine (Direction départementale des affaires sociales et sanitaires (DDASS)
résence de pesticides dans les eaux embouteillées
EAUX (IFEN données 2006)
-121 pesticides quantifiés dans les eaux souterraines
- 235 ont été détectés au moins une fois dans les eaux de surface
-8 SOLS prise de conscience depuis une 20 aine d’années
co -Pas d’exigence réglementaire concernant la présence de résidus des pesticides
-Difficulté d’apprécier la contribution des sols à l’exposition globale aux pesticides
AIR
- Aucune norme pour réglementer les teneurs en pesticides dans l’air ambiant
- Associations agrées de la qualité de l’air (AASQA)
- 100 000 mesures INERIS entre 2002 et 2006
- présence de pesticides à la fois dans l’air urbain ou rural ( une vingtaine de
molécules ex Folpel (fongicide vigne) endosulfan (insecticide) chlorpyrifos (insecticide)
- rémanence dans l’air intérieur de certains composés (lindane, dichlorvos, chlorpyrifos endosulfan)
Rapport du groupe d’étudeAfsset ORP 2010

Les professionnels
Les agriculteurs
Les spécialistes des charpentes
Les préparateurs
L’utilisateur de pesticides « ménagers »
La population en générale
la principale source d’exposition
- alimentation 80%
- eau 10%
Qui est exposé aux pesticides?
Espace vert forêt
Secteur du bois
Hygiène publique
Secteur agricole
Dans l'Union Européenne 49,5% des fruits et
légumes contiennent des pesticides.
EFSA, scientific report, 2009)
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Haricots Carottes Concombres mandarines Oranges Poire P d terre riz épinards
Exposition du consommateur à un mélange de pesticides
Epinards
pesticides
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 %
Individuellement quantité < ADI ou LMR

365 pesticides dans les fruits et légumes
C'EST CE QU'OBSERVE UN
RAPPORT DE L'AGENCE
EUROPÉENNE DE SÉCURITÉ
ALIMENTAIRE. 3,5% DES
ÉCHANTILLONS PRÉSENTENT DES
TAUX SUPÉRIEURS AUX NORMES
EN VIGUEUR.
Obs, juillet 2010
nouvel
Les pesticides : des facteurs de risque?

Facteurs de risque : cas de l’exposition des agriculteurs
L’exposition professionnelle aux pesticides, et en particulier chez les
agriculteurs, est souvent corrélée à un risque accru de pathologies graves
comme :
-Certains cancers (lymphome, leucémie, cancer du cerveau, cancer de la
prostate)
- Certaines maladies neuro-dégénératives ( maladie de Parkinson )
- Des troubles de l’immunité
-Des troubles de la reproduction et des perturbations endocriniennes
(baisse de testostérone, diminution du nombre de spermatozoïde chez les
hommes et infertilité chez les femmes (herbicides)
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Meta-analyse d’études épidémiologiques (13 études)
Incidence des cancers hématopoïétiques dans les populations
professionnellement exposées aux pesticides
.269392
OR
11.7189
Pooled-OR
Adegoke OJ
Strom SS
Strom SS
Brown L
Terry PD
Rigolin GM
Adegoke OJ
.417997
RO
8.60115
Pooled-OR
Baris D
Baris D
Baris D
Baris D
Baris D
Baris D
Nanni O
Nanni O
Nanni O
Leucémies
Myélomes Multiples
OR Total = 1.35 (95 % CI = 0.9-2) OR Total = 1.16 (95 % CI = 0.99-1.36)
d-OR
Fabb
C
r
l
o
a
-
v
P
e
e
l
r
J
ay P
Pool.e322012 OR 67.2666
C
C
h
l
a
i
u
v
e
B
l
C
J
H
Chiu BCH
Chiu BCH
Chiu BCH
Chiu BCH
Chiu BCH
C
Fr
h
i
i
t
u
sc
B
h
C
i
H
L
Fritschi L
Fri
i
tschi
i
L
C
F
a
ri
n
ts
to
c
r
h
K
i L
P
Kato I
Kato I
Kato I
OR Total = 1.35 (95% CI= 1.2-1.5)
Lymphomes
• l’exposition professionnelle aux pesticides entraine
une augmentation de 35 %du risque de développer
les NHL
• l’exposition professionnelle aux pesticides tend à
augmenter l’incidence des leucémies ou myélomes
multiples
M. Merhi, Cancer Causes Control, 18, 1209-12 , 2007
Forrest plot montrant les différentes valeurs de risque (OR) obtenues
dans chaque étude et répJoaurrtnieéesslSecileonntigfiqdu’eusndeaxede valeur 1.
Estimationl'denevilr’oOnRnemtoetnatlP(aprioso1l2eFdéOvriRer).
2013

