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RESULTATS

Etudes d’inhalation de 21 jours comparant la fumée principale et la fumée latérale

La première étude de la fumée latérale à INBIFO, l’étude 3047,13-16 était une étude d’inhalation de 21 jours commencée en novembre 1981. Des rats mâles Sprague Dawley ont été exposés à des concentrations égales (basées sur la matière particulaire totale (MPT) par litre) de fumée de cigarette ordinaire, de fumée latérale provenant d’une cigarette soufflée selon le protocole de la Federal Trade Commission (FTC)17 et de fumée latérale provenant d’une cigarette à combustion libre14. Étant donné que les particules de fumée de cigarette à fumée latérale fraîche ont un diamètre aérodynamique moyen en masse de 0,23 μM,18 les mesures modernes de particules de PM2,5 et PM3,5 sont équivalentes aux mesures de MPT utilisées par INBIFO.

La concentration de fumée était de 170 μg/l de MPT (170 000 μg/m3), soit environ un tiers de la dose maximale tolérée déterminée par les études antérieures d’INBIFO sur l’inhalation de la fumée principale.19,20 Vingt rats dans chaque groupe d’exposition ont été exposés à la fumée sept heures par jour pendant 21 jours. La méthode d’exposition était « tête seulement », c’est-à-dire que les rats étaient placés tête la première dans des tubes en plastique bien ajustés avec une partie de tête grillagée qui faisait saillie dans un conduit par lequel passait l’air enfumé. Les contrôles de l’expérience étaient constitués de rats maintenus dans leur cage normale (contrôles de cage) et de rats placés dans des tubes d’exposition mais qui recevaient de l’air frais à respirer (exposition fictive).

Aucun des rats de contrôle n’est mort, un rat du groupe exposition principale est mort, 11 rats du groupe fumée latérale soufflée sont morts ou ont été tués dans un état moribond, et 12 rats du groupe fumée latérale à combustion libre sont morts ou ont été tués dans un état moribond14 (tableau 1). À la fin des expositions quotidiennes, la température corporelle moyenne était de 37 °C pour les rats exposés à l’aide d’un simulacre et les rats témoins en cage, de 36 °C pour les rats exposés à la fumée principale et de 32 °C pour les rats exposés à la fumée latérale14 (tableau 1). L’augmentation de la mortalité indique que la fumée latérale présentait une toxicité plus aiguë et la baisse de la température corporelle suggère un choc et une dépression de la fonction métabolique chez les rats exposés à la fumée latérale21.

La fréquence respiratoire des groupes témoins sham et cage était de 107 respirations/min, celle des rats exposés au courant principal de 91 respirations/min et celle des rats exposés au courant secondaire de 86 respirations/min.14 Les rats témoins et les rats en cage ont pris du poids pendant les 21 jours d’exposition pour atteindre environ 150 % de leur poids corporel initial ; le groupe exposé à la fumée principale a atteint 130 % de son poids corporel initial ; les groupes exposés à la fumée latérale ont perdu du poids, tombant à 80 % de leur poids corporel initial14 (tableau 1). La diminution du poids corporel a été associée à une baisse de la consommation alimentaire et suggère un choc et une cachexie.21

Après 21 jours d’exposition, 6 % des rats exposés au courant principal ont présenté une légère atrophie de l’épithélium olfactif, et 13 % une légère hyperplasie des cellules basales de l’épithélium cilié dans la cavité nasale. Tous les rats exposés aux flux latéraux ont présenté une atrophie ou une ulcération prononcée de l’épithélium olfactif, ainsi qu’une hyperplasie et une métaplasie des cellules basales de l’épithélium cilié dans la cavité nasale, avec une cornification dans certains cas (tableau 1). Les investigateurs ont conclu : « L’exposition aux courants latéraux a induit des lésions épithéliales plus fréquentes et plus sévères dans l’épithélium olfactif et l’épithélium cilié des fosses nasales que l’exposition aux courants principaux. Si l’on extrapole à partir de l’expérience des études antérieures sur l’inhalation de fumée principale, la concentration totale de matière particulière de la fumée principale de cette étude devrait être augmentée d’un facteur trois pour produire des réactions aussi fortes que celles observées avec l’exposition à la fumée latérale dans cette étude. « 14

Un total de sept études d’inhalation de 21 jours comparant la fumée principale et la fumée latérale ont été réalisées entre 1982 et 1985 (3057,35-37 3061,20,22-24 3069,25-29 3081,30-33 3108,38 311339,40). Quatre de ces études (3057, 3061, 3069, 3081) ont utilisé des concentrations de fumée suffisantes pour tuer 10 % ou plus des rats (tableau 1). La perte de poids et une température rectale inférieure à 33,5 °C étaient corrélées à la mortalité. En moyenne sur les quatre études, la fumée latérale a provoqué des taux de mortalité similaires à un tiers de la concentration (140 μg/l de MPT) de la fumée principale (469 μg/l).

