Effets neurologiques:
A concentrations élevées, des effets neurologiques sévères comportant des dysfonctionnements cérébraux tels que des tremblements, une ataxie, une ototoxicité, des troubles de la mémoire ainsi qu’une atrophie du cervelet sont décrits.
L’exposition professionnelle de type chronique aux solvants induit un syndrome psycho-organique (Arlien -Soborg, 1992). Deux études ont permis d’identifier la survenue de ce syndrome suite à des expositions au toluène, d’une part pour des expositions de 12 ans à des concentrations de 190 à 304 mg.m^-3 (50 à 79 ppm) associées à des expositions antérieures pouvant atteindre 3 800 mg.m^-3 (992 ppm) (Larsen et Leira, 1988), d’autre part pour des expositions moyennes de 43 et 157 mg.m^-3 (11 et 41 ppm) pendant environ 29 ans (Orbaek et Nise, 1989). Les principaux symptômes associés sont une neurasthénie et une diminution des performances lors de tests psychomoteurs. Les études récentes confirment ces effets et soulignent l’importance de la durée de l’exposition comme facteur principal de survenue des effets rapportés (Herpin et al., 2009).
Les études visant à identifier des diminutions des performances par des tests neuropsychologiques confirment les résultats obtenus dans les cas d’études de toxicité aiguë.
Les études réalisées en milieu professionnel montrent qu’une exposition chronique à des concentrations comprises entre 30 et 130 ppm (115 et 500 mg.m^-3) induit notamment des atteintes neurologiques (Abbate et al., 1993 ; Boey et al., 1997 ; Cavalleri et al., 2000 ; Chouanière et al., 2002 ; Eller et al., 1999 ; Foo et al., 1990 ; Gericke et al., 2001 ; Murata et al., 1993 ; Nakatsuka et al., 1992 ; Neubert et al., 2001 ; Shaper et al., 2003 ; Vrca et al., 1995 ; Zavalic et al., 1998a ; Zavalic et al., 1998b ; Zupanic et al., 2002). Pour ces études, différents tests ont été utilisés : des tests neurocomportementaux, auditifs, visuels, … Les principales altérations rapportées sont une altération du comportement, des potentiels évoqués auditifs et visuels, des paramètres électro-physiologiques, de la vision des couleurs ou de la vitesse critique de fusion. Ainsi, dans l’étude de Zavalic et al. (1998a), une augmentation, non statistiquement significative, de l’indice de confusion des couleurs est rapportée chez les salariés de la chaussure pour des expositions chroniques au toluène de 35 ppm (134 mg.m^-3), les effets étant corrélés chez le groupe exposé à 132 ppm (498 mg.m^-3). Une perte d’audition dans les hautes fréquences est notée après des expositions au toluène. Une LOAEC de 563 mg.m^-3 (147 ppm) a été définie (Morata et al., 1993). Les résultats des principales études sont rapportés dans le tableau ci-après. La méta-analyse de (Meyer-Baron, 2005) a porté sur 22 études (Antti-Poika et al., 1985 ; Boey et al., 1997 ; Cherry et al., 1984 ; Cherry et al., 1985 ; Chia et al., 1987 ; Chouanière et al., 2002 ; Deschamps et al., 2001 ; Eller et al., 1999 ; Foo et al., 1993 ; Gericke et al., 2001 ; Haenninen et al., 1987 ; Iregren, 1982 ; Kang et al., 2005 ; Kempe et al., 1980 ; Larsen et Leira, 1988 ; Lee et al., 1988 ; Morck et al., 1988 ; Neubert et al., 2001 ; Orbaek et Nise, 1989 ; Seeber et al., 2004 ; Ukai et al., 1993) mais seules 10 d’entre elles ont été retenues. Cette méta-analyse a montré que le toluène induisait une baisse des performances dans 5 des 6 tests neuropsychologiques explorant les domaines de l’attention et de la visualisation spatiale et de la compétence motrice pour des niveaux d’exposition compris entre 33 et 89 ppm (126 et 340 mg.m^-3).

Principales études épidémiologiques rapportant des effets neurologiques (d’après US EPA, 2005a)






Certains auteurs identifient des effets pour des expositions à des concentrations légèrement inférieures (Tanaka et al., 2003). Dans cette étude, menée sur 20 travailleurs exposés à de faibles concentrations de toluène comprises entre 15,3 et 31,4 ppm (59 et 120 mg.m^-3), les concentrations urinaires en acide hippurique ont été comparées aux concentrations atmosphériques en toluène et se sont révélées bien corrélées. Les atteintes du système nerveux central sont apparues associées aux expositions au toluène.
En revanche, les résultats de certaines études sont moins concluants du fait des tests utilisés et des faibles niveaux d’exposition rapportés (Seeber et al., 2004).
Enfin, il a été mis en évidence que l’exposition combinée au toluène et au bruit, liée aux activités professionnelles, pouvait agir en synergie dans la perte d’audition des hautes fréquences (Schäper et al., 2008).
Des études menées chez des individus exposés au toluène de manière chronique dans le cadre d’une consommation abusive ont permis d’identifier que le toluène altérait de manière préférentielle la substance blanche et les régions périventriculaire ou subcorticale. Toutefois, dans ce type de contexte, il s’agit très souvent de co-expositions par addictions multiples (Yücel et al., 2008).

