Evaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques liés aux effluents hospitaliers

IV Méthodes quantitatives d'évaluation du risque microbiologique (MQERM)

IV.1. Généralités

L'exposition à des agents infectieux peut produire des effets infectieux ou toxiques. L'agent infectieux est l'espèce capable de se multiplier dans l'organisme hôte. Une infection peut se traduire on non par une maladie. Si le microorganisme se développe chez l'hôte sans provoquer d'effets délétères, on parle alors d'une infection asymptomatique. L'effet pathogène d'un agent infectieux relève de différents facteurs. Selon le cas, l'effet peut être principalement de type invasif (inflammation ou ulcération des tissus), après colonisation superficielle des tissus ou pénétration plus profonde, ou être lié à la production et à l'action de toxines dans l'organismes hôte (BONNARD, 2001).

IV.2. Les principaux agents pathogènes

Les microorganismes céllulaires sont divisés en organismes eucaryotes, disposant d'un noyau, et en organismes procaryotes qui ne disposent pas de noyau. Les organismes eucaryotes comprennent : les helminthes, les protozoaires, les champignons et les algues. Les organismes procaryotes comprennent les bactéries, les algues bleues-vertes (cyanobactéries), et les rickettsies. Les virus, qui sont des parasites obligatoires, ne sont pas intégrés dans ces deux grands groupes de microorganismes. Ils sont uniquement constitués d'une molécule d'acide nucléique entourée d'une capside. Dans le cadre de la description des MQERM une présentation succincte est faite sur les caractères pathogènes des protozoaires et sur leur présence et leur devenir dans l'environnement.

IV.2.1. Les protozoaires

Ce sont des organismes eucaryotes unicellulaires. Leur taille varie de quelques microns à quelques millimètres mais la plupart des espèces ne dépassent pas quelques centaines de micron. Un certain nombre sont pathogènes pour l'homme. Ils peuvent former des structures résistantes dans l'environnement appelés kystes ou oocystes. La mise à sec, la chaleur, le froid, le manque de nourriture, la composition chimique du milieu font partie des facteurs qui conduisent à l'enkystement. Ces kystes ou oocystes restent viables plusieurs mois à plusieurs années. Le retour à des conditions favorables induit rapidement le phénomène inverse. Parmi les protozoaires, on distingue les rhizopodes, les flagellés, les sporozoaires et les ciliés.

a- les rhizopodes :

· Naeg/eria fowleri est l'une des trois espèces classiques de ce groupe. On la rencontre naturellement dans le sol et les eaux. Les kystes peuvent être transportés par voie aérienne. La transmission à l'homme se fait lors de baignade en eaux douces ou en piscines. Cette espèce peut provoquer des méningo-encéphalites amibiennes primaires. Il s'agit d'une pathologie rare mais gravissime (BARD et Sicizr, 1995).

· Acanthamoeba est présente dans les sols, les eaux et la poussière des habitations. Elle peut provoquer des encéphalites amibiennes granulomateuses chez les sujets immunodéprimés et des lésions de l'oeil chez les porteurs de lentilles (BARD et SILLET, 1995).

· Entamoeba histolytica transmis par l'eau et les aliments, est responsable de la dysenterie amibienne et d'abcès hépatiques. Dans le monde, on évalue le nombre de morts liés à ce parasite à plus de 100 000 par ans. Dans les pays tempérés, la pathogénicité est plutôt latente mais elle peut aussi évoluer en amibiase viscérale au pronostic sévère.

b- les flagellés :

Giardia lamblia est l'agent le plus souvent identifié dans les épisodes épidémiques liés à l'eau aux Etats-Unis. Les symptômes sont relativement entre 2 et 5% dans les pays industrialisés. Cet agent provoque des diarrhées et un état de nausée.

c- les sporozoaires :

Cryptosporidium parvum est transmis à l'homme par l'eau, les aliments souillés par les fécès de bovin. Cet agent provoque des diarrhées. La prévalence de cette infection est élevée (1 à 3% en Europe et aux Etats-Unis). Les symptômes sont relativement bénins chez les personnes immunocompétentes. En revanche, l'évolution de l'infection chez les personnes immunodéprimées et notamment les malades du SIDA en fait une maladie grave, puisqu'elle se transforme en diarrhée chronique entraînant déshydratation et perte de poids importante pouvant conduire à la mort (HAAs et al, 1996). Le taux de létalité chez les malades du SIDA lors d'épisodes épidermiques liés à l'eau d'alimentation est autour de 50% (HAAs et al, 1999).

