Toxicité aiguë
Par voie respiratoire, la toxicité aiguë du cobalt et de ses composés est importante : des effets pulmonaires sont observés, pouvant conduire à la mort des animaux exposés. Par voie orale, le cobalt et ses composés sont modérément toxiques et sont à l’origine d’effets neurologiques, hématologiques, rénaux, hépatiques et/ou cardiaques.
Lors d’essais in vitro, aucune irritation cutanée n’est mise en évidence. En revanche au niveau oculaire, le sulfate, l’oxyde et le dichlorure de cobalt s’avèrent modérément irritants. Le dichlorure, le sulfate et l’oxyde de cobalt sont des sensibilisants cutanés.
Une étude récente a déterminé, chez le rat, une CL50 inférieure à 0,05 mg/L pour la poudre de cobalt métallique et une CL50 de 0,06 mg/L pour l’oxyde de cobalt [1]. Le cobalt et ses sels solubles agissent comme des irritants pulmonaires provoquant œdème, hémorragie et exsudation dans la cavité péritonéale ou pleurale [8].
L’inhalation répétée de cobalt peut être létale si l’exposition est suffisamment importante ou prolongée [6]. Ainsi, à la suite d’une exposition pendant 16 jours à du sulfate de cobalt, des décès sont rapportés chez des rats et des souris exposés à 19 mg Co/m3 alors qu’aucun mort n’est observé à 1,9 mg Co/ m3 [49]. Une baisse importante de la capacité pulmonaire et une fibrose interstitielle sont observées chez les rongeurs exposés à 100 mg/m3 de cobalt sous forme de poudre, pendant 10 jours ; des changements dans l’électrocardiogramme sont aussi rapportés dès les premiers jours [8].
Les DL50 du cobalt et de ses composés sont rapportées dans le tableau II pour différentes voies d’exposition [1, 11].
Voie | Substance | Espèce | DL50 (mg/kg) |
Orale | Cobalt métal | rat (femelle) | 550 |
Sulfate de cobalt, heptahydraté | rat | 768 |
Sulfate de cobalt, anhydre | rat | 424 |
Oxyde de cobalt | rat | 202 |
Sulfure de cobalt | rat | > 5000 |
Dichlorure de cobalt | rat | 418 |
Carbonate de cobalt | rat | 640 |
Cutanée | Dichlorure de cobalt | rat | > 2000 |
Tableau II.
Lors d’exposition unique par gavage, les effets suivants sont rapportés chez le rat [1, 6] :
- la poudre de cobalt métallique induit, dès 550 mg/kg, des effets neurologiques (hypoactivité, respiration irrégulière, prostration), des diarrhées et des sécrétions au niveau du nez, de la bouche et des yeux ; à l’autopsie, l’estomac et/ou les intestins sont distendus, les poumons décolorés et des tâches présentes sur le foie ;
- le dichlorure de cobalt induit des effets neurologiques à 4,25 mg Co/kg (baisse de l’activité spontanée, du tonus musculaire et de la fréquence respiratoire) et hématologiques à 161 mg Co/kg (augmentation du nombre d’érythrocytes, de l’hématocrite et de l’hémoglobine) ; tremblements, convulsions et baisse de la température corporelle sont rapportés avant la mort (281 mg Co/kg) ;
- le sulfate de cobalt est à l’origine d’effets neurologiques (baisse de l’activité spontanée, du tonus musculaire et de la fréquence respiratoire) et rénaux (augmentation du volume urinaire) à partir de 19,4 mg Co/kg ; tremblements, convulsions et baisse de la température corporelle sont rapportés avant la mort (471 mg Co/kg) ;
- l’oxyde cobalt provoque des atteintes hépatiques à 157,3 mg Co/kg (hyperhémie et lésions hépatocytaires), rénales à 157,3 mg Co/kg (hyperhémie) et cardiaques à 794,5 mg Co/kg (prolifération du tissus interstitiel, lésions des fibres musculaires, dégénérescence, hémorragies), ainsi qu’une baisse de la température corporelle (794,5 mg Co/kg).
