Monoxyde de carbone (CO)

Le monoxyde de carbone (CO) est le gaz toxique le plus fréquemment rencontré lors d’empoisonnements par les gaz. La formule chimique s’écrit CO. Ce corps composé est à l’état gazeux dans les conditions normales de pression et de température.

Il a comme caractéristique particulièrement sournoise de n’être pas décelable par nos sens ; il est incolore, inodore et très toxique pour les mammifères. c’est un poison invisible !

Le CO est issu de toutes les combustions et notamment des installations de chauffage non électrique et des moteurs à combustion. C’est pour cela qu’il est la cause de centaines d’accidents chaque année et plus particulièrement pendant l’hiver. Le CO est aussi la cause majeure de la toxicité des fumées d’incendies. Les activités professionnelles (gaz industriel ) peuvent mettre en présence des personnes avec le CO,c’est pour cela que des normes concernant le monoxyde de carbone et les activités professionnelles ont été établies.  Il existe aussi une autre source anthropogénique non négligeable  , responsable d’intoxication chronique c’et le TABAGISME avec ces différentes  formes.

Propriétés physicochimiques

Dans les conditions ordinaires de pression et de température le CO est un gaz inodore, incolore et sans saveur, donc il est impossible de détecter le monoxyde de carbone (CO) par nos sens : c’est un fantôme qui tue !

Propriétés physiques

• Un peu plus léger que l’air Avec sa densité de 0,968 (diffusion rapide dans l’atmosphère)
• Non irritant des voies respiratoires.
• Difficilement liquéfiable Le monoxyde de carbone à l’état liquide, est un liquide cryogénique à -191,5°C, il faut donc tenir compte de tous les aspects que comporte l’exposition à un liquide à très basse température.
• Il est peu soluble dans l’eau (2.3 ml dans 100ml d’H₂O à 20°C)-àlipophile donc très absorbé par voie pulmonaire. Assez soluble dans certains solvants organiques tel que l’acétate d’ éthyle, éthanol, l’acide acétique.
• Non adsorbé par le charbon actif, donc les masques de charbon actif sont inefficaces.
• Absorbe dans l’IR d^’ointérêt dans la détection et le dosage.
• Masse molaire : 28.01 g/mol, * Pf : -207°C     *Pe: -191°C       * Densité du liquide (D⁴_-195 ): 0.814.
• Densité du gaz (air 1) : 0.968   * T°d’auto inflammabilité : 609 à 700°C   * A 25°C et 101KPa : 1 ppm = 1.14mg/m^3.

Propriétés chimiques

• Il se dissocie en C et CO₂ entre 400-700°C. A partir de 800°C l’équilibre 2CO ⇔  CO₂ + C     va dans la formation de CO. Si  la T°< 400°C  et dans la T0 ordinaire cette décomposition a lieu en présence de certains catalyseurs : Cr, Pd.
• Le CO brûle dans l’aire ou l’oxygène avec flamme bleue pour donner le CO₂ avec dégagement de la chaleur.
• En raison de ses propriétés fortement réductrices, il peut agir avec les agents oxydants en formant des composés très explosifs.
• Il n’attaque pas les métaux à pression < 3500KPa, à plus haute pression il agit avec le Ni, cobalt, Cr en donnant des carbonyles très instables et toxiques
• En présence de nickel réduit et à 250 °C, le monoxyde de carbone peut être transformé en méthane :

Sources d’émission et Modes de formation

Les principales sources d’émission de CO sont liées aux activités humaines, dès lors qu’il existe une combustion incomplète de matières organiques.

Il existe normalement dans l’air une très faible quantité de CO provenant de phénomènes naturels (0,01 à 0,2 ppm). La pollution par le CO provient essentiellement de combustions incomplètes, effectuées en présence d’une quantité insuffisante d’air (d’oxygène) (flamme instable ou touchant un corps froid), le carbone ne réagit donc pas complètement avec l’oxygène. Au cours d’une combustion, l’oxydation du carbone par l’oxygène se fait en deux étapes :

C + O₂  ↔ 2CO

2CO + O₂  ↔ 2CO₂

La première réaction étant beaucoup plus rapide que la deuxième, le CO est toujours formé, et ne disparaît que s’il y a assez d’oxygène pour que la deuxième réaction soit complète.

Les modes de formation

Sources anthropiques

* Sources liées au milieu intérieur (hors milieu professionnel à pollution spécifique)

En milieu intérieur, le CO provient essentiellement de la fumée de tabac ou de l’utilisation d’un appareil non raccordé à un conduit de fumée, par exemple : cuisinières, chauffe-eau, barbecues, braseros, groupes électrogènes, chauffages mobiles d’appoint.

Une production importante de CO peut être également générée dans les logements et leurs annexes par les appareils de chauffage et de production d’eau chaude défectueux, vétustes, raