ISO 17924:2018

Soil quality - Assessment of human exposure from ingestion of soil and soil material - Procedure for the estimation of the human bioaccessibility/bioavailability of metals in soil

This document deals with the assessment of human exposure from ingestion of soil and soil materials. It specifies a physiologically based test procedure for the estimation of the human bioaccessibility of metals from contaminated soil in connection with the evaluation of the exposure related to human oral uptake. The method is a sequential extraction using synthetic gastrointestinal fluids and can be used to estimate oral bioaccessibility. Soils or other geological materials, in sieved form, are extracted in an environment that simulates the basic physicochemical conditions of the human gastrointestinal tract. This document describes a method to simulate the release of metals from soil and soil materials after passage through three compartments of the human gastrointestinal tract (mouth, stomach and small intestine). It produces extracts that are representative of the concentration of potentially harmful elements in the human gastrointestinal tract for subsequent chemical characterization. NOTE 1 Bioaccessibility can be used to approximate oral bioavailability. NOTE 2 The test has been validated for arsenic, cadmium and lead in an interlaboratory trial. The method has been in vivo validated to assess the oral bioavailability of arsenic, cadmium and lead.

Qualité du sol — Évaluation de l'exposition humaine par ingestion de sol et de matériaux du sol — Mode opératoire pour l'estimation de la bioaccessibilité/biodisponibilité pour l'homme de métaux dans le sol

Le présent document traite de l'évaluation de l'exposition humaine par ingestion de sol et de matériaux du sol. Le présent document spécifie une procédure d'essai pertinente d'un point de vue physiologique pour l'estimation de la bioaccessibilité pour l'homme de métaux dans un sol contaminé, en liaison avec l'évaluation de l'exposition de l'homme par voie orale. Cette méthode est un essai de lixiviation séquentiel utilisant des sucs gastrointestinaux synthétiques; elle peut être utilisée pour estimer la bioaccessibilité orale. Les sols ou autres matériaux géologiques, sous forme tamisée, sont extraits dans un environnement qui simule les conditions physico-chimiques de base du tractus gastrointestinal humain. Le présent document décrit une méthode pour simuler la libération de métaux contenus dans un sol ou dans des matériaux de sol après le passage par les trois compartiments du tractus gastrointestinal humain (bouche, estomac et intestin grêle). La méthode d'essai produit des extraits qui sont représentatifs de la concentration d'éléments potentiellement dangereux dans le tractus gastrointestinal humain en vue d'une caractérisation chimique ultérieure. L'essai a été validé pour l'arsenic, le cadmium et le plomb dans le cadre d'un essai interlaboratoires international. NOTE 1 La bioaccessibilité peut être utilisée pour estimer de manière approximative la biodisponibilité de la substance étudiée. NOTE 2 La méthode a été validée pour l'arsenic, le cadmium et le plomb dans le cadre d'un essai interlaboratoires international. Elle a été validée in vivo pour évaluer la biodisponibilité de l'arsenic, du cadmium et du plomb.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 08-Oct-2018
• ICS: 13.080.30 - Biological properties of soils
• Technical Committee: ISO/TC 190/SC 7 - Impact assessment
• Drafting Committee: ISO/TC 190/SC 7/WG 4 - Human exposure
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Start Date: 28-Jan-2025
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Revises: ISO/TS 17924:2007 - Soil quality - Assessment of human exposure from ingestion of soil and soil material - Guidance on the application and selection of physiologically based extraction methods for the estimation of the human bioaccessibility/bioavailability of metals in soil
• Effective Date: 21-Sep-2013

Overview

ISO 17924:2018 - "Soil quality - Assessment of human exposure from ingestion of soil and soil material - Procedure for the estimation of the human bioaccessibility/bioavailability of metals in soil" - specifies a physiologically based in vitro test to estimate the fraction of metals in contaminated soil that become available for absorption after oral ingestion. The method uses a sequential extraction with synthetic gastrointestinal fluids to simulate the mouth, stomach and small intestine, producing extracts for chemical characterization. The procedure is based on the BARGE UBM approach and has been validated (interlaboratory and in vivo) for arsenic, cadmium and lead.

Key technical topics and requirements

• Test principle: Sequential extraction of sieved soils/soil materials in synthetic saliva, gastric and intestinal fluids to estimate human bioaccessibility.
• Physiologically based design: Simulates the basic physicochemical conditions of the human gastrointestinal tract (mouth → stomach → small intestine).
• Reagents and fluids: Preparation and pH control of simulated saliva, gastric, duodenal and bile fluids are specified.
• Sample preparation: Sieving and defined pre-treatment steps to ensure representative test material.
• Analytical outputs: Extracts that represent concentrations of potentially harmful elements (PHEs) for subsequent chemical analysis.
• Validation & scope: Validated by interlaboratory trials and in vivo studies for arsenic (As), cadmium (Cd) and lead (Pb); bioaccessibility is presented as an approximation of oral bioavailability.
• Data handling & quality control: Guidance on calculations (bioaccessibility), quality assurance, and presentation of results to support exposure and risk assessment.

Practical applications and who uses ISO 17924

• Environmental consultants and remediation specialists use ISO 17924 to refine human exposure estimates for contaminated land, especially where soil ingestion (children, pica behavior) is a key pathway.
• Analytical and testing laboratories adopt the standard to generate bioaccessibility data that are more health‑relevant than total metal concentrations.
• Risk assessors and regulators integrate bioaccessibility results into human health risk assessments, exposure modeling, and prioritization of sites for remediation.
• Researchers use the method to compare site‑specific metal availability across soils and to support development of exposure metrics.

Related standards and notes

• ISO 11074 (Soil quality - Vocabulary) is a normative reference for terms and definitions used in ISO 17924.
• ISO 17924:2018 replaces and updates ISO/TS 17924:2007 and aligns with the BARGE Unified Bioaccessibility Method (UBM).

Keywords: ISO 17924, bioaccessibility, bioavailability, soil quality, in vitro test, gastrointestinal simulation, arsenic, cadmium, lead, soil ingestion, human exposure, BARGE UBM, risk assessment.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17924
First edition
2018-10
Corrected version
2021-09
Soil quality — Assessment of human
exposure from ingestion of soil
and soil material — Procedure
for the estimation of the human
bioaccessibility/bioavailability of
metals in soil
Qualité du sol — Évaluation de l'exposition humaine par ingestion de
sol et de matériaux du sol — Mode opératoire pour l'estimation de la
bioaccessibilité/biodisponibilité pour l'homme de métaux dans le sol
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Bioaccessibility/Bioavailability as a concept in assessment of soils and sites with
respect to human exposure . 3
5 Description of the mechanisms of human contaminant uptake . 5
6 Description of metal binding mechanisms (speciation of metals) in soil.7
7 Use and interpretation of in vitro tests for risk assessment . 8
8 Description of test method . 9
8.1 Test principle . 9
8.2 Apparatus . 9
8.3 Reagents.10
8.4 Preparation of simulated fluids .11
8.4.1 General.11
8.4.2 Simulated saliva fluid (1 000 ml) .11
8.4.3 Simulated gastric fluid (1 000 ml) .13
8.4.4 Simulated duodenal fluid (1 000 ml) .13
8.4.5 Simulated bile fluid (1 000 ml) .14
8.4.6 pH control of mixed fluids .15
8.5 Sample pre-treatment .15
8.5.1 General.15
8.5.2 Preparation of test samples .15
8.5.3 Typical analysis protocol .15
8.6 Sample preparation procedure .16
9 Data handling, quality control and presentation of results .17
9.1 General .17
9.2 Bioaccessibility calculation .18
Annex A (informative) Sample preparation procedure .20
Bibliography .21
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 7,
Impact assessment.
This first edition of ISO 17924 cancels and replaces ISO/TS 17924:2007, which has been technically
revised. The changes compared to the previous edition are as follows:
— 7.1 "General", 7.2 "Choosing an appropriate test", 7.3 "Description of applicable test methods" and
7.4 "Recommendations" have been deleted. 7.5 "Use and interpretation of in vitro tests for risk
assessment" has been retained and renumbered to Clause 7;
— Clause 8 "Description of test method" has been added;
— Clause 9 (formerly Clause 8) "Data handling, quality control and presentation of results" has been
completely revised;
— Annex A "Human bioaccessibility testing" has been replaced by Annex A "Sample preparation
procedure";
— the figures have been revised;
— the complete document has been editorially revised;
— the Scope has been adapted.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
This corrected version of ISO 17924:2018 incorporates the following corrections:
— in 8.3.12, the CAS number for magnesium chloride hexahydrate has been corrected to CAS-Nr 7786-
30-3;
iv © ISO 2018 – All rights reserved

