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Pathologie - Toxicologie
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Toxicocinétique - Métabolisme [1, 2]
La mélamine est rapidement absorbée par le tractus gastro-intestinal et excrétée sous forme inchangée, principalement dans l’urine. Cette substance traverse les barrières placentaire et hémato-encéphalique et est retrouvée dans le lait.
Chez l'animal
Absorption
Chez le rat, la mélamine est rapidement absorbée par le tractus digestif (une dose par gavage), le pic de concentration plasmatique étant atteint en une à deux heures. Il en est de même chez le singe, le pic étant atteint en 2,6 heures.
Distribution
Des études menées sur différentes espèces (rat, singe, cochon et mouton) suggèrent une distribution dans la plupart des organes. Chez le rat, les concentrations en mélamine les plus élevées ont été mesurées dans les reins et la vessie.
La mélamine traverse la barrière placentaire et se distribue dans les fœtus de rates gestantes. Deux heures après l’administration par gavage de 21,4 mg/kg pc (une dose, entre le 16e et le 18e jour de gestation), le pic de concentration en mélamine est mesuré dans le fœtus ; elle est aussi présente dans le lait maternel.
La mélamine peut aussi traverser la barrière hémato-encéphalique et être retrouvée dans le cerveau de rats [11].
Métabolisme
Aucune métabolisation n’est observée chez les mammifères aux faibles doses ; en revanche, suite à l’administration de 125 ou 250 mg/kg pc, respectivement chez le chien et le rat, deux métabolites sont identifiés dans leurs urines en plus de la mélamine inchangée : le monophosphate de dimélamine et le mono-oxalate de monomélamine [2].
Excrétion
La demi-vie d’élimination plasmatique de la mélamine est de 4,41 heures chez le singe.
L’excrétion urinaire est la principale voie d’élimination chez l’animal, même si la part retrouvée dans les fèces augmente lorsque les doses administrées sont plus importantes. Ainsi, l’administration orale d’une dose unique de 1,3 mg/kg pc de mélamine radiomarquée à un rat mâle adulte entraine l’excrétion de 90 % de cette dose dans les urines en 24 heures ; lorsque la dose passe à 1000 mg/kg pc, 61 et 25 % de la dose sont retrouvés respectivement dans les urines et les fèces, en 24 heures.
Chez l'Homme
Très peu de données sont disponibles chez l’Homme.
Une étude de perfusion placentaire humaine in vitro a permis de mettre en évidence le transfert dans la circulation fœtale de 34 à 45 % de la dose testée (10 µM ou 1 mM) via le placenta.
Comme chez l’animal, la principale voie d’excrétion est urinaire, avec une demi-vie estimée autour de 6 heures.
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Toxicité expérimentale
Toxicité expérimentale
La toxicité aiguë de la mélamine est faible, quelle que soit la voie d’exposition. Aucune irritation ou sensibilisation n’est rapportée. L’appareil urinaire est la principale cible suite à l’administration répétée de mélamine par voie orale ; des atteintes hépatiques, hématopoïétiques ou neurologiques sont aussi rapportées. Aucun potentiel génotoxique n’est mis en évidence dans les tests disponibles. La mélamine induit le développement de tumeurs bénignes et malignes de la vessie, chez les rats, en lien avec la formation des calculs. La mélamine est à l’origine d’effets sur les systèmes reproducteurs mâle et femelle ; le développement des fœtus et des nouveau-nés est aussi impacté, le plus souvent en présence de toxicité maternelle.
Toxicité aiguë [1]
Les DL50 et CL50 de la mélamine sont les suivantes :
- pour la voie orale, DL50 de 3161 et 3828 mg/kg pc respectivement chez le rat mâle et femelle ; chez les souris mâles et femelles, les DL50 sont respectivement de 3297 et 7014 mg/kg pc ;
- pour la voie cutanée, DL50 > 1000 mg/kg pc chez le lapin ;
- par inhalation, CL50 > 5190 mg/m3 (rats mâle et femelle, seulement par le nez, 4 heures).