La cryptosporidiose est une cause de diarrhée fréquente en Haïti. Elle est responsable de 17,5% des diarrhées aiguës observées chez les enfants de moins de 2 ans (PAPE et al, 1987) et de 30% des diarrhées chroniques chez les patients contaminés par le VIH. Elle constitue un problème de santé publique qui est étroitement lié aux conditions environnementales. Une étude menée à Port-au- Prince entre 2000 et 2001 portant sur 1529 examens de coprologie parasitaire indiquait que la prévalence de Cryptosporidium sp. était de 10,3%. Elle était de 98,2% chez les adultes VIH positifs et de 1,8% chez les VIH négatifs (RACCURT, 2002). L'étude des génotypes de C. parvum effectuée sur 69 isolats obtenus à partir des examens coprologiques montrait que 59% étaient du génotype I (humain), 38% du génotype II (bovin) et 3% étaient identifiés à C. felis, parasite du chat. Les génotypes I étaient retrouvés chez les enfants dans 72% des cas et les genotypes II dans 42% des cas chez les adultes VIH positifs. Une étude coprologie parasitaire menée chez 102 personnes vivant au contact de 45 patients VIH positifs montrait qu'un seul d'entre eux était porteur de C. parvum indiquant clairement que la transmission inter-humaine ne semble pas être directement mise en cause (RACCURT, 2002). Les sujets porteurs d'oocystes de Cryptosporidium sp. habitaient la région métropolitaine de Port-au-Prince dans 100% des cas et 60% des sujets parasités utilisaient comme eau de boisson celle du réseau de distribution de la ville (BRASSEUR et al, 2002).

IV.3. les pathologies infectieuses : un indicateur de risques microbiologiques

La prévention de la transmission des maladies infectieuses due à l'exposition de l'homme aux aliments, à l'eau, aux sols et à l'air pollués a toujours été un sujet de préoccupation majeure pour les professionnels de la santé publique et des sciences de l'environnement (HAAs et al, 1999). Le risque de propagation d'épidémie a été, en effet, redouté et des mesures de quarantaine mises en place pour éviter la transmission des « miasmes » dans laquelle l'air est considéré comme jouant un rôle important (HARTEMANN, 1997).

Au cours de la première moitié du 19^ème Siècle, John SNOW a mis en évidence le risque d'épidémies liées à la contamination fécales des eaux de Londres et suite à ses études épidémiologiques, l'instauration de mesures préventives ciblées. La découverte des bactéries pathogènes, dans la deuxième moitié du 19^ème Siècle, et la négation de la génération spontanée ont conduit KOCH, PASTEUR et leurs disciples à définir, dans la droite ligne des contestations de SNOW, la notion d'indicateurs de contamination fécale.

IV.3.1. Les populations à risque

Au niveau mondial, 50% de la mortalité chez les enfants et les jeunes adultes sont liés aux maladies infectieuses. L'impact des maladies infectieuses est moins dramatique dans les pays développés que dans les PED.

Par ailleurs, HAAS et al, (1999) rapportent les femmes enceintes, les personnes âgées, les nouveaux nés et les immunodéprimés comme les groupes cibles les plus sensibles aux maladies infectieuses. Pour ces différents groupes de la population sensible, il y a non seulement un risque élevé de morbidité et de mortalité liés aux agents pathogènes, mais également la possibilité d'apparition d'effets sévères liés aux agents dits opportunistes.

IV.3.2. Infections véhiculées par l'eau

Les maladies infectieuses causées par des bactéries des virus, des protozoaires ou des parasites constituent le principal risque pour la santé lié à la pollution de l'eau de boisson. Les maladies infectieuses sont transmises principalement par les excrétas humains et animaux, notamment les fèces. S'il existe des malades ou des porteurs de germes dans la communauté, la contamination fécale de la source d'approvisionnement entraînera la présence des microorganismes responsables dans l'eau. La consommation de cette eau ou son utilisation pour la préparation des aliments ou la toilette et même son inhalation sous forme de vapeur ou d'aérosols peut provoquer une infection. Les germes pathogènes dont la simple présence dans l'eau constitue un risque grave sont les suivants : Salmonella spp., Shigella spp., Escherichia coli pathogènes, Vibrio cholerae, lersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni et Campylobacter coli, les virus et les parasites Giardia spp., Cryptosporidium spp., Entamoeba histolytica et Dracunculus medinensis.

IV.3.3. Les germes multirésistants aux antibiotiques : les infections nosocomiales

Le rejet dans les écosystèmes des résidus d'antibiotiques, sans aucun traitement au préalable, a provoqué sur les germes bactériens une pression de sélection. Les germes sensibles meurent et favorisent ainsi sur la croissance des germes non sensibles qui se retrouvent sans compétiteurs. Les bactéries peuvent acquérir ce caractère de résistance par mutation spontanée ou par transfert horizontal de plasmides. Ce phénomène de pharmacorésistance a donné naissance aux infections communément appelées « maladies nosocomiales ».

