Fiche toxicologique : Nitrobenzène

Pathologie - Toxicologie

• Toxicocinétique - Métabolisme [4, 9-12]

  Le nitrobenzène est bien absorbé par toutes les voies, il se distribue largement dans l'organisme, préférentiellement dans les tissus riches en graisse. Son métabolisme produit des intermédiaires responsables de certains des effets toxiques (hémolyse, méthémoglobinémie). Il est éliminé sous forme inchangée ou métabolisée par les urines et à un moindre degré les fèces.

  Chez l'animal

  Absorption

  Le nitrobenzène est absorbé par toutes les voies. Par voie orale, l’absorption varie de 35 à 60 %, respectivement chez la souris et chez le rat. 80 % des vapeurs de nitrobenzène sont absorbés par les poumons. Concernant la pénétration cutanée, des taux d’absorption de 6,2 % (in vitro, cellules de Franz, recouvertes d’un film pour empêcher l’évaporation du nitrobenzène) et 4,2 % (in vivo, singe) ont été mesurés [13].

  Distribution

  Il diffuse dans la plupart des tissus ou organes et se distribue préférentiellement dans les tissus riches en graisse ; il est retrouvé dans le foie, les reins et les poumons, après une exposition par voie orale chez le rat [4]. Une très faible fraction de la dose administrée (0,02 %) est retrouvée dans le cerveau, avec des concentrations plus élevées dans la substance grise que dans la substance blanche.

  Le nitrobenzène et ses métabolites peuvent se fixer à l’hémoglobine.

  Le passage transplacentaire du nitrobenzène ne semble pas avoir été étudié [14, 15].

  Métabolisme

  Suite à une administration orale, 2 voies métaboliques majeures ont été identifiées chez le rat (cf. figure 1) :

  • l’oxydation du nitrobenzène via les cytochromes P-450 conduit à la formation de nitrophénols, principalement m- et p-nitrophénol (ou 4-nitrophénol), qui sont secondairement transformés en sulfo- et glucuronoconjugués ;
  • la réduction du nitrobenzène (par le microbiote intestinal, les microsomes dans divers organes ou dans les érythrocytes) conduit à la production d’intermédiaires comme le nitrosobenzène, la phénylhydroxylamine et l’aniline, probablement responsables des effets hématologiques et cancérogènes. Le métabolite ultime de cette seconde voie métabolique est le p-aminophénol, qui peut alors être transformé en sulfo-, glucurono- et N-acétyl conjugués. Chez le rat, la réduction est en grande partie réalisée par la flore intestinale.

  La conjugaison du p-aminophénol avec le glutathion est une voie mineure de biotransformation.

  Selon l’espèce et la souche étudiées, il existe des variations quantitatives de la biotransformation du nitrobenzène : les quantités de métabolites formés diffèrent entre le rat et la souris, et même entre 2 souches de rats. Ainsi, les quantités excrétées de p- et m-aminophénol et de p-hydroxyacétanilide sont plus importantes chez le rat que chez la souris. Les moindres quantités de p-hydroxyacétanilide excrétées par la souris peuvent expliquer en partie la plus faible sensibilité de cette espèce à la méthémoglobinémie induite par le nitrobenzène. L’Homme pourrait, quant à lui, être plus sensible que les rongeurs.

   

  

  Figure 1. Schéma métabolique du nitrobenzène [4]

  Excrétion

  Chez le rat et la souris, l’excrétion est indépendante de la dose et de la voie d’administration : 1 à 2 % de la dose administrée sont éliminés dans l’air expiré en 72 heures, contre 11 à 21 % dans les fèces et 35 à 66 % dans l’urine. L’excrétion urinaire, voie principale d’élimination du nitrobenzène, est relativement lente (pic d’excrétion entre 6 h et 24 h), car la métabolisation du nitrobenzène est lente. Elle aboutit principalement chez ces espèces à l’élimination urinaire des conjugués du 4-nitrophénol et du 4-aminophénol.

  Chez l'Homme

  Chez des volontaires exposés à des vapeurs de nitrobenzène pendant 6 heures (1-6 ppm), environ 80 % de la dose initiale sont absorbés par les poumons. Le 4-nitrophénol est rapidement détecté dans l’urine (6 à 37 %), avec une demi-vie d’élimination supérieure à 20 heures [13]. 

