Lumière bleue et valeur limite d’exposition : réponse à l’Anses

L’Anses [1] a rendu public, le 14 mai dernier, un rapport [1] intitulé Effets sur la santé humaine et sur l’environnement (faune et flore) des diodes électroluminescentes (LED). Ce rapport conclut plusieurs années d’expertise sur la potentielle dangerosité environnementale ou sanitaire des LED et aborde différents sujets : la phototoxicité, la perturbation des rythmes circadiens, l’éblouissement, les effets des scintillements, et la pollution environnementale liés aux éclairages à LED.

La présente mise au point concerne les aspects potentiellement phototoxiques de la lumière bleue des LED. Nous avions déjà publié en 2017, un article sur ce sujet intitulé Peur bleue, quand les médias raccourcis sent le temps de la science. Rappelons que des normes [2,3] existent depuis de nombreuses années, basées sur les recommandations de l’ICNIRP[2]. Ces normes fixent la valeur limite d’exposition en lumière bleue (VLE) à 2,2J/cm² pour une pupille d’œil humaine de 3 mm, soit 5 fois moins que la valeur efficace de 11 J/cm² nécessaire à l’apparition d’un blanchiment de la rétine et donc d’un processus phototoxique par stress oxydatif. Ces valeurs sont basées sur les travaux conduits dans les années 70 par Ham et ses collègues [4], par exposition in vivo de rétines de singes à des sources de lumière bleue intense.
Pourtant, le comité d’experts de l’Anses recommande « de réviser les valeurs limite d’exposition aux rayonnements optiques proposées par l’Icnirp, de façon à les rendre suffisamment protectrice vis-à-vis du risque phototoxique. Elles devraient prendre en compte une exposition chronique et considérer d’autres indicateurs, notamment ceux de toxicité infra-cliniques ».
Les éléments scientifiques sous-tendant la remise en cause de la VLE de l’ICNIRP par le groupe d’experts de l’Anses sont basées sur plusieurs groupes d’études :
– des études in vivo faites par exposition de rats à des niveaux d’éclairement dits domestiques (Shang et al, 2014 [5] ; Shang et al, 2017[6] ; Krigel et al, 2016 [7], Jaadane et al, 2015 [8] ; Jaadane et al, 2017 [9]) ;
– des études in vivo faites par exposition de primates à des niveaux d’éclairement cornéens de 7 000 lux (Mukai et al, 2012 [10] ;
– les travaux de Hunter et al , 2012 [11] ;
– des études in vitro [12,13,14 ,15,16,17].

Critique des études in vivo faites sur les rats

Nous avions publié une critique méthodologique dans une synthèse de travaux scientifiques dans le Yearbook 2018 de la revue Environnement, Risque et Santé [19]. Les arguments critiques de cette synthèse sont résumés ci-dessous.

1. Au sujet des travaux de Krigel et al, 2016 [7], l’étude réalisée sur des rats Wistar et Long Evans avait pour objectif de comparer les phototoxicités rétiniennes de différentes sources de lumière : des LED blanc froid (6 300 K), des LED bleues (455-465 nm), des LED vertes (520-535 nm), des lampes fluocompactes et des lampes fluorescentes à cathodes froides, sous 500 lux, et sous différentes conditions de durée d’exposition. Les résultats de cette étude ont conduit les auteurs à considérer que les LED blanches, vertes et surtout les LED bleues provoquent des dommages chez le rat, contrairement aux lampes fluocompactes. Cependant, dans cette étude, la température de couleur des lampes fluocompactes (donc leur richesse en bleu) n’est pas divulguée. Par ailleurs, la valeur d’intensité énergétique (en W/m²) nécessaire pour produire 500 lux par une source bleue est plus élevée que la valeur nécessaire pour produire 500 lux par une source blanche. L’effet de la différence de longueur d’ondes covarie donc avec une différence d’intensité énergétique, ce qui ne permet pas de conclure quant à l’effet propre de la longueur d’onde.