Les rats exposés à l’aérosol de mélamine présentaient des difficultés à respirer et des tremblements des paupières.
La présence de cristaux épars est rapportée dans les tubules rénaux de rats exposés pendant 7 jours à la mélamine, en mélange avec la nourriture (200 mg/kg pc/j) [12].
- Irritation, sensibilisation [1]
La mélamine n’est ni irritante ni sensibilisante pour la peau.
Suite à l’instillation de solutions diluées ou non, une légère irritation oculaire est observée chez le lapin mais entièrement réversible en 24 heures.
Toxicité subchronique, chronique [1]
Les principaux effets de la mélamine se situent au niveau des voies urinaires.
La formation des cristaux dans les reins et la vessie, à l’origine de stress oxydatif et d’une réaction inflammatoire, est considérée comme l’évènement clé initial du mode d’action de la mélamine, aboutissant in fine à des atteintes sévères et au développement de cancers [13].
Espèce Exposition Effets NOAEL / LOAEL Référence Rats,
mâle et femelle
Nourriture, en continu pendant 13 semaines
♂ 72 à 1700 mg/kg pc/j
♀ 84 à 1600 mg/kg pc/j
♂ : calculs vésicaux chez tous les mâles de manière dose-dépendante,
≥ 300 mg/kg pc/j – hyperplasie urothélium de la vessie,
≥ 570 mg/kg pc/j – néphropathie de reflux.
♀ : dépôts calcaires dans les tubules proximaux des reins, chez toutes les femelles de manière dose-dépendante,
≥ 1400 mg/kg pc/j - calculs vésicaux et néphropathie de reflux.
LOAEL ♂ 72 mg/kg pc/j
LOAEL ♀ 84 mg/kg pc/j
Rats,
mâle et femelle
Nourriture, en continu pendant 2 ans
♂ 126 ou 263 mg/kg pc/j
♀ 262 ou 542 mg/kg pc/j
♀ : inflammation chronique rénale (34 et 82 %, respectivement).
♂♀ : incidence dose dépendante de néphropathie de reflux, de cicatrices fibreuses associées à une dilatation et une hyperplasie de la zone médullaire rénale, perte et atrophie des tubules, les femelles étant plus affectées.
LOAEL ♂ 126 mg/kg pc/j
LOAEL ♀ 262 mg/kg pc/j
Rats,
mâle et femelle
Gavage, 14 jours consécutifs
0-140-700 ou 1000 mg/kg pc/j
140 mg/kg pc/j - ♀ : légers dépôts de cristaux dans la zone papillaire rénale.
700 mg/kg pc/j ♂ ♀ : dilatation tubules distaux, dégénérescence et nécrose de l’épithélium tubulaire, régénération de cet épithélium, atteintes de la fonction rénale, dépôts de cristaux.
LOAEL 140 mg/kg pc/j [13] Rats mâles Nourriture, 36 semaines + 4 semaines de récupération
0-100-330 ou 1090 mg/kg pc/j
Effets dose-dépendants :
- incidence de calculs dans la vessie (≥ 100), le pelvis rénal (≥ 330) et les uretères (1090) ;
- inflammation, fibrose, nécrose, dégénérescence et régénération de l’épithélium tubulaire + hyperplasie des cellules transitionnelles.
LOAEL 100 mg/kg pc/j [17] Tableau 1. Principaux effets de la mélamine sur les voies urinaires de rats (♂ : mâle ; ♀ : femelle).
Chez la souris, les mêmes atteintes rénales surviennent mais avec une incidence et une sévérité moindres en comparaison au rat (effets à partir de 2800 mg/kg pc/j, dans la nourriture pendant 13 semaines) [15].