Les techniciens qui ont manipulé les animaux ont également noté d’autres signes, plus subtils, de la toxicité comparative de la fumée de cigarette latérale. L’étude 3061 a comparé une dose de 380 μg/l de MPT de la fumée principale à une dose de 90 μg/l de fumée latérale. Les manipulateurs d’animaux ont noté :  » tous les rats traités à la fumée ont montré des signes généraux d’épuisement après la fin de l’exposition quotidienne. Contrairement à tous les autres rats qui se sont rétablis jusqu’au lendemain matin, les rats du groupe ayant reçu la dose la plus élevée de fumée latérale ont continué à présenter une fourrure hirsute et une température rectale légèrement diminuée « .24 Considérant l’ensemble de ces facteurs, les auteurs des rapports d’intégration des études 3069 et 3081 ont déclaré : « Les groupes exposés à la fumée principale et à la fumée latérale à forte dose ont réagi de manière à peu près similaire, bien que la concentration de MPT dans le groupe exposé à la fumée latérale à forte dose ait été environ quatre fois plus faible que dans le groupe exposé à la fumée principale. « 25,41

Les résultats de l’examen histopathologique des épithéliums respiratoires confirment l’idée que la fumée latérale est quatre fois plus toxique que la fumée principale par gramme. Comparée sur la base de la MPT, la concentration de fumée de fumée latérale suffisante pour provoquer une nécrose de l’épithélium tapissant la cavité nasale était de 23 % celle de la fumée principale (tableau 1). La concentration de fumée latérale suffisante pour provoquer une atrophie de l’épithélium olfactif était d’un dixième de celle de la fumée principale et la concentration de fumée latérale suffisante pour provoquer une métaplasie squameuse de l’épithélium nasal était d’un tiers (tableau 1).

En mars 1982, les chercheurs d’INBIFO ont comparé les condensats de fumée principale et de fumée latérale (recueillis dans un piège à impaction) dans un test de mutagenèse bactérienne (306742). Ils ont utilisé le test d’incorporation sur plaque avec des microsomes S9 et deux souches de Salmonella typhimurium, TA 98 (qui détecte les mutations de type frameshift) et TA 100 (qui détecte les substitutions de paires de bases d’ADN). La souche TA 98 n’a montré aucune différence, mais la souche TA 100 a montré une activité supérieure de 30 % avec le condensat de fumée latérale. Ces résultats suggèrent que le condensat de fumée latérale et ses produits de dégradation métabolique ont induit plus de substitutions de paires de bases par gramme que le condensat principal.

Tumorogenèse

En 1982, le condensat de fumée latérale a été inclus dans une expérience de tumorogenèse par peinture cutanée de 80 semaines sur des souris (306843-45). La moitié des souris ont reçu un prétraitement unique au 7,12 diméthylbenz(α)anthracène (DMBA), l’autre moitié non. Les composés chimiques comme le DMBA, qui suffisent à eux seuls à provoquer des tumeurs, sont appelés initiateurs de tumeurs. Les composés chimiques qui ne provoquent pas de tumeurs par eux-mêmes, mais qui augmentent l’incidence ou la multiplicité des tumeurs lorsqu’ils sont appliqués après un initiateur de tumeurs, sont appelés promoteurs de tumeurs. Les doses de condensat de fumée de cigarette appliquées étaient de 60, 90 ou 120 mg par souris et par semaine.

Les signes d’intoxication (activité frénétique, position couchée, halètement, yeux fermés) étaient plus prononcés chez les souris traitées par le courant latéral et persistaient plus longtemps. Seul le condensat de fumée latérale a provoqué une mortalité liée à la dose45 (tableau 2). Parmi les souris qui n’ont pas été traitées au DMBA, l’incidence des tumeurs était 3,4 à 5 fois plus élevée chez les souris traitées avec du condensat de fumée latérale que chez les souris traitées avec du condensat ordinaire (tableau 2), ce qui suggère que le condensat de fumée latérale est un initiateur de tumeurs beaucoup plus puissant que le condensat ordinaire. En tenant compte du délai de développement des tumeurs, de leur incidence et de leur multiplicité, les chercheurs d’INBIFO ont conclu que le condensat de fumée latérale, sans traitement au DMBA, était 2 à 6 fois plus tumorigène que le condensat principal et que le condensat de fumée latérale, précédé d’un traitement au DMBA, était 2 à 3 fois plus tumorigène que le condensat principal43.