Effets hépatiques :
L’atteinte hépatique n’est pas clairement établie : deux études réalisées chez des salariés donnent des résultats contradictoires. La première, réalisée par (Waldron et al., 1982), ne retrouve pas de modification des niveaux d’aspartate aminotransférase et d’alanine aminotransférase chez des hommes exposés professionnellement à 375 mg.m^-3 (98 ppm).

Effets rénaux :
Aucune altération rénale n’est détectée pour une exposition professionnelle à 382 mg.m^-3 (100 ppm) pendant 6,5 heures (Nielsen et al., 1985), alors que dans certains cas d’expositions accidentelles ou chez les toxicomanes inhalant du toluène, à des concentrations plus élevées, surviennent des atteintes rénales (oligurie, myoglobinurie) qui seraient secondaire à une rhabdomyolyse (Reisin et al., 1975) et des acidoses (Gerkin et Lo Vecchio, 1998 ; Goodwin, 1988 ; Jone et Wu, 1988 ; Meulenbelt et al., 1990 ; Patel et Benjamin, 1986). Pour des expositions comprises entre 97 et 232 mg.m^-3 (26-62 ppm), il n’y a pas d’élévation des marqueurs urinaires précoces des atteintes rénales glomérulaires (micro-albumine, N-acétyl D-glucosaminidase et alanine-aminopeptidase), mais une altération de la fonction identifiée par l’élévation de la clairance de la créatinine (Stengel et al., 1998).

Effets cardiovasculaires :
Il n’existe pas de données mentionnant des altérations des paramètres sanguins chez l’homme. Une légère augmentation de la pression systolique est observée pour des expositions professionnelles de 375 mg.m^-3 (98 ppm) pendant 20 ans, alors que la pression diastolique demeure inchangée (Morck et al., 1985).

Effets neurologiques
Les nombreuses études réalisées chez l’animal permettent de confirmer les effets observés chez l’homme. Ces effets correspondent à des effets neurotoxiques : une atteinte de l’hippocampe, une modification des neurotransmetteurs et une ototoxicité. Cette dernière est rapportée pour des expositions aux concentrations comprises entre 700 et 1 500 ppm (2 681 et 5 745 mg.m^-3) (Campo et al., 1997 ; Johnson et Canlon, 1994 ; Lataye et Campo, 1997 ; Lataye et al., 1999 ; Loquet et al., 1999 ; McWilliams et al., 2000 ; Pryor et al., 1984).
Des rats mâles exposés au toluène aux concentrations de 0 – 40 – 80 - 160 - 320 ppm (0 – 153 – 306 – 612 – 1 225 mg.m^-3), 6 heures par jour, 5 jours par semaine pendant 4 semaines, suivi par une période de post-exposition de 29 à 40 jours, présentent une diminution du poids du cerveau au niveau du putamen et des zones sous-corticales limbiques aux concentrations de 80 ppm (306 mg.m-3) et au-delà (Hillefors-Berglund et al., 1995).
Chez la souris, des expositions sub-chroniques à des concentrations élevées de toluène de 0 - 1 000 – 3 600 – 6 000 ppm (0 – 3 830 – 13 800 – 22 980 mg.m^-3) 30 minutes par jour pendant 40 jours, induisent une altération des performances, suggérant un impact sur les fonctions cognitives et psychomotrices (Bowen et McDonald, 2008). Pour des expositions au toluène à des niveaux plus faibles de l’ordre de 40 ppm (153 mg.m^-3), 104 heures par semaine, pendant 16 semaines chez des rats Sprague-Dawley, il a été montré des altérations neurocomportementales et neurochimiques induisant une narcose, une diminution de l’activité d’apprentissage et des altérations des transmissions de dopamine et de sérotonine (Berenguer et al., 2003 ; Berenguer et al., 2004).
L’inhalation chronique de toluène à une concentration de 500 mg.m^-3 chez le rat, 4 heures par jour, 5 jours par semaine pendant un mois, augmente l’activité de l’enzyme glutathion peroxydase dans les tissus cérébraux, ce qui témoigne de la libération accrue de radicaux libres et de l’augmentation du phénomène de peroxydation lipidique (Burmistrov et al., 2001).