Irritation, sensibilisation
Aucune donnée expérimentale n’est disponible concernant les potentiels effets irritants cutané et oculaire du cobalt et de ses composés ; seuls des essais in vitro ont été réalisés sur épiderme humain reconstitué (application de 10 mg de substance pendant 15 minutes) et sur cornée isolée bovine (test d’opacité et de perméabilité de la cornée bovine ou BCOP, application d’une solution à 20 % pendant 240 minutes) [1]. Au niveau cutané, aucune irritation n’est mise en évidence pour le cobalt métallique, le sulfate, l’oxyde, le sulfure et le dichlorure de cobalt. Au niveau oculaire, les tests sont négatifs pour le cobalt métallique et le sulfure de cobalt ; le sulfate, l’oxyde et le dichlorure de cobalt s’avèrent, quant à eux, modérément irritants.
Le potentiel sensibilisant du dichlorure de cobalt a été mis en évidence au cours d’essais de stimulation locale des ganglions lymphatiques (test du LLNA) : des indices de stimulation supérieurs à 3 ont été obtenus chez les souris exposées à 10,8 - 27 ou 54,1 mg Co/kg/j et chez les rats exposés à 9,6 ou 19,2 mg Co/kg/j [50]. Un potentiel sensibilisant a aussi été démontré pour le sulfate et l’oxyde de cobalt [1, 11].
Toxicité subchronique, chronique
Par inhalation, le cobalt métallique est principalement à l’origine d’effets respiratoires (dont une fibrose pulmonaire interstitielle) et hématologiques (polycythémie). Concernant le sulfate de cobalt, les principaux organes touchés sont l’appareil respiratoire, le foie, le cerveau, le thymus et le cœur (cardiomyopathies). L’oxyde de cobalt est à l’origine d’effets pulmonaires. Par voie orale, des cardiomyopathies sont observées à la suite d’une exposition au sulfate de cobalt ; dans le cas du dichlorure de cobalt, des effets hématologiques, thymiques, cardiaques, pulmonaires, nerveux et rénaux sont rapportés, ainsi qu’une détérioration de la vision et de l’audition, chez le lapin.
Cobalt métal [44]
Des rats et des souris ont été exposés par inhalation à 0-2.5-5-10-20 ou 40 mg/m3 d’un aérosol de cobalt métallique, 6 h/j, 5 j/sem, pendant 16 et 17 jours (corps entier). Les effets suivants ont été rapportés :
- à partir de 2,5 et 5 mg/m3 chez le rat, baisse du poids du foie des mâles et des femelles respectivement ; chez la souris, aucun effet ;
- à partir de 10 mg/m3, baisse du poids corporel des rats et des souris, augmentation du poids des poumons (rat et souris, chez les 2 sexes) et diminution du poids des reins et des testicules (rat mâle) ; les souris femelles sont léthargiques et présentent une respiration anormale ;
- à partir de 20 mg/m3, tous les animaux sont léthargiques et respirent difficilement ;
- à la plus forte concentration, décès de tous les rats et de plus de la moitié des souris.
A l’autopsie, des zones noires sont observées sur les poumons des rats et des souris exposés à 20 et 40 mg/m3 ; une augmentation du nombre de lésions non néoplasiques est observée au niveau du nez (atrophie, nécrose, vacuolisation cytoplasmique et métaplasie) et des poumons (fibrose interstitielle et infiltration histiocytaire dans les alvéoles, hyperplasie de l’épithélium alvéolaire, vacuolisation de l’épithélium bronchique, nécrose des bronchioles, hémorragie).
A la suite d’une exposition de rats et de souris pendant 14 semaines par inhalation, à des concentrations de 0,625-1,25-2,5 ou 5 mg/m3 (rat, 6 h/j, 5 j/sem) ou 0,625-1,25-2,5-5 ou 10 mg/m3 (souris, 6h/j, 5 j/sem), aucune mortalité n’est rapportée. Les effets suivants ont été observés :
- à partir de 1,25 mg/m3, chez le rat, effets pulmonaires (augmentation du poids, inflammation chronique, protéinose alvéolaire, hyperplasie) et diminution des taux de glucose sanguin (seulement chez les mâles) ; aucun effet chez la souris ;
- à partir de 2,5 mg/m3, chez le rat, dégénérescence de l’épithélium olfactif et hyperplasie de l’épithélium nasal, augmentation des taux d’hémoglobine, d’érythrocytes et hématocrite et diminution du taux de cholestérol ; chez la souris, augmentation du poids des poumons des mâles (hyperplasie de l’épithélium bronchiolaire) ;
- à partir de 5 mg/m3, baisse du poids corporel des rats ; baisse du poids des reins et des testicules chez les souris mâles, baisse du poids du foie et des reins et augmentation de celui des poumons chez les souris femelles ;
- à 10 mg/m3, respiration difficile et perte de poids des souris.
