Sulfure d'hydrogène

Pathologie - Toxicologie

• Toxicocinétique - Métabolisme [13-15]

  Le sulfure d'hydrogène est bien absorbé par voie respira­toire et très peu par voie cutanée. Il est rapidement distri­bué dans les principaux organes, il induit une hypoxie cellulaire. Il est éliminé par les reins et le tube digestif après métabolisation notamment en thiosulfates.

  Chez l'animal

  Le sulfure d'hydrogène est absorbé par inhalation. L'ab­sorption cutanée est minime. Il est distribué chez le rat et le cobaye dans le cerveau, le foie, les reins, le pancréas et l'intestin grêle après fixation aux protéines plasmatiques, essentiellement à l'albumine.

  Chez l'animal, le sulfure d'hydrogène serait métabolisé par trois voies principales :

  • oxydation du sulfure en sulfate essentiellement dans le foie mais aussi dans les reins ;
  • méthylation en méthanethiol et sulfure de diméthyle dans la muqueuse intestinale et le foie ; cette voie méta­bolique est utilisée lors de la dégradation du sulfure d'hy­drogène produit par les bactéries intestinales ; son importance n'est pas connue dans le métabolisme du sul­fure d'hydrogène exogène ;
  • réaction avec les métalloprotéines (cytochrome oxy­dase, méthémoglobine, ferritine, catalase, peroxydase) et les protéines contenant un groupement disulfure (succinate-déshydrogénase).

  L'élimination du sulfure d'hydrogène administré par voie intraveineuse est minimale dans l'air expiré (< 5 %) chez le chien, le lapin et le rat et s'arrête après 1 minute.

  L'excrétion urinaire du sulfure d'hydrogène n'a pas été étu­diée quantitativement. Toutefois, des études menées avec d'autres sulfures ont montré que l'excrétion des sulfates est essentiellement urinaire (50 % d'une dose orale de sul­fure de baryum).

  L'intoxication humaine a lieu essentiellement par voie respiratoire. Le sulfure d'hydrogène ne s'accumule pas dans l'organisme. Il n'est ni exhalé ni éliminé sous forme inchangée dans les urines, mais rapidement oxydé et éli­miné par voies intestinale et urinaire sous forme de thio­sulfates, sulfites et sulfates. Pour la surveillance biologique, les thiosulfates ont été proposés comme indi­cateurs d'exposition. Ils apparaissent dans l'urine après un temps de latence d'environ 17 heures. Malgré son manque de sensibilité, le dosage des ions sulfures dans le sang, effectué dans les 45 min après l'exposition, peut refléter la gravité d'une intoxication.

• Mode d'actions [13, 15]

  Le sulfure d'hydrogène est un puissant inhibiteur de la cytochrome-oxydase mitochondriale en se fixant au fer trivalent contenu dans l'hème. La cytochrome-oxydase est la dernière enzyme de la chaîne des cytochromes qui transfère ses électrons à l'oxygène, le combinant à l'hy­drogène pour former de l'eau. En présence de sulfure d'hydrogène, le transfert d'électrons à l'oxygène ne peut pas avoir lieu. Toute la chaîne de transport d'électrons est bloquée et la respiration tissulaire, source primaire d'énergie, est arrêtée engendrant une hypoxie qui endommage les organes fortement oxygéno-dépendants comme le cerveau, les reins et le cœur.

  L'hypoxie tissulaire est aussi associée à la peroxydation des lipides, qui est la cause directe des modifications dans les neurotransmetteurs membranaires de la cellule ner­veuse et de l'inhibition de la synthèse protéique.

  La réaction avec d'autres métalloprotéines (peroxydase, catalase...) ou avec des protéines contenant un groupe­ment disulfure (succinate-déshydrogénase) conduit soit à des inhibitions enzymatiques, qui contribuent à l'action toxique, soit à une détoxification (par capture des sulfures sur le fer de la méthémoglobine ou sur le pont disulfure du glutathion oxydé).

  Enfin, le sulfure d'hydrogène aqueux est un acide faible dont le produit de dissociation HS^- forme, en milieu alca­lin au niveau des muqueuses, du sulfure de sodium caus­tique, responsable de l'effet irritant.