Effets immunologiques
Une étude de toxicité sub-chronique par inhalation a été menée chez des souris C3H, exposés à 0 ou 50 ppm (0 ou 190 mg.m^-3), 6 heures par jour et 5 jours par semaine pendant 6 ou 12 semaines (Fujimaki et al., 2007). A la dose de 50 ppm, il est observé une augmentation significative du nombre total de lymphocytes et de macrophages dans le liquide de lavage broncho-alvéolaire. Une diminution significative de la production d’interféron-gamma et de substance P est constatée. L’augmentation de la production de neurotrophine-3 dans le fluide broncho-alvéolaire n’a été constatée que lors de l’exposition pendant 12 semaines. Cette étude suggère qu’une exposition à long terme au toluène module la réponse inflammatoire des voies aériennes via une signalisation neurologique.
Une interaction entre les systèmes immunitaire et neurologique est probable au niveau de l’hippocampe l les neurotrophines et leurs récepteurs (Win-Shwe et Fujimaki, 2010). Des expositions à de relativement faibles niveaux de toluène pourraient altérer les fonctions de l’hippocampe en modulant les gènes dépendant des neurotrophines et leurs signaux. Il a été montré que cette stimulation allergique diminue le seuil de sensibilité au toluène chez une espèce de souris particulièrement sensible, la souris C3H/HeN (Win-Shwe et Fujimaki, 2010). Une autre étude menée chez la même espèce de souris a montré que la modification des biomarqueurs de l’immunité non-spécifique était dépendante du stade de développement lors de la période d’exposition : au cours de la gestation, chez le jeune (2 ou 8 jours après la gestation) (Win-Shwe et al., 2012).

Autres effets
Des rats F344/N et des souris B6C3F1 ont été exposés à des concentrations de 0 - 100- 625 – 1 250 – 2 500 – 3 000 ppm de toluène, 6,5 heures par jour, 5 jours par semaine, pendant 14 semaines et à des concentrations de 0 – 600 – 1 200 ppm de toluène, 6,5 heures par jour, 5 jours par semaine, pendant 2 ans (Huff, 1990). Chez le rat, aux concentrations élevées supérieures à 1 250 ppm (4 688 mg.m^-3), une diminution du nombre des leucocytes de 12 à 18% est observée ainsi que des augmentations relatives des poids de certains organes (reins, foie, cerveau, cœur, poumons et testicules). Les études de 15 semaines et 2 ans du NTP (Huff, 1990) rapportent des érosions de l’épithélium olfactif et une dégénérescence de l’épithélium nasal pour les expositions à des concentrations de 600 et 1 200 ppm (2 250 et 4 500 mg.m^-3) et une augmentation non statistiquement significative des ulcères du pré-estomac (portion aglandulaire de l’estomac des rongeurs) chez les mâles aux deux concentrations. Une augmentation des néphropathies est également rapportée pour la concentration la plus élevée (1 200 ppm ou 4 500 mg.m^-3). Chez la souris, des altérations relatives du poids des poumons sont observées dès 100 ppm (375 mg.m^-3) et à des concentrations supérieures pour les autres organes (reins, foie).

Une série d’étude a été menée chez la souris exposée pendant 28 jours au toluène via l’eau de boisson à des doses de 0 – 5- 22 -105 mg.kg^-1.j^-1 (Hsieh et al., 1989, 1991) ou de 0 – 22 84 mg.kg^-1.j^-1 (Hsieh et al., 1990). Ces études ont évalué différents paramètres du système immunitaire dont le poids de la rate et du thymus et leur histologie et des tests in vitro ((prolifération lymphocytaire stimulée par les mitogènes, réaction lymphocytaire mixte, test de production d'IL-2 et réponse des anticorps PFC)ont été réalisés. Ces tests ont mis en évidence une altération du système immunitaire (diminution statistiquement significative du poids du thymus et de la réponse à l’ensemble des tests in vitro) pour des expositions à 84 ou 105 mg.kg^-1.j^-1 mais ne sont pas retrouvés à 22 mg.kg^-1.j^-1. Une autre étude menée chez des souris, exposées par voie orale au toluène à des doses de 5 à 105 mg.kg^-1.j^-1 dans l’eau de boisson pendant 28 jours, a mis en évidence une augmentation significative des neurotransmetteurs monoamines (noradrénaline, dopamine et sérotonine) mesurée pour toutes les doses. De cette étude, un LOAEL de 5 mg.kg^-1.j^-1 est défini (Hsieh et al., 1990).
Une étude de toxicité sub-chronique a été menée par gavage chez le rat F-344 (NTP, 1990). Des groupes de 10 rats (par sexe et par groupe) ont reçu du toluène dans de l’huile de maïs aux doses de 0 - 312 - 625 - 1 250 - 2 500 - 5 000 mg.kg^-1, 5 jours par semaine pendant 13 semaines. Les doses de toluène ajustées à 7 j/7 sont de 0 - 223 - 446 - 893 - 1 786 - 3 571 mg.kg^-1.j^-1. Tous les animaux exposés à la dose de 3 571 mg.kg^-1.j^-1 sont morts au cours de la première semaine et ont été éliminés de la suite de l’étude. Une mortalité importante est également observée chez les animaux exposés à la dose de 1 786 mg.kg^-1.j^-1. De nombreux effets toxiques sont rapportés à la dose de 1 786 mg.kg^-1.j^-1 correspondant à des états de prostration, d’hypoactivité, d’ataxie, de piloérection, de larmoiement, d’hypersalivation et de tremblements corporels. Une diminution du poids corporel des mâles est la seule altération significative (p<0,05) rapportée à cette dose. Il n’y a pas d’altérations des paramètres hématologiques ou urinaires. Certaines modifications des paramètres biochimiques sont cependant rapportées : augmentation significative (p<0,05) de la glutamo- oxaloacétique transaminase sérique (SGOT) chez les mâles exposés à la dose de 1 786 mg.kg^-1.j^-1 et une augmentation de l’activité cholinestérase chez les femelles exposées à la même dose. Différentes altérations pathologiques et des modifications du poids du foie, des reins, du cerveau et de la vessie sont observées. Chez les mâles, les poids relatifs et absolus du foie et des reins sont significativement (p<0,05) augmentés dès la dose de 446 mg.kg^-1.j^-1. Des anomalies histopathologiques hépatiques (hypertrophie hépatocellulaire) à la dose de 1 786 mg.kg^-1.j^-1, rénales (néphrose et altérations de l’épithélium tubulaire), cérébrale (minéralisation focalisées et nécroses neuronales) et de la vessie (hémorragies musculaires) sont rapportées. Aucune inclusion hyaline n’est observée au niveau tubulaire proximal. De cette étude, un NOAEL de 223 mg.kg^-1.j^-1 est déterminé ainsi qu’un LOAEL de 446 mg.kg^-1.j^-1 basé sur les modifications pondérales hépatiques et rénales chez le rat mâle.
L’exposition de rats âgés de 1, 4, 12 et 24 mois à des doses de toluène de l’ordre de 1 000 mg.kg^-1.sem^-1, a montré une influence de l’âge sur l’augmentation de la susceptibilité et de la variabilité de l’activité motrice pour des expositions par voie orale (MacPhail et al., 2012).
Chez la souris B6C3F1, des doses de 0 – 312 – 625 – 1 250 – 2 500 – 5 000 mg.kg^-1 de toluène dans l’huile de maïs ont été administrées par gavage pendant 13 semaines (Huff, 1990). Toutes les souris meurent à la dose la plus élevée et une forte mortalité survient également à la dose de 1 250 mg.kg^-1. Une augmentation statistiquement significative du poids relatif du foie des mâles est décrite aux doses de 1 250 et 2 500 mg.kg^-1 ainsi qu’une augmentation statistiquement significative du poids relatif et absolu du foie des femelles aux doses de 312 mg.kg^-1. Une augmentation des poids relatifs du cerveau et des testicules et du poids absolu des reins est observée chez les mâles à 5 000 mg.kg^-1.

 L’IARC (1999) rapporte 8 études notant la présence de toluène au niveau des expositions dont une seule correspond à une exposition majoritaire au toluène. Cette étude épidémiologique a porté sur une cohorte suédoise de 1 020 salariés de la rotogravure exposés principalement au toluène, pendant un minimum de 3 mois, au cours de la période 1925 à 1985 (Svensson et al., 1990). Elle a été réalisée dans 8 usines, les niveaux d’exposition sont documentés depuis 1943 pour l’une d’entre elles et depuis 1969 pour les autres. D’après ces données d’exposition et les concentrations, mesurées de toluène dans le sang et dans les graisses sous cutanées, les niveaux moyens d’exposition ont été estimés à environ 450 ppm (1 700 mg.m^-3) dans les années 40 et 50 et de l’ordre de 30 ppm (113 mg.m^-3) depuis le milieu des années 80. De plus, l’exposition concomitante au benzène est considérée comme ayant cessé au début des années 60. Cette étude montre un excès de mortalité pour l’ensemble des cancers SMR de 1,4 (95 %, IC : 1,0-1,9). Un excès de risque est observé pour les cancers du tractus respiratoire SMR de 1,4 (95 %, IC : 0,7-2,5), de l’estomac SMR : 2,7 (95 %, IC :1,1-5,6) ou colorectaux SMR de 2,2 (95 %, IC :0,9-4,5). Il n’existe pas d’excès de risque pour les cancers du système urinaire, les leucémies, les lymphomes ou les myélomes.
En 2005, l’US EPA considère que les études chez l’homme ne permettent pas de conclure.