A l’autopsie, tous les animaux exposés aux deux plus fortes concentrations présentent une protéinose alvéolaire et une caryomégalie des cellules épithéliales alvéolaires et bronchiolaires . Une augmentation du nombre de lésions non néoplasiques nasales est aussi rapportée avec l’augmentation des concentrations (dégénérescence, puis métaplasie des épithéliums respiratoire et olfactif ; atrophie). Les souris exposées à toutes les doses présentent une infiltration histiocytaire dans les alvéoles pulmonaires ainsi qu’une vacuolisation de l’épithélium bronchiolaire ; des zones noires sont observées uniquement chez celles exposées à 10 mg/m3.
A la suite d’expositions par inhalation à ces concentrations pendant 2 ans, les rats et souris exposées présentent les mêmes lésions non néoplasiques.
Sulfate de cobalt
A la suite d’une exposition de rats et de souris par inhalation pendant 16 jours à 19 mg Co/m3 (rat) et 1,9 mg Co/m3 (souris) sous forme de sulfate de cobalt, divers effets sont observés : inflammation et nécrose de l’épithélium respiratoire (rat et souris), nécrose et congestion hépatiques (rat et souris), congestion des vaisseaux au niveau du cerveau (rat et souris) et nécrose du thymus (rat) [48].
Après 13 semaines d’exposition par inhalation de rats et de souris au sulfate de cobalt (0-0,11-0,38-1,14-3,8 ou 11,4 mg Co/m3, 6 h/j, 5 j/sem), des effets délétères sont observés à différents niveaux de l’appareil respiratoire, le larynx étant le plus touché. Pour des concentrations supérieures à 0,11 mg Co/m3, une métaplasie squameuse du larynx est observée chez le rat et la souris, ainsi qu’une infiltration d’histiocytes au niveau des poumons ; pour des concentrations supérieures ou égales à 0,38 mg Co/m3, une inflammation chronique du larynx est constatée chez le rat. Une augmentation de la sévérité des cardiomyopathies est observée chez les rats exposés à 11,4 mg Co/m3 ; chez la souris, une hyperplasie des ganglions lymphatiques du médiastin est constatée. Sont aussi rapportées une polycythémie à partir de 1,14 mg Co/m3 et une augmentation du poids des reins à partir de 0,11 mg Co/m3 [48].
Par voie orale, le sulfate de cobalt est à l’origine d’effets cardiaques chez le rat et le cobaye. Après 5 semaines d’exposition par gavage à 20 mg Co/kg/j, les cobayes présentent des cardiomyopathies caractérisées par une augmentation du poids du cœur, des lésions au niveau du péricarde (épanchement, épaississement, prolifération capillaire et dilatation des vaisseaux), du myocarde (dégénérescence et vacuolisation) et de l’endocarde (œdème), ainsi que des anomalies de l’électrocardiogramme [50]. Des lésions dégénératives cardiaques sont aussi observées chez des rats exposés à 26-30,2 mg Co/kg/j pendant 2 à 3 mois (en mélange dans la nourriture) [6] ; à la suite d’une exposition de rats pendant 24 semaines à 8,4 mg Co/kg/j dans la nourriture, une diminution du nombre d’enzymes présentes dans le tissu cardiaque est mesurée ainsi qu’une diminution du taux de production d’ATP mitochondrial [6].
Dichlorure de cobalt
Chez le rat, à la suite d’une exposition par voie orale pendant 3 semaines à du dichlorure de cobalt (mélange dans la nourriture), des effets hématologiques (≥ 0,5 mg Co/kg/j : augmentation du nombre d’érythrocytes, de l’hémoglobine et de l’hématocrite), thymiques (3,8 mg Co/kg/j : atrophie du thymus chez les mâles seulement) et cardiaques (12,4 mg Co/kg/j : myocytolyse débutante et dégénérescence des myofibrilles chez les mâles) sont rapportés. Une augmentation du nombre d’érythrocytes est aussi mesurée chez le rat, après 8 semaines d’exposition par voie orale à 2,5 mg Co/kg/j. A 30,2 mg Co/kg, des effets cardiaques et pulmonaires sont rapportés, caractérisés par une augmentation du poids des organes et la présence de lésions dégénératives au niveau du cœur [6].
Le dichlorure de cobalt (20 mg Co/kg/j dans l’eau de boisson, pendant 57 jours) est à l’origine d’effets sur le système nerveux de rats [6].
A la suite d’expositions orales plus longues (5 à 7 mois), des atteintes immunologique (diminution de l’activité phagocytaire) et neurologique (augmentation du temps de latence des voies réflexes) sont rapportées chez le rat dès 0,5 mg Co/kg/j, ainsi qu’une atteinte rénale (altération des tubules proximaux) chez les animaux exposés de 10 à 18 mg Co/kg/j [6].
Chez le lapin, à la suite d’une administration par voie intraveineuse (CoCl2, 0,387 mg/kg/j pendant 42 jours, puis 0,774 mg/kg/j pendant 53 jours), des effets sur la vision et l’audition sont observés : diminution du nombre de cellules ganglionnaires de la rétine, atteinte du nerf optique (dégénérescence des axones, amincissement de la myéline), diminution du nombre de cellules ciliées dans l’organe de Corti et diminution de la taille des neurones cochléaires [42].
Oxyde de cobalt
Par inhalation, l’oxyde cobalt est à l’origine d’effets pulmonaires, localisés dans la région alvéolaire. Des rats et des lapins, exposés pendant 3 à 4 mois à des concentrations comprises entre 0,4 et 9 mg Co/m3 sous forme d’oxyde de cobalt, présentent une accumulation de cellules alvéolaires de type II et de macrophages hypervacuolisés et gonflés, une inflammation interstitielle et une fibrose pulmonaire [51].
Effets génotoxiques [6]
Les tests réalisés in vitro, sur bactéries ou levures, sont négatifs pour les composés de valence II du cobalt alors que les composés de valence III induisent la formation de mutants chez les levures. En revanche, des effets génotoxiques (mutations, cassures, échanges de chromatides sœurs, transformations cellulaires et micronoyaux) sont observés sur cellules de mammifères. In vivo, des effets génotoxiques sont aussi rapportés chez des animaux exposés au dichlorure de cobalt : aberrations chromosomiques, cassures, formation de micronoyaux et dommages oxydatifs.
In vitro, le cobalt de valence II est généralement non mutagène dans les tests réalisés sur bactéries (S typhimurium et E coli) et levures, sans activation métabolique. Une légère activité mutagène est mise en évidence au cours d’un test de recombinaison mitotique réalisé sur Bacillus subtilis, avec le dichlorure de cobalt. En revanche, les composés de valence III sont capables d’induire des mutants sur S cerevisiae, sans activation métabolique.
A contrario, les composés du cobalt de valence II s’avèrent génotoxiques pour les cellules de mammifères : ils augmentent le nombre de mutations dans les cellules V79 de hamster, de cassures simple brin de l’ADN dans les lymphocytes humains et les cellules CHO de hamster, d’échanges entre chromatides sœurs dans les lymphocytes humains et les cellules V79 de hamster, de transformations dans les cellules ovariennes de hamster, et de micronoyaux dans les lymphocytes humains et les cellules de moelle osseuse de souris.
In vivo, une augmentation du nombre des aberrations chromosomiques et des cassures de chromosomes a été notée dans la moelle osseuse de souris mâles exposées à une dose orale unique de dichlorure de cobalt (4,96 - 9,92 ou 19,8 mg Co/kg). A la suite d’une injection intrapéritonéale de dichlorure de cobalt, une hausse du nombre de micronoyaux formés est observée chez les souris recevant 12,4 et 22,3 mg Co/kg. De même, une seule injection intrapéritonéale de 3 ou 6 mg Co/kg augmente les dommages oxydatifs observés au niveau des bases de l’ADN dans le foie, les reins et les poumons des rats exposés.
L’ion Co2+ interfère avec les protéines et la synthèse des acides nucléiques. Il se fixe irréversiblement à l’histidine des protéines et peut former un complexe avec l’adénine des acides nucléiques. La formation de ponts protéine – ADN est observée dans des cellules d’hépatome en présence de dichlorure de cobalt. Le cobalt peut être considéré comme une substance co-mutagène de par sa capacité à rendre mutagènes des substances qui ne le sont pas (tel que la 4-aminopyridine ou la 4-aminoquinoline).
Effets cancérogènes
A la suite d’une exposition par inhalation au cobalt, sulfate ou oxyde de cobalt, des tumeurs alvéolaires et/ou bronchiolaires sont observées chez le rat et la souris. Des leucémies et des tumeurs bénignes et/ou malignes, au niveau des surrénales, du pancréas et des reins, sont aussi rapportées. Aucune donnée n’est disponible par voie orale. Par contre, des rhabdosarcomes, des rhabdomyofibrosarcomes et des fibrosarcomes peuvent apparaître au site d’injection du cobalt ou de certains composés (oxyde de cobalt, dichlorure ou sulfure de cobalt.
Des rats et des souris ont été exposés par inhalation à 0-1,25-2,5 et 5 mg/m3 de poudre de cobalt, 6 h/j, 5 j/sem, pendant 105 semaines. Pour tous les animaux, l’incidence des adénomes/carcinomes alvéolaires et bronchiolaires augmente. Aucune autre tumeur n’est observée chez la souris. Chez le rat, les incidences de phéochromocytomes bénins et malins, d’épithéliomas pulmonaires, d’adénomes/carcinomes du pancréas (mâles seulement), de leucémies (femelles seulement) et d’adénomes/carcinomes des tubules rénaux (mâles seulement) sont aussi augmentées [37].
L’instillation intratrachéale de poudre d’oxyde cobalt (10 mg/kg, tous les 15 jours, pendant 2 ans, 80 % des particules avec un diamètre compris entre 5 et 40 µm) induit des tumeurs pulmonaires chez le rat (carcinomes, adénocarcinomes et adénomes) [44] ; il n’est pas cancérogène par inhalation chez le cobaye (10 mg/m3, 7 h/j, 5 j/sem, toute la durée de la vie, diamètre moyen 0,45 µm) [53].
L’administration de sulfate de cobalt (0,11-0,38 ou 1,14 mg Co/m3, 6 h/j, 5 j/sem, 2 ans) augmente l’incidence des tumeurs alvéolaires et/ou bronchiolaires chez les rats mâles à la plus forte concentration et chez les rats femelles à partir de 0,38 mg Co/m3 ; chez la souris, cette hausse intervient à la plus forte concentration, pour les 2 sexes. Des phéochromocytomes sont aussi observés chez les rats mâles (0,38 mg Co/m3) et femelles (1,14 mg Co/m3) [54].
Aucune information n’est disponible par voie orale.
En revanche, une ou plusieurs injections parentérales de composés de cobalt (sous forme de poudre) peuvent provoquer la croissance de tumeurs au site d’injection : rhabdosarcomes, rhabdomyofibrosarcomes et fibrosarcomes après injection intramusculaire chez le rat de cobalt métal (28 mg, injection unique), d’oxyde de cobalt (30 mg, injection unique) et de sulfure de cobalt (20 mg, injection unique) [9].
L’injection sous-cutanée de dichlorure de cobalt à des rats (40 mg/kg pc/j, 10 jours) provoque des fibrosarcomes, dont quelques-uns sont distants du site d’injection [55].
Le mécanisme de la cancérogenèse induite par le cobalt n’est pas totalement connu mais il semble qu’il soit lié à des cassures de l’ADN et à l’altération des mécanismes de réparation [9].
