Expositions chez le volontaire

De nombreuses études ont été réalisées chez des volontaires exposés de manière contrôlée. Elles ont permis de mesurer l’impact de l’exposition à des concentrations connues de SO₂ sur la fonction pulmonaire chez les volontaires en bonne santé et chez les sujets asthmatiques parfois en assocation avec la pratique d’une activité physique.

- Chez le volontaire sain :

De nombreuses études ont été réalisées chez le volontaire sain (Amdur et al., 1953 ; Frank et al., 1962 ; Andersen et al., 1974 ; Weir et Bromberg, 1974 ; Lawther et al., 1975 ; Stacy et al., 1981 ; Kulle et al., 1984 ; Schachter et al., 1984 ; Douglas et Coe, 1987 ; Carson et al., 1987 ; Rondinelli et al., 1987 ; Sandstrom et al., 1989a,b,c ; van Thriel et al., 2010). Des effets pulmonaires sont rapportés pour des expositions à des concentrations voisines de 1 ppm (2,66 mg.m^-3) (INERIS, 2005). Il n’existe pas de preuve suffisante montrant qu’une ventilation plus élevée pourrait induire des effets pulmonaires chez des sujets sains à des concentrations inférieures à 1 ppm (Johns et Linn, 2011).

Chez 10 volontaires non asthmatiques, une exposition contrôlée à 1,0 ppm (2,66 mg.m^-3) de SO₂ pendant 40 minutes est associée à une légère augmentation des symptômes respiratoires tel qu’une irritation ou une altération des sens gustatif ou olfactif (Schachter et al., 1984). Aucune altération des paramètres fonctionnels pulmonaires n’est observée. En revanche, une diminution du volume et du débit lors d’une expiration forcée et une augmentation de la résistance des voies aériennes est rapportée chez 15 volontaires sains exposés à une concentration supérieure ou égale à 1 ppm (2,66 mg.m^-3) de SO₂ pendant 1 – 6 h (Andersen et al., 1974). Une diminution du volume courant et une augmentation de la fréquence respiratoire sont observées chez 14 sujets exposés à 1 – 8 ppm (2,66 – 21,28 mg.m^-3) de SO₂ pendant 10 minutes (Amdur et al., 1953). La résistance pulmonaire est augmentée chez 26 sujets exposés à 0,6 – 0,8 ppm (1,57 – 2,13 mg.m^-3) de SO₂ pendant 5 minutes (Islam et al., 1992). Une diminution significative de la clairance nasale est observée chez 15 sujets exposés à 5 et 25 ppm (13,3 et 66,5 mg.m^-3) de SO₂ (Andersen et al., 1974). Une diminution de la clairance bronchique est observée à 5 ppm (13,3 mg.m^-3) alors que la pratique d’exercice physique augmente la clairance bronchique (Wolff, 1986). Dans une autre étude, une augmentation de la résistance bronchique est observée pendant le repos chez 7 sujets exposés à 4 – 6 ppm (10,64 – 15,96 mg.m^-3) pendant 10 minutes (Nadel et al., 1965).

Chez 11 sujets exposés à des concentrations de 1, 5 et 13 ppm (2,66, 13,3 et 34,58 mg.m^-3) pendant 10 à 30 minutes, une augmentation de la résistance bronchique est rapportée pour les deux concentrations les plus élevées (Frank et al., 1962).

A la concentration de 5 ppm (13,3 mg.m^-3), une toux, une irritation de la gorge et une hypersalivation sont également observées. En revanche, aucun effet n’est observé lors d’une exposition à 1 ppm (2,66 mg.m-³). Un érythème de la trachée et des bronches souches est observé chez 22 sujets exposés à 8 ppm (21,28 mg.m-³) de SO₂ pendant 20 minutes (Sandström et al., 1989a, 1989b). Cet effet est associé à une augmentation des cellules inflammatoires dans le lavage broncho-alvéolaire. Une augmentation du nombre de cellules inflammatoires est également rapportée chez un groupe de 4 – 10 sujets exposés à 4 ppm (10,64 mgm-³) de SO₂ pendant 20 minutes (Sandström et al., 1989a, 1989b).