Les effets rapportés au niveau de la vessie (hyperplasie et formation de calculs) semblent réversibles chez la souris. En effet, tous les animaux exposés à 1218 mg/kg pc/j sans aucune période de récupération (mâles et femelles, pendant 14 ou 56 jours) présentent une augmentation de la fréquence d’hyperplasie épithéliale et des calculs vésicaux. A contrario, plus les périodes de récupération sont longues (de 4 à 42 jours), plus la régression de ces effets est importante et débute dès l’arrêt de l’exposition à la mélamine [18].
En plus des effets rénaux rapportés chez le rat (gavage, 28 jours, 250 à 1000 mg/kg pc/j), caractérisés par des atteintes histologiques et une modification de certains paramètres sériques (urée, créatinine), une perturbation du métabolisme du glucose, des protéines et de l’azote est aussi notée [19].
Chez le singe (3 animaux/sexe/dose, gavage pendant 3 mois + 4 semaines de récupération), d’autres atteintes sont signalées au niveau du cœur (vacuolisation diffuse des cardiomyocytes), de la vésicule biliaire (cholécystite), du foie (cholangite) et de la thyroïde (thyroïdite) à la plus forte dose testée soit 700 mg/kg pc/j de mélamine (2 mâles et 1 femelle). A cette même dose, les auteurs ont aussi observé une augmentation de l’hématopoïèse dans la moelle osseuse (1 mâle et 3 femelles) et une déplétion lymphocytaire sévère au niveau de la rate et du thymus (2 mâles et 1 femelle). Après la période de récupération, la déplétion lymphocytaire est toujours présente au niveau du thymus d’une femelle, ainsi qu’une légère augmentation de l’hématopoïèse dans la moelle osseuse d’un mâle et d’une femelle [13].
Chez la souris, des modifications microscopiques ont été observées au niveau du foie (désorganisation tissulaire, dégénérescence des hépatocytes) suite à l’administration de mélamine via l’eau de boisson (femelles, 0-1,8-3,6 et 7,2 mg/kg pc/j, pendant 28 jours) [20].
Une récente revue de la littérature suggère que la mélanine puisse aussi perturber le fonctionnement du système nerveux central et entrainer des troubles cognitifs chez le rat, suite à des expositions orales de 300 ou 400 mg/kg pc/j, chez les mâles et les femelles pendant 4 semaines. Ces effets comprennent notamment une altération des capacités d’apprentissage spatial, de la mémoire, des fonctions cognitives, ainsi que des modifications morphologiques de certaines zones du cerveau (notamment l’hippocampe), des modifications au niveau des transmissions synaptiques ou des pertes neuronales [11].
Effets génotoxiques [1]
In vitro
Des résultats négatifs sont rapportés dans les tests suivants, avec et sans activation métabolique :
- tests d’Ames réalisés sur S typhimurium et E coli ;
- essais d’aberration chromosomique et échange de chromatides sœurs sur cellules ovariennes de hamster chinois ;
- essai de mutation génique sur cellules ovariennes de hamster chinois (gène HPRT) ou cellules de lymphomes de souris (gène TK).
In vivo
Aucun effet clastogène n’est mis en évidence dans le test du micronoyau sur érythrocytes de mammifères (souris, gavage, 0 et 1000 mg/kg pc) ou dans un essai d’aberration chromosomique (souris, injection intra-péritonéale, 0-150-300-600 mg/kg pc).
Effets cancérogènes [1, 21]
Dans une étude de cancérogénicité, des rats ont été exposés à 126 ou 263 mg/kg pc/j pour les mâles et 262 ou 542 mg/kg pc/j pour les femelles pendant 2 ans (mélamine mélangée à la nourriture). L’incidence des calculs vésicaux et des carcinomes transitionnels (ou carcinome urothélial) a été significativement augmentée chez les mâles à la plus forte dose ; 1 seul mâle présentait ces effets à la faible dose. Les femelles n’ont développé aucune tumeur [14]. Des doses inférieures (4 à 40 mg/kg pc/j pour les mâles et 5 à 80 mg/kg pc/j pour les femelles) n’ont entrainé aucun effet néfaste ; seule une augmentation de l’incidence de cellules transitionnelles prénéoplasiques a été notée chez les mâles à la plus forte dose [1].