  La quantification de l’absorption par la voie cutanée est difficile en raison de l’évaporation du nitrobenzène liquide : elle est estimée à 1,5 % chez des volontaires et à 7,8 % in vitro (cellules de Franz, recouvertes d’un film pour empêcher l’évaporation du nitrobenzène). Sous forme de vapeurs, des taux d’absorption de 0,23 et 0,3 mg/h/µg/L ont été déterminés chez des hommes (6 h/j, 4 jours, 5 à 30 µg/L), portant des vêtements ou non : à partir de ces résultats, les auteurs en ont conclu que le port de vêtements diminuait l’absorption du nitrobenzène de 20 à 30 %. L’absorption cutanée de vapeurs est favorisée par l’humidité.  

  L’absorption par voie orale n’a pas été quantifiée mais elle est confirmée, indirectement, par les cas d’empoisonnements et de méthémoglobinémie rapportés après ingestion de nitrobenzène. Dans l’urine des patients, le 4-aminophénol et le 4-nitrophénol ont été détectés en grandes quantités.

  L’Homme métabolise plus lentement le nitrobenzène que le rat et l’on peut trouver à la fin d’une semaine d’exposition une quantité de 4-nitrophénol urinaire deux fois supérieure à celle trouvée le premier jour d’exposition [9, 16]. La contribution relative de la flore intestinale et des tissus à la réduction du nitrobenzène n’est pas connue chez l’Homme.

  Les autopsies réalisées ont révélé la présence de nitrobenzène dans le foie, le cerveau, l’estomac et le sang. Ses métabolites peuvent se fixer à l’hémoglobine et, dans une moindre proportion, aux protéines plasmatiques. Les principaux métabolites identifiés dans l’urine sont le 4-nitrophénol et 4-aminophénol.

  Mode d'actions

  De nombreux effets induits par le nitrobenzène résultent de la production de méthémoglobine, ainsi que de la destruction des érythrocytes. Par ailleurs, différentes étapes du métabolisme du nitrobenzène génèrent des radicaux libres et/ou des intermédiaires réactifs qui peuvent entrainer une péroxydation lipidique et des atteintes de nombreux tissus [4].

• Toxicité expérimentale

  Quel que soit le type d’exposition (aiguë ou chronique), le nitrobenzène entraine principalement des atteintes hématologiques (méthémoglobinémie), spléniques, hépatiques, rénales et neurologiques, pouvant aboutir à un coma. Son effet irritant sur la peau et sur l'œil est léger. La variabilité des résultats des tests de génotoxicité disponibles in vitro et in vivo rend difficile leur interprétation. Le nitrobenzène provoque des tumeurs dont le site et la nature varient selon l'espèce traitée et le sexe (poumons, thyroïde, foie, reins, glandes mammaires, utérus). Il est la cause d'une atteinte testiculaire avec réduction de la spermatogenèse qui induit une baisse de fertilité ; aucun effet tératogène, embryo- ou fœtotoxique n’est rapporté.

  Toxicité aiguë [12]

  La DL₅₀ orale est comprise entre 590 et 730 mg/kg chez le rat et 590 mg/kg chez la souris ; par voie cutanée, la DL₅₀ est de 2100 mg/kg chez le rat et < 300 mg/kg chez le lapin ; par inhalation, la CL₅₀ est de 2,8 mg/L pour une exposition de 4 heures chez le rat [12].

  Les atteintes observées sont d’intensité variable selon l’espèce considérée :

  • hématologique [17 à 20] : le nitrobenzène est à l’origine d’une anémie hémolytique et de méthémoglobinémie associée à une sulfhémoglobinémie qui la précède et persiste après son retour à la normale. Chez le rat, la méthémoglobinémie est obtenue pour des doses orales uniques supérieures à 200 mg/kg et dès 9 ppm par inhalation. La rate est le siège de modifications histologiques (hématopoïèse extramédullaire, congestion sinusoïdale, macrophages remplis d’hémosidérine). Ces modifications spléniques semblent correspondre au piégeage intra-splénique d’érythrocytes anormaux à partir d’un certain seuil de méthémoglobinémie. Une cyanose est aussi rapportée ;
  • neurologique [15, 18] : les symptômes relevés expérimentalement chez le rat sont un nystagmus, des atteintes de l’équilibre et de la coordination, une sédation, une paralysie, des tremblements, une aréflexie et un coma. Sont également retrouvés des lésions dégénératives des cellules de Purkinje du cervelet chez le lapin, des hémorragies au niveau du tronc cérébral et du cervelet ainsi qu’un ramollissement et une vacuolisation du tissu des pédoncules cérébelleux chez le rat et de la moelle épinière chez le rat et le lapin. Chez le rat, la dose orale unique responsable de ces lésions, est supérieure à 550 mg/kg. On ne sait si ces lésions reflètent une encéphalopathie anoxique secondaire à la méthémoglobinémie, une encéphalopathie hépatique ou une action propre du nitrobenzène ou de l’un de ses métabolites ;
  • rénale et hépatique : une congestion et une dégénérescence graisseuse au niveau des reins et du foie [18]. L’administration d’une dose unique de 450 mg/kg produit chez le rat des nécroses centrolobulaires ; aux doses plus faibles (110 mg/kg), le nitrobenzène provoque des hypertrophies nucléaires hépatocellulaires ;
  • testiculaire : des atteintes au niveau des tubes séminifères (cf. § « Effets sur la reproduction »).

