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Dioxyde de soufre

Fiche toxicologique n° 41

Sommaire de la fiche

Édition : 2006

Pathologie - Toxicologie

  • Toxicocinétique - Métabolisme

    Le dioxyde de soufre est bien absorbé par voie respiratoire et rapidement hydraté. Il est distribué largement dans l'organisme où il est métabolisé par le foie en sulfates et sulfonates éliminés dans les urines.

    Le dioxyde de soufre pénètre dans l'organisme par inhala­tion. Ce gaz fortement soluble dans l'eau est rapidement hydraté, dissocié en sulfite et bisulfite et absorbé dans le tractus respiratoire supérieur (nez, pharynx) [11]. L'ab­sorption est fonction de la concentration : chez le lapin (0,05 ppm à 700 ppm 35SO2), 90 % sont absorbés à forte concentration et 5 % ou moins pour des concentrations inférieures à 1 ppm ; des résultats semblables sont obser­vés chez le chien et l'homme [12]. La pénétration dans les voies respiratoires inférieures est très faible lors d'une respiration calme par le nez, elle est augmentée lors d'une respiration profonde par la bouche et quand la fréquence respiratoire augmente, en particulier pendant un exercice physique [12 à 14].

    En raison de l'hydratation rapide du dioxyde de soufre, ses interactions avec les molécules biologiques en milieu aqueux sont probablement celles des ions sulfite et bisul­fite formés ; c'est pourquoi, certaines expositions par voie orale ont été menées avec ces composés.

    Le dioxyde de soufre absorbé passe dans le sang, qui le distribue largement dans l'organisme où il est métabolisé (cf. schéma métabolique).

    La voie principale est une oxydation en sulfate par la sul­fite oxydase, présente principalement dans le foie mais aussi dans d'autres organes (rein, intestin, cœur et pou­mon) ; sous cette forme, il est incorporé à la réserve cor­porelle de sulfates. Il y a de grandes différences d'activité sulfite oxydase entre les espèces, le rat ayant le taux le plus élevé et le lapin le plus faible.

    Les bisulfites réagissent avec les ponts disulfures pour for­mer des S-sulfonates. Une corrélation inverse a été mon­trée entre l'activité de la sulfite oxydase et la sensibilité à l'effet toxique du bisulfite, reflétée par les différences de S-sulfonates formés selon les espèces.

    Chez l'animal
    Schéma métabolique

    Chez l'Homme

    Chez l’homme, les taux plasmatiques en S-sulfonates sont en corrélation avec les taux atmosphériques de dioxyde de soufre pour une exposition à des concentra­tions allant de 0,8 à 15,7 mg/m3 pendant 120 h. La sulfite oxydase humaine pourrait avoir un effet protecteur en empêchant la réaction des sulfites avec les molécules bio­logiques [14].

    Les sulfates formés sont éliminés dans l'urine [11].

  • Mode d'actions
  • Toxicité expérimentale
    Toxicité aiguë

    Le dioxyde de soufre produit une irritation sévère de la muqueuse du tractus respiratoire avec lésions cellulaires et œdèmes laryngotrachéal et pulmonaire. Il provoque de graves lésions irréversibles pour la peau et les yeux.

    Le dioxyde de soufre est un gaz toxique par inhalation. La CL50 est de 2 520 ppm/1 h chez le rat et 3 000 ppm/ 30 min chez la souris [15].

    Les symptômes observés traduisent essentiellement une action au niveau du système respiratoire. À faible concen­tration, le dioxyde de soufre est un gaz irritant au niveau du nez et des voies aériennes supérieures ; il provoque des lésions de la cavité nasale (souris, 10 ppm/72 h), une bronchoconstriction (cobaye, 0,2 ppm/1 h) et une produc­tion accrue de mucus [16]. En plus des effets sur le système respiratoire, on observe des modifications héma­tologiques (augmentation de l'hématocrite et du taux de sulfhémoglobine, baisse de la viscosité du sang total ; rat, 0,87 ppm/24 h) [17]. À des concentrations plus élevées (rat, 800 ppm, 8 h) apparaît une réponse plus sévère au niveau de l'épithélium trachéal : groupes de cellules déta­chées, nécrose cellulaire, disparition des cellules ciliées et des cellules caliciformes ; une augmentation de l'activité mitotique est observée dans les zones les plus atteintes.