Dans une étude de toxicité chronique menée chez le rat mâle (nourriture, 36 semaines + 4 semaines de récupération, 0-100-330 ou 1090 mg/kg pc/j), une forte corrélation a été établie entre l’incidence des tumeurs de la vessie et la formation de calculs [17].
L’administration d’une nourriture contenant 1 ou 3 % de mélamine (350 ou 1030 mg/kg pc/j), supplémentée avec du NaCl pendant 36 semaines, a supprimé le développement de carcinome urothélial aux 2 doses testées (en comparaison avec l’administration de mélamine sans supplémentation en NaCl) [22]. Les auteurs en ont conclu que la polyurie induite par le NaCl favorisait l’excrétion des microcristaux formés, et par conséquent, inhibait la formation de tumeurs. Les lésions prolifératives observées seraient donc liées à l’irritation des calculs et non aux interactions potentielles entre la mélamine et l’épithélium de la vessie [21].
Une relation dose-réponse a pu être établie entre la concentration en mélamine dans la nourriture et le développement de tumeurs de la vessie chez le rat mâle (Tableau 2) [23].
Dose (mg/kg pc/j)
Incidence papillomes
(% animaux)
Incidence carcinomes
(% animaux)
Référence
4 à 40
0 %
0 %
Rapport industriel non disponible
100
0 %
0 %
126
0 %
0 %
263
2 %
16 %
350
42 %
21 %
1030
50 %
90 %
1050
63 %
79 %
Tableau 2. Relation dose-réponse entre la concentration en mélamine dans la nourriture et le développement de tumeurs de la vessie chez le rat mâle.
Aucun potentiel cancérogène n’a été mis en évidence chez la souris, que cela soit par voie orale ou par voie cutanée.
La mélamine est classée Cancérogène de catégorie 2 dans le CLP et cancérogène possible pour l’Homme par le CIRC (Groupe 2B) [21].
Effets sur la reproduction [1]
- Fertilité
Des effets sur le système reproducteur masculin ont été mis en évidence chez le rat, dans une étude étendue de toxicité pour la reproduction sur une génération (Ligne directrice OCDE 443). Les animaux de la génération F0 ont été exposés à 1000-4000 ou 12500 ppm de mélamine dans la nourriture (correspondant à 65-268-833 mg/kg pc/j pour les mâles et 87-355-1124 mg/kg pc/j pour les femelles) en continu, depuis 2 semaines avant l’accouplement. L’exposition des animaux de la génération F1 s’est poursuivie pendant 5 à 19 semaines (89-370-1200 mg/kg pc/j pour les mâles et 93-377-1227 mg/kg pc/j pour les femelles). Une augmentation du nombre de spermatozoïdes avec une tête détachée, une atrophie des tubes séminifères ainsi que la présence de débris cellulaires dans les épididymes, ont été observées chez les mâles F0 à 12500 ppm et F1 à 4000 ppm. La fertilité des mâles F0 et de la génération F1 n’a pas été impactée. Des effets rénaux ont été rapportés chez les mâles et femelles des générations F0 et F1 à 4000 ppm [23].
Plusieurs études subaiguës ou subchroniques (gavage) menées chez la souris ont rapporté des effets sur les tubes séminifères (développement, production et morphologie des spermatozoïdes), les cellules spermatogènes, les niveaux de testostérone, d’hormone lutéinisante et les enzymes testiculaires (50 mg/kg pc/j pendant 28 à 65 jours), une altération de la morphologie des spermatozoïdes et des dommages à l’ADN testiculaire (412 mg/kg pc/j pendant 14 jours) [2]. Ces effets ont été observés à des doses encore plus faibles (2-4 ou 8 mg/kg pc/j, pendant 13 semaines, dans l’eau de boisson) : diminution de la motilité des spermatozoïdes ou du nombre de tubes séminifères dès 2 mg/kg pc/j, du nombre de spermatozoïdes dès 4 mg/kg pc/j [24].