   

  Lorsque les expositions durent pendant 2 semaines, des effets respiratoires et immunologiques sont rapportés :

  • chez le rat, les autopsies ont révélé une congestion par inhalation (49 ppm) et par voie cutanée (1600 mg/kg pc/j) ; le nombre de cellules formant certains anticorps (immunoglobulines IgM) et l’activité des cellules tueuses (« natural killer ») sont diminués à partir de 100 mg/kg pc/j ;
  • chez la souris, le poids relatif des poumons est augmenté à 300 mg/kg pc/j par voie cutanée ; par inhalation, une légère hyperplasie est observée au niveau de l’épithélium bronchiolaire dès 36 ppm, plus marquée à 124 ppm.

   

  Irritation, sensibilisation [12]

  L’application, chez le lapin, d’une dose de 500 mg pendant 24 heures sur la peau ou dans l’œil provoque une légère irritation. Les études par inhalation ont mis en évidence une inflammation au niveau des fosses nasales, une respiration difficile et une sévère irritation des muqueuses respiratoires.

  Des tests de sensibilisation cutanée menés chez la souris (stimulation locale des ganglions lymphatiques - LLNA) ou chez le cobaye ont donné des résultats négatifs [3].

  Toxicité subchronique, chronique [12, 21-23]

  Chez le rat et la souris, l’exposition par inhalation (5 à 50 ppm, 6 h/j, 5 j/sem, pendant 13 sem) est responsable de méthémoglobinémie (≥ 5 ppm, rat), de lésions dégénératives ou adaptatives du foie (50 ppm, rat et souris), des reins (≥ 5 ppm, rat) et de la rate (50 ppm, rat et souris), et de dégénérescences et atrophies testiculaires chez le rat dès 5 ppm. Des effets systémiques identiques ont été retrouvés après exposition pendant 2 ans (respectivement 1 à 25 ppm et 5 à 50 ppm, 6 h/j, 5 j/sem) avec en plus une hyperplasie thyroïdienne : les effets apparaissent dès la 1^re concentration, leur sévérité augmentant avec les concentrations [24].

  Lorsqu’il est ingéré ou appliqué sur la peau (rats et souris, 90 jours), le nitrobenzène touche les mêmes organes cibles que par inhalation, avec en plus des atteintes du système nerveux central comme des lésions cérébrales (dès l’application de 100  mg/kg pc/j chez les rats mâles et femelles, 400 mg/kg pc/j chez les souris femelles et 800 mg/kg pc/j chez les souris mâles) et des troubles neurologiques (piloérection, ataxie, léthargie) aux plus fortes doses testées par ingestion (800 mg/kg pc/j, rats et souris des 2 sexes) ou par voie cutanée (150 mg/kg pc/j chez le rat, 300 mg/kg pc/j chez la souris). L’ensemble de ces résultats met en évidence une différence de sensibilité, les rats s’avérant les plus sensibles : les effets sur la rate, le foie, les reins et le sang apparaissent dès 9,4 mg/kg pc/j dans l’étude du NTP 90 jours (vs 19 mg/kg pc/j chez la souris) [12].

  Le nitrobenzène est aussi à l’origine d’effets locaux :

  • au niveau des voies respiratoires avec des atteintes des cavités nasales (dégénérescence de l’épithélium olfactif, inflammation ou hyperplasie) et des poumons (pneumonie, hyperplasie de l’épithélium bronchiolaire), dès 1 ppm chez le rat et 5 ppm chez la souris (2 ans) ;
  • au niveau cutané, chez la souris, avec l’apparition d’acanthose, d’hyperkératose, voire de nécrose, localisées au site d’application (400 mg/kg pc/j pendant 90 jours).

  Effets génotoxiques [1, 18, 25-27]

  • In vitro

  Le nitrobenzène ne provoque pas de mutation génique ponctuelle chez Salmonella typhimurium en présence ou en l’absence d’activation métabolique ainsi que dans les conditions anaérobies d’essai garantissant l’activité nitro- réductase bactérienne. Toutefois, la volatilité du nitrobenzène n’a pas été contrôlée dans ces essais. De même, aucune augmentation du nombre d’aberrations chromosomiques n’est rapportée dans les cellules pulmonaires de hamster, avec ou sans activation métabolique.