Une étude a été menée chez les rats Fischer F344 (120 mâles et 120 femelles) exposés par inhalation à des concentrations de 0 – 112 – 375 – 1 125 mg.m^-3 (0 – 30 – 100 – 300 ppm) de toluène, 6,5 heures par jour, 5 jours par semaine pendant 24 mois (Gibson et Hardisty, 1983). Aucun signe clinique n’a été observé lors de l’exposition et aucune altération pathologique ou histopathologique n’a été relevée. Dans cette étude, il semblerait que les niveaux d’exposition retenus soient trop faibles pour mener à bien une étude de cancérogenèse.
Deux études de cancérogenèse de 2 ans (rat et souris) pour des expositions par inhalation au toluène jusqu’à des concentrations de 1 200 ppm (4 600 mg.m^-3), 6,5 heures par jour 5 jours par semaine (Huff, 2003 ; NTP, 1990) montrent qu’il n’y a pas d’effet observé chez le rat. En revanche, chez la souris, des adénomes non malins de la pars intermedia de l’hypophyse (type de tumeur très rare) sont retrouvés chez les femelles quelle que soit la concentration (460, 2 298, 4 598 mg.m^-3) (120, 600, 1 200 ppm) et chez les mâles pour la plus forte concentration (4 598 mg.m^-3 soit 1 200 ppm). Un seul adénome a été observé dans chacun des lots.

Une augmentation significative de l’incidence des tumeurs mammaires et des tumeurs malignes lymphoïdes a été observée chez un lot de 80 rats Sprague-Dawley mâles exposés à500 mg.kg^-1 de toluène par gavage en une fois 4 à 5 jours par semaine pendant 104 semaines (Maltoni et al., 1983 ; Maltoni et al., 1985).

Chez la souris, une exposition a été pratiquée par voie cutanée au toluène, 2 fois par semaine, à un volume de 50 µL sur une surface de 1 cm2 au niveau de la région interscapulaire rasée du dos de 50 mâles pendant toute leur vie (Broddle et al., 1996). Cette exposition montre la survenue d’irritations cutanées et le développement de tumeurs. La différence statistique de l’incidence des tumeurs est juste en dessous du seuil de significativité (p = 0,055).

L’impact du toluène sur les concentrations plasmatiques de FSH (hormone folliculo-stimulante), de LH (hormone lutéotrope) et de testostérone a été évaluée chez 262 hommes employés dans deux usines de l’industrie de la photographie au Danemark (Morck et al., 1988). Les résultats de cette étude sont difficilement exploitables en raison de l’absence de groupe témoin.
Deux études cas-témoin menées dans 2 industries suédoises (impression en héliogravure) montrent l’influence du toluène sur les niveaux des hormones LH, FSH et testostérone lors d’expositions professionnelles à des concentrations de 36 ppm (138 mg.m^-3) (valeur moyenne) ou comprises entre 5 et 45 ppm (19 et 172 mg.m^-3) (Svensson et al., 1992a ; Svensson et al., 1992b). Ces résultats montrent que le toluène à faible dose induit un effet sur l’axe hypothalamo-hypophysaire avec une diminution secondaire de la sécrétion de testostérone. Une action du toluène sur les mécanismes de la régulation endocrine est donc possible mais ne permet pas l’établissement d’une relation dose-effet.
Aucune étude relative à la qualité du sperme n’est disponible. Toutefois, les études de fertilité ne rapportent aucun effet pour des expositions comprises entre 10 et 200 ppm (38,3 et 766 mg.m^-3) (Plenge-Bonig et Karmaus, 1999).
Chez la femme, le toluène n’induit pas de troubles menstruels (Ng et al., 1992a) pour des expositions moyennes de 88 ppm (337 mg.m^-3), comprises entre 50 et 150 ppm soit 191,5 et 574,5 mg.m^-3. Il semblerait, cependant, que des expositions quotidiennes à de faibles niveaux (< 10 mg.m^-3) de toluène puissent induire une diminution de la fertilité chez la femme (Plenge-Bonig et Karmaus, 1999). Toutefois, il n’est pas exclu que d’autres facteurs d’exposition tels que le bruit ou le stress puissent également être impliqués dans les phénomènes observés.
Chez les salariées exposées au toluène, il a été montré une augmentation du risque de fausses couches et d’avortements spontanés pour des niveaux d’exposition de l’ordre de 50 à 150 ppm (191,5 à 574,5 mg.m^-3) (Ng et al., 1992b ; Taskinen et al., 1994).