Une série d’expériences a été menée chez le volontaire sain utilisant différentes concentrations de SO₂ (Lawther et al., 1975). La fonction pulmonaire n’est pas altérée chez 13 sujets exposés à 1 ppm (2,66 mg.m-³) de SO₂ pendant 1 heure. Cependant, une augmentation de la résistance des voies aériennes est rapportée chez 12 sujets ayant effectué 25 respirations forcées consécutives de 1 ppm (2,66 mg.m-³) de SO₂. Le même effet est également noté chez des sujets ayant effectué 25 respirations forcées consécutives d’air filtré mais l’effet est plus marqué avec le SO₂. Une relation dose-effet est observée chez des sujets ayant pris 8, 16 et 32 grandes aspirations de SO₂. Une augmentation de la résistance pulmonaire est rapportée chez 14 sujets exposés à 5 ppm (13,3 mg.m-³) pendant 10 minutes. La résistance est plus élevée en fin d’exposition et dépend de la sensibilité de l’individu. Une relation dose-effet (résistance des voies aériennes) pour des expositions à 10 et 30 ppm (26,6 et 79,8 mg.m-³) de SO₂ a été mise en évidence.

Une absence d’effet pulmonaire a été signalée pour des expositions jusqu’à 2 ppm chez des sujets sains pratiquant une exercice physique léger (van Thriel et al., 2010).

         - Chez le sujet asthmatique :

Les sujets asthmatiques constitueraient une population sensible aux expositions au SO₂. La pratique d’un exercice physique exacerberait ces effets. Deux modes d’exposition différents ont été utilisés dans les études soit en chambre d’exposition soit une exposition via un embout buccal.

Chez 21 sujets asthmatiques exposés pendant 10 minutes à 1, 3 et 5 ppm (2,66, 7,98 et 13,3 mg.m-³) de SO₂ une augmentation de la résistance des voies aériennes est observée (Sheppard et al., 1980).

Une augmentation significative de la résistance des voies aériennes a été clairement montrée chez des sujets asthmatiques pratiquant un léger exercice physique et exposés pendant 3 – 10 minutes à des concentrations de 0,40 – 1,0 ppm (1,06 – 2,66 mg.m-³) de SO₂ (Bethel et al., 1985 ; Linn et al., 1983, 1984 ; Roger et al., 1985 ; Schachter et al., 1984). Dans l’étude de Bethel, les sujets ont été exposés au SO₂ par l’intermédiaire d’un embout buccal.

Des hommes volontaires, asthmatiques modérés, ont été exposés à des concentrations de 0,0 - 0,25 - 0,5 ou 1,0 ppm (0,0 - 0,7 - 1,33 ou 2,66 mg.m^-3) de SO₂ pendant 75 minutes dans une chambre d’exposition (Roger et al., 1985). Chacune des expositions comporte 3 séries d’exercices modérés de 10 minutes. La résistance des voies aériennes n’est pas augmentée significativement lors de l’exposition à 0,25 ppm (0,7 mg.m^-3) par rapport à une exposition à l’air ambiant. En revanche, une augmentation statistiquement significative est mesurée lors d’expositions à 0,5 et 1,0 ppm (2,66 mg.m^-3).

Dans une série d’expériences, 6 hommes et 1 femme, asthmatiques modérés, pratiquant un exercice physique modéré (10 minutes), sont exposés à des concentrations de 0 - 0,10 - 0,25 et 0,50 ppm (0 – 0,27 – 0,7 et 1,33 mg.m^-3) de SO₂ par l’intermédiaire d’un embout (Sheppard et al., 1981). Chez ces 7 sujets l’exposition au SO₂ au cours de l’exercice physique augmente significativement la résistance des voies aériennes (soit la résistance spécifique des voies ariennes [sR_aw]) dès la concentration de 0,25 ppm (0,7 mg.m^-3). Ces effets sont observés dès l’exposition à 0,1 ppm (0,27 mg.m^-3) chez 2 des 7 sujets les plus sensibles. Chez ces sujets, une relation dose-effet est observée.