    Dans l'épithélium bronchique, les effets sont plus légers et le signe de destruction cellulaire le plus important est la disparition des cellules ciliées. Dans la région bronchique intrapulmonaire, on observe une modification de la fonc­tion ciliaire et du flux mucociliaire bien que les cellules ciliées soient d'aspect normal [18]. À très fortes concen­trations, la capacité d'absorption peut être dépassée, ce qui aboutit à un œdème laryngotrachéal ou pulmonaire puis à la mort des animaux. Le dioxyde de soufre perturbe le rejet des bactéries et des particules inertes hors des poumons [13].

    La toxicité pour les voies respiratoires est potentialisée par l'inhalation simultanée d'aérosols liquides ou solides, d'ozone ou d'oxydes d'azote [13].

    Le dioxyde de soufre est corrosif pour les yeux et la peau. En raison de sa solubilité dans les graisses, il pénètre par la cornée dans l'humeur aqueuse où il s'hydrolyse provo­quant une kératite profonde et une inflammation de l'iris [12]. Le contact avec la peau entraîne des irritations et des brûlures caustiques. Ces effets semblent dus à la forma­tion d'acide sulfureux au contact des surfaces humides.

    Le dioxyde de soufre potentialise l'effet sensibilisant de l'ovalbumine chez le cobaye : une exposition à une concentration faible (0,11 ppm, 8 h/j, 5 jours) entraîne une hypersensibilité, mise en évidence par une obstruc­tion bronchique et des concentrations accrues d'anticorps spécifiques dans le sérum et le liquide de lavage bron­choalvéolaire [19].

    Toxicité subchronique, chronique

    L'inhalation répétée provoque une atteinte bronchique chronique ; en cas d'ingestion, une altération de l'état général des animaux est notée avec une atteinte organique diffuse.

    Les symptômes observés après une exposition chronique par inhalation ressemblent à ceux de la bronchite chro­nique : l'examen anatomo-pathologique des animaux révèle des modifications de la couche muqueuse de la tra­chée (hypertrophie des cellules caliciformes) et des glan­des muqueuses [12]. L'hypersécrétion de mucus et sa clairance réduite provoque son accumulation le long du tractus respiratoire et une obstruction des voies aérien­nes. La dose sans effet observé sur la morphologie du tractus respiratoire est de 5 ppm chez le cobaye (52 sem), le singe (78 sem) et le chien (89 sem). La concentration létale est fonction de la durée d'exposition et de l'espèce ; la CL50 est de 150 ppm/35 j chez la souris et 130 ppm/6 j chez le cobaye [16].

    Par voie orale dans la nourriture du rat, de la souris, du cobaye et du singe, le bisulfite (de sodium ou de potas­sium) n'induit pas de toxicité jusqu'à la dose de 72 mg/kg/j ; au-delà de cette dose se produisent arrêt de la croissance, perte de poids, atrophie viscérale, osseuse et médullaire, inflammation de l'estomac, polynévrite et œdème testiculaire [14, 16].

    Effets génotoxiques [14, 16]

    Les dérivés hydratés (acide sulfureux ou sulfites) peuvent produire des effets mutagènes et génotoxiques in vitro. Les tests in vivo sont négatifs.