Chez la souris, le toluène passe la barrière placentaire : les concentrations chez les fœtus peuvent atteindre 75 % de celles mesurées dans le sang maternel (Ungvary et al., 1982). Le toluène se retrouve aussi dans le lait maternel à des concentrations 5 fois supérieures à celles mesurées dans le sang maternel (Da-Silva et al., 1991).
Il existe peu d’études sur la fertilité disponibles chez l’animal. Les études de fertilité chez le rat montrent l’absence d’effet pour des expositions à des concentrations de 2 000 ppm (7 500 mg.m^-3) (API, 1985 ; Thiel et Chahoud, 1997).
De même, une exposition de 15 semaines, par inhalation, chez le rat ne montre pas de modifications de la morphologie des spermatozoïdes chez le mâle, ni de la cytologie vaginale, chez la femelle, pour des expositions de 383, 2 394 et 4 787 mg.m^-3 (100, 625 et 1 250 ppm), 6,5 heures par jour, 5 jours par semaine (Huff, 1990).
Cependant, une autre étude plus complète est disponible chez le rat Sprague Dawley (Ono et al., 1996). Les mâles sont exposés pendant 90 jours dont 60 jours avant l’accouplement. Les femelles sont exposées pendant 14 jours avant l’accouplement puis jusqu’au 7^ème jour de la gestation. Les animaux ont été exposés 6 heures par jour à des concentrations de 600 et 2 000 ppm (2 300 et 7 500 mg.m^-3) de toluène, à 98 % de pureté. Il n’y a pas d’altérations des poids des femelles témoins ou exposées. Les femelles sont chacune accouplées avec un mâle exposé à la même dose. A 2 000 ppm (7 500 mg.m^-3), la mortalité fœtale est plus élevée que chez les témoins ainsi que le nombre de mères porteuses de fœtus mort. Chez les mâles, exposés à 2 000 ppm (7 500 mg.m^-3), l’augmentation du poids des reins est accompagnée d’une altération basophilique, d’une nécrose tubulaire et d’une diminution du poids du thymus. Les poids relatifs et absolus de l’épididyme sont diminués à 2 000 ppm (7 500 mg.m^-3). Il n’y a pas d’altérations histopathologiques des testicules et de l’épididyme. Le nombre de cellules spermatogéniques aux 3 stades (spermatogonie, spermatocyte I, spermatides) n’est pas altéré. Le nombre de spermatozoïdes est significativement diminué (20 à 25 %) à 2 000 ppm (7 500 mg.m^-3).
L’étude de Thiel et Chambon (1997) montre qu’il n’y a pas de différence significative entre les lots témoins et traités à l’exception de l’indice de fertilité qui est statistiquement augmenté pour le lot exposé à 600 ppm (2 300 mg.m^-3). Il n’y a pas de relation dose-effet rapportée.
Une étude récente, menée chez le rat Long-Evans, montre une probable diminution de la synthèse et de la sécrétion de testostérone, par une diminution statistiquement significative de l’ARN messager de bêta 3-hydroxystéroïde désydrogénase (Tsukahara et al., 2009).

Une revue de la littérature (Bukowski, 2001) montre qu’il existe très peu d’études relatives aux effets du toluène sur le développement suite à des expositions en milieu professionnel. Les principaux effets rapportés sont une augmentation des avortements spontanés pour des niveaux d’exposition de l’ordre de 50 à 150 ppm (191,5 à 574,5 mg.m^-3) (Axelsson et Rylander, 1982 ; Ng et al., 1992b ; Taskinen et al., 1994) et des malformations congénitales (McDonald et Lavoie, 1987 ; Taskinen et Anttila, 1989). Ces études sont difficilement exploitables compte tenu de l’exposition à d’autres polluants, du nombre restreint d’individus impliqués dans l’étude et des faibles niveaux d’exposition. L’étude de Ng et al. (1992b), bien que plus complète reste de qualité scientifique discutable. Il s’agit d’une étude transversale réalisée dans une manufacture de matériel radiophonique de Singapour, portant sur 86 employées, dont 55 femmes fortement exposées et 31 faiblement exposées. Une augmentation significative des taux d’avortements spontanés entre les semaines 12 et 28 de la gestation est rapportée chez les femmes fortement exposées au toluène (88 ppm soit 337 mg.m^-3).
Même si les résultats de ces études sont difficiles à interpréter, une exposition professionnelle au toluène chez les mères pourrait induire des déficits cognitifs chez les enfants (Grandjean et Landrigan, 2006).
Par ailleurs, les principaux effets rapportés sont des effets tératogènes essentiellement au niveau du système nerveux central (Arnold et al., 1994 ; Pearson et al., 1994).

La majorité de ces études correspond à des expositions pratiquées par inhalation chez le rat.

Chez le rat, l’exposition au toluène ne semble pas induire de malformations chez les fœtus sauf à des concentrations élevées compatibles avec celles retrouvées dans les utilisations abusives chez la femme enceinte soit 8 000 – 12 000 – 16 000 ppm (30 640 – 45 960 – 61 280 mg.m^-3), 30 minutes 2 fois par jour, du 8^ème au 20^ème jour de gestation (Bowen et al., 2009). A des niveaux d’exposition communément rencontrés, le toluène serait à l’origine d’une diminution du poids à la naissance, d’un retard de développement post-natal et d’une altération du comportement (EU, 2003).
Une étude combinée de fertilité et de tératogénicité sur deux générations de rats exposés aux concentrations de 375, 1 875  ou 7 500 mg.m^-3 (98, 490 ou 1 957 ppm), 6 h/j, 7 j/7 montre une diminution du poids corporel des fœtus et des nouveau-nés et un retard d’ossification à la concentration la plus élevée (API, 1985). La toxicité maternelle est faible à ce niveau d’exposition, il est donc possible de définir une NOAEC de 1 875 mg.m^-3 (490 ppm) pour la toxicité du développement.
Des expositions à 375 ou 1 500 mg.m^-3 (98 ou 391,5 ppm), par inhalation, chez la rate pendant la période de gestation, montrent l’absence de toxicité maternelle, de modification du sex-ratio chez les fœtus, d’embryo-toxicité, de retard pondéral fœtal ou d’effet sur le développement (API, 1978). A partir de cette étude, il est possible de définir une NOAEC de 1 500 mg.m^-3 (391,5 ppm).