— in 8.4.1, third paragraph, the sentence "The solutions are made according to detailed instructions
given on the day before the extractions." has been deleted to avoid duplication of information given
in the second paragraph;
— in 8.4.4, Table 9, NaHCO , has been added with the following quantities: 5,607 g (Volume/mass made
up to 500 ml), 11 214 mg/l (Final concentration);
— in 8.4.5, Table 12, the mass of NaCl has been corrected to 5,230 g;
— in 8.4.5, Table 12, the mass of NaHCO has been corrected to 5,796 g;
— in 8.6.17, the text "the pH should be pH = 6,3 ± 0,5." has been deleted, as the BARGE method does not
stipulate a tolerance for the final pH.
Introduction
When assessing soils contaminated with, for example, potentially harmful elements (e.g. arsenic), soil
ingestion (especially by children) is often considered to be the most important exposure pathway.
This assessment is often carried out on the basis of total content of the potentially harmful elements
in question in the soil. However, several studies suggest that the availability of the potentially harmful
elements (e.g. arsenic) in gastrointestinal tract is dependent on the form of the potentially harmful
elements present and the site-specific soil chemistry. Test methods based on in vivo tests with, for
example, juvenile swine or mini pigs are time consuming and expensive and not very compatible
with the decision processes connected with the assessment and clean-up of contaminated sites. Test
methods have thus been developed and validated, which involve in vitro laboratory tests aimed at
simulating in vivo results. This will reduce the cost and practicalities related to the use of such testing
on contaminated land.
Due to the large expenditure necessary for both private landowners and public funds set aside for the
remediation of contaminated land, International Standards on the assessment of contaminated soil,
especially with regard to human health, are in great demand. International Standards in this complex
field will support a common scientific basis for the exchange of data, development of knowledge and
sound evaluation. The aim of this document is to describe the elements of such an in vitro test system
and give advice as to the appropriate combination and use of these elements in the specific situation.
The method is based on the Bioaccessibility Research Group of Europe, Unified Bioaccessibility Method
(BARGE UBM), which has been developed and agreed upon by the BARGE group.
In human health risk assessment, “bioavailability” is specifically used in reference to absorption into
systemic circulation, consistent with the toxicological use of the term. This encompasses bioaccessibility,
which again is a combined measure of the processes determining the interaction between the metal
associated with the soil and the liquid in the human digestion system. Bioavailability furthermore
includes the absorption of the contaminant through a physiological membrane and the metabolism in
the liver. The bioavailable fraction is thus the fraction left after release into the human digestive liquid,
transport across the intestinal epithelium and metabolism in the liver. Further description of these
processes is given in Clause 4.
When considering bioavailability as the fraction of the chemical that is absorbed into systemic
circulation, two operational definitions are important: absolute and relative bioavailability. Absolute
bioavailability is the fraction of the applied dose that is absorbed and reaches the systemic circulation
(and can never be greater than 100 percent). Relative bioavailability represents a comparison of
absorption under two different sets of conditions, for example from a soil sample vs. food or another
matrix used in a toxicity study, and can be greater than or less than 1. This factor can be used in exposure
assessments for exposure by direct ingestion of soil, for instance if the absolute bioavailability of the
metal in the specific soil is suspected to differ significantly from the absolute bioavailability implicit in
the toxicity value/quality criteria used.
vi © ISO 2018 – All rights reserved

INTERNATIONAL STANDARD ISO 17924:2018(E)
Soil quality — Assessment of human exposure from
ingestion of soil and soil material — Procedure for the
estimation of the human bioaccessibility/bioavailability of
metals in soil
1 Scope
This document deals with the assessment of human exposure from ingestion of soil and soil materials.
It specifies a physiologically based test procedure for the estimation of the human bioaccessibility of
metals from contaminated soil in connection with the evaluation of the exposure related to human oral
uptake.
The method is a sequential extraction using synthetic gastrointestinal fluids and can be used to
estimate oral bioaccessibility. Soils or other geological materials, in sieved form, are extracted in an
environment that simulates the basic physicochemical conditions of the human gastrointestinal tract.
This document describes a method to simulate the release of metals from soil and soil materials after
passage through three compartments of the human gastrointestinal tract (mouth, stomach and small
intestine). It produces extracts that are representative of the concentration of potentially harmful
elements in the human gastrointestinal tract for subsequent chemical characterization.
NOTE 1 Bioaccessibility can be used to approximate oral bioavailability.
NOTE 2 The test has been validated for arsenic, cadmium and lead in an interlaboratory trial. The method has
been in vivo validated to assess the oral bioavailability of arsenic, cadmium and lead.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 11074, Soil quality — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11074 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
absorption
process by which a body takes in substance and makes it a part of itself
3.2
bioaccessibility
fraction of a substance in soil or soil material that is liberated in (human) gastrointestinal juices and
thus available for absorption
3.3
bioavailability
fraction of a substance present in ingested soil that reaches the systemic circulation (blood stream)
3.4
contaminant
substance or agent present in the soil as a result of human activity
Note 1 to entry: There is no assumption in this definition that harm results from the presence of the contaminant.
3.5
dermal contact
contact with (touching) the skin
3.6
exposure
dose of a chemical that reaches the human body
3.7
exposure pathway
route a substance takes from its source to a receptor
3.8
ingestion
act of taking substances, such as soil and soil material, into the body by mouth
3.9
in vitro bioaccessibility test
bioaccessibility test carried out outside a living organism
3.10
no observed adverse effect level
NOAEL
dose at which no adverse effect on a receptor can be observed
3.11
pica
eating habit where usually strange and unpalatable material such as soil material and stones are
consumed
Note 1 to entry: The term pica stems from the Latin name pica pica for the raven bird magpie which picks up
randomly any kind of material for nest construction.
3.12
provisional tolerable weekly intake
PTWI
provisional weekly tolerable amount of a substance which can be taken in by a human body during a
lifetime through the food chain without affecting human health
3.13
receptor
potentially exposed person
3.14
relative absorption fraction
RAF
ratio between the amount of a contaminant reaching systemic circulation when ingested with, for
example, soil and the same amount obtained when ingested in the toxicity experiment underlying the
criteria
2 © ISO 2018 – All rights reserved