• des mères
- ↑ 53% risque de lymphomes (5 études)
- ↑ 48% risque de leucémie (25 études)
OR 1.53; 95%CI 1.22-1.91
OR 1.48; 95%CI 1.26-1.75
• du père
- ↑ 49% risque de cancer du cerveau (9 études) OR 1.49; 95%CI 1.23-1.79
- ↑ 32% risque de leucémie (19 études)
- ↑ 37% risque de lymphomes (9 études)
OR 1.32; 95%CI 1.20-1.46
OR 1.37; 95%CI 1.16-1.61
Exposition prénatale
Importance de la période prénatale
en terme d’exposition aux facteurs de risques
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Exposure to pesticides and risk of childhood cancer:
a meta-analysis of recent epidemiological studies
40 articles (1985-2009), 304 estimations du risque
(OR)
Florence Vinson, Maysaloun Merhi, Hélène Raynal, Isabelle Baldi and L. Gamet-Payrastre
(Occup Envir Med 2011 Sep;68(9):694-702)

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Impact des pesticides sur
des cellules humaines en culture
Les pesticides : des facteurs de risque?
Les études expérimentales
- Prolifération et différenciation cellulaire
- Production de radicaux libres
- Dommages à l’ADN
- Voie de signalisation cellulaire/facteur de transcription

Les pesticides dans l’aliment : quel impact sur la santé
On ne peut pas transposer l’in vitro à l’échelle
humaine
On ne peut pas appliquer le risque encouru par le
professionnel à celui du consommateur
Exposition professionnelle ≠exposition consommateur
- Voie
- Doses
- Durée
Exposition alimentaire aux pesticides
Mélanges
À faibles doses
À long terme

Effets des mélanges de pesticides : peut-on les prédire à
partir de l’effet des molécules seules
Hypothèse :
absence d’effet des mélanges quand les composés sont présents aux doses
correspondant à leur NOAEL (no observable adverse effect level)
Non applicable à tous les mélanges
Merhi M, 2010; Kortenkamp,A. (2008) Rider, C. V 2010, V
aleron
PF2009; Perobelli JE 2010; Christiansen S 2009; Blystone C.R.
2009; Blystone C.R. 2009; Perez Carreon JI 2009 etc..;
Mélanges de pesticides :
- effet additif, synergique ou antagoniste
- effets différents au sein d’une même famille de composés
- pas d’effet