Toxicité aiguë

La première étude de toxicité aiguë (307146,47) a comparé des applications uniques de condensat de fumée de cigarette principale et de fumée latérale, allant de 100 à 2115 mg/kg de poids corporel, à des souris.48 Les souris ont été étudiées pendant deux semaines après l’application du condensat. La concentration DL50 (concentration suffisante pour provoquer la mort de 50 % des animaux) du condensat de fumée latérale était de 608 mg/kg. Les animaux peints avec du condensat de fumée principale n’ont pas atteint 50 % de mortalité au cours de l’étude, mais la DL50 extrapolée était de 2 370 mg/kg. La DL50 de la fumée latérale pour une exposition cutanée était environ un tiers de la DL50 de la fumée principale.

L’étude 3099,47 un test de toxicité sur des cellules de culture de tissus pulmonaires humains, a également démontré la différence de toxicité entre la fumée principale et la fumée latérale. Les cellules ont été ensemencées en monocouches confluentes, on les a laissées se fixer pendant la nuit et on les a exposées à de la fumée fraîche.49 La fumée a été pompée dans l’espace aérien scellé au-dessus des cellules pulmonaires et du milieu de culture à des concentrations variables et conservée pendant la nuit, puis les cellules ont été détachées des flacons et leur viabilité a été testée le lendemain matin. La DL50 de la fumée latérale était un tiers de celle de la fumée principale49.

En 1984, la recherche sur la fumée de fumée latérale a commencé à se détourner des effets toxicologiques aigus et de la tumorigénèse pour tester ses effets sur des types de cellules et des systèmes cellulaires spécifiques, dans le but de déterminer quels composants chimiques rendaient la fumée de fumée latérale uniquement irritante, et de trouver une dose sans effet observable (NOEL) pour l’inhalation de la fumée de fumée latérale.

Les globules blancs

Trois études ont testé l’effet de l’inhalation de fumée sur les populations de globules blancs au sein du poumon (3108,38 3113,39,40 501550). L’inhalation de fumée principale et de fumée secondaire n’a pas eu d’effets aussi différents sur ces cellules que sur l’épithélium respiratoire. Les deux types de fumée ont augmenté le nombre de leucocytes polymorphonucléaires et de macrophages alvéolaires pulmonaires récupérés dans les poumons,38 mais ont diminué le nombre de leucocytes totaux récupérés dans le sang.39 Les lymphocytes récupérés dans les poumons des animaux exposés à la fumée principale présentaient des taux de prolifération induite par des mitogènes légèrement plus élevés que ceux des animaux exposés à la fumée secondaire.50 Les lymphocytes récupérés chez les animaux exposés à la fumée secondaire étaient moins viables que ceux des animaux exposés à la fumée principale.38,50 Les résultats de la viabilité réduite des lymphocytes suggèrent que la capacité immunitaire des animaux exposés à la fumée latérale pourrait être réduite par rapport à celle des animaux exposés à la fumée principale.51

Base chimique de la toxicité accrue de la fumée latérale

La première étude à examiner la base chimique de la différence entre la fumée principale et la fumée latérale a comparé la fumée latérale et la vapeur d’ammoniac dans une expérience d’inhalation d’une journée sur des rats (310452-54). La fumée latérale contient entre 15 et 300 fois plus d’ammoniac que la fumée principale. L’introduction du rapport 3104 indique que  » on s’attendait à ce que l’ammoniac soit l’un des principaux compléments irritants de la fumée latérale « .52 Cinq concentrations de fumée latérale ont été testées, allant de 13 à 253 μg/l de MPT. Les cinq concentrations de vapeur d’ammoniac testées allaient de 51 μg/l (environ l’ammoniac contenu dans 253 μg/l de fumée latérale TPM) à 414 μg/l (environ 10× l’ammoniac contenu dans 253 μg/l de fumée latérale TPM).