3.15
species
different forms of a substance always arising with each other in a reaction equilibrium
3.16
tolerable daily intake value
TDI
daily tolerable amount of a substance which can be taken in by a human body during a lifetime through
the food chain without effecting human health
4 Bioaccessibility/Bioavailability as a concept in assessment of soils and sites
with respect to human exposure
The characterization of bioaccessibility/bioavailability is usually performed as a part of a risk and/or
exposure assessment.
Risk assessment comprises the following elements:
— hazard identification;
— dose-response assessment;
— exposure assessment;
— and based on the above: risk characterization.
An exposure assessment is the process wherein the intensity, frequency, and duration of human
exposure of a contaminant are estimated, and comprises:
— source identification and characterization;
— identification of exposure routes;
— identification of relevant receptors/target groups;
— and based on this: the actual exposure assessment.
For the assessment of possible effects on human health, an analysis of the exposure routes is a
prerequisite. Where receptors are not directly exposed to a contaminant, exposure assessment needs
to consider the various ways by which indirect exposure might occur and the significance of them.
Human exposure from soil contamination can occur through different media.
Directly from the soil, the following exposure routes exist:
— soil ingestion, both dietary and through adherence to hands and unwashed vegetables, etc.;
— dermal contact;
— ingestion of house dust that predominantly consists of soil material.
Airborne exposure comprises the following:
— inhalation and ingestion of fugitive dust;
— inhalation of elevated outdoor-concentrations;
— inhalation of vapours that have intruded into buildings.
Exposure through food chain comprises the following:
— consumption of plants including crops, wild plants and fungi;
— consumption of animals and animal products, including wild animals;
— consumption of contaminated water.
Within this document, direct uptake of soil via ingestion and/or ingestion of fugitive dust is considered.
Oral ingestion is one of the most important exposure routes for humans to soil contaminants.
Quality criteria for soil (the maximum concentration limits for soil) are usually calculated on the basis
of a tolerable daily intake value (TDI) or a provisionally tolerable weekly intake (PTWI), that can be
derived from the no observed adverse effect level (NOAEL) found in human data or experimental animal
data. For genotoxic carcinogens for which no lower threshold for increased risk for cancer is assumed,
the TDI value is set at a level that corresponds to a tolerable low (negligible) cancer risk level.
For determining the TDI, data on oral toxicity are primarily considered. These data often pertain
to animal experiments where the substance is administrated to the animals mixed in the feed or in
drinking water (the vehicle or transporter of the contaminant). The amount of contaminant needed to
produce adverse health effects in the animal is then recorded. As an alternative, epidemiological studies
relating observed human health effects to recorded exposures have been used. Most toxicological
studies report the total ingested amount and seldom indicate exact values for the bioavailability of the
substances administered.
When extrapolating from such experimental conditions to other conditions, e.g. to intake of
contaminated soil, this approach assumes that the uptake efficiency is equal for all scenarios, i.e. that
the absolute bioavailability of the contaminant is constant. The absolute oral bioavailability can be
defined as the fraction of an orally ingested contaminant that reaches systemic circulation, i.e. enters
the blood stream. The absolute oral bioavailability of a contaminant may range from close to 0 to almost
1 (i.e. 100 %) depending upon the physiochemical form of the contaminant. In this context, the use of
the concept of absolute, oral bioavailability rests upon the assumption that adverse health effects are
systemic and thus triggered by the contaminants reaching the blood stream, i.e. the internal exposure
as opposed to the external exposure measured directly as intake of a contaminated medium multiplied
by the concentration of the contaminant in the medium, see Figure 1.
The absolute bioavailability can be measured as the ratio between amounts in the blood of animals or
man after intravenous injection (100 % bioavailability) and after oral ingestion (uptake of bioavailable
fraction).
Figure 1 — Schematic presentation of oral uptake processes
4 © ISO 2018 – All rights reserved

A more feasible approach is to measure the relative bioavailability or relative absorption fraction
(RAF), which is the ratio between the amount of a contaminant reaching systemic circulation when
ingested with, for example, soil and the same amount obtained when ingested in the toxicity experiment
underlying the criterion.
It should be noted that although most relative bioavailabilities are less than 1 and would result in an
increased acceptable levels, RAF values above 1 could be found that would result in a demand for a
decreased acceptable level.
5 Description of the mechanisms of human contaminant uptake
A series of compartments are involved in human bioavailability of ingested soil contaminants, as
described in Clause 4.
The overall pathway leads the food and soil with contaminants from the mechanical grinding in the
mouth through a series of chemical and microbiological processes to partial dissolution through the
entire gastrointestinal tract (bioaccessibility processes). The dissolved components are transported
through the membranes of the gastrointestinal epithelium (absorption) and into the blood stream.
During transport through the membranes, degradation can occur (metabolism). The blood passes
the liver before entering the systemic circulation, allowing for degradation or removal of unwanted
compounds in the liver (metabolism, first pass effect). Most of the dissolution processes are completed
before the material leaves the small intestine, and it is generally accepted that most of the uptake
takes place in the small intestine. To which extent uptake takes place in the stomach depends on the
compound. The environment in the compartments differs and accordingly impacts the bioaccessibility
process differently, see Table 1.
Table 1 — Functions and conditions in the compartments involved in bioaccessibility processes
Primary
Main added Residence Contaminant dissolution
Compartment digestion pH
“reagents” time function
functions
Mouth Grinding
Moisture
Seconds to Grinding enhances subsequent
6,5
Cleavage of
minutes dissolution
Amylase
starch
Gullet Transport None 6,5 Seconds None
Stomach Hydrochloric acid
Acid dissolves labile mineral
Cleavage of pro-
Proteases 1 - 5 8 min to 3 h oxides, sulphides and car-
teins and fats
bonates to release metals.
Lipases
Small intestine Organic matter is dissolved
Bicarbonate
Cleavage of
and bound contaminants
oligosaccha- Bile
released
rides, proteins,
Proteases
Cationic metals are solubilised
fats and other
4 - 7,5 2 h to 10 h
by complexation with bile
constituents Lipases
acids
Solubilization of Oligosaccharases
Some metals are precipitated
fats
Phosphatases
by the high pH or by phosphate
The pH in the stomach may vary from close to 1 under fasted conditions to as high as 5 after feeding.
Residence time (1/2-time for emptying) in the stomach varies similarly from 8 min to 15 min and
30 min to 3 h for fasted and average fed conditions, respectively. Furthermore, bile release varies as
well, with high releases under fed conditions. Finally, the pH in the stomach can be lower for small
children than for adults.
The gastrointestinal tract constitutes a complex ecosystem with aerobic and anaerobic microorganisms.
The density of microorganisms is less in the human stomach and in the upper part of the small intestine
but increases towards and in the large intestine. Anaerobic microorganisms dominate in human
faeces, whereas aerobic bacteria are found in high densities in the large intestine. Sulfate reducing
bacteria have been detected in the human large intestine while high concentrations of oxygen have
been detected throughout the gastrointestinal tract of pigs. Overall, dominating aerobic conditions and
microorganisms would be expected in the stomach, but with increasingly anaerobic conditions from
the small intestine to the large intestine.
Absorption requires that the contaminants are dissolved (free or bound to a dissolved carrier such as
bile), transported to the gastrointestinal wall and, if bound to a carrier, released at the surface of the
gastrointestinal membrane for absorption. The carrier mechanisms can be complexation of cationic
metals by bile acids. Bile acids, proteins and other complexing agents can enhance exposure for cationic
metals. Also, lipids and other soluble organic matter in the diet can add to the carrier effect of the bile.
The simple dissolution/transport/absorption processes can be complicated by chemical kinetics
resulting from the sequential change in the chemical environment of the gastrointestinal tract, as well
as by soil and contaminant chemistry. As an example, lead found in soil as the common contaminant
anglesite (PbSO ) will dissolve in the stomach and will stay in solution here at the low pH and high
chloride concentration, see Figure 2. Entering the higher pH in the presence of dissolved phosphate in
2+
the small intestine, the dissolved lead ions (Pb ) will precipitate very quickly as lead chlorophosphate
[chloropyromorphite, Pb (PO ) Cl]. The phosphate can originate from digested food or from the soil.
5 4 3
Phosphate minerals, such as hydroxyapatite, Ca (PO ) OH, will dissolve in the low pH of the stomach,
5 4 3
but dissolution will be slower and less complete at higher pH in the stomach (as occurring after food
ingestion). If stomach transit is fast (as occurring under fasting conditions), the hydroxyapatite may
not dissolve in the stomach and reach the small intestine where the neutral to slightly alkaline pH
will prevent further dissolution and thus also precipitation of released lead as lead chlorophosphate.
Conversely, just after transit from the stomach to the small intestine, the pH is still low and absorption
of lead can take place driven by the high dissolved lead concentration possible in acidic pH. Overall, the
de facto dissolution of lead from soil will depend upon interacting conditions such as soil composition,
simultaneously ingested food and feeding conditions of the human. This also means that cultural
factors that affect the type of food typically consumed can have an influence on the actual uptake.
Figure 2 — Example of dissolution of a lead mineral (lead sulfate) in the stomach and
subsequent precipitation in the small intestine
The absorption of dissolved contaminants predominantly occurs through the epithelium of the stomach
and the small intestine (the intestinal epithelium) either through the cells (transcellular transport) or
between the cells (paracellular transport). The pathway between the cells is primarily taken by polar
or ionic contaminants (e.g. some metals).
Metals are absorbed by passive paracellular transport, by passive transcellular diffusion or by active
transcellular transport fitting into a transport system already present. One example is that cadmium
can be absorbed by both the passive paracellular route and the passive diffusive route. Another example
is lead that is probably absorbed via the calcium uptake system(s), including both active and passive
transcellular transport, as well as by paracellular transport.
6 © ISO 2018 – All rights reserved