2. L’étude de Jaadane et al, 2017 [9] avait pour but d’évaluer l’effet biologique ou sanitaire de la lumière produite par une lampe à LED blanche sur la rétine du rat, pour des éclairements ou des luminances de niveaux domestiques.
   Les auteurs ont noté des signes de lésions rétiniennes apparaissant après une exposition énergétique (dans le bleue) de 0,58 J/cm² soit presque 4 fois moins que la limite admise de 2,2 J/cm². Les auteurs remarquent également, qu’en lumière blanche, à exposition égale (4,14 J/m²), aucune lésion de l’épithélium pigmentaire rétinien n’est observé lorsque la source de lumière est un tube fluorescent, sans préciser sa température de couleur, ce qui pose le même problème de validité que dans l’étude de Krigel et al, 2016.
   L’étude de Jaadane et al, 2017 faisait suite à une précédente étude (Jaadane et al, 2015) à l’issue de laquelle les auteurs suggéraient la nécessité d’une révision de la valeur limite d’exposition, après avoir conclu que des lésions rétiniennes apparaissaient chez des rats exposés à de faibles valeurs de luminance. Sur la pertinence des expériences menées sur les rats, nous avons publié plusieurs articles [18,19,20], notamment dans des revues à comité de lecture, indiquant les effets, sur le résultat du calcul de l’exposition rétinienne, de l’incertitude entourant les valeurs biométriques (taille de pupille et focale) de l’œil du rat.
   Nous avons également publié des données quant aux différences de rapport taille de pupille/longueur focale entre l’œil de l’Homme et l’œil du rat, lesquelles impliquent que, pour une lampe donnée, les éclairements rétiniens (et donc le risque phototoxique) est bien moins élevé chez l’Homme que chez le rat. L’absence de prise en compte des facteurs d’incertitude entourant le calcul d’exposition de la rétine du rat d’une part, et l’absence de prise en considération des différences d’éclairement rétinien introduites par les différences entre l’œil du rat et l’œil de l’Homme d’autre part, ne permettent pas une remise en cause de la valeur limite d’exposition sur la base des études récentes faites sur les rats.
   Il est regrettable que nos critiques méthodologiques nuançant la pertinence du rat comme modèle d’exposition n’ai pas été prises en considération par le groupe d’experts de l’Anses et adéquatement discutées dans le rapport d’expertise.

3. Au cours des travaux de Shang et al, 2014[5], il avait été démontré un plus fort taux de stress oxydatif sur la rétine du rat sous éclairement à forte température de couleur (6 500 K) par rapport à un éclairement à faible température de couleur.
   Par ailleurs, les effets biologiques produits par les éclairements à 6 500 K semblaient plus marqués en cas d’utilisation de LED par rapport aux lampes fluocompactes.
   Cependant, l’utilisation d’éclairement de l’ordre de 750 lux posent le même problème de validité externe que pour les études de Jaadane et al, 2015 & 2017 puisque, compte-tenu des différences de biométrie entre l’œil de l’Homme et l’œil du rat, un éclairement domestique de l’ordre de 750 lux peut engendrer des éclairements rétiniens bien plus élevés chez le rat que chez l’Homme. Par ailleurs, certaines études in vitro montrent des résultats opposés avec une plus grande toxicité des lampes fluorescentes [13].

4. Quant aux travaux de Shang et al, 2017 [6], l’objectif était de déterminer les effets biologiques et sanitaires de l’exposition aux LED de rats Sprague-Dawley en fonction de la longueur d’onde (460, 530 et 620 nm) pour un éclairement de 1 W/m². Les analyses réalisées dans cette étude ont confirmé un effet biologique des longueurs d’ondes courtes au niveau de la rétine, lequel est déjà pris en compte du point de vue normatif par le spectre d’action B(λ).

Travaux de Hunter (Hunter et al, 2012)

Les rédacteurs du rapport de l’Anses indiquent que Hunter et ses collaborateurs ont estimé que les VLE pour la toxicité rétinienne de la lumière « étaient supérieurs d’un facteur 20 par rapport à des VLE protectrices ». Pourtant, l’analyse des travaux en question montre que l’interprétation de l’équipe de Hunter est plus nuancée : en effet, Hunter a mis en évidence un phénomène jusque-là méconnu, la réduction de l’autofluorescence de la lipofuscine (AF photobleaching en anglais), apparaissant à des niveaux de luminosité effectivement 20 fois inférieurs aux valeurs limite d’exposition. Ces résultats ont cependant été obtenu à 568 nm de longueur d’onde (lumière vert-jaune), région du spectre qui n’entre pas dans le champ du risque rétinien en lumière bleue.

L’article de Hunter précise qu’on ignore si la réduction de l’autofluorescence de la lipofuscine est un marqueur d’une réaction bégnine ou d’un évènement potentiellement rétinotoxique. Hunter précise également que si la réduction de l’autofluorescence de la lipofuscine s’avère être un marqueur d’un processus rétinotoxique, alors la valeur limite d’exposition à 568 nm de longueur d’onde devrait être diminuée d’un facteur 20, mais que cette réduction serait inutile s’il s’avère que la réduction de l’autofluorescence de la lipofuscine n’est pas un marqueur de phototoxicité. Par conséquent, les travaux de Hunter n’apportent aucun élément de preuve quant à la nécessité de réduire la valeur limite d’exposition dans le bleu (400-500 nm) telle qu’aujourd’hui définie par l’Icnirp.

Les études de Mukai (Mukai et al, 2012)

Elles ont été menées sur des primates dont les propriétés physiologiques et biométriques de l’œil sont proches de celles de l’œil humain, les éclairements, de l’ordre de 7 000 lux, ne sont pas représentatifs de situations d’éclairage normales.