• Toxicité expérimentale

  Toxicité aiguë [13, 16, 17]

  L'intoxication par inhalation se traduit par une irritation des muqueuses oculaire et respiratoire, des effets sur le sys­tème nerveux central (coma, convulsions parfois mortels) ainsi que des troubles respiratoires et cardiaques. Il produit des lésions cellulaires au niveau de la cornée, du cortex cérébral, des poumons et du foie.

  Le sulfure d'hydrogène est toxique par inhalation. Chez le rat, la CL50 est de 444 ppm pour une exposition de 4 heures ; chez la souris, elle est de 1 000 ppm pour une exposition de 30 minutes ou 100 ppm pour une exposi­tion de 7 h 30.

  Dans la majorité des espèces, l'inhalation est responsable:

  • d'un effet local irritation des yeux, du nez et de la gorge à partir de 200 ppm pendant 1 heure. Des hémorragies nasales et buccales surviennent chez le chien après une exposition à 1200 ppm ;
  • d'effets systémiques : neurologiques centraux (excita­tion, convulsions, tremblements puis, après une exposition de plusieurs heures à 700 ppm ou immédiatement à 1800 ppm, paralysie, collapsus et mort), respiratoires et car­diaques (augmentation des fréquences respiratoire et car­diaque dans les premières minutes de l'exposition puis ralentissement ; l'arrêt cardiaque suit l'arrêt respiratoire), stimulation des chimiorécepteurs carotidiens chez le chat (900 ppm, 5 min) ou le chien (1700 ppm, 5 min) entraînant une contraction splénique (d'où une augmentation du nombre d'érythrocytes circulants et une stimulation des surrénales ayant pour conséquence une hyperglycémie).

  L'examen histopathologique révèle :

  • des lésions de la cornée : œdème des cellules de la cou­che superficielle du stroma cornéen (chez le rat après 10 min à 1300 ppm ou 3 h à 54 ppm) ;
  • une nécrose du cortex cérébral et une réduction du nom­bre de cellules de Purkinje dans le cortex cérébelleux chez le singe après 22 minutes à 500 ppm ; une réduction de la syn­thèse protéique cérébrale est observée chez la souris 24 et 48 heures après une exposition de 2 heures à 100 ppm ;
  • une hyperhémie hépatique modérée chez le singe exposé 22 minutes à 500 ppm ;
  • un œdème pulmonaire dans la majorité des espèces.

  Chez le lapin (exposé 5 min à 600 ppm ou 10 min à 400 ppm), le sulfure d'hydrogène provoque l'arrêt définitif des mouvements ciliaires des cellules de la trachée.

  Toxicité subchronique, chronique [13, 16]

  L'exposition répétée provoque des effets variables selon les espèces. Les lésions atteignent la muqueuse nasale, le cer­veau, la thyroïde et des modifications enzymatiques sont notées dans le foie, les poumons, le cœur et les reins.

  L'inhalation répétée de sulfure d'hydrogène induit :

  • chez le rat et la souris, une inflammation de la muqueuse nasale, une baisse de poids corporel et du cer­veau (80 ppm/j, 90 j) ;
  • chez le rat, une hyperplasie des cellules sécrétrices thy­roïdiennes, dépendante de la dose (14 - 28 ppm, 4 h/j, 5 j/sem, 4 mois) ;
  • chez le lapin, des extrasystoles ventriculaires et des troubles de la repolarisation ventriculaire (71,4 ppm, 30 min/j, 5 j) ;
  • chez le cobaye, une baisse des lipides et des phospholi­pides intracérébraux sans modification du taux de choles­térol (20 ppm/j, 11 j) ;
  • dans de nombreuses espèces, des modifications d'acti­vités enzymatiques cérébrales, pulmonaires, cardiaques, rénales et sériques.

  Effets génotoxiques [13]

  Le sulfure d'hydrogène n'a pas été complètement évalué au plan de la génotoxicité.

  L'effet génotoxique du sulfure d'hydrogène gazeux n'a pas été étudié. Quelques études ont été menées avec du sul­fure de sodium qui s'hydrolyse en milieu physiologique. Deux de ces études se sont révélées négatives (induction de mutation chez Micrococcus aureus et de micronoyaux dans la moelle osseuse de souris) et une troisième a mon­tré un pouvoir mutagène faible pour Salmonella thyphimurium (dans des conditions expérimentales très particulières) et pour la drosophile.