Metabolism of the absorbed contaminant concentrations takes place in the epithelium membranes
(binding and exclusion), as well as in the liver (transformation of metals, and secretion of metals with
bile). Contaminants entering systemic circulation via the lymph will be less efficiently reduced, as the
liver is bypassed for this route. Finally, the contaminants are diluted when entering systemic circulation
in the blood stream.
If the sensitivity to changes of the processes of dissolution, absorption and reduction is considered to
be caused by varying “vehicles” (i.e. ingestion with soil, food or in solution) and chemical forms (i.e.
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17924
Première édition
2018-10
Version corrigée
2021-09
Qualité du sol — Évaluation de
l'exposition humaine par ingestion
de sol et de matériaux du sol — Mode
opératoire pour l'estimation de la
bioaccessibilité/biodisponibilité pour
l'homme de métaux dans le sol
Soil quality — Assessment of human exposure from ingestion of
soil and soil material — Procedure for the estimation of the human
bioaccessibility/bioavailability of metals in soil
Numéro de référence
©
ISO 2018
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E-mail: [e-mail]
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Le concept de bioaccessibilité/biodisponibilité pour les sites et sols pollués dans
les évaluations de risques sanitaires . 3
5 Description des mécanismes d’absorption des substances par l’être humain .5
6 Description des mécanismes de liaison des métaux (spéciation des métaux) dans le sol .8
7 Utilisation et interprétation des tests in vitro pour l’évaluation du risque .9
8 Description de la méthode d’essai .10
8.1 Principe de l’essai .10
8.2 Appareillage.10
8.3 Réactifs .11
8.4 Préparation des liquides simulés .12
8.4.1 Généralités .12
8.4.2 Liquide salivaire simulé (1 000 ml) .13
8.4.3 Liquide gastrique simulé (1 000 ml) .13
8.4.4 Liquide duodénal simulé (1 000 ml) .14
8.4.5 Liquide biliaire simulé (1 000 ml) .15
8.4.6 Contrôle du pH des liquides mélangés.16
8.5 Prétraitement de l’échantillon .16
8.5.1 Généralités .16
8.5.2 Préparation des échantillons pour essai .16
8.5.3 Protocole d’analyse typique .16
8.6 Mode opératoire de préparation des échantillons .17
9 Traitement des données, contrôle de la qualité et présentation des résultats .19
9.1 Généralités .19
9.2 Calcul de la bioaccessibilité .19
Annexe A (informative) Mode opératoire de préparation des échantillons .21
Bibliographie .22
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 7,
Évaluation de l'impact.
Cette première édition de l’ISO 17924 annule et remplace l’ISO/TS 17924:2007, qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les modifications par rapport à la précédente édition sont les suivantes:
— 7.1 «Généralités», 7.2 «Choix d’un essai approprié», 7.3 «Description des méthodes d’essai applicables»
et 7.4 «Recommandations» ont été supprimés. 7.5 «Utilisation et interprétation des essais in vitro
pour l’évaluation du risque» a été renuméroté en Article 7 et essais in vitro a été remplacé par tests
in vitro;
— l’Article 8 «Description de la méthode d’essai» a été ajouté;
— l’Article 9 (anciennement Article 8) «Traitement des données, contrôle de la qualité et présentation
des résultats» a été totalement révisé;
— l’Annexe A «Essais de bioaccessibilité humaine» a été remplacée par l’Annexe A «Mode opératoire de
préparation des échantillons»;
— les figures ont été révisées;
— le document complet a fait l’objet d’une révision éditoriale;
— le domaine d’application a été adapté.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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La présente version corrigée de l'ISO 17924:2018 inclut les corrections suivantes:
— en 8.3.12, le n° CAS du chlorure de magnésium hexahydraté a été corrigé en n° CAS 7786-30-3;
— en 8.4.1, troisième alinéa, la phrase "Les solutions sont obtenues conformément aux instructions
détaillées fournies la veille des extractions." a été supprimée pour éviter la répétition de l'information
donnée dans le deuxième alinéa;
— en 8.4.4, Tableau 9, NaHCO , a été ajouté avec les quantités suivantes: 5,607 g (Volume/masse
complété à 500 ml), 11 214 mg/l (Concentration finale);
— en 8.4.5, Tableau 12, la masse de NaCl a été corrigée à 5,230 g;
— en 8.4.5, Tableau 12, la masse de NaHCO a été corrigée à 5,796 g;
— en 8.6.17, le texte "il convient que la valeur du pH soit égale à 6,3 ± 0,5." a été supprimé car la méthode
BARGE ne stipule pas de tolérance pour le pH final.
Introduction
Lors d’une évaluation de sols pollués par exemple par d’éléments potentiellement dangereux (e.g.
l’arsenic), l’ingestion de sol (notamment par des enfants) est souvent considérée comme la voie
d’exposition prépondérante. Cette évaluation est souvent fondée sur la concentration totale en d’éléments
potentiellement dangereux dans le sol. Toutefois, plusieurs études suggèrent que la disponibilité
d’éléments potentiellement dangereux (e.g. l’arsenic) dans le tractus gastrointestinal dépend de la forme
d’éléments potentiellement dangereux présents et des paramètres physico-chimiques du sol spécifique
du site. Des méthodes d’essai fondées sur des tests in vivo réalisés, par exemple, sur des porcs juvéniles
ou des porcs nains, sont onéreuses, demandent beaucoup de temps et ne sont pas compatibles avec les
processus décisionnels liés à l’évaluation et au traitement des sites pollués. Des méthodes d’essai ont
donc été élaborées et validées. Elles mettent en œuvre des essais de laboratoire in vitro (tests in vitro)
destinés à simuler des résultats in vivo. Ces méthodes d’essai permettront de réduire les coûts et les
opérations liés à la mise en œuvre d'essais in situ sur un terrain contaminé.
Compte tenu des dépenses importantes auxquelles les propriétaires de terrains privés et les
autorités publiques doivent faire face pour la réhabilitation d’un terrain contaminé, il existe une forte
demande pour des Normes internationales relatives à l’évaluation des sols pollués, notamment pour
ce qui concerne la santé humaine. Dans ce domaine complexe, les Normes internationales permettent
de constituer une base scientifique commune pour l’échange de données, le développement des
connaissances et l’évaluation robuste. Le but du présent document est de décrire les éléments de la mise
en œuvre d’un de ces tests in vitro et de proposer des conseils concernant la combinaison et l’utilisation
appropriées de ces éléments dans une situation donnée. La méthode est basée sur la Méthode de
bioaccessibilité unifiée du Groupe de recherche sur la bioaccessibilité en Europe (BARGE UBM), qui a
été élaborée et approuvée par le groupe BARGE.
Dans l’évaluation des risques pour la santé humaine, le terme «biodisponibilité» correspond
spécifiquement à l’absorption d’une substance dans la circulation générale, conformément à l’utilisation
toxicologique du terme. Cela tient compte de la «bioaccessibilité», paramètre correspondant à la
part de substances du sol capable de se dissoudre dans les liquides digestifs humains. En outre, la
biodisponibilité tient compte de l’absorption du contaminant à travers les membranes physiologiques
et la métabolisation par le foie. La fraction biodisponible correspond à la part restant après dissolution
dans les liquides digestifs, passage à travers les membranes épithéliales intestinales et métabolisation
par le foie. Ces processus sont décrits dans l’Article 4.
La biodisponibilité correspond à la fraction de la substance chimique absorbée dans la circulation
générale, aussi deux paramètres peuvent être définis: la biodisponibilité absolue et la biodisponibilité
relative. La biodisponibilité absolue est la part de la dose administrée qui est absorbée et qui atteint la
circulation générale (et qui ne peut jamais être supérieure à 100 %). La biodisponibilité relative permet
de comparer l’absorption d’une même substance dans deux matrices données via laquelle elle est
administrée: par exemple dans un échantillon de sol par rapport à une administration dans des aliments
ou dans une autre matrice utilisée lors d’étude de toxicité. Elle peut être supérieure ou inférieure à
1. Ce facteur peut être utilisé dans le cadre des évaluations de l’exposition pour une exposition par
ingestion non intentionnelle de sol, particulièrement s’il existe potentiellement, pour un métal donné,
une différence significative entre la biodisponibilité absolue sur le site étudié et celle établie lors d’une
étude de toxicité dans des conditions particulières.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17924:2018(F)
Qualité du sol — Évaluation de l'exposition humaine par
ingestion de sol et de matériaux du sol — Mode opératoire
pour l'estimation de la bioaccessibilité/biodisponibilité
pour l'homme de métaux dans le sol
1 Domaine d’application
Le présent document traite de l’évaluation de l’exposition humaine par ingestion de sol et de matériaux
du sol. Le présent document spécifie une procédure d’essai pertinente d’un point de vue physiologique
pour l’estimation de la bioaccessibilité pour l’homme de métaux dans un sol contaminé, en liaison avec