De manière non exhaustive, les principaux germes responsables des infections nosocomiales sont: les Staphylococcus aureus résistants à la méticilline (SARM), les klebsielles ayant une bêtalactamase à spectre élargi ou étendu (BLSE), les Pseudomonas aeruginosa, la Escherichia coli, les Streptococcus pneumoniae (CHABBERT et BAUDENS, 1962 ; KISLAK et al, 1965 ; HANSMAN et al, 1971 ; SONG et al, 1987 ; BERNET et FINES, 2000 ; SOUSSY et al, 2000 ; SCANVIC-HAMEG et al, 2002 ; TRONEL et al, 2002 ; Rio et al, 2002 ; BERTRAND et al, 2002 ; JEHL et al, 2002).

a- Staphylococcus aureus résistants à la méticilline (SARM)

C'est au début des années 1960 que les premières souches de Staphylococcus aureus résistantes à la méticilline (SARM) sont apparues après introduction de la méticilline, première bêtalactamine résistantes aux pénicillinases (CHABBERT et BAUDENS, 1962). La résistance à la méticilline est liée à l'acquisition d'une autre protéine de liaison à la pénicilline, la PBP 2a ou PBP 2', présentant peu d'affinité pour les béta-lactamines (SoNG et al, 1987). La production de PBP 2a est codée par le gène chromosomique mecA. L'origine de ce gène mec reste inconnue (ScANvic-HAmEG et al, 2002). La particularité de la résistance à la méticilline chez le staphylocoque est lié à son expression hétérogène: une seule fraction sur 10⁴ à 10⁷ est capable d'exprimer la résistance (HARTMAN et TOMASZ, 1986).

En 1991, le taux de prévalence des SARM parmi l'ensemble des Staphyloccus aureus atteignait 29% (PANuuo et al, 1992), 33,6% en France, et était très supérieur à celui d'autres pays européens (Vols et al., 1994). En 1996, ce taux atteignait environ 35%, et l'incidence des isolats de SARM se situait entre 0,54 et 0,99 pour 100 patients admis dans les établissements français de court séjour (REGNIER, 1997; ONERBA, 1998). A l'intérieur des établissements, la transmission croisée est le principal mécanisme d'acquisition de SARM, à l'origine, parfois, de plus de 90% des cas de colonisation, et la coexistence de clones persistants et de bouffées épidémiques a pu être démontrée (CAILLEAUX et al, 1996; TRONEL et al, 2002). Ce mécanisme est également impliqué au niveau de la diffusion des souches entre établissements, à l'occasion du transfert de patients (TALON et al, 1996; TRONEL et al, 2002).

b- La bêta-Lactamase

Une bêta-lactamase est une enzyme d'inactivation de la famille des bêta-lactamines. Cette famille comprend un grand nombre de molécules dont la principale est la pénicilline G. La figure 11 présente le cycle bêta-lactame, élément indispensable à l'activité antibiotique des bêta-lactamines.

\c c/

₀ --IN

Figure 11 : Le cycle Bêta-lactame

Ces antibiotiques, agissant en inhibant la dernière étape de la synthèse du peptidoglycane, sont classés en quatre groupes. La figure 12 fournit une représentation de la division des pénicillines.

Pénicillines

I Grole I Pénicilline G Pénicilline V	I Groupe II Péniàline A I	Groupe Met	Péni^lcilline Oxacilline III Groupé IV M ct--carlioxypénicilline cilline
I Ampicilline Amoxicilline	I N-acylpénicillines

Figure 12 : La division des pénicillines

c- La bêta-Lactamase à Spectre Elargi ou Etendu (BLSE)

Les bêta-lactamases à spectre élargi (BLSE) sont des enzymes récemment apparues à la suite de mutations des pénicillinases. Elles sont plasmidiques donc transférables et sensibles à l'action des inhibiteurs enzymatiques. Les BLSE sont isolées dans plus de 80% des cas chez Klebsiella pneumoniae mais elles ont été observées également chez les entérobactéries comme Escherichia coli, Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii, etc. (BERNET et FINES, 2000).