Les études in vitro

Le rapport de l’Anses précise que ces études apportent des éléments contribuant à l’analyse des risques mais ne permettent pas une extrapolation directe sur les effets des LED sur la santé oculaire. Par ailleurs, certains résultats apparaissent contradictoires.

Conclusion

Les éléments de preuves quant à la phototoxicité rétinienne de la lumière produite par les LED à de faibles niveaux d’éclairement (effet faible dose) sont seulement suspectés chez le rat, et les résultats sont potentiellement entachés d’incertitudes liées à l’exactitude des valeurs de paramètres fondamentaux comme le diamètre de la pupille d’œil et la distance focale de l’œil du rat.
En outre, compte-tenu des différences biométriques entre l’œil du rat et l’œil de l’Homme, un éclairement de niveau domestique (par exemple 500 lux) crée des éclairements rétiniens potentiellement bien plus élevés chez le rat que chez l’Homme, et on ne peut considérer que ces niveaux de luminosité produisent des faibles doses chez le rat. On peut d’ailleurs lire dans le rapport de l’Anses qu’« en raison du manque de données sur les effets chroniques d’une exposition à la lumière froide à faibles doses (écrans, par exemple), le niveau de risque associé à une exposition chronique ) des LED riches en bleu ne peut être évalué à ce jour ».

Par conséquent, en l’état actuel des connaissances, la recommandation de limiter la valeur limite d’exposition en lumière bleue pour l’éclairage général apparaît infondée d’un point de vue scientifique et nous regrettons que le rapport Effets sur la santé humaine et sur l’environnement (faune et flore) des diodes électroluminescentes (LED), publié en mai 2019 par l’Anses, donne à penser le contraire.

[1] Effets sur la santé humaine et sur l’environnement (faune et flore) des diodes électroluminescentes (LED), édition scientifique, avril 2019, Anses.
[2] IEC 62471. 2006. Photobiological safety of lamps and lamp systems.
[3] IEC TR 62778.2014. Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires
[4] Ham, W.T., Mueller, H.A., Sliney, D. (1976). Retinal sensitivity to damage from short wavelength light. Nature, 260 (5547), 153-155.
[5] Shang, Y.M. et al. (2013). White Light-Emitting Diodes (LED) at domestic lighting levels and retinal injury in a rat model. Environmental Health perspectives, 122(3).
[6] Shang, Y.M. et al. (2017). Light-emitting-diode induced retinal damage and its wavelength dependency in vivo. Int. J. Ophtalmol., 10(2), 191–202.
[7] Krigel, A. et al. (2016). Light-induced retinal damage using different light sources, protocols and rat strains reveals LED phototoxicity. Neuroscience, 339, 296–307.
[8] Jaadane, I. et al. (2015). Retinal damage induced by commercial light emitting diodes (LED). Free Radic. Biol. Med., 84, 373–384.
[9] Jaadane, I. et al. (2017). Effects of white light-emitting diode (LED) exposure on retinal pigment epithelium in vivo. J. Cell Mol. Med., 21(12), 3453–3466.
[10] Mukai R. et al. (2012) Functional and Morphologic Consequences of Light Exposure in Primate Eyes Investigative Ophthalmology & Visual Science September 2012, Vol.53.
[11] Hunter J. et al. (2012) The susceptibility of the retina to photochemical damage from visible light, Progress in Retinal and Eye Research 31 (2012) 28e42.
[12] Song J. The photocytotoxicity of different lights on mammalian cells in interior lighting system. J Photochem Photobiol B. 2012 Dec 5; 117:13-8.
[13] Xie C. Effects of white light-emitting diode (LED) light exposure with different correlated color temperatures (CCTs) on human lens epithelial cells in culture. Photochem Photobiol. 2014 Jul-Aug; 90(4):853-9.
[14] Kuse Y. Damage of photoreceptor-derived cells in culture induced by light emitting diode-derived blue light, Scientific Reports volume 4, Article number: 5223 (2014).
[15] Chamorro E. et al, Effects of light-emitting diode radiations on human retinal pigment epithelial cells in vitro. Photochem Photobiol. 2013 Mar-Apr;89(2):468-73.
[16] Huand C. et al Long-term blue light exposure induces RGC-5 cell death in vitro: involvement of mitochondria-dependent apoptosis, oxidative stress, and MAPK signalling pathways. Apoptosis. 2014 Jun;19(6):922-32.
[17] Mori T. et al, Novel phototoxicity assay using human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelial cells. Toxicology. 2017 Mar 1; 378:1-9.
[18] Point, S., Lambrozo, J. (2017). Some evidences that white LED are toxic for human at domestic radiance? Radioprotection, 52(4).
[19] Point, S., (2018) Lumière et santé, Yearbook 2018, revue ERS.
[20] Point S., Beroud M. (2019) Blue light hazard: does rat retina make a relevant model for discussing exposure limit values applicable to humans? Radioprotection.