l’évaluation de l’exposition de l’homme par voie orale.
Cette méthode est un essai de lixiviation séquentiel utilisant des sucs gastrointestinaux synthétiques;
elle peut être utilisée pour estimer la bioaccessibilité orale. Les sols ou autres matériaux géologiques,
sous forme tamisée, sont extraits dans un environnement qui simule les conditions physico-chimiques
de base du tractus gastrointestinal humain.
Le présent document décrit une méthode pour simuler la libération de métaux contenus dans un sol
ou dans des matériaux de sol après le passage par les trois compartiments du tractus gastrointestinal
humain (bouche, estomac et intestin grêle). La méthode d’essai produit des extraits qui sont
représentatifs de la concentration d’éléments potentiellement dangereux dans le tractus gastrointestinal
humain en vue d’une caractérisation chimique ultérieure. L’essai a été validé pour l’arsenic, le cadmium
et le plomb dans le cadre d’un essai interlaboratoires international.
NOTE 1 La bioaccessibilité peut être utilisée pour estimer de manière approximative la biodisponibilité de la
substance étudiée.
NOTE 2 La méthode a été validée pour l’arsenic, le cadmium et le plomb dans le cadre d’un essai
interlaboratoires international. Elle a été validée in vivo pour évaluer la biodisponibilité de l’arsenic, du cadmium
et du plomb.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 11074, Qualité du sol — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 11074 ainsi que les suivants,
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
3.1
absorption
processus par lequel un corps assimile une substance pour en faire une partie intégrante de lui-même
3.2
bioaccessiblité
fraction d’une substance dans un sol ou un matériau du sol, libérée dans les sucs gastrointestinaux
(humains) et donc disponible pour absorption
3.3
biodisponibilité
fraction d’une substance présente dans un sol ingéré, qui atteint la circulation générale (circulation
sanguine)
3.4
contaminant
substance ou agent présent(e) dans le sol du fait de l’activité humaine
Note 1 à l'article: La présente définition ne présuppose pas l’existence d’un danger dû à la présence du
contaminant.
3.5
contact cutané
contact avec la peau
3.6
exposition
dose d’une substance chimique qui atteint le corps humain
3.7
voie d’exposition
chemin suivi par une substance entre une source et un récepteur
3.8
ingestion
acte consistant à introduire des substances, comme du sol et des matériaux du sol, dans le corps par la
bouche
3.9
test de bioaccessibilité in vitro
détermination de la bioaccessibilité réalisée hors d’un organisme vivant
3.10
dose sans effet indésirable observé
DSEIO
dose à laquelle aucun effet indésirable ne peut être observé sur un récepteur
3.11
pica
comportement alimentaire caractérisé par la consommation de substances généralement atypiques et
non comestibles, comme des matériaux du sol et des cailloux
Note 1 à l'article: Le terme «pica» est dérivé du nom latin pica pica désignant la Pie bavarde qui prélève au hasard
tous genres de matériaux pour la construction de son nid.
3.12
dose hebdomadaire tolérable provisoire
DHTP
quantité hebdomadaire tolérable provisoire d’une substance qui peut être absorbée par le corps humain
au cours de sa vie, via la chaîne alimentaire, sans affecter la santé humaine
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3.13
récepteur
personne potentiellement exposée
3.14
fraction d’absorption relative
FAR
rapport entre la quantité d’un contaminant atteignant la circulation générale lorsqu’il est ingéré avec,
par exemple, du sol, et la même quantité obtenue lorsqu’il est ingéré lors de la détermination de la
toxicité pour établir les critères
3.15
espèces
différentes formes d’une substance toujours produites ensemble à l'équilibre réactionnel
3.16
dose journalière tolérable
DJT
quantité journalière tolérable d’une substance qui peut être absorbée par le corps humain au cours de
sa vie, via la chaîne alimentaire, sans affecter la santé humaine
4 Le concept de bioaccessibilité/biodisponibilité pour les sites et sols pollués
dans les évaluations de risques sanitaires
La caractérisation de la bioaccessibilité/biodisponibilité est habituellement réalisée en tant que partie
intégrante d’une évaluation de risque et/ou de l’exposition.
Une évaluation du risque comprend les éléments suivants:
— identification des dangers;
— évaluation de la relation dose-effet;
— évaluation de l’exposition;
— et, sur la base des éléments ci-dessus: caractérisation du risque.
Une évaluation de l’exposition est le processus au cours duquel l’intensité, la fréquence et la durée de
l’exposition humaine à une substance sont estimées. Ce processus comprend:
— l’identification et la caractérisation de la source;
— l’identification des voies d’exposition;
— l’identification des récepteurs/groupes cibles concernés;
— et, sur la base des éléments ci-dessus: l’évaluation de l’exposition.
S’agissant de l’évaluation des effets sur la santé humaine, l’analyse des voies d’exposition constitue un
prérequis. Lorsque des personnes (récepteurs) ne sont pas directement exposées à un contaminant,
il importe que l’évaluation du degré d’exposition tienne compte des divers moyens par lesquels une
exposition indirecte peut se produire, ainsi que de leur importance.
L’exposition humaine à la contamination du sol peut se faire par le biais de différents milieux.
Directement à partir du sol, par les voies d’exposition suivantes:
— l’ingestion de sol, par voie alimentaire et par adhérence aux mains et aux légumes non lavés, etc.;
— le contact cutané;
— l’ingestion de poussière à l’intérieur du domicile essentiellement composée de matériau de sol.
L’exposition par l’air comprend:
— l’inhalation et l’ingestion de poussières diffuses;
— l’inhalation de substances gazeuses provenant de sources extérieures;
— l’inhalation de vapeurs introduites dans les bâtiments.
L’exposition par le biais de la chaîne alimentaire comprend:
— la consommation de végétaux, comprenant des produits agricoles végétaux, des plantes potagères,
des végétaux sauvages et des champignons;
— la consommation d’animaux et de produits d’origine animale, y compris des animaux sauvages;
— la consommation d’eau contaminée.
Le champ d’application du présent document couvre l’absorption directe de sol par ingestion et/
ou l’ingestion de poussières diffuses. L’ingestion orale constitue l’une des plus importantes voies
d’exposition des êtres humains aux contaminants du sol.
Les critères de qualité du sol (limites de concentration maximale pour le sol) sont habituellement
calculés sur la base d’une dose journalière tolérable (DJT) ou d’une dose hebdomadaire tolérable
provisoire (DHTP), qui peut être déduite à partir de la dose sans effet nocif observé (DSENO ou NOAEL
en anglais) déterminée à partir de données épidémiologiques ou de données expérimentales. En ce qui
concerne les cancérogènes génotoxiques pour lesquels aucun seuil d’effet n’est fixé, la DJT est fixée à un
niveau qui correspond à un niveau faible tolérable (négligeable) de risque de cancer.
La détermination de la DJT se fonde essentiellement sur les données relatives à la toxicité orale. Ces
données sont souvent élaborées à partir d’études expérimentales lors desquelles la substance est
administrée aux animaux via l’alimentation ou l’eau de boisson. La quantité de substance induisant des
effets sur la santé chez l’animal est ensuite déterminée. Des études épidémiologiques peuvent également
être utilisées pour déterminer les effets d’une exposition sur la santé humaine. La plupart des études
épidémiologiques sont basées sur la quantité totale ingérée et seules quelques-unes fournissent des
valeurs exactes sur la biodisponibilité des substances administrées.
Lors de l’extrapolation de ces conditions expérimentales à d’autres conditions (l’ingestion de sol
contaminé par exemple), il est supposé que l’absorption d’une substance donnée est la même pour tous les
scénarios, c’est-à-dire que la biodisponibilité absolue du contaminant est constante. La biodisponibilité
orale absolue d’une substance peut être définie comme la fraction de substance ingérée qui atteint la
circulation générale, c’est-à-dire qui pénètre dans la circulation sanguine. La biodisponibilité orale
absolue d’une substance peut être comprise entre 0 et 1 (c’est-à-dire 100 %), selon la forme physico-
chimique de la substance. Dans ce contexte, l’utilisation du concept de biodisponibilité orale absolue
repose sur l’hypothèse selon laquelle les effets de la substance sur la santé sont systémiques et donc
déclenchés lorsque la substance atteint la circulation sanguine. Ainsi le concept d’exposition interne est
mis en perspective avec celui d’exposition externe mesurée directement en tant que quantité de milieu
ingéré multipliée par la concentration de la substance dans ce milieu (voir Figure 1).
La biodisponibilité absolue peut être déterminée par le ratio entre la quantité de substance dans le sang
(animal ou humain) après injection en intraveineuse (biodisponibilité de 100 %) et celle après ingestion
orale (absorption de fraction biodisponible).
4 © ISO 2018 – Tous droits réservés