  À l’inverse, des résultats positifs ont été obtenus dans différents tests ne suivant pas les recommandations de l’OCDE :

  • augmentation de l’incidence des mutations récessives liées au sexe chez la drosophile ;
  • activité mutagène chez Salmonella typhimurium TA 98 en présence simultanée d’un système d’activation métabolique et d’un agent comutagène (norharman) ;
  • augmentation du nombre d’aberrations chromosomiques dans les lymphocytes humains ;
  • hausse des dommages à l’ADN dans les cellules rénales de rats ou humaines.

  Les conditions expérimentales insuffisamment précisées et les méthodologies inadéquates employées empêchent de conclure quant à la génotoxicité du nitrobenzène.

   

  • In vivo

  Chez le rat, l’inhalation d’une concentration hématotoxique (50 ppm, 6 h/j, 5 j/sem, 4 sem) ne produit pas d’effet clastogène au niveau des lymphocytes spléniques et circulants (échanges de chromatides sœurs et aberrations chromosomiques). De même, un test du micronoyau chez la souris s’est révélé négatif (voie intra-péritonéale, 250 mg/kg pc). En revanche, des résultats positifs sont rapportés dans un test des comètes et du micronoyau, réalisés chez le rat (gavage, 300 mg/kg pc).  

  Effets cancérogènes [12, 23]

  L’exposition par inhalation d’une part chez la souris B6C3F1 des deux sexes (0-5-25 ou 50 ppm, 6 h/j, 5 j/sem, 2 ans), d’autre part chez le rat Fischer 344 des deux sexes et Sprague-Dawley (CD) mâle (0-1-5 ou 25 ppm, 6 h/j, 5 j/sem, 2 ans), n’a pas sérieusement affecté les animaux, hormis une perte de poids occasionnelle inférieure à 10 %.

  Outre la méthémoglobinémie et les multiples altérations non néoplasiques décrites précédemment (cf. § "Toxicité subchronique et chronique"), une augmentation de l’incidence des tumeurs est associée au traitement, avec des sites différents selon l’espèce, la souche et le sexe :

  • chez les souris mâles : adénomes alvéolaires, bronchiques (≥ 5 ppm) et thyroïdiens (25 ppm) ;
  • chez les souris femelles : adénocarcinomes mammaires (50 ppm) ;
  • chez les rats F344 
    • mâles : adénomes et carcinomes hépatiques (25 ppm), adénomes rénaux (25 ppm) et adénomes ou adénocarcinomes de la thyroïde (de manière plus marginale),
    • femelles : adénomes ou carcinomes hépatiques (non statistiquement significatifs) et tumeurs de l’utérus (25 ppm),
  • chez les rats mâles CD, adénomes hépatiques à toutes les doses testées.

  L’incidence des tumeurs testiculaires n’est pas augmentée chez le rat mâle CD, espèce particulièrement sensible aux effets toxiques du nitrobenzène sur les testicules et souche de rat présentant spontanément une faible incidence de ce type de tumeurs.

  La variabilité des localisations néoplasiques est probablement à mettre en relation avec la forte variabilité de la métabolisation du nitrobenzène en fonction de l’espèce, de la souche et du sexe et incite à la prudence pour extrapoler à l’homme les effets cancérogènes expérimentaux du nitrobenzène.

  Le CIRC a classé le nitrobenzène comme « possible cancérogène pour l’Homme » sur la base des données suffisantes chez l’animal (Groupe 2B) [13].

  Effets sur la reproduction

  Fertilité [18, 28-31]

  Quelle que soit la voie d’exposition, le nitrobenzène induit des effets persistants au niveau des testicules et de la spermatogenèse qui conduisent à une baisse de la fertilité.

  Administré par voie orale (rats, 0-20-60 ou 100 mg/kg pc/j, en continu avant l’accouplement et jusqu’au 3^e jour de lactation), le nitrobenzène induit uniquement des effets au niveau des testicules comme une atrophie des tubes séminifères, une hyperplasie des cellules de Leydig et une diminution du nombre de spermatozoïdes dans les épididymes dès 20 mg/kg pc/j. De même, suite à l’administration d’une dose unique supérieure à 200 mg/kg, le nitrobenzène produit chez le rat des lésions des tubes séminifères (vacuolisation et hypertrophie des spermatocytes primaires et secondaires suivie de nécrose et d’une diminution du nombre de spermatozoïdes dans l’épididyme). Il en découle un blocage de la spermatogenèse d’installation lente (30 jours).