Compartiment sanguin
MDR
PgP
efflux
CYP 3A+++
CYP1A
Phase I
xénobiotiques
-
OC
CPO/diazinon
+
Lumière
intestinal
MRP2
Cellules épithéliales
intestinales
chlorpyrifos
- endosulfan
vinclozoline
+
+
Phase II
Impact sur leur biodisponibilité
et donc leur toxicité en mélange
M
MRP1
c
→ Différents niveaux d’interaction : cellulaires et moléculaires
Les systèmes de protection cellulaire :
ABC transporteurs et
Enzymes du métabolisme des xénobiotiques
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pas de conclusion généralisable à l’ensemble des mélanges
Effet complexe et non prédictible des mélanges
Les voies de transduction du signal
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Comparaison
Effet pesticides seuls/Effet du mélange
3 pesticides : atrazine chlorpyrifos et endosulfan
Incorporés dans l’aliment Faibles doses DJA
long terme - in utero → adulte (souris)
Caractérisation de l’exposition alimentaire
Fonctions physiologiques vitales
Hématopoïèse
Système nerveux central (certains paramètres)
Utilisation d’un modèle animal pour mimer l’exposition alimentaire
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5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 ppm
1H NMR spectra
Extraction
Sample
preparation
Samples (Plasma
liver brain ) analysis
by 1H NMR
spectroscopy
integration of signals
CONT Group 3
Group 2
Group 1
Multivariate statistical
analysis
Tissue or cells
Glucose
Taurine
Glycine
Glutamate
Lactate
Lysine
Leucine
Metabolites
identification
Metabonomic Methodology: characterization of dietary exposure to
pesticide alone or in combination
Data reduction :
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l'environnement
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Fingerprint of plasma metabolites in animals exposed
from fœtal development until 11 weeks old
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
-4 -3 -2 -1 4
t[2
]
0 1 2 3
t[1]
C
ON
T10
C
O
C
O
NT11
NT14
C
C
O
O
N
C
N
T
O
T
1
N
1
2
T
5
1
3
0
A13A10
A
814
A07
A09
C
06
C09
C
0
C
8
07
E14
E
17
E19 A
E
E
E
1
0
1
8
E
5
6
2 1
E
211
E
2
13
E
22
E
23
A
A
C
C
E
E
0
0
8
5
AC
E
07
A
C
E
0
9
6
1)
Q
2
= 0.
4
8 3
11 weeks old female
Chlorpyrifos
Mi
x
Endosulfan
AA
t
1
1
razine
control
-0,30
-0,20
-0,10
-0,00
0,10
-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 -0,0 0,1 0,2 0,3 0,4
t[1]
t[2
]
CONT06
A01
A04
A
A
0
A
2
0
5
6
3 C
02
C
C
0
0
3
1
C04
C
O
C
O
N
T
N
0
T
4
0
2
C
C
O
O
N
N
T
T
0
C
5
7
0
0
5
E
0
3
1
E
04
E
05
E
07
E
09
E
E
0
1
2
0
ACE
01
ACE
03
SIMCA-P+ 12.0.1 - 2012-05-18 10:56:20 (UTC+1) SIM
CA-P+ 12.0.1- 2012-05-1711:17:53(UTC+
0,30
Q2 = 0.624
0,20 ACE02
11 weeks old mal
E
0
e
6
Chlorpyrifos
ACE
04Mix
Endosulfan
Atrazine control
Fingerprint of plasma metabolites
in weaning animals
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
-0,0
0,1
0,2
0,3
-1,0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
t[1]
t[2
]
C
ONT01
CONT02
CONT03
CONT04
CONT05
A02
A04
A01
A05
C01
C
C
00
23
C
04
C
0
E02
E03
E
01
E05
AC
E02
ACE03
ACE04
ACE01
ACE05
SIMCA-P+ 12.0.1 - 2012-05-14 17:16:34 (UTC+1)
Q
0,5
0,4
2 = 0.602
f
Endosul an
i
M x
h
5
r f
C lo pyri os
A
A03
trazine
Control
Weaning mal e -20
-15
-10
-5
0
5
10
15
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5
t[1]
10 15 20 25 30 35
SIM
CA-P+ 12.0.1 - 2012-05-11 13:27:29 (UTC+1)
40
t[2
] CO
CN
OT
N
0
T
6
09
C
O
N
T
1
0
8
0
A09
06
A08
A10
6
C07
C0
C09
C10
E06
E07
E08
E09
6
A
A
C
E
C
E
0
A CE1
E
8
7
09A
0
CE0
C
CONT0
o
7
ntrol
At
A
ra
z
ine
Chlorpyrifos
Endo u
s lfan
Q
2
2
0
cum=0.459
Wean g Fe
in m
M
a
i
l
e
x
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Chez les animaux adultes
• Peripheral /differential blood cell count
– Chlorpyrifos :↑ peripheral lymphocytes (♀)
– Atrazine no effect
– Endosulfan :
• ↑ CD90 stem cells
• ↓ Hemoglobin levels
• ↑reticulocytes (immature red blood cells)
• In vitro haematopoiesis assay (bone
marrow)
– Chlorpyrifos: ↓B cell lineage (♂♀)
– Atrazine ↓B cell lineage (♂)
– Endosulfan
• ↑GM colonies (♂♀)
• ↑BFU-E (♂♀)
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Hématopoïèse