Figure 1 — Représentation schématique des processus d’absorption orale
Une approche plus pratique consiste à mesurer la biodisponibilité relative ou fraction d’absorption
relative (FAR) qui représente le rapport entre la quantité d’une substance atteignant la circulation
générale lorsqu’il est ingéré, par exemple dans du sol, et la même quantité ingérée lors de la
détermination de la toxicité dont les paramètres sont fixés.
Il convient de noter que, bien que la plupart des biodisponibilités relatives soient inférieures à 1 et
qu’elles devraient aboutir à des niveaux acceptables plus élevés, des valeurs de FAR supérieures à 1 sont
possibles et induisent donc des risques plus importants.
5 Description des mécanismes d’absorption des substances par l’être humain
Plusieurs compartiments sont impliqués dans la biodisponibilité pour l’homme des contaminants du sol
ingérés, comme décrit à l’Article 4.
Les aliments et le sol contaminé sont d’abord soumis à un broyage mécanique au niveau de la
bouche, puis, par une série de processus chimiques et microbiologiques, ils subissent une dissolution
partielle à travers le tractus gastrointestinal (processus de bioaccessibilité). Les composants dissous
passent à travers les membranes de l’épithélium gastrointestinal (absorption) pour parvenir à la
circulation sanguine. Durant le passage à travers les membranes, une dégradation peut se produire
(métabolisation). Après absorption, le sang passe par le foie avant d’entrer dans la circulation générale.
Cette étape hépatique conduit à la dégradation ou l’élimination de composés indésirables dans le foie
(métabolisme, effet de premier passage). La plupart des processus de dissolution s’achèvent avant que le
matériau ne quitte l’intestin grêle, et il est généralement reconnu que la majeure partie de l’assimilation
se déroule dans l’intestin grêle. Une éventuelle assimilation de la substance au niveau stomacal dépend
de la nature du composé. L’environnement chimique de chaque compartiment digestif est différent et
influence le processus de bioaccessibilité (voir Tableau 1).
Tableau 1 — Fonctions et conditions dans les compartiments impliqués dans les processus de
bioaccessibilité
Fonctions Principaux
essentielles «réactifs» inter- Durée de Fonction de dissolution
Compartiment pH
de la diges- venant dans la séjour des contaminants
tion digestion
Bouche Broyage
Humidité
Secondes à Le broyage favorise la dissolu-
6,5
Dégradation
minutes tion ultérieure.
Amylase
de l’amidon
Œsophage Transport Aucun 6,5 Secondes Aucun
Estomac Acide chlorhy-
L’acide dissout les oxydes
Dégradation drique
minéraux labiles, des sulfures
des protéines 1 à 5 8 min à 3 h
Protéases et des carbonates pour libérer
et des graisses
des métaux.
Lipases
Intestin grêle La matière organique est dis-
Dégradation Bicarbonate
soute et les contaminants liés
des oligosac-
sont libérés.
Bile
charides, pro-
Les métaux cationiques sont
téines, graisses Protéases
4 à 7,5 2 h à 10 h solubilisés par complexation
et autres
Lipases
avec les acides biliaires.
constituants
Oligosaccharases
Certains métaux sont préci-
Solubilisation
pités par le pH élevé ou par le
des graisses Phosphatases
phosphate.
Le pH dans l’estomac peut varier entre 1 (à jeun) et 5 (après alimentation). De la même manière, le
temps de demi-vidange stomacale) varie de 8 min à 15 min et de 30 min à 3 h, respectivement, dans des
conditions de jeûne et d’alimentation moyenne. Par ailleurs, la libération de bile varie également, des
quantités importantes étant libérées dans des conditions d’alimentation. Enfin, le pH dans l’estomac
peut être plus faible chez les jeunes enfants que chez les adultes.
Le tractus gastrointestinal constitue un écosystème complexe avec des microorganismes aérobies et
anaérobies. Chez l’homme, la densité des microorganismes est moindre dans l’estomac et dans la partie
supérieure de l’intestin grêle, mais elle va en augmentant jusqu’au gros intestin. Les microorganismes
anaérobies dominent dans les fèces humaines, tandis que les bactéries aérobies se trouvent en grande
densité plus haut dans le gros intestin. La présence de bactéries sulfato-réductrices a été détectée dans
le gros intestin de l’être humain, tandis que des concentrations élevées en oxygène ont été mesurées
tout le long du tractus gastrointestinal chez le porc. En général, des conditions et des microorganismes
aérobies sont attendus au niveau stomacal alors que des conditions anaérobies sont de plus en plus
retrouvées de l’intestin grêle jusqu’au gros intestin.
L’absorption exige que les contaminants soient dissous (libres ou liés à un transporteur dissous tel que la
bile), transportés vers la paroi gastrointestinale ou, s’ils sont liés à un transporteur, libérés à la surface
de la paroi gastrointestinale pour y être absorbés. Les mécanismes de liaison métaux/transporteur
peuvent être la complexation de métaux cationiques par des acides biliaires. Des acides biliaires, des
protéines et autres agents complexants peuvent accentuer l’exposition aux métaux cationiques. De plus,
des lipides et autres matières organiques solubles présentes dans le bol alimentaire peuvent s’ajouter à
l’effet transporteur de la bile.
Les processus simples de dissolution/transport/absorption peuvent se compliquer par la prise en
compte de la cinétique chimique résultant du changement séquentiel dans l’environnement chimique
du tractus gastrointestinal, des paramètres physico-chimiques du sol ingéré et de la substance. Par
exemple, le plomb sous la forme d’anglésite (majoritairement PbSO ), est un contaminant courant, qui
se dissout dans l’estomac et y restera en solution du fait du pH faible et de la concentration élevée en
acide chlorhydrique (voir Figure 2. En pénétrant dans l’intestin grêle où le pH est plus élevé, en présence
2+
de phosphate dissous, les ions plomb (Pb ) précipitent très rapidement sous forme de chlorophosphate
de plomb [chloropyromorphite, Pb (PO ) Cl]. Le phosphate peut avoir pour origine les aliments digérés
5 4 3
6 © ISO 2018 – Tous droits réservés