La présence d'une BISE entraîne une résistance à toutes les bêta-lactamines sauf à l'imipénème. Cette résistance est généralement associée à une résistance cotransférable aux aminosides (sauf à la gentamicine), au chloramphénicol, aux cyclines et aux sulfamides. Elle pose de graves problèmes thérapeutiques.

d- Pseudomonas aeruginosa

Ces bactéries sont omniprésentes dans l'environnement et peuvent ainsi coloniser facilement un site de prélèvement. En milieu hospitalier, les conditions de réanimation des patients, soumis à des gestes invasifs multiples et dont les défenses immunitaires sont altérées, favorisent le déclenchement d'infections patentes à ces bactéries opportunistes, dont la mortalité est très élevée, qu'il s'agisse de septicémies ou pneumopathies (Rio et al., 2002)

e- Escherichia coli

Ces bactéries sont par ordre de fréquence l'espèce la plus souvent isolée de prélèvements cliniques à visée diagnostique que ce soit en milieu hospitalier ou dans la communauté (BERTRAND et al, 2002). Cette espèce bactérienne, en dépit de son image de bactérie communautaire représente aujourd'hui, l'une des premières causes d'infection nosocomiale en France (SoussY et al, 2000) Naturellement sensible à de très nombreux antibiotiques, l'émergence puis la diffusion de différents mécanismes de résistance acquise au sein de cette espèce limitent maintenant les indications d'un certain nombre d'antibiotiques de première intention (BERTRAND et al, 2002). La prévalence de la résistance de E. coli aux 8-lactamines est en augmentation, les données françaises et européennes montrent que 30 à 40% des souches isolées sont résistantes à l'amoxicilline (LEPELLETIER et al, 1999; VROMEN et al, 1999).

f- Les Streptococcus pneumoniae

Le pneumocoque est une bactérie souvent responsable de pneumonies et de méningites, ainsi que d'otites moyennes et de sinusites aiguës (JEHL et al, 2002). Initialement sensible à de nombreux antibiotiques, Streptococcus pneumoniae a développé, au cours des 30 dernières années, des résistances à un grand nombre de composés, les bêtalactamines mais aussi la tétracycline, le chloramphénicol, l'érythromycine et le triméthoprime-sulfaméthoxazole. Les premiers isolats cliniques présentant une sensibilité réduite à la pénicilline G ont été décrits au cours des années 1960 (KisLAK et al, 1965 ; HANSMAN et al, 1971). La proportion de souches de pneumocoque de sensibilité diminué à la pénicilline (PSDP) est estimée, toutes souches confondues, à 48% (JEHL et al, 2002).

IV.4. La démarche générale de l'EDR et les MQERM

IV.4.1. Rappels sur la chaîne épidémiologique

La transmission d'un agent infectieux impose la co-existence de trois éléments indispensables à la réalisation de cette « chaîne » :

1. une source d'agent pathogène ou maintenant, de plus en plus, d'agents pathogènes opportunistes touchant des sujets fragilisés,

2. un mode de transmission

3. un sujet réceptif.

Les évolutions par rapport aux connaissances pastoriennes portent sur ces trois éléments.

Au niveau de la source, on connaît de plus en plus de bactéries, virus, levures et champignons, parasites divers dont les caractéristiques sont très diversifiées tant par leur virulence que leur aptitude à la toxicogenèse avec une large gamme de pathogénécité mesurée au travers de la classique DL₅₀. De même , le réservoir peut être l'homme ou l'animal malade, des porteurs sains et parfois l'environnement (par exemple : Legionella). En réalité, l'environnement ne joue pour la plupart des agents pathogènes qu'un rôle de réservoir accidentel ou transitoire, le passage du germe dans

l'environnement étant fonction de la nature de l'infection chez le porteur - excrétion en cas d'infection ouverte, transfert par matériel ou insecte en cas d'infection.

La transmission, directe ou indirecte comme cela a été décrit depuis longtemps, suit des modalités parfois nouvelles, parfois complexes, favorisées par le progrès technologiques (par exemple : aérosolisation), mais le progrès des connaissances a porté sur les facteurs de survie d'un microorganismes dans l'environnement. Ceux-ci sont très nombreux (température, nutriments, pH, U.V., autres organismes, etc.) et leur présence ou leur absence vont conditionner le devenir de l'agent infectieux mesuré par le T90 (HARTEMANN, 1997).

Le sujet réceptif a beaucoup évolué grâce au progrès de la médecine et à l'augmentation de l'espérance de vie, qui ont favorisé l'émergence de populations avec un terrain fragilisé, plus ou moins profondément immunodéprimé. Ceci conduit probablement à devoir revoir l'application de la classique notion de Dose Minimale Infectante (DMI) utilisée jusque là pour caractériser la possibilité d'atteinte d'une population, par celle plus traditionnelle en toxicologie de courbe dose-réponse et dans ce cas l'usage de la dose nécessaire et suffisante pour infecter 1% de la population, la plus fragile, risque de s'imposer tant pour des raisons éthiques de prévention que pour des raisons de pression médiatique ou juridique sous l'influence de certains groupes. Les expériences consistent à faire ingérer différentes doses de pathogènes conservés en milieu nutritif, par exemple de kystes de Crytosporidium (de 30 à 1 million de kystes) à des animaux de laboratoires ou à des volontaires en bonne santé, de compter le nombre de kystes excrétés dans les selles, et à surveiller l'apparition de signes cliniques (DuPPoNT et CHAPPEL, 1995).