L’équipe de Balmes a également décrit une augmentation de la résistance des voies aériennes chez des sujets asthmatiques exposés à 0,5 (1,33 mg.m^-3) ou 1 ppm (2,66 mg.m^-3), dès la première minute d’exposition (augmentation respective de 34 et 93 % à 0,5 et 1 ppm) (Balmes et al., 1987). Les effets sont exacerbés pour des expositions de 3 et 5 minutes avec des augmentations respectives de 173 et 395 % (3 minutes) et 234 et 580 % (5 minutes) aux deux doses respectives de 0,5 et 1 ppm.

Vingt-trois jeunes asthmatiques ont été exposés à 0,75 ppm (2 mg.m^-3) de SO₂ pendant la pratique d’un exercice physique intense (10 minutes) soit par l’intermédiaire d’un embout buccal avec l’utilisation d’un pince-nez, soit librement dans la chambre d’exposition (Linn et al., 1983). Des expositions à l’air dans les mêmes conditions expérimentales ont servi de témoin. Une augmentation de la résistance des voies aériennes et des symptômes respiratoires été exacerbée par l’utilisation de l’embout buccal aussi bien lors de l’exposition à l’air seul qu’avec le SO₂. Ainsi_, lors de l’exposition en chambre la résistance pulmonaire est augmentée en fin de l’exercice physique d’un facteur 2,72 avec l’air et 11,93 avec le SO₂, alors qu’avec l’utilisation de l’embout buccal elle est passée de 2,50 à 18,33.

Dans une autre étude Linn et al. (1987) ont exposé différentes populations de volontaires, sains, atopiques, asthmatiques modérés et asthmatiques sévères, à 0,0, 0,2, 0,4 et 0,6 ppm (0,0, 0,53, 1,06, 1,60 mg.m^-3) de SO₂ dans une chambre d’exposition pendant 1 heure (comprenant 10 minutes d’exercice physique). Les sujets sains et la plupart des sujets atopiques ont développé une faible réponse pulmonaire à ces niveaux d’exposition au SO₂, y compris à la plus forte concentration testée de 0,6 ppm (1,60 mg.m^-3) En revanche certains sujets atopiques et la plupart des sujets asthmatiques ont développé une bronchoconstriction et des symptômes respiratoires, dès une exposition à 0,0 ppm (sujet pratiquant un exercice physique mais non exposé au SO₂), les variations étant assez incohérentes aux concentrations intermédiaires, et nettement augmentées (variation de plus de 100 % de la sRaw) à 0,6 ppm. Les auteurs ont par ailleurs observé que la réponse au SO₂ était peu dépendante de la sévérité clinique de l’asthme. La réanalyse de ces données par l’OEHHA (2008) a permis d’identifier une augmentation significative des symptômes respiratoires et de la résistance des voies aériennes à partir de 0,6 ppm chez les sujets atopiques et 0,4 ppm chez les sujets asthmatiques (modéré à sévère). De tels effets ont été observés de manière statistiquement significative à la concentration de 0,2 ppm uniquement dans le groupe de sujets asthmatiques modérés. Par ailleurs, parmi les 30 % de sujets ayant eu une réponse positive [sRaw] uniquement (sans prise en compte des symptômes), l’OEHHA a identifié des sujets normaux, atopiques et asthmatiques.

Certaines études ont confirmé l’induction d’altération de la fonction pulmonaire chez les asthmatiques exposés à 0,25 ppm (0,7 mg.m^-3) de SO₂ (Myers et al., 1986a, 1986b). En revanche, d’autres études n’ont pas retrouvé de modification significative de la fonction pulmonaire chez des asthmatiques exposés à des concentrations de 0,1 – 0,5 ppm (0,27 – 1,33 mg.m^-3) de SO₂ (Jorres et Magnussen, 1990 ; Koenig et al., 1990). Enfin, il a été montré que la qualité de l’air (froid ou sec) peut également influencer la réponse (Sheppard et al., 1984).