  L’exposition par inhalation de deux générations de rats CD (0-1-10 ou 40 ppm, 6 h/j, 5 j/sem, 10 sem pour les mâles de chacune des deux générations ; pour les femelles, en continu de 10 semaines avant l’accouplement jusqu’au 21^e jour post natal) a été responsable d’une hypofertilité, imputable aux effets testiculaires : diminution du poids des testicules et des épididymes, dégénérescence des spermatocytes et baisse du nombre de spermatides et atrophie sévère des tubes séminifères. Aucun effet sur les organes reproducteurs féminins n’est observé. La concentration sans effet reprotoxique est de 10 ppm [32]. La souris s’est révélée une espèce particulièrement résistante aux effets testiculaires du nitrobenzène.

  Développement

  Chez le rat et le lapin, l’inhalation de nitrobenzène n’entraine ni effet sur le développement, ni tératogénicité, en présence de toxicité maternelle.

  L’exposition de rates gestantes à des vapeurs de nitrobenzène du 6^e au 15^e jour de gestation (exposition corps entier, 0, 1, 10 ou 40 ppm, 6 h/j) ne modifie aucun paramètre gestationnel et n’entraine ni fœtoxicité, ni tératogénicité. La toxicité maternelle comprenait une diminution du poids transitoire et une augmentation du poids relatif de la rate à 40 ppm. Chez le lapin, l’exposition de femelles gestantes du 7^e au 19^e jour de gestation (exposition corps entier, 0, 10, 40 ou 100 ppm, 6 h/j) n’a aucun effet sur le nombre de naissances précoces ou d’avortements ; seule une tendance à la hausse des résorptions est notée à 100 ppm mais non significative. Dès 40 ppm, les mères présentent une augmentation du poids moyen du foie et des niveaux en méthémoglobinémie. À partir de ces résultats, une NOAEC de 40 ppm est déterminée pour les effets sur le développement.    

  L’injection quotidienne de nitrobenzène par voie sous- cutanée à des rates entre le 4^e et 6^e ou entre le 9^e et 12^e jour de la gestation, à la dose de 125 mg/kg, est responsable de retards d’ossification (3 cas sur 30), d’hydrocéphalie (1 cas sur 30) et d’absence de membre postérieur (1 cas sur 30). Toutefois ces essais insuffisamment contrôlés ont utilisé un nombre limité d’animaux ; leur interprétation en termes d’effet tératogène est par ailleurs difficile du fait de la voie d’administration employée.

  Effets pertubateurs endocriniens

  Le nitrobenzène est classé 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 [33].

• Toxicité sur l’Homme

  Les intoxications aiguës se traduisent par des signes digestifs, neurologiques et cardiaques accompagnés d'une méthémoglobinémie. Des comas surviennent lors des intoxications graves. Lors d'exposition répétée, on peut observer des signes neurologiques et une anémie hémolytique. Les effets cancérogène, mutagène et la toxicité pour la reproduction ne sont pas documentés chez l'Homme.

  Toxicité aiguë [18, 34]

  De nombreux cas d’intoxications accidentelles ont été rapportés soit après ingestion soit après contact cutané avec la substance. Les signes cliniques peuvent être retar­dés de plusieurs heures après l’exposition.

  Après ingestion, les signes comportent une sensation de brûlure de la bouche et de la gorge, des nausées, des vomissements, vertiges, troubles de la coordination, agita­tion, tachycardie, diminution de la pression artérielle pou­vant aller jusqu’au collapsus. Dans les cas les plus sévères, on observe également des troubles de conscience avec parfois coma.

  La méthémoglobinémie se traduit rapidement par une cyanose ardoisée et peut être mise en évidence pendant plusieurs jours. Lorsqu’elle devient très élevée, elle se com­plique d’une anémie hémolytique avec ictère et des trou­bles organiques notamment cérébraux (encéphalopathie) liés à l’hypoxie.

  Le nitrobenzène provoque une irritation de la peau et des muqueuses oculaire et respiratoire.

  Toxicité chronique [18, 34]

  Les signes de l’intoxication chronique ne diffèrent pas de ceux de l’intoxication aiguë. Ils associent nausée, céphalée, anémie hémolytique, atteinte neurologique avec convul­sions, spasmes et nystagmus. Ces signes peuvent survenir pour des expositions de quelques dizaines de ppm.

  Une exposition aux vapeurs de nitrobenzène conduit à une absorption cutanée non négligeable.

• Cohérence des réponses biologiques chez l'Homme et l'animal