Diminution du poids de naissance et retard du développement
Une diminution du poids des fœtus, du poids à la naissance et un retard du développement post-natal est rapporté par plusieurs études (Hass et al., 1999 ; Hougaard et al., 1999 ; Huntingdon Research Centre, 1992a, 1992b ; Ono et al., 1995 ; Thiel et Chahoud, 1997). Les LOAEC proposées sont de l’ordre de 1 000 à 2 000 ppm (3 750 à 7 500 mg.m^-3) et les NOAEC sont comprises entre 400 et 750 ppm (1 500 et 2 872 mg.m^-3).
Une étude a été pratiquée chez la rate pendant la période de gestation pour des expositions à 937, 2 815, 5 625 ou 11 250 mg.m^-3 (245, 735, 1 468 ou 2 936 ppm) (Huntingdon Research Centre, 1992a). A 11 250 mg.m^-3, de nombreux effets toxiques sont observés chez les mères exposées (tremblements des membres, mouvements incontrôlés, larmoiements, polypnée, hypersalivation, nystagmus (Succession de mouvements rythmiques des globes oculaires, linéaires ou rotatoires)). Une diminution du poids corporel des fœtus et une augmentation du nombre total de malformations sont observées à partir de 5 625 mg.m^-3 (1 468 ppm).
Une étude sur deux générations a été menée chez le rat Sprague Dawley (mâles et femelles), exposé à des concentrations de toluène (à 99,9 % de pureté) de 0 – 100 – 500 – 2 000 ppm (soit 0 – 375 – 1 875 – 7 500 mg.m^-3), 6 heures par jour, 7 jours par semaine (Roberts et al., 2003). Aucun effet sur la fertilité, la fonction de reproduction, le comportement des mères et des jeunes au cours de la période de lactation chez les femelles et les mâles de la première génération n’est observé mais une inhibition de la croissance des jeunes des générations F1 et F2, exposés à 2 000 ppm (7 500 mg.m^-3) est mise en évidence.Le poids des jeunes des générations F1 et F2 est diminué de manière statistiquement significative lors de l’exposition via le lait maternel.
Une deuxième étude a été réalisée chez le rat Sprague Dawley, par exposition corps entier au toluène (pureté 99,9 %) du 6^ème au 15^ème jour de la gestation, à des concentrations de 0 – 250 – 750 – 1 500 – 3 000 ppm (0 – 938 – 2 812 – 5 625 – 11 250 mg.m^-3), 6 h/j (Roberts et al., 2007). Des signes de toxicité sont rapportés chez les mères (ataxie, hypersensibilité, augmentation de la consommation d’eau, diminution de la consommation de nourriture) à 3 000 ppm et dans une moindre mesure à 1 500 ppm. Les effets sur les fœtus correspondent à une réduction de la taille de la portée pour une exposition à 3 000 ppm et une diminution du poids moyen des fœtus à 1 500 et 3 000 ppm. Des réductions et des absences d’ossification sont également rapportées à ces deux concentrations. Une diminution des poids moyens des fœtus est également observée à 250 ppm mais pas à 750 ppm. Aucune relation dose-effet n’a pu être établie et les effets relatifs aux deux concentrations sur l’ossification ne sont pas statistiquement significatifs.
Une autre étude a été menée chez des rates Wistar gestantes exposées à 0 – 300 – 600 – 1 000 – 1 200 ppm (1 131, 2 262, 3 830 et 4 524 mg.m^-3) de toluène à 99 % de pureté, 6 h//j, 7 j/7, du 9^ème jour au 21^ème jour de la gestation (Thiel et Chahoud, 1997). Une diminution non statistiquement significative de la croissance pondérale maternelle est rapportée pour les expositions à 1 000 et 1 200 ppm (3 830 et 4 600 mg.m^-3), pour les animaux de la génération parents P. Une diminution non statistiquement significative de la taille des portées est mentionnée chez les rates exposées à 1 200 ppm (4 600 mg.m^-3), ainsi qu’une augmentation de la mortalité chez les jeunes non sevrés. Les poids des jeunes de la génération F1 sont plus faibles chez les rates exposées à 1 000 et 1 200 ppm (3 830 et 4 600 mg.m^-3) que chez ceux des lots témoins. Le développement au cours de la période de lactation (déploiement du pavillon auriculaire, poussée dentaire et ouverture des yeux) et le réflexe d’ontogenèse sont similaires dans les différents groupes, excepté pour le groupe exposé à 1 200 ppm (4 600 mg.m^-3) où la poussée dentaire est légèrement retardée. Un retard de l’ouverture vaginale d’au moins 5 jours est rapporté chez les deux groupes exposés à 1 000 et 1 200 ppm (3 830 et 4 600 mg.m^-3). Il n’y pas d’altération significative de l’activité spontanée à 24 heures ni de retard d’apprentissage. A partir de cette étude, une NOAEC de 2 262 mg.m^-3 (600 ppm) et une LOAEC de 3 830 mg.m^-3 (1000 ppm) ont été définies.