  Effets cancérogènes [13]

  Le sulfure d'hydrogène n'a pas été complètement évalué au plan de la cancérogénicité.

  Aucune étude de cancérogenèse n'a été menée avec le sul­fure d'hydrogène. L'administration de sulfure de sodium, par gavage chez le rat (9 - 18 mg/kg, 2 fois/sem, 56 sem puis 2 à 3 fois/sem, 22 sem) ne montre pas d'effet cancé­rogène ; cependant, le faible taux de survie des animaux ne permet pas de conclure.

  Effets sur la reproduction [18]

  Une étude montre un effet fœtotoxique sans toxicité maternelle du sulfure d'hydrogène.

  Chez le rat, une exposition prénatale à une dose ne provo­quant pas de toxicité maternelle (100 ppm, 6 h/j, du 6^è au 20^è jour de gestation) entraîne une baisse légère mais significa­tive du poids corporel fœtal, sans anomalie externe.

• Toxicité sur l’Homme

  L'exposition aiguë est responsable de troubles variables selon le niveau d'exposition, les signes vont de l'irritation des muqueuses oculaire et respiratoire à l'œdème pulmo­naire parfois retardé accompagné de troubles neurolo­giques (céphalée, coma, convulsion) et du rythme cardiaque. Ces effets, lorsqu'ils n'entrainent pas le décès, peuvent laisser des séquelles neurologiques. Les effets chro­niques ne sont pas spécifiques, il s'agit d'effets irritants (conjonctivite, œdème cornéen, rhinite, bronchite, derma­tite), de troubles digestifs et neurologiques plus ou moins sévères.

  Toxicité aiguë [13, 16, 17, 19-23]

  Les effets observés sont essentiellement liés aux proprié­tés irritantes et anoxiantes de ce gaz. Aux concentrations supérieures à 1000 ppm, le décès survient de façon très rapide en quelques minutes. À partir de 500 ppm, une rapide perte de connaissance est suivie d'un coma parfois convulsif, accompagné de troubles respiratoires (dyspnée et cyanose), d'un œdème pulmonaire, de troubles du rythme cardiaque (brady- ou tachycardie, fibrillation) et de modifications tensionnelles (hypotension le plus sou­vent). Si l'exposition n'est pas interrompue, la mort sur­vient rapidement.

  Par contre, si le sujet peut être retiré de la zone polluée et correctement traité, la récupération est le plus souvent rapide mais peut être marquée par une encéphalopathie réversible et des séquelles neuropsychiques (trouble du comportement, amnésie, hallucinations...) ou respira­toires (fibrose).

  Au cours de ces intoxications, on note une acidose méta­bolique intense.

  Des formes plus discrètes se caractérisent, dès 100 ppm, par une irritation des muqueuses oculaires et respiratoi­res se traduisant par une conjonctivite, une rhinite, une dyspnée, voire un œdème pulmonaire retardé. Ces mani­festations peuvent s'accompagner de céphalée, nausée, sialorrhée et perte de connaissance brève.

  Dans un cas, des effets oculaires ont été rapportés ; il s'a­gissait d'une kératite et d'un œdème papillaire avec hémorragie rétinienne, qui furent réversibles.

  Toxicité chronique [13, 16, 17, 21-23]

  Les signes observés ne sont pas spécifiques et intéressent divers organes, en particulier :

  • le système nerveux : céphalée, fatigue, insomnie, perte de la libido, troubles de la mémoire, ataxie et mouve­ments choréo-athétosiques ;
  • l'œil : quelques heures après le début d'une exposition à de faibles doses apparaissent une irritation oculaire, avec sensation de brûlure, un inconfort et une photopho­bie ; dans quelques cas, un œdème cornéen peut survenir se traduisant par un halo autour des objets ; ces signes régressent 24 à 72 heures après l'arrêt de l'exposition ;
  • le système digestif, dont l'atteinte est caractérisée par nausée, anorexie, douleurs abdominales et éventuelle­ment diarrhée.

  Enfin l'exposition répétée au sulfure d'hydrogène peut être à l'origine de bronchites irritatives et d'une irritation cutanée qui entraîne souvent un érythème douloureux et prurigineux.

  Chez les femmes exposées de façon chronique, le taux d'avortements spontanés serait un peu plus élevé que dans la population générale.

• Interférences métaboliques
• Cohérence des réponses biologiques chez l'homme et l'animal