Hemoglobinmales
12
14
16
18
20
22
24
** ***
Hb
g
/
1
0
0
ml
0
20000
40000
60000
80000
* **
Ré
t
i
c
ulocyt
es/µl
Hemoglobin female
10
12
14
16
18
20
*** *
Hb
g/100ml
Reticulocytes females
0
50000
100000
150000
* ** **
Ré
t
i
c
ulocyt
es/µl
C
h E
0
50
100
150
200
250
*
C
o
l
o
n
y
number
(
c
ont
r
ol
%)
BFU-E female (%of control)
0
100
200
300
**
Co
l
o
n
y
number
(control
%)
Endosulfan effect on Red Blood Cell lineage
Réticulocytes males
↑Immature RBC
BFU-Emale (%of control)
Red blood cell progenitor
Mixture : effect close to the effect of endosulfan
or no effect
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Étude du système nerveux central
(E Steidl, B Buisson)
Tranches de cerveau :
• Hippocampe
– Mécanisme de plasticité synaptique : capacité des neurones à
modifier la force de transmission synaptique
→ mécanisme qui sous-tend les phénomènes de mémoire et
d’apprentissage
– Réponse épileptiforme en réponse au 4 aminopyridine (antagoniste
des canaux K+)
• Cervelet : Profil de décharge des neurones de Purkinje dans le cervelet
élément central du réseau synaptique du cortex
→ conséquences sur le traitement de l’information et modifications des
fonctions effectives (comportement, coordination )
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Les pesticides en mélanges augmentent la
sensibilité des neurones au composé pro-
épileptique
 Pas d’effet des pesticides seuls
 Impact du mélange
 ↑fréquence des décharges épileptiformes
Mesure de l’intensité des décharges
épileptiques induites par 30 µM 4-AP
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 Le fait que les contaminants n’excèdent pas les doses limites de
références n’est pas forcément un argument de sécurité alimentaire
• L’impact d’une exposition alimentaire à un mélange de pesticides dépend du
paramètre étudié
• L’effet du mélange peut être du à un seul composé (endosulfan/ haematopoïèse)
• Seul le mélange semble affecter un paramètre du système nerveux central
 Effet du mélange n’est pas prédictible de l’effet des pesticides seuls
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Complexité de l'étude de l’impact des mélanges
Co-exposition
Facteurs protecteurs/facteurs de risque
Complexité des relations Alimentation/Santé
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Pesticides et micronutriments
ratio bénéfice risque??
pesticide/ micronutriments : Interaction moléculaire
Les antioxydants naturels du jus de fruit ou la quercetine en solution →
↓taux de dégradation oxidative de certains pesticides
(ex OP aldicarbe, deemthonSmethyl fenamiphos et methiocarbe) Pico Y
, 2007
pesticide/ micronutriments : cibles biologiques identiques
1) Statut oxydoréducteur
2) enzyme du métabolisme des xénobiotiques et
transporteurs d’efflux
3) Protéines clés du la régulation prolifération et différenciation

ROS espèces oxygénées réactives
Echec régulation
statut redox
Stress oxydant
Attaque lipide, DNA,
protéines
O2
Inflammation
Défenses
cellulaires
PROTECTION
Dégâts
cellulaires
Mutation DNA
Systèmes enzymatiques
(SOD, catalase, glutathion
peroxydase) et glutathion
cytoP450
Radicaux primaires dérivent de l’oxygène
(OH., O2., NO.)
jouent un rôle cellulaire dans :
défense, cycle cellulaire, différenciation, mort
cellulaire, transduction des signaux
Micronutriments et vit E, C
Facteurs environnementaux
Radiation, hyperoxie, xénobiotiques
pesticide
+
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PROOXIDANT VERSUS ANTIOXIDANT :
vitamine E , vitamine C, sélénium extrait phénolique ↓ l’impact atrazine et
endosulfan chlopyrifos sur la lipoperoxidation lipidique hépatique et dans les
érythrocytes chez l’animal singh M, 2011, Mor F
, 2009
La quercerin la catechine (20 mg/kg bw) administrée par gavage pendant 4
semaines avec du chlorpyrifos (5.4 mg/g/bw) une fois par jour diminue la
peroxidation lipidique dans le poumon Gokce Uzun,F, 2010
L’INTERACTION PESTICIDE MICRONUTRIMENTS = COMPLÉMENTARITÉ????
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Compartiment sanguin
MDR
PgP
efflux
CYP 3A+++
CYP1A
Phase I
Contaminant
Micronutriment
Flavone du jus de raisin,
piperine
Polyphenol thé vert
curcumin
-
-
OC
CPO/diazinon
↑Expression
et efflux
+
-
Lumière
intestinal
MRP2
Cellules épithéliales
intestinales
chlorpyrifos
- endosulfan
vinclozoline
+
+
L’INTERACTION PESTICIDE MICRONUTRIMENTS
ET PROTECTION/DÉTOXICATION CELLULAIRE
Impact sur leur biodisponibilité respective
des autres composés du mélange
Phase II M
MRP1
c
quercetine
quercetine
+/-
Vin rouge
Sulforaphane
Jus de raisin +
Garlic acid
-

Some of the important molecular pathways affected by phytochemicals
Gullett et al., 2010
pesticides
pesticides
pesticides
pesticides
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■ Les produits ne sont pas les mêmes au cours des années
■ Mélanges différents tous les jours
■ Exposition différente d’un individu à l’autre
■ La fréquence d’exposition
■ Co exposition facteurs de risques et facteurs protecteurs /Interaction des
composés du mélange à différents niveaux
Prise de conscience au sein des agences de sécurité alimentaire
Évaluation du risque des mélanges de contaminants
Développement de méthodes de calcul théorique des risques
Tester l’effet des mélanges représentatifs de l’exposition humaine
Prendre en compte les différents niveaux d’interactions cellulaires et
moléculaires et les interactions avec la matrice végétale
Il est difficile de mettre en évidence une relation de causalité
entre pesticides et santé chez le consommateur