Aspects toxicologiques des huiles essentielles offaction...

... et diffusion à partir d'une source fixe : analyse en conditions réelles, analyse d’expo in silico, qualification AirLabel

L'inhalation est une voie d'exposition peu caractérisée pour les produits cosmétiques, aromatiques et de bien-être ; elle prend toutefois de plus en plus d'importance avec la diffusion dans l'air ambiant de composés volatils tels que les huiles essentielles (HE). Les notes d'orientation du SCCS ont adopté le modèle déterministe à deux boites développé par Steiling et al. pour décrire l'exposition par inhalation aux produits en spray (1, 2).

Lors du congrès de la SFT de l’année dernière, nous avons présenté un cadre in silico pour l’évaluation de l’exposition par inhalation aux HE, dans lequel, parallèlement à un modèle à deux boites adapté aux applications topiques/olfactives, un modèle dédié a été développé pour une source de diffusion localisée dans une pièce ventilée (3). Ce modèle de diffuseur repose sur une équation différentielle combinant l’émission et l’élimination par inhalation et ventilation, en partant de l’hypothèse d’une homogénéisation instantanée du produit chimique dans la pièce et de l’absence de stratification, de sorte que le niveau d’exposition soit indépendant de la distance entre la source et le consommateur exposé. Le modèle traite une phase d’émission et une phase d’élimination et intègre des paramètres physiologiques et ambiants fixes (débit d’inhalation, fractions respirables et de rétention pulmonaire, poids corporel) ainsi que des paramètres variables dépendant de l’utilisation (durées d’émission et d’exposition, volume de la pièce et taux de renouvellement de l’air), ce qui permet de s’adapter à différents scénarios réels.

Appliqué à l’huile essentielle de Pin Sylvestre à titre d’étude de cas, ce modèle permettrait de prédire une concentration dans l’air à la fin de l’émission, ainsi qu’une dose d’exposition systémique totale après la phase d’élimination et de conclure à l’absence de risque lié à cette exposition pour le consommateur. En nous appuyant sur ce cadre, nous présentons à présent la conception d’une étude expérimentale visant à confronter et à affiner le modèle de diffuseur par rapport à la cinétique réelle des émissions. Nous présenterons un modèle expérimental dans lequel de l’huile essentielle de lavande vraie (Lavandula angustifolia oil), largement utilisée en aromathérapie et dont les deux principaux constituants sont le linalol et l’acétate de linalyle (4), est diffusée par un nébuliseur dans une pièce ventilée. Le protocole comprend 8 heures de surveillance continue : 4 heures de diffusion active, le nébuliseur fonctionnant par cycles de 2 minutes en marche et 3 minutes à l’arrêt, suivies de 4 heures pendant lesquelles l’appareil est éteint et l’air est renouvelé par la ventilation de la pièce. Tout au long de ces 8 heures, l’air ambiant est prélevé à intervalles réguliers et ses deux marqueurs principaux, le linalol et l’acétate de linalyle, sont séparés, identifiés et quantifiés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC/MS), afin de suivre leur concentration en fonction du temps et de suivre la cinétique globale de l’émission d’huiles essentielles dans la pièce.

Les objectifs sont les suivants : (i) valider expérimentalement le modèle d’équations différentielles en comparant les profils concentration-temps mesurés et prédits, tant pendant la phase d’émission que pendant la phase d’élimination ; (ii) déterminer des valeurs réalistes, fondées sur des mesures, pour les principaux paramètres ajustables, en particulier le débit d’émission effectif en diffusion cyclique et le taux de renouvellement de l’air ; et (iii) affiner la caractérisation du risque toxicologique (marge d’exposition) pour les principaux composants de la lavande dans des conditions d’utilisation réalistes. En associant un modèle mécanistique in silico à une surveillance expérimentale continue, ces travaux visent à renforcer la fiabilité de l’évaluation de l’exposition par inhalation et des risques liés aux huiles essentielles diffusées.

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Inhalation is an under-characterised route of exposure for cosmetic, aromatic and wellness products and is becoming increasingly relevant with volatile compounds such as essential oils (EOs) diffused into ambient air. The SCCS Notes of Guidance adopted the deterministic two-box model developed by Steiling et al. to describe inhalation exposure to spray products (1, 2).

At last year's SFT congress we presented an in silico framework for inhalation exposure assessment of EOs in which, alongside a two-box model adapted to topical/olfactory applications, a dedicated model was developed for a localised diffusion source in a ventilated room (3). This diffuser model is based on a differential equation combining emission with elimination through inhalation and ventilation, under the assumption of instantaneous homogenisation of the chemical in the room and no stratification, so that the level of exposure is independent of the distance between source and exposed consumer. The model resolves an emission phase and an elimination phase and integrates fixed physiological and room parameters (inhalation rate, respirable and pulmonary-retention fractions, body weight) together with variable, use-dependent parameters (emission and exposure times, room volume and air-renewal rate) allowing adaptation to different real-life scenarios.

Applied to Pinus sylvestris oil as a case study, this model would make it possible to predict the concentration in the air at the end of the emission, as well as the total systemic exposure dose following the elimination phase, and to conclude that there is no risk to the consumer associated with this exposure. Building on this framework, we now present the design of an experimental study intended to confront and refine the diffuser model against real emission kinetics. We will present an experimental model in which lavender oil (Lavandula angustifolia oil), which is widely used in aromatology and whose two major constituents are linalool and linalyl acetate (4), is diffused by a nebuliser in a ventilated room. The protocol comprises 8 h of continuous monitoring: 4 h of active diffusion, with the nebuliser operating in 2-min-on/3-min-off cycles, followed by 4 h with the device switched off, during which the air is renewed through room ventilation. Throughout the 8 h, ambient air is sampled at regular time intervals and its two majority markers, linalool and linalyl acetate, are separated, identified and quantified by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC/MS), so as to reconstruct their time-resolved concentration profiles and follow the global kinetics of EO emission in the room.

The objectives are to (i) experimentally validate the differential-equation model by comparing measured and predicted concentration–time profiles across both the emission and the elimination phases; (ii) derive realistic, measurement-based values for the key adjustable parameters, in particular the effective emission rate under cyclic diffusion and the air-renewal rate; and (iii) refine the toxicological risk characterisation (margin of exposure) for the major lavender constituents under realistic conditions of use. By coupling a mechanistic in silico model with continuous experimental monitoring, this work aims to strengthen the reliability of inhalation exposure and risk assessment for diffused essential oils.

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1. The SCCS notes of Guidance for the Testing of Cosmetic Ingredients and their Safety Evaluation 12th revision. 2023. No.: SCCS/1647/22.

2. Steiling W et al. Principle considerations for the risk assessment of sprayed consumer products. Toxicology Letters. 2014;227(1):41-9.

3. Sébastien Grégoire, Manon Fournier, Agathe Deniau, Adeline Nadlin, Poster on "In silico inhalation exposure assessment to essential oils", Sébastien Grégoire consulting, & Aroma-zone, 2025

4. Robert Tisserand, Rodney Young. Essential Oil Safety: A Guide for Health Care Professionals. Second Edition. 2013