L’exposition de rates par gavage (40 mg/kg pc/j, pendant 28 jours) a entrainé une augmentation du nombre de follicules ovariens atrétiques, des modifications morphologiques et une nécrose des ovocytes et des cellules de la granulosa [25].
- Développement
Dans l’étude étendue de toxicité pour la reproduction sur une génération détaillée ci-dessus, aucun effet sur le développement jusqu’à la génération F2 n’est mis en évidence [23].
Plusieurs études sont disponibles concernant les effets de la mélamine sur le développement chez le rat, par gavage. Des rates ont été exposées du 6e au 20e jour de gestation à des doses de mélamine allant jusqu’à 800 mg/kg pc/j : des effets sur le développement ont été observés à cette dose (diminution du poids des fœtus, augmentation de la fréquence des variations squelettiques, retard dans l’ossification) en présence d’une toxicité maternelle importante (diminution de la prise de poids, toxicité rénale, décès). Aucun effet n’était rapporté aux doses inférieures (200 et 400 mg/kg pc/j) [26].
Dans une autre étude, les rates gravides ont été exposées à 1000 mg/kg pc/j du 10e au 20e jour de gestation : la mélamine a été retrouvée dans le liquide amniotique de ces animaux. Une hausse du nombre de morts fœtales précoces et tardives, une baisse de la taille des portées, du poids moyen et de la taille moyenne des fœtus sont rapportées en présence de toxicité maternelle (apathie, anorexie, atteintes rénales) [27].
A contrario, une étude plus ancienne (exposition du 6e au 16e jour de gestation, 1060 mg/kg pc/j) n’a mis en évidence aucun effet sur le développement, et ce en présence de toxicité maternelle [2].
Certaines études suggèrent que la mélamine puisse aussi perturber le développement et le fonctionnement du système nerveux central et entrainer des troubles cognitifs, suite à des expositions pendant toute la durée de la gestation (gavage, 400 mg/kg pc/j) : chez les descendants mâles, sont rapportés notamment une perturbation de l’apprentissage et de la mémoire, ainsi que des changements au niveau des transmissions synaptiques [28].
Effets pertubateurs endocriniens [29, 30]
Dans l’étude étendue de toxicité pour la reproduction sur une génération détaillée ci-dessus, les niveaux en hormone T4 sont fortement diminués à la plus forte dose testée chez les mâles F0 (833 mg/kg pc/j) et la descendance F1 (1200 et 1227 mg/kg pc/j respectivement pour les mâles et femelles), au 4e jour après la naissance ; une augmentation du poids de la thyroïde de la génération F1 est aussi mesurée à ces mêmes doses [23].
Les experts de l’Anses ont conclu que l’altération de la spermatogenèse induite par la mélamine n’était pas la conséquence d’une perturbation endocrinienne (i.e. diminution de la testostérone), d’autres modes d’action (métabolisme énergétique altéré, stress oxydant, apoptose) étant impliqués. Il en est de même pour les effets thyroïdiens et neurodéveloppementaux, qui apparaissent à des doses supérieures à celles conduisant à la toxicité rénale. Cette évaluation confirme le caractère reprotoxique de la mélamine mais sans correspondre à la définition d’un perturbateur endocrinien établie par l’OMS [31].
La mélamine est classée perturbateur endocrinien de catégorie II dans la liste de l’Anses et de catégorie III dans la base de données DEDuCT. Pour plus d’informations, se reporter au paragraphe « Effets perturbateurs endocriniens » de la Fiche Toxicologique 0 [32].