Douze des 20 rats exposés à la plus forte concentration de fumée latérale sont morts. Aucun des rats des groupes ammoniacaux n’est mort.52 En moyenne sur l’ensemble des sept heures, la fréquence respiratoire des rats du groupe exposé à la plus forte dose de fumée latérale était inférieure à la moitié de celle des témoins fictifs. La fréquence respiratoire des rats du groupe traité à l’ammoniac à la dose la plus élevée était égale à celle des témoins fictifs.52 Aux concentrations les plus élevées de fumée latérale, la température corporelle des rats a baissé régulièrement au cours des sept heures d’exposition, passant de 37°C à 30°C, alors que la température des groupes traités à l’ammoniac n’a pas changé. Les scientifiques d’INBIFO ont conclu que la fumée latérale est 10 fois plus irritante que la vapeur d’ammoniac qu’elle contient.52

L’étude 506155 faisait suite à l’étude 3104. Elle a testé les effets de cinq produits chimiques trouvés à des concentrations élevées dans la fumée latérale – formaldéhyde, acétaldéhyde, acroléine, ammoniac et isoprène – lors d’une exposition de trois jours qui a mesuré la quantité de dioxyde de carbone expirée par les rats.55 Les changements dans la quantité de dioxyde de carbone expirée indiquent des changements dans la fréquence respiratoire et le volume courant. La diminution de la fréquence respiratoire et les respirations superficielles sont des réponses à une irritation sensorielle.56 L’étude a révélé que la combinaison des cinq composés, aux concentrations auxquelles ils sont présents dans la fumée latérale, n’était que 10 à 20 % plus irritante que la fumée latérale entière.55

L’étude suivante (312457-61) visant à examiner la base chimique de la toxicité de la fumée latérale a comparé les effets de la fumée latérale entière, de la phase particulaire de la fumée latérale, de la phase gazeuse et vaporeuse de la fumée latérale et d’une fumée latérale recombinée composée de la phase particulaire et de la phase gazeuse et vaporeuse. Des rats ont été exposés aux différentes fumées pendant sept heures par jour pendant trois jours. La respiration, les symptômes d’irritation, la température corporelle et le poids corporel ont été surveillés, puis les rats ont été tués et leurs voies respiratoires examinées.

La fumée latérale entière était la plus irritante, suivie de la phase gaz/vapeur, de la phase fumée recombinée et enfin de la phase particulaire58. La phase gaz/vapeur a eu des effets beaucoup plus forts sur l’épithélium tapissant les voies respiratoires que la phase particulaire.60 L’incidence de l’hyperplasie et de la métaplasie était plus élevée chez les animaux exposés à la phase gaz/vapeur que chez ceux exposés à la phase particulaire.60 Le seul site des voies respiratoires où la phase particulaire a fait plus de dégâts que la phase gaz/vapeur était le larynx antérieur60, peut-être parce que le larynx antérieur est un site d’impact majeur pour les particules inhalées chez le rat62.

L’expérience 506263 a comparé les effets sur l’épithélium des voies respiratoires supérieures de la fumée latérale entière, de la phase gaz/vapeur de la fumée latérale et d’un mélange de formaldéhyde, d’acroléine et d’ammoniac à une concentration double de celle à laquelle ces composés sont présents dans la fumée latérale entière. Le mélange a causé environ 35 % des dommages causés par la fumée latérale entière.63

L’expérience 312664-66 a comparé la fumée latérale de cigarettes 2R1 à la fumée latérale d’une cigarette sans tabac, à la fumée latérale de la cigarette sans tabac additionnée de nicotine et à des aérosols de nicotine pure, de formaldéhyde, d’acétaldéhyde, d’acroléine et d’ammoniac. Les concentrations des aérosols de produits chimiques individuels ont été mises à l’échelle de sorte que la concentration la plus élevée soit environ deux fois plus élevée que la concentration de ce composant dans la fumée 2R1.

Les points finaux évalués comprenaient la prise de poids, l’expiration de dioxyde de carbone (CO2) et l’histopathologie des voies respiratoires. La fumée de 2R1 a le plus diminué la prise de poids, suivie de la cigarette sans tabac additionnée de nicotine, de la cigarette sans tabac, puis de la nicotine pure et de l’acroléine.66 La fumée de 2R1 et la nicotine, à leurs concentrations les plus élevées, ont diminué la température corporelle de 5°C et 3,5°C, respectivement.66 Les concentrations moyennes et élevées de fumée de 2R1 ont réduit l’exhalation de CO2 d’environ 50 %.66 La concentration la plus élevée de nicotine pure a réduit l’exhalation de CO2 d’environ 20 %.66 L’aérosol d’acroléine a eu 20-25 % de l’effet de la fumée de 2R1 sur l’histopathologie de l’épithélium respiratoire.64 Dans le larynx, la concentration la plus élevée d’aérosol d’acroléine a provoqué un épaississement de l’épithélium presque aussi important que la fumée de 2R1.64 Le formaldéhyde, l’acétaldéhyde et l’ammoniac n’ont eu aucun effet. Prises dans leur ensemble, ces expériences montrent que, bien que l’acroléine et la nicotine puissent expliquer certains des effets de la fumée latérale, la fumée dans son ensemble est plus toxique que la somme des effets de ses principaux composants.