ou le sol. Les minéraux phosphatés, tels que l’hydroxyapatite, Ca (PO ) OH, sont dissous à pH faible
5 4 3
par les acides gastriques, mais leur dissolution est plus lente et moins complète lorsque le pH gastrique
est plus élevé, comme cela se produit après ingestion d’aliments. Si le transit gastrique est rapide (à
jeun par exemple), il se peut que l’hydroxyapatite ne puisse pas se dissoudre dans l’estomac et qu’elle
atteigne l’intestin grêle où le pH est neutre ou légèrement alcalin ce qui empêche sa dissolution et
favorise sa précipitation sous forme de chlorophosphate de plomb. À l’inverse, juste après le passage
de l’estomac vers l’intestin grêle, le pH est toujours bas et l’absorption du plomb peut se produire
sous l’effet d’une concentration potentiellement élevée en plomb dissous en milieu acide. En général,
la dissolution de facto du plomb contenu dans le sol dépendra de certaines conditions particulières
telles que la composition du sol, les aliments simultanément ingérés et les conditions d’alimentation
de l’être humain. Cela signifie également que les facteurs culturels qui affectent le type d’aliments
habituellement consommés peuvent avoir une influence sur l’assimilation réelle.
Figure 2 — Exemple de dissolution d’un minéral du plomb (sulfate de plomb) dans l’estomac,
suivie d’une précipitation dans l’intestin grêle
L’absorption de contaminants dissous se produit majoritairement à travers l’épithélium de l’estomac
et de l’intestin grêle (épithélium intestinal), il peut également se faire à travers les cellules (transport
transcellulaire), ou entre les cellules (transport paracellulaire). Ce passage entre les cellules est le
chemin principalement emprunté par les contaminants polaires ou ioniques (par exemple, certains
métaux).
Les métaux sont absorbés par transport paracellulaire passif, par diffusion transcellulaire passive,
ou par transport transcellulaire actif (système de transport déjà existant). Par exemple, le cadmium
peut être absorbé à la fois par la voie paracellulaire passive et par la voie de diffusion passive, alors
que le plomb est probablement absorbé par le ou les systèmes d’assimilation du calcium (transport
transcellulaire passif et actif ou le transport paracellulaire).
La métabolisation des contaminants absorbés se fait au niveau des membranes épithéliales (liaison
et élimination) et dans le foie (transformation des métaux et sécrétion de métaux avec la bile). Les
substances pénétrant dans la circulation générale par la voie lymphatique seront moins réduites car
cette voie ne passe pas par le foie. Finalement, lorsque les substances pénètrent dans la circulation
générale, elles sont diluées dans le flux sanguin.
La sensibilité aux variations des processus de dissolution, d’absorption et de réduction chimique est
considérée comme étant liée à la diversité des transporteurs (matrices ingérées: sol, aliments ou
solution contaminés) et des formes chimiques (ingestion de divers sels métalliques). Dans ce cas, il y a
lieu de s’attendre à ce que la dissolution soit un facteur très sensible, l’absorption un facteur sensible,
la réduction chimique un facteur modérément sensible (forme chimique) voire insensible (pour les
transporteurs). Lors de l’application du concept de biodisponibilité relative (voir Article 4), le facteur
le plus important à évaluer devrait donc être le facteur de bioaccessibilité f (voir Figure 1) suivi du
b
facteur d’absorbabilité f .
a
L’estimation du facteur de biodisponibilité relative est ainsi réduite à une estimation de la manière dont
les deux processus, potentiellement limitants (dissolution et absorption) correspondent aux variations
de transporteurs et de formes chimiques des substances.
Si le processus de dissolution est limitant (c’est-à-dire si la dissolution est plus lente que l’absorption),
les variations de f détermineront la biodisponibilité relative. Si le processus d’absorption est limitant
b
(c’est-à-dire si l’absorption des contaminants dissous est trop lente pour être achevée avant le transit),
c’est f qui déterminera la biodisponibilité relative. Les tests in vitro sont généralement basés sur la
a
mesure de la bioaccessibilité et donc sur l’hypothèse selon laquelle l’absorption n’est pas limitante, ou
du moins sur l’hypothèse selon laquelle l’absorption d’un composé dissous à partir d’un sol n’est pas
différente de l’absorption du composé lorsqu’il est administré sous une forme relativement soluble.
6 Description des mécanismes de liaison des métaux (spéciation des métaux)
dans le sol
Lors de l’évaluation de la bioaccessibilité des métaux dans le sol, trois obstacles majeurs sont rencontrés:
— la plupart des métaux sont présents naturellement à des concentrations diverses et dans des formes
physiques et chimiques diverses;
— les formes chimiques (espèces) du métal d’origine (source) sont variables et peuvent aller du métal
solide à une solution aqueuse de sel;
— les formes chimiques sont interchangeables en fonction des conditions et de l’historique du sol.
L’évaluation des données de bioaccessibilité relatives aux métaux dans le sol doit donc refléter les
diverses conditions géochimiques. En raison de leurs propriétés physico-chimiques différentes, les
mécanismes relatifs à une bioaccessibilité réduite diffèrent selon les métaux. La Figure 3 donne
un exemple de distribution entre phases et formes chimiques (espèces) dans les sols concernant du
cuivre. La bioaccessibilité des trois espèces solides du cuivre, métal libre (Cu), sulfure de cuivre (CuS)
et cations de cuivre liés par des mécanismes d’échanges ioniques, sera différente. De la même manière,
l’absorption des trois espèces dissoutes du cuivre, les ions cuivre libres, les ions cuivre dans des
complexes inorganiques et le cuivre dans des complexes inorganiques avec, par exemple, les substances