Ces paramètres caractérisent la capacité du microorganisme à induire des troubles cliniques chez le sujet infecté, encore moins de données sont disponibles. Ainsi, dans la famille des enterovirus, la gamme des virulences observées s'étend de là 97%, ce qui a conduit à recommander de prendre 50% comme estimation moyenne en l'absence de données spécifiques (HARTEMANN, 1997). Les études qui ont permis de préciser la virulence d'un germe sont rares. C'est le cas de Cryptosproneum parvum dont la virulence avait été estimée à 100% lors de l'évaluation de l'impact sanitaire de l'accident de Milwaukee, impact qui s'est avéré voisin de celui réellement observé, validant ainsi les hypothèses élaborées (HAAs, 1996).

IV.4.2. Rappels sur la démarche général de l'évaluation du risque chimique

L'évaluation quantitative des risques a été initialement développée, pour évaluer les risques pour la santé humaine liés à l'exposition aux produits chimiques (NRC, 1983) et, sous sa forme plus simple, ce processus se compose de quatre étapes, à savoir :

ü la caractérisation du danger,

ü la caractérisation de l'exposition,

ü la relation dose-effet,

la caractérisation du risque.

Les résultats de ces étapes seront intégrés dans un processus de gestion du risque. Cette démarche générale de l'EDR chimique peut être appliquée à des processus épidémiologiques et sanitaires liés à l'EDR infectieux.

a- la caractérisation du danger

Dans le cadre de l'EDR microbiologique la caractérisation du danger vise à identifier, dans le milieu considéré, les microorganismes pathogènes potentiellement dangereux pour la santé humaine et les différents effets qui y sont liés. L'un des résultats, de cette analyse du danger, est la prise de décisions quant aux conséquence(s) principalement sanitaires à mesurer dans l'évaluation formelle des risques. Avec des microorganismes, les conséquences peuvent inclure l'infection (sans maladie apparente), la morbidité ou la mortalité ; en outre, ces événements peuvent se produire dans la population générale, ou à une fréquence plus élevée dans les sous-populations susceptibles (HAAs et EISENBERG, 2001). Bien que la mortalité due aux agents infectieux, même dans la population à risque, ne puisse être considérée comme négligeable (HAAs et al, 1993), la tendance générale (en microbiologie de l'eau et des aliments) est de considérer l'infection dans la population générale pour lequelle la protection, par rapport à un risque particulier, est exigée (HAAs et EISENBERG, 2001). Cet objectif est justifié sur la base d'un équilibre entre le degré de conservatisme inhérent au choix de l'infection comme point final et l'incapacité de mesurer les risques à des sous-populations plus susceptibles (MACLER et REGLI, 1993).

b- caractérisation de l'exposition

Le but de l'évaluation des expositions est de déterminer les doses d'agents pathogènes consommées dans l'eau (ou les aliments) par un individu ou la population. Dans le cas de la microbiologie de l'eau, ceci peut rendre nécessaire l'évaluation des niveaux microbiologique de l'eau brute suivie de l'étude des changements probables de concentrations avec le traitement, le stockage et la distribution à l'utilisateur (REGU et al, 1991 ; ROSE et al, 1991). Un deuxième objectif dans l'évaluation des expositions est la quantité d'agents infectieux ingérée par « exposition » (HAAS et EISENBERG, 2001).

Pour l'estimation de l'exposition aux microorganismes à partir de l'eau potable, MACLER et REGLI (1993) suggèrent par défaut, une dotation de 2 litres par habitant et par jour. ROSEBERRY et BURMASTER (1992) jugent cette dotation de conservatrice. Pour l'exposition par contact aux eaux de baignade, 100 mL par jour ont été souvent considérés comme mesure d'exposition (HAAS, 1983a). Les données réelles permettant de valider ce nombre sont actuellement inexistantes (HAAS et EISENBERG, 2001).