    In vitro, tous les tests de mutagenèse étant réalisés en milieu aqueux, les résultats obtenus concernent l'effet génotoxique du dioxyde de soufre hydraté (acide sulfu­reux ou sulfites). Il est mutagène pour les phages, certai­nes souches de E. coli et de S. typhimurium, les levures et les plantes. Dans les cellules de hamster en culture, le bisulfite induit une transformation morphologique et des échanges entre chromatides sœurs mais ni mutation, ni aberration chromosomique, ni réparation de l'ADN. Une seule étude fait état d'augmentation du taux d'aberra­tions chromosomiques et d'échanges entre chromatides sœurs dans les lymphocytes humains en culture (sans activation métabolique).

    In vivo, tous les tests réalisés (mutation létale dominante chez la souris, échanges entre chromatides sœurs, aberra­tions chromosomiques et micronoyaux dans la moelle osseuse de souris et de hamster chinois) sont négatifs en dehors d'une expérience de mutation létale récessive chez la drosophile.

    Effets cancérogènes

    Le dioxyde de soufre n’est pas classé cancérogène par l’Union européenne. Pour le CIRC-IARC, il ne peut pas être classé quant à sa cancérogénicité pour l’homme (groupe 3).

    L'effet cancérogène du dioxyde de soufre par inhalation n'a été testé que dans une expérience chez la souris LX. Une augmentation significative de l'incidence des tumeurs pulmonaires a été observée chez les femelles (1 310 mg/m3 de pureté non spécifiée, 5 min/j, 5 j/sem, pendant toute la durée de vie) ; elle serait la conséquence d'une réaction inflammatoire au dioxyde de soufre suivie d'un état de tolérance apparent qui accélérerait, chez ces animaux, la tendance naturelle à développer des tumeurs spontanées. Les auteurs pensent que ces résultats ne justifient pas le classement cancérogène du dioxyde de soufre [22].

    La possibilité d'un effet cocancérogène avec le benzo[a]pyrène a été étudiée chez le rat et le hamster. Une augmentation du taux de tumeurs pulmonaires est observée chez les rats exposés, toute la durée de la vie, à du SO2 (26 mg/m3, 6 h/j) suivis de SO2 (10,5 mg/m3) + benzo[a]pyrène (10 mg/m3, 1 h/j).

    Le dioxyde de soufre pourrait affecter la détoxication des xénobiotiques en inhibant, via la formation de glutathion réduit, sa conjugaison enzymatique avec les réactifs électrophiles. La conjugaison avec le glutathion étant la voie principale d'élimination des époxydes du benzo[a]pyrène dans le poumon, l'inhibition de cette voie pour­rait expliquer l'effet cocancérogène du dioxyde de soufre avec les hydrocarbures aromatiques polycycliques [20].

    Effets sur la reproduction

    Les données sur la fertilité ne sont pas suffisantes pour conclure. Un effet fœtotoxique est noté chez la souris.

    Des rates exposées au dioxyde de soufre (4,97 mg/m3, 12 h/j, 3 mois) présentent un allongement du cycle ; celui-ci revient à la normale 7 mois après l'exposition [14].

    Des concentrations atmosphériques de 32, 65, 125 ou 250 ppm de dioxyde de soufre du 7e au 18e jour de gestation n'induisent pas, chez la souris, de toxicité maternelle ni de modification significative du nombre moyen de nouveau-nés vivants par portée ; en revanche, elles ont un effet sur le développement : baisse de poids à la naissance et augmentation du délai d'apparition de différents réflexes (redressement à J1 et rotation à J2). L'effet du dioxyde de soufre sur le développement des réflexes pourrait être symptomatique d'une altération de la coor­dination neuromusculaire [21].

    Les fœtus de lapines exposées à 70 ppm du 6e au 18e jour de la gestation présentent quelques variations mineures d'ossification [14].

  • Toxicité sur l’Homme

    L'exposition aiguë est responsable de troubles respiratoires sévères avec œdème pulmonaire et bronchoconstriction. Une hyperréactivité bronchique non spécifique peut persister longtemps après une exposition aiguë. Les expositions chroniques sont caractérisées par des bronchites et pharyngites chroniques. L'exposition à ce gaz peut également exacerber des affections respiratoires préexistantes. Les données actuelles ne permettent pas de considérer le dioxyde de soufre comme un cancérogène direct chez l'homme.