humiques ou les acides organiques, peut être différente selon la stabilité des complexes dans la cavité
gastrointestinale (voir Article 4).
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Figure 3 — Exemple de distribution de métaux (cuivre) dans le sol
L’observation d’un effet de vieillissement dans les sols pour l’Arsenic (AS(V)) et le chrome (Cr(VI)) a
permis de constater qu’il pouvait, avec le temps, conduire à une accessibilité différente. D’autre part,
certains minéraux portant des métaux lourds ont résisté aux conditions climatiques et à la dissolution
sur des échelles de temps géologiques. Toutefois, la dissolution dans les conditions chimiques agressives
présentes dans le tractus digestif humain dépendra du minéral.
7 Utilisation et interprétation des tests in vitro pour l’évaluation du risque
Il convient que la décision d’opter ou non pour des méthodes d’extraction fondées sur la physiologie
pour estimer la biodisponibilité réelle tienne compte des éléments suivants:
— Le site considéré présente-t-il un risque si des méthodes classiques sont utilisées (concentrations
totales comparées aux critères de qualité appropriés)? si la réponse est non, on peut raisonnablement
s’attendre à ce que les considérations de biodisponibilité n’altèrent pas cette conclusion.
— Si la réponse est oui, les données disponibles suggèrent-elles que la biodisponibilité des métaux
considérés est probablement moindre dans le sol que dans la matrice sur laquelle la VTR est
construite? Cela pourrait-il être une information sur le type de source de contamination, le type de
sol/matériau de sol?
— L’ingestion de sol est-elle considérée comme une voie d’exposition prépondérante? Si la réponse
est non, des études sur la biodisponibilité orale des contaminants issus du sol ne seraient pas
significatives.
— Le résultat concernant l’évaluation du risque spécifique du site serait-il suffisamment sensible à une
variation hypothétique de la biodisponibilité?
— Y aurait-il des répercussions sur les décisions concernant la remédiation? ou la collecte d’une
quantité suffisante de nouvelles données serait-elle trop onéreuse par rapport à une modification
des coûts de remédiation?
— Existe-t-il une méthode dûment validée pour les contaminants et le contexte considéré, qui tienne
compte du contexte culturel?
NOTE Il convient également de prendre en compte les lignes directrices de l’ISO 18400-104 sur ce qui
constitue un échantillon suffisamment représentatif et sur la nécessité de tenir compte de la variabilité à
différentes échelles, lors de la prise de décision concernant le lieu et la méthode d’échantillonnage.
Si une réponse positive peut être donnée à toutes les questions ci-dessus, l’utilisation de tests in vitro
est justifiable. Par ailleurs, il convient de s’assurer du «comment» et du «où» les échantillons sont
prélevés. La représentativité des échantillons en surface ou en volume est prise en compte sur la base
des informations disponibles à propos de l’uniformité ou d’une autre manière de la distribution de la
substance considérée.
La bioaccessibilité relative est déterminée comme le rapport entre les résultats obtenus pour le sol
considéré et les résultats obtenus lors de l’essai en utilisant le contaminant d’une manière conforme
à l’évaluation de la toxicité qui constitue la base des critères de qualité des sols utilisés lors de
l’évaluation des risques. Cette bioaccessibilité relative ou fraction d’absorption relative (FAR) peut alors
être multipliée par la concentration totale en contaminant dans le sol pour obtenir la concentration
bioaccessible du sol. Cette concentration peut alors être utilisée lors de l’évaluation du risque en lieu et
place de la concentration totale lors de l’évaluation de la voie d’ingestion du sol.
8 Description de la méthode d’essai
8.1 Principe de l’essai
Si un test in vitro doit être utilisé pour l’évaluation de la biodisponibilité relative, un certain nombre de
conditions doivent d’abord être remplies.
— La biodisponibilité relative du métal considéré peut être raisonnablement estimée grâce à
l’estimation de la bioaccessibilité relative.
— L’essai est basé sur une simulation de conditions physiologiques qui influencent la bioaccessibilité.
— Une corrélation raisonnable peut être démontrée entre les résultats d’essai et un modèle animal in
vivo pertinent, validé et disposant d’un ensemble suffisant de données.
Il convient de noter que les modèles in vivo ne donnent pas nécessairement une estimation correcte de
la biodisponibilité chez les êtres humains, car cela dépend d’une part de la différence d’assimilation et
de métabolisme entre l’animal considéré et l’être humain et d’autre part de la matrice dans laquelle les
composés sont mesurés (par exemple fèces, sang, organes). Il convient également de noter qu’il n’existe
pas de données in vivo suffisantes pour tous les métaux concernés.
La méthode est un essai de lixiviation séquentiel utilisant des sucs gastrointestinaux synthétiques; elle
peut être utilisée pour estimer la bioaccessibilité orale. La bioaccessibilité peut ensuite être utilisée
pour estimer de manière approximative la biodisponibilité de la substance étudiée. La méthode a été
validée pour l’arsenic, le cadmium et le plomb dans le cadre d’un essai interlaboratoires international.
La méthode a été validée in vivo pour évaluer la bioaccessibilité de l’arsenic, du cadmium et du plomb.
8.2 Appareillage
L’appareillage spécifié doit être vérifié avant utilisation pour s’assurer de son bon fonctionnement et
de l’absence d’éléments perturbateurs susceptibles d’avoir une incidence sur le résultat de l’essai. Si
nécessaire, l’appareillage doit être également étalonné.
Toute la verrerie et tous les tubes de centrifugation doivent être nettoyés avant utilisation au moyen
d’un protocole approprié de rinçage à base d’acide.
8.2.1 Étuve, bain-marie ou i
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