L'approche généralement utilisée, pour cette étape de l'EDR microbiologique, est

principalement basée sur une approche épidémiologique consistant en une caractérisation
microbiologique des milieux environnementaux et des mesures chez le récepteur « humain ». Compte

tenu des limites liées à la métrologie, il peut également être fait recours à la modélisation, en s'appuyant sur les données microbiologique prédictive. L'occurrence et la concentration des microorganismes sont variables dans le temps (variations journalières et saisonnières) et dans l'espace. Ce facteur limite la signification de mesures ponctuelles réalisées dans les milieux environnementaux. La source de contamination elle-même est variable. Par ailleurs, la forte hétérogénéité dans la répartition des germes pose des problèmes en terme d'interprétation des résultats de mesure. En effet, les microorganismes (en particulier les PI des virus) ont tendance à s'agglomérer. Dans le cas de la caractérisation de l'eau, on peut soit réaliser un échantillon global d'un litre, soit prélever 100 échantillons de 10 mL. Dans le premier cas, on obtiendra par exemple, une concentration de 10 virus par litre, dans le second cas, il est vraisemblable que beaucoup d'échantillons contiendront 0 germe et que ceux qui en auront, donneront plus d'un.

La prise d'un échantillon global conduit le plus souvent à (GALE, 1996) :

ü une sous-évaluation du risque pour les germes infectieux. Avec une consommation d'un volume réduit, quelques personnes arriveront malgré tout à atteindre la dose minimale infectante,

ü et une sur-évaluation du risque pour les germes très infectieux. Moins de personnes consommeront en fait la dose minimale infectante.

Par ailleurs, la recherche de germes pathogènes est souvent longue et coûteuse. Les germes pathogènes sont souvent présents en concentration faible par rapport à l'ensemble de la flore présente. Bien que viables et surtout infectieux, leur culture peut se révéler difficile. Dans le domaine de l'EDR sanitaire, ces difficultés ont souvent conduit à rechercher des germes indicateurs (E. coli, par exemple) la mesure est mieux maîtrisée et plus adaptée à l'analyse de routine.

c- la relation dose-effet

L'objectif de cette étape est de définir une relation entre le niveau d'exposition aux microorganismes et la probabilité d'occurrence d'un effet délétère. A ce stade, il est important d'établir une différence entre les effets infectieux et les effets toxiques. BAUCHANAN et al (2000) avancent qu'une concentration de 10⁵ CFU de Staphylococcus aureus par gramme d'aliments pour que les toxines émises par la bactérie puissent provoquer un effet toxique sur l'homme.

L'état des connaissances sur les effets infectieux des microorganismes permet d'acquérir les informations nécessaires sur la virulence, éventuellement les propriétés antigéniques et moléculaires, les mécanismes et la nature de la maladie causée par un agent pathogène. La littérature montre que si la nocivité de nombreux agents pathogènes est bien connue, moins nombreux sont ceux pour lesquels les doses minimales infectantes (DMI) ou doses conduisant à l'infection de 50% des sujets (DI₅₀) ont pu être établies sur l'animal (avec choix de l'espèce la plus sensible) et encore moins sur l'homme (HARTEMANN, 1997).

L'infection résulte d'un processus dynamique entre le microorganisme et son hôte, qui peut être définie comme étant de 4 paramètres : le nombre de pathogènes ingérés, leur infectivité, leur virulence, et l'état immunitaire de l'hôte, plus précisément de l'organe cible qui est ici le système gastro-intestinal humain. Il faut donc aussi rechercher les études réalisées sur la réponse immunitaire des personnes infectées, cela a été le cas pour Giardia et le virus de Norwalk (buNGsTRom et CASTOR, 1992), et notamment des personnes plus sensibles ou à risque.

Lors de l'identification des fonctions dose-réponse, le choix du modèle de la relation dose- réponse est fondamental pour l'estimation du risque puisqu'il fournit la probabilité d'infection à partir d'un niveau d'exposition ou, inversement, qu'il estime l'exposition à partir du taux d'attaque dans la population. Jusqu'à maintenant le raisonnement a utilisé divers modèles élaborés sur des données de type dose-effet ou dose-réponse, pour calculer une probabilité d'infection, et un risque annuel ou vie entière associé à tel ou tel milieu. Les trois modèles retenu

c.1. les modèles empiriques

2

Ces modèles reposent sur l'hypothèse d'un seuil de tolérance ou d'une dose minimale infectante pour chaque individu vis-à-vis d'un germe infectieux. Pour une exposition à une dose supérieure à ce seuil de tolérance, l'infection va se déclencher. Pour une exposition à une quantité inférieure de germes, il n'y aura pas d'infection chez l'individu considéré. La distribution des seuils de tolérance est représentée par une fonction de densité de probabilité. La probabilité P de développer une infection suite à une exposition à une quantité de germes s'écrit alors (Hari et al, 1999) :

P =

exp --z

2 _j

Iz Eq. 6

avec Z = ^{ln N --} Eq. 7

o.

N : dose d'exposition

p : moyenne géométrique

: écart-type géométrique

Dans une population, selon ces modèles, la distribution des DMI suit une loi log-normale. Dans ces modèles, communément nommés modèle log-normal ou log-probit, se repose l'idée d'une coopération entre les microorganismes pour produire un effet, le risque étant alors fonction de la dose de germes ingérés. Le modèle log-normal ou log-probit est dit déterministe. Son emploi tend à disparaître car il s'ajuste peu aux données réelles.

C.2. les modèles mécanistiques

Les modèles mécanistiques considèrent que la probabilité de développer une infection dépend d'une part de la quantité de germes avec laquelle l'hôte entre en contact et de la fraction de ces germes qui va effectivement atteindre un site d'infection. L'infection est alors le résultat de deux processus séquentiels.

Soient :

P1 (j/d) : la probabilité pour un individu d'entrer en contact avec une quantité j de germes à partir d'un milieu induisant une exposition à une dose moyenne d (qui peut être le produit d'un volume et d'une densité),

P2 (k/j): la probabilité que k germes survivent, permettant d'initier une infection chez l'hôte, pour une quantité j de germes avec laquelle l'hôte est entré en contact,

si on considère ces deux processus comme indépendants et si k_mir, est le nombre minimal de germes nécessaires dans l'organisme-hôte pour déclencher une infection, alors la probabilité de développer une infection pour une dose moyenne d'exposition d, peut s'écrire :

P(d)= É ÉP_I( I d)^* P₂(k I i) Eq. 8

j=k

k_min ne correspond pas à la notion de dose minimale infectante retrouvée dans la littérature, elle se rapporte à une dose d'exposition.

De nombreux modèles mathématiques peuvent être élaborés en fonction des hypothèses retenues.

c.2.1- Le modèle exponentiel

Ce modèle se base sur l'hypothèse de l'interdépendance d'action des microorganismes. La quantité de microorganismes ingérée n'affecte pas la probabilité d'infection. Deux états seulement sont possibles : infecté ou non infecté. En revanche, le niveau de contamination dans l'eau conditionne la probabilité d'ingérer un microorganisme et par conséquent de développer ou non une infection. C'est un modèle stochastique.

P =1- exp(-rd)=1- exp U--^el_k Eq. 9

avec :

P : Probabilité d'infection d'un individu exposé à une dose d de microorganismes,

r: constante correspondant à la probabilité de survie du germe ingéré dans l'hôte (= définition de l'infection.

La distribution des microorganismes dans le volume d'eau est supposée être une distribution statistique de Poisson.

c.2.2. Le modèle Bêta-Poission

Il dérive du modèle exponentiel, à la différence que la probabilité de survie du germe n'est pas considérée comme une constante mais par une distribution de probabilité, et ce pour tenir compte du caractère variable de ce paramètre (FuRumo^-ro et MICKEY 1967a,b; Hms 1983b ; Hms et EISENBERG, 2001 ). La formulation du modèle est :

d \^-1 P(d)=141+d a OU P(d)=1^--[1+ ^f--j 2^1, a --1)1 a 50

Eq. 10

avec a et b : paramètres de la fonction de distribution f(r), N50 : la dose infectante moyenne.

Hari (1983) a testé la validité des modèles log-normal, exponentiel et Bêta Poisson avec 9 jeux de données obtenues à partir de la caractérisation microbiologique d'effluents liquides. Le modèle Bêta Poisson n'a pu être rejeté dans 7 cas sur 9, le log-normal dans 5 cas sur 9 et l'exponentiel dans 3 cas sur 9. Lorsque ces modèles s'adaptent aux données, la N50 obtenue est presque identique pour les 3 modèles. En revanche, le risque obtenu avec le modèle Bêta Poisson pour les faibles doses était supérieur à celui obtenu avec le modèle log-normal. La figure 13 présente une comparaison, des résultats « dose-réponse » obtenus, entre les modèles exponentiel et Bêta Poisson (Hms et EISENBERG, 2001).

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Figure 13: Comparaison des résultats de relation dose-réponse obtenus à partir des
modèles exponentiel et Bêta-Poisson (Ham et EISENBERG, 2001).

Les données expérimentales tendent à montrer une meilleure adéquation des modèles basés sur l'hypothèse de l'action indépendante que ceux basés sur l'hypothèse de l'action coopérative. Actuellement la tendance est donc de privilégier les relations dose-effet basées sur les hypothèses d'absence de seuil et d'action indépendante, qui se caractérise par une extrapolation de type linéaire aux faibles.