Effets sur la reproduction
Le sulfate et le dichlorure de cobalt sont à l’origine d’effets testiculaires (atrophie, dégénérescence et diminution de la motilité spermatique) chez le rat et la souris ; chez les femelles, une augmentation de la durée du cycle œstral est observée. Concernant les effets sur le développement, un retard de croissance est rapporté chez les fœtus, à la suite d’expositions au dichlorure et au sulfate de cobalt, par voie orale. Des malformations externes, viscérales et squelettiques sont observées chez les fœtus de rats et de souris exposés au sulfate de cobalt par voie orale, en l’absence de toxicité maternelle. Le cobalt traverse la barrière placentaire.
Fertilité
A la suite d’une exposition par inhalation, une atrophie testiculaire est rapportée chez les rats exposés à 19 mg Co/m3 (seule dose testée) sous forme de sulfate de cobalt, pendant 16 jours ; après 13 semaines (0-0,11-0,38-1,14-3,8 ou 11,4 mg Co/m3, 6 h/j, 5 j/sem), une diminution de la motilité spermatique est observée à partir de 1,14 mg Co/m3 et une atrophie testiculaire à partir de 11,4 mg Co/m3. Dans cette même étude, une augmentation de la durée du cycle œstral est mesurée chez les rats et les souris femelles exposées à la plus forte dose [48].
Des modifications dégénératives et une atrophie des testicules sont observées chez des rats, exposés de 13,3 à 58,9 mg Co/kg/j sous forme de dichlorure de cobalt, pendant 2 à 3 mois dans la nourriture ou l’eau de boisson, et chez les souris exposées à 43,4 mg Co/kg/j sous forme de dichlorure de cobalt pendant 13 semaines dans l’eau de boisson [6].
Développement
Aucune information n’est disponible par inhalation.
Le cobalt est capable de traverser la barrière placentaire [11, 56].
Administré par voie orale, le dichlorure de cobalt (rat, 5,4 ou 21,8 mg/kg/j du 14ème jour de gestation au 21ème jour de lactation) induit une toxicité maternelle ainsi qu’un arrêt de croissance des foetus, une baisse du nombre de portées et/ou une baisse du taux de survie des petits [6]. Administré chez des rates du 6ème au 15ème jour de gestation, à la dose de 24,8 mg Co/kg/j, le dichlorure de cobalt ne modifie pas la croissance des fœtus ou leur taux de survie ; à partir de 38 mg Co/kg, aucune modification des taux de survie des fœtus, de la taille moyenne des portées ou des poids moyens des fœtus n’est rapportée, seul un retard dans le développement des fœtus est observé mais non significatif [57]. Chez la souris, aucun effet sur la croissance des fœtus ou leur mortalité n’est rapporté pour ce composé, après une exposition à 81,7 mg Co/kg/j, du 8ème au 12ème jour de gestation [58].
Les effets du sulfate de cobalt ont été étudiés chez le rat, la souris et le lapin [59]. Chez les souris, exposées par gavage à 0 ou 19 mg Co/kg/j, du 6ème au 15ème jour de gestation, une augmentation du nombre de fœtus présentant un retard de croissance est observé, en l’absence de toxicité maternelle. De plus, des malformations externes (absence de paupières), viscérales (reins présents en double) et squelettiques (au niveau du crâne et des vertèbres) sont rapportées chez 19 % des fœtus. Chez le rat (0-9-19 ou 38 mg Co/kg/j, gavage du 1er au 20ème jour de gestation), la fréquence de fœtus présentant un retard de croissance, des anomalies viscérales (au niveau du système urogénital) et squelettiques (au niveau du crâne et des vertèbres) augmente avec la dose de sulfate de cobalt administrée, en l’absence de toxicité maternelle. Chez le lapin, exposé par gavage à 0-7,6-38 ou 76 mg Co/kg/j, du 6ème au 20ème jour de gestation, une toxicité maternelle importante est rapportée dès la 1ère dose testée. Des résorptions complètes de portées se produisent chez toutes les femelles survivantes ; les fœtus survivants (7,6 mg Co/kg/j) présentent un retard dans le développement mais aucune malformation n’est observée.