    Le dioxyde de soufre est un gaz en partie responsable de la pollution atmosphérique des grandes agglomérations industrielles.

    Toxicité aiguë [11]

    L'inhalation est la principale voie d'exposition. Lors d'un dégagement accidentel, l'exposition massive peut provo­quer soit une bronchiolite oblitérante ou un œdème pul­monaire hémorragique rapidement mortel soit une atteinte respiratoire obstructive sévère partiellement réversible, rebelle aux thérapeutiques, soit rester asymp­tomatique avec ou sans anomalie aux épreuves fonction­nelles respiratoires. Il est donc nécessaire de contrôler la fonction pulmonaire en cas d'intoxication accidentelle au SO2 [23, 27].

    Au décours d'une intoxication aiguë, on peut voir se déve­lopper un syndrome obstructif ou un état d'hyperréacti­vité bronchique qui peut persister pendant plusieurs années. Une exposition à des doses inférieures à 50 ppm provoque une irritation des muqueuses : rhinite, laryngite, bronchite et conjonctivite [25].

    Les expérimentations humaines réalisées chez des sujets normaux ou asthmatiques ont permis de mettre en évi­dence qu'une inhalation de courte durée au SO2 à une concentration de 5 à 10 ppm peut produire une bronchoconstriction probablement réflexe chez les adultes sains. Les sujets souffrant d'affection respiratoire, asthme notamment, présentent une plus grande sensibilité aux expositions même modérées au SO2 [28, 29, 30]. Chez l'asthmatique, l'effet bronchoconstricteur du SO2 est aug­menté par l'effort physique pour des concentrations fai­bles de 0,1 ppm.

    Les autres effets sont liés à la transformation du SO2 en acide au contact de l'eau. On peut observer une forte irri­tation cutanée et, en cas de contact oculaire, les vapeurs peuvent causer une conjonctivite et le liquide des brûlures cornéennes avec perte de la vue par opacification cornéenne. Le contact avec les muqueuses digestives peut provoquer des brûlures de la cavité buccale, de l'œso­phage et de l'estomac.

    Toxicité chronique [11, 24, 25, 26]

    L'exposition prolongée (pollution atmosphérique, exposi­tion professionnelle) augmente l'incidence de pharyngite et de bronchite chronique. Celle-ci peut s'accompagner d'emphysème et d'une altération de la fonction pulmo­naire en cas d'exposition importante et prolongée. Les effets pulmonaires sont augmentés par la présence de particules respirables, le tabagisme et l'effort physique. L'inhalation peut aggraver un asthme préexistant et les maladies pulmonaires inflammatoires ou fibrosantes.

    De nombreuses études épidémiologiques ont démontré que l'exposition au dioxyde de soufre, à des concentra­tions normalement présentes dans l'industrie ou dans certaines agglomérations, peut engendrer ou exacerber des affections respiratoires (toux chronique, dyspnée) [26] et entraîner une augmentation du taux de mortalité par maladie respiratoire ou cardiovasculaire (maladie ischémique) [24, 25].

    Effets cancérogènes [11, 14, 24]

    On a suggéré que le dioxyde de soufre pouvait jouer un rôle cocancérogène dans le développement de cancer broncho-pulmonaire. Une étude suédoise suggère aussi qu'il pourrait être génotoxique (augmentation de la pré­valence d'anomalies chromosomiques chez des ouvriers produisant de la pulpe de bois). Cependant, aucune don­née épidémiologique ne permet de le considérer comme directement cancérogène [24]. Le CIRC estime que les données existantes ne permettent pas de classer le dioxyde de soufre du point de vue de sa cancérogénicité pour l'homme (groupe 3) [14].

  • Interférences métaboliques
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