Chez les sujets asthmatiques, des expositions répétées au SO₂ limitent la sensibilité de la réponse. La bronchoconstriction est moins sévère chez 14 sujets asthmatiques exposés à 0,6 ppm (1,57 mg.m^-3) de SO₂ au cours du second jour d’exposition (Linn et al., 1984). Dans une autre étude, 8 sujets asthmatiques ont été exposés à 0,5 ppm (1,33 mg.m^-3) de SO₂ pendant 3 minutes (Sheppard et al., 1983). Des périodes de repos de 30 minutes séparent chaque exposition. La résistance des voies aériennes est augmentée de manière plus importante lors de la première exposition que lors de la deuxième ou troisième exposition. Ce phénomène n’est pas retrouvé lorsque le temps de repos est de 24 heures ou 7 jours.

Une série d’études a mesuré l’importance de l’âge du sujet lors de l’exposition à du SO₂ (Koenig et al., 1982a, 1982b, 1983 ; Rondinelli et al., 1987). Les populations prises en compte sont des adolescents (n = 8-9, 12-17 ans) et des séniors (n = 10, 55-75 ans). Les durées d’exposition sont pour les adolescents de 30 et 10 minutes (respectivement au repos et lors de la pratique d’un exercice physique) et de 20 et 10 minutes pour les seniors (respectivement au repos et lors de la pratique d’un exercice physique). Ces études ont montré que c’était le facteur correspondant à l’état de santé du volontaire (asthmatique ou sain) qui influençait la réponse.

Une étude d'exposition contrôlée chez des sujets asthmatiques exposés à des concentrations croissantes de SO₂ (0 - 0,5 - 1 ppm soit 0 – 1,33 – 2,66 mg.m^-3) pendant dix minutes effectuant une activité physique de niveaux variés a révélé que les symptômes respiratoires (essoufflement, respiration sifflante et serrement de la poitrine) augmentaient selon la concentration (Gong Jr. et al., 1995). Une augmentation de la concentration d’exposition au SO₂ avait un effet plus important sur les variations de la sRawet du VEMS que celle du niveau d'activité physique.

Trenga et al. (1999) ont signalé des corrélations entre des expositions de 10 minutes au SO₂ (0,5 ppm) par l'intermédiaire d'un embout et la diminution du VEMS et l'augmentation des symptômes respiratoires.

En 2008, l’US EPA a réalisé une évaluation scientifique intégrée de la morbidité respiratoire chez les adultes exposés au SO₂ (US EPA, 2008). Un lien de causalité a été établi entre l'exposition à de fortes concentrations de SO₂ pour une durée de 5 à 10 minutes et des symptômes respiratoires et une diminution de la fonction pulmonaire chez les asthmatiques lors d’études d'exposition contrôlée , Une diminution significative de la fonction pulmonaire ainsi que des symptômes respiratoires (p. ex., respiration sifflante et serrement de la poitrine) ont été clairement démontrés après une exposition à une concentration de SO₂ comprise entre 0,4 et 0,6 ppm (1,1 à 1,6 mg.m^-3)(Balmes et al., 1987 ; Gong et al., 1995; Linn et al., 1987, 1988, 1990).

Une autre analyse approfondie de plusieurs études d'exposition contrôlée, à l'aide d'un modèle MLG multi-niveaux, a fourni les preuves d'une bronchoconstriction importante parmi les sujets asthmatiques après des expositions à 0,3 ppm (0,8 mg.m^-3) de SO₂ (Johns et Linn, 2011).

Expositions professionnelles

Plusieurs études rapportent la survenue d’expositions aiguës au SO₂ dans le cadre de l’exercice professionnel (Galea, 1964 ; Charan et al., 1979 ; Harkonen et al., 1983 ; Rabinovitch et al., 1989 ; Hamilton et Hardy, 1974). Une analyse détaillée de ces données est proposée dans le rapport « Seuils de toxicité aiguë : SO₂ » (INERIS, 2005).

Trois mineurs ont été exposés à des concentrations élevées de SO₂ à la suite d’une explosion de poussières de sulfures (CuFeS₂) (Rabinovitch et al., 1989). Un mineur est mort dans les minutes suivant l’accident. Les concentrations mesurées étaient supérieures à 40 ppm (106,4 mg.m^-3), aucun autre gaz toxique n’était présent. Les effets observés sont des brûlures au niveau des yeux, du nez et de la gorge, une dyspnée, des douleurs diffuses au niveau de la poitrine, des nausées, des vomissements et une incontinence urinaire. L’obstruction sévère des voies aériennes n’est que partiellement réversible 2 ans après l’exposition.