Troubles du comportement
Des altérations du comportement ont été rapportées chez des rats exposés au toluène pendant la période de développement du cerveau (Hass et al., 1999 ; Hougaard et al., 1999). Chez le rat Wistar exposé, 6 heures par jour, du 7^ème au 20^ème jour de la gestation à la concentration de 0 ou 1 800 ppm (4 600 mg.m^-3), les mesures de la fonction auditive montrent une diminution statistiquement significative chez le jeune mâle (Hougaard et al., 1999). Une diminution statistiquement significative de la fonction cognitive a été mesurée au moyen du test « Morris water maze » chez les rats des deux sexes avec des effets mesurés plus marqués chez les femelles. Dans une autre étude, des rats femelles Wistar ont été exposés au toluène aux concentrations de 0 - 1 200 ppm (0 - 4 600 mg.m^-3), 6 heures par jour, du 7^ème jour de la gestation au 18^ème jour après la naissance : une altération de la fonction cognitive, évaluée au moyen du test « Morris water maze », est rapportée chez les jeunes femelles âgées de 3,5 mois (Hass et al., 1999).
Un phénomène d’apoptose neuro-dégénérative de la couche des grains du cervelet est observé chez les jeunes mâles, nés de femelles rats gestantes exposées, 6 h//j du 7^ème jour de la gestation au 18^ème jour après la naissance à 1 200 ppm (4 600 mg.m^-3) et 1 800 ppm (6 900 mg.m^-3) (Dalgaard et al., 2001). Chez ces jeunes, le toluène induit de manière statistiquement significative une apoptose du cervelet (partie du cortex cérébelleux) au 21^ème jour après la naissance. Ce phénomène n’est pas retrouvé aux autres temps d’investigation (11 et 90^ème jour après la naissance).
Il existe très peu d’études chez la souris. Des signes de fœtotoxicité (altération du nombre de côtes) sont rapportés chez la souris CD-1 exposée à 400 ppm (1 500 mg.m^-3), 7 j/7, du 7^ème au 16^ème jour de la gestation (Courtney et al., 1986). Ces effets ne sont pas retrouvés à 200 ppm (750 mg.m^-3). Une diminution du poids de naissance, une diminution de la croissance pondérale post-natale ainsi qu’un retard d’acquisition des réflexes en l’absence de toxicité maternelle ont été rapportés pour des expositions à 2 000 ppm (7 500 mg.m^-3) de toluène, pendant 60 minutes, pratiquées 3 fois par jour du 12^ème au 17^ème jour de la gestation (Jones et Balster, 1997). Aucun effet n’est observé pour une exposition à 400 ppm (1 520 mg.m^-3). De cette étude, une LOAEC de 2 000 ppm (7 660 mg.m^-3) est définie pour la toxicité du développement.
Les seules études disponibles chez le lapin (Chbb HM) sont difficilement exploitables en l’absence de toxicité maternelle à la plus forte dose retenue (BASF, 1989 ; Klimisch et al., 1992). Klimisch et al. (1992) ont montré un retard de développement du squelette dès les doses de 100 ou 300 ppm (383 ou 1 150 mg.m^-3) pour des expositions au toluène, 6 heures par jour, du 6^ème au 18^ème jour après l’insémination. L’étude réalisée par BASF (1989) montre une altération des carotides aux concentrations de 100 et 500 ppm (375 et 1 875 mg.m^-3), 6 heures par jour, du 6^ème au 18^ème jour après l’insémination mais aucune anomalie du squelette n’a pu être décelée.

[1] Succession de mouvements rythmiques des globes oculaires, linéaires ou rotatoires.

Les rares études disponibles pour des expositions par voie orale, sont des études incomplètes car réalisées sur une seule dose, avec un nombre d’animaux insuffisant pour lesquelles les résultats sont difficilement exploitables (Gospe et al., 1994 ; Gospe et al., 1996 ; Gospe et Zhou, 1998 ; Gospe et Zhou, 2000 ; Kostas et Hotchin, 1981). Les fœtus présentent une diminution pondérale, des retards d’ossification, des cerveaux de petite taille et un défaut de myélinisation lors d’expositions au toluène par gavage à la dose de 520 ou 650 mg.kg^-1.j^-1, en solution dans l’huile de maïs, du 6^ème au 19^ème jour de la gestation.