Les modèles exponentiels et de bêta-Poisson sont deux outils qui permettent de développer des relations dose-réponse à partir d'hypothèses biologiquement plausibles au sujet du processus d'infection. Le tableau décrit les meilleurs paramètres adaptés aux variables des relations dose-effet pour ces modèles (pour un certain nombre de microbes pathogènes humains). Ces données sont obtenues à partir d'études générales « dose-réponse » réalisées sur un échantillon d'adultes en bonne santé et peuvent, donc, ne pas refléter la réponse sur toute la population (HAAs et EISENBERG, 2001).

Tableau 15 : Variables des relations dose-effet d'agents pathogènes (Elms et EISENBERG,
2001).

Microorganismes	Exponentiel k	Bêta-Poisson		Références
		N50	a
Poliovirus	109,87			MINOR et al, 1981
Rotavirus		6,17	0,2531	Hms et al, 1993 ; WARD et al, 1986
Virus de l'hépatite A ^(a)	1,8229			WARD et al, 1958
Adénovirus 4	2, 397			COUCH et al, 1966
Echovirus 12	78,3			AKIN, 1981
Coxsachievirus ^(b)	69,1			COUCH et al, 1965 ; SUPTEL, 1963
Salmonella ^(c^)		23,600	0,3126	Hms et al, 1999
Salmonella typhosa		3,60x10^6	0,1086	HoRrecK et al, 1966
Shigella ^(d)		1120	0,2100	Hms et al, 1999
Echerichia coli ^(e)		8,60x10^7	0,1778	Hms et al, 1999
Campylobaterjejuni		896	0,145	MEDENA et al, 1996
Vibrio cholerae		243	0.25	Hms et al, 1999
Entamoeba coli		341	0,1008	RENFTORFF, 1954
Cryptosporidium parvum		238		Hms et al, 1996 ; DUPONT et al, 1995
Giardia lamblia		50.23		ROSE et al, 1991

d- la caractérisation du risque

Le processus de la caractérisation de risque combine l'information sur l'exposition et celle sur la relation dose-réponse dans une analyse de probabilités sur l'occurrence des effets défavorables. Ceci peut être fait de deux manières. D'abord, une évaluation simple des points d'exposition (c'est-à- dire le nombre d'organismes ingérés) peut être combinée avec une évaluation simple des paramètres de la relation dose-effet pour estimer les points de risque. Ceci peut être fait en utilisant une démarche permettant d'obtenir une mesure de tendance centrale, ou d'employer une stratégie extrême visant l'atteinte une mesure extrême. Une approche alternative, qui est de plus en plus appréciée et utilisée actuellement, est de caractériser la pleine distribution de l'exposition et des rapports dose-réponse, et de combiner ces divers outils en effectuant (par exemple, une analyse de Monte Carlo) une distribution aléatoire de risque (HAAs et EISENBERG, 2001). Cette approche donne l'information nécessaire sur l'imprécision relative de l'évaluation de risque, aussi bien que des mesures de tendance centrale et de valeurs extrêmes (BURMASTER et ANDERSON, 1994 ; FINKEL, 1990).

L'utilisation des techniques de Monte Carlo permet d'évaluer la contribution relative de l'incertitude et de la variabilité à une estimation du risque. La variabilité peut être définie comme

l'hétérogénéité intrinsèque menant au risque différentiel parmi des secteurs du groupe exposé, peut- être résultant des sensibilités différentielles ou des expositions différentielles. L'incertitude peut être définie comme des facteurs d'imprécision et d'inexactitude qui limitent la capacité de mesurer exactement le risque. Par ailleurs, l'incertitude peut être réduite par des ressources additionnelles, qui pourront être consacrées à la caractérisation de la relation dose-effet. La variabilité représente une limite inférieure à la distribution globale de risque (HAAs et EISENBERG, 2001).

e- La gestion du risque

Les résultats d'une caractérisation de risque sont employés dans la gestion des risques. La compréhension des niveaux d'action appropriée pour la prise de décision en ce qui concerne des microorganismes est encore dans son jeune âge (HAAs et EISENBERG, 2001). Cependant, dans le cas des protozoaires présents dans les eaux, on suggère, aux Etats-Unis, qu'un risque annuel d'infection de 0.0001 (c'est-à-dire. 1 pour 10 000) est approprié pour l'eau potable (MACLER et REGLI 1993).

f-Les particularités du risque microbiologique

Les particularités du risque microbiologique par rapport au risque chimique ou radioactif résident dans la possible amplification du danger dans l'environnement (croissance de l'agent, acquisition de caractères nouveaux, adaptabilité). L'existence de réservoirs humains, animaux et environnementaux difficilement maîtrisables peut être également considérée comme une de ses particularités (HARTEMANN, 1997).