-
Toxicité sur l’Homme
La toxicité aiguë de la mélamine n’est pas documentée chez l'Homme. La contamination de lait maternisé par de la mélamine a provoqué la formation de cristaux dans les voies urinaires et conduit à des complications rénales sévères, parfois mortelles chez le nourrisson. Ces effets étaient dans certains cas accompagnés d’une cytolyse et/ou d’une cholestase hépatique transitoire. Chez l’adulte, en population générale, une association positive entre le taux de mélamine urinaire et la survenue de lithiases urinaires a été mise en évidence, sans atteinte systématique de la fonction rénale. Concernant les effets reprotoxiques, une association a également été mise en évidence entre le taux de mélamine urinaire et la durée de gestation. Les effets cancérogènes et mutagènes n’ont pas, à ce jour, fait l’objet d’études en milieu professionnel.
Toxicité aiguë
Aucune étude de toxicité aiguë chez l'Homme n’a été identifiée.
Toxicité chronique
- Effets rénaux
Chez l’enfant, la contamination de lait maternisé par de la mélamine a provoqué des lithiases urinaires, responsables dans certains cas d’uropathie obstructive et d’insuffisance rénale aiguë, voire de décès lors de découvertes tardives. Les cas de lithiases étaient environ 6 fois plus fréquents chez les enfants ayant consommé le lait contaminé que chez les autres. La taille des calculs était corrélée à la durée d’exposition et le risque de développer une lithiase, à la durée et au niveau d’exposition estimé [33 à 35].
Chez l’adulte, 2 études cas-témoins ont mis en évidence une association entre présence de lithiase urinaire (calcique ou d’acide urique) et la concentration de mélamine dans les urines. Plusieurs études rapportent par ailleurs des associations entre l’exposition à la mélamine et des marqueurs urinaires d’atteinte tubulaire (N-acetyl β-D-glucosaminidase) ou glomérulaire (albumin-creatinine ratio) [36 à 39].
En milieu professionnel, une étude transversale réalisée dans 2 usines de fabrication de vaisselle chez 44 travailleurs exposés à des poussières de résine mélamine - formol et 105 témoins, a mis en évidence une association positive entre les concentrations urinaires de mélamine et celles de N-acetyl β-D-glucosaminidase [40].
- Effets hépatiques
Des enfants exposés à la mélamine via du lait maternisé contaminé ont présenté des anomalies hépatiques biologiques (cytolyse ou cholestase) transitoires associées à des lithiases urinaires [41 à 43], et de façon isolée (2 cas) des lithiases de la vésicule biliaire [44].
- Effets hématologiques
Dans une étude réalisée chez 170 enfants ayant ingéré du lait en poudre contaminé par de la mélamine, la réponse immunitaire chez les sujets présentant des calculs rénaux était principalement caractérisée par une forte production d'immunoglobulines M, et les taux de CD3+ et CD4+ étaient diminués par rapport aux enfants sans calculs. L'hémogramme était similaire chez les deux groupes [45].
- Effets cutanés
La mélamine n’est pas sensibilisante [46].
Effets génotoxiques
Aucune étude de génotoxicité chez l'Homme n’a été identifiée.
Effets cancérogènes
Aucune étude de cancérogénicité chez l'Homme n’a été identifiée.
Effets sur la reproduction
- Fertilité masculine
Aucune étude de toxicité pour la reproduction chez l'homme n’a été identifiée.
- Fertilité féminine
Aucune étude de toxicité pour la reproduction chez la femme n’a été identifiée.
- Développement
Dans une étude de cohorte réalisée sur 1231 paires mère-enfant, une association positive a été mise en évidence entre la concentration urinaire de mélamine et la durée de gestation. [47].
Les études réalisées chez des enfants exposés via du lait maternisé contaminé semblent en faveur d’un impact de la mélamine sur la croissance postnatale, mais elles ne permettent pas de distinguer si c’est la mélamine seule, la présence de lithiase ou les deux, qui retentissent sur la croissance [44,48, 49].
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Cohérence des réponses biologiques chez l'Homme et l'animal