No observable effect levels

Une série d’expériences a débuté en 1985 qui visait à comparer différentes méthodes d’exposition et à trouver des NOEL pour des expositions à court terme (21-90 jours) de fumée latérale fraîche en utilisant des concentrations de 2-20 μg/l de MPT et trois méthodes différentes d’exposition à la fumée. La méthode utilisée dans l’étude 311467,68 était celle de la tête seulement, la méthode standard utilisée dans toutes les expériences précédentes. Les études 312569 et 312770 ont utilisé une exposition par le nez uniquement. Cette approche a nécessité une chambre d’exposition plus restrictive et a entraîné un stress plus important pour les animaux. Les rats exposés de manière fictive, confinés dans des tubes d’exposition par le nez uniquement et recevant de l’air frais pour respirer, pesaient 20 % de moins que les rats témoins en cage. Les études 312334,71-73 ont utilisé une exposition du corps entier. Dans le système d’exposition du corps entier, les animaux ont été exposés à la fumée alors qu’ils étaient dans leurs cages, se déplaçant librement par groupes de deux, au lieu d’être confinés seuls dans un tube d’exposition.

L’étude 311467,68 a testé la fumée latérale à 3, 5 et 17 μg/l de MPT. Les rats ont été divisés en deux groupes, l’un recevant la fumée pendant 3,5 heures/jour et l’autre pendant 7 heures/jour. Ils ont également testé les effets d’une période de récupération de 14 jours après l’exposition à la fumée. Sur la base des résultats, les scientifiques d’INBIFO ont proposé différentes NOEL pour chaque site des voies respiratoires supérieures : 2 μg/l pour l’hyperplasie des cellules de réserve de l’épithélium de l’avant du nez, 17 μg/l pour la cornification de l’épithélium de l’avant du nez et l’atrophie de l’épithélium olfactif, et entre 2 et 17 μg/l pour l’hyperplasie de l’épithélium des cordes vocales en fonction du site exact dans les cordes vocales (tableau 3). (Ces niveaux ne sont pas de véritables NOEL, puisque certains effets ont encore été observés.) Toutes les modifications observées de l’épithélium respiratoire causées par 21 jours d’inhalation étaient réversibles après 14 jours de récupération.

L’étude 312334,71-73 a mesuré les effets de concentrations plus élevées de fumée latérale (20 et 60 μg/l de MPT) en utilisant un système d’exposition du corps entier. Les techniciens chargés de maintenir la concentration de fumée aux niveaux spécifiés ont échantillonné la fumée juste avant qu’elle ne soit libérée dans les cages et à l’intérieur des cages et ont remarqué que : « Les concentrations « réelles » dans les cages étaient inférieures à celles déterminées à l’entrée par le facteur 0,8-0,9 pour le MPT, 0,6 à 0,8 pour la nicotine, 0,3 pour l’ammoniac et 0,4 à 0,5 pour le formaldéhyde. Avec les autres composants, le facteur était proche de un. « 71 Les concentrations plus faibles de certains composants de la fumée se sont traduites par des dommages moins graves aux voies respiratoires.72 Malgré les faibles concentrations de fumée et les chambres d’exposition non restrictives, les rats exposés à la fumée ont tout de même présenté des diminutions de la prise de poids d’environ 15 %71 (tableau 3).

Les études 312569 (21 jours) et 312770 (90 jours) ont testé 2 μg/l et 6 μg/l de MPT en utilisant une exposition par le nez uniquement. Lors de l’exposition de 21 jours, aucune des deux concentrations n’a provoqué d’hyperplasie de l’épithélium nasal et la concentration de 6 μg/l a provoqué une hyperplasie et une légère métaplasie des cordes vocales (tableau 3) ainsi qu’une diminution du gain de poids de 12 % pour le groupe à faible concentration et de 24 % pour le groupe à forte concentration74. Lors de l’étude de 90 jours, les deux dosages ont provoqué une hyperplasie de l’épithélium nasal et des cordes vocales70 (tableau 4), mais aucun effet sur le gain de poids. A 6 μg/l de MPT pendant 90 jours, il y avait une métaplasie significative au niveau des cordes vocales. Les dommages à l’épithélium respiratoire aux deux concentrations étaient plus graves et plus répandus après 90 jours qu’après 21 jours70 (tableau 4), ce qui démontre que des expositions plus longues à la fumée latérale causent des dommages plus graves aux voies respiratoires.

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