Un autre cas d’accident, dans l’industrie du papier, rapporte l’exposition à des concentrations élevées de SO₂ mais qui n’ont pu être mesurées (Charan et al., 1979). Cinq personnes ont été atteintes dont 2 sont décédées rapidement par arrêt respiratoire. L’analyse anatomo-pathologique des deux victimes révèle une large desquamation de la muqueuse de l’ensemble du tractus respiratoire associée à un œdème alvéolaire hémorragique. Chez les survivants, les principaux symptômes correspondent à une irritation du nez et de la gorge, une oppression thoracique et une dyspnée intense. Une obstruction plus sévère des voies aériennes est rapportée dans les 24 h suivant l’exposition et pouvant persister jusqu’à 116 jours après l’accident.

Plusieurs études ont montré le développement d’une hypersensibilité bronchique chez les individus suite à une seule exposition à des concentrations élevées de SO₂ (Brooks et al., 1985 ; Brooks, 1992 ; Goldstein et al., 1979 ; Harkonen et al., 1983). Il s’agit du syndrome de dysfonction réactif des voies aériennes (RADS : reactive airways dysfunction syndrome) qui correspond à un asthme développé chez des sujets exposés à un irritant et développant des symptômes asthmatiformes dans les minutes ou les heures suivant l’exposition.

Expositions environnementales

Un excès de mortalité a été mesuré lors d’exposition à des concentrations élevées de dioxyde soufre et de particules lors d’épisode de smog à Londres en décembre 1952 (Amdur et al., 1991 ; Mazumdar et al., 1982 ; OMS IPCS, 1979 ; Bell et al., 2001). Les concentrations quotidiennes moyennes lors des pics de pollution étaient supérieures à 4 000 µg.m^-3 (1,5 ppm) de SO₂ et 6 000 µg.m^-3 de fumée. Il a été mis en évidence un excès de mortalité pour des expositions au SO₂ de 500 µg.m^-3 (0,2 ppm) (concentration moyenne sur 24 heures) associée à des niveaux élevés de particules. Les excès de mortalité sont dus à une augmentation des bronchites et autres atteintes respiratoires. Des excès de mortalité dus à des pathologies cardiaques sont également rapportés (OMS IPCS, 1979). Une ré-analyse des données a mis en évidence le rôle majeur de la fumée (Mazumdar et al., 1982). Une nouvelle analyse montre l’importance des deux paramètres : fumée et SO₂ (Thurston et al., 1989).

D’autres épisodes de pollution atmosphérique dans lesquels le rôle du SO₂ serait un des facteurs à l’origine de l’excès de mortalité sont rapportés dans la littérature à Philadelphie, (1973-1988) et Steubenville, dans l’Ohio (1974-1984) (Moolgavkar et al., 1995a,b).

En Europe, le lien entre une augmentation des niveaux des polluants atmosphériques et les niveaux de mortalité quotidienne a été évalué par un projet international (Air Pollution and Health : a European Approch, APHEA) (Katsouyanni et al., 1997). Dans certaines villes un lien entre une augmentation de la mortalité et une augmentation des niveaux d’exposition au SO₂ ne sont pas observés (Bacharova et al., 1996 ; Ballester et al., 1996 ; Verhoeff et al., 1996). Dans d’autres un lien n’est mis en évidence que pour le SO₂ (pas en association avec les autres polluants) (Anderson et al., 1996). Enfin, dans d’autres encore, un lien est établi (Spix et Wichmann, 1996 ; Sunyer et al., 1996 ; Touloumi et al., 1996). Les résultats regroupés et la méta-analyse réalisée sur 12 villes suggèrent une association faible mais statistiquement significative entre une augmentation des niveaux d’exposition au SO₂ et la mortalité journalière dans les villes d’Europe de l’Ouest mais pas dans celles d’Europe de l’Est (Katsouyanni et al., 1997).

Deux études plus récentes ont relevé une diminution de la capacité vitale forcée (CVF) avec des expositions accrues au SO₂ (Steinvil et al. 2009 ; Son et al., 2010). En revanche, des résultats variables ont été constatés en ce qui concerne les effets sur le VEMS.

En général, les études épidémiologiques sur les adultes n'ont pas fourni de solides preuves d'un lien entre l'exposition à court terme au SO₂ dans l'air ambiant et la fonction pulmonaire, principalement en raison d'une forte corrélation entre le SO₂ et divers co-polluants, l'absence de preuve évaluant la confusion potentielle par les co-polluants ; ce qui limite l'interprétation de ces données (Santé Canada, 2016).

Aucune donnée n’a été identifiée.

Aucune donnée n’a été identifiée.

Chez la souris Swiss albino la CL₅₀ est de 3 000 ppm (7 980 mg.m^-3) pour une exposition de 30 minutes (Hilado et Machado, 1977).

Les études chez l’animal confirment les effets observés chez l’homme. Les principaux effets sont observés au niveau pulmonaire.

Des expositions aiguës à des niveaux élevés de SO₂ peuvent induire des altérations biochimiques, cliniques et histologiques sur le système respiratoire de la souris ou du lapin. Une diminution transitoire de la toux réflexe et une augmentation du réflexe de distension pulmonaire (réflexe de Hering-Breuer) sont observées chez 18 lapins exposés à des concentrations de SO₂ de 200-300 ppm (532-798 mg.m^-3) pendant 10-20 minutes (Hanacek et al., 1991).

Une augmentation du nombre de lymphocytes dans la trachée est notée chez 3-5 rats exposés à 230 ppm (611,8 mg.m^-3) de SO₂ pendant 5 heures (Farone et al., 1995). Une perte des cils et une nécrose cellulaire de la trachée et des bronches principales sont observées chez les rats exposés à 800 ppm (2128 mg.m^-3) de SO₂ pendant 8 heures (Stratmann et al., 1991).

Quatre souris exposées à 20 ppm (53,2 mg.m^-3) de SO₂ pendant 120 minutes présentent une dégénérescence de l’épithélium olfactif (Min et al., 1994).

Ces effets sont moindres pour des expositions à des concentrations peu élevées.

Seize cobayes exposés à 2,6 ppm (6,92 mg.m^-3) de SO₂ pendant 1 heure présentent une augmentation de 20 % de la résistance bronchique accompagnée d’une diminution de 10 % de la compliance (Amdur, 1959). Cette réponse est amplifiée à la fin d’une exposition de 3 heures, un retour à des valeurs proches de celles mesurées chez les témoins est observé 3 heures après la fin de l’exposition. Dans une autre étude, pratiquée en « nose-only » chez le cobaye exposé à des concentrations de 0,16-835 ppm (0,43-2221 mg.m^-3) de SO₂ ces effets ne sont pas retrouvés pour une heure d’exposition (Chen et al. cité dans ATSDR, 1998b).

Enfin, dans une autre étude, également réalisée chez le cobaye, mais sensibilisé à l’ovalbumine, une exposition à 5 ppm (13,3 mg.m^-3) de SO₂ 6 heures par jour pendant 5 jours associée à une exposition intermittente à l’ovalbumine induit des effets pulmonaires sévères (Riedel et al., 1992). Il s’agit d’une destruction de l’épithélium ciliaire des bronchioles, d’un collapsus partiel des alvéoles et d’une infiltration de polymorphonucléaires.

Des effets hématologiques sont également rapportés.

Une altération des érythrocytes est observée chez des rats exposés à 1 ppm (2,66 mg.m^-3) de SO₂ pendant 24 heures (Baskurt et al., 1990). Une hémolyse et une augmentation des niveaux de sulfhémoglobine érythrocytaire sont observées chez 50 rats exposés à 0,9 ppm (2,39 mg.m^-3) de SO₂ pendant 24 heures (Baskurt, 1988). Dans cette étude on note également une augmentation de l’hématocrite.

La recherche de donnée n’a pas été actualisée.

Le SO₂ 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. 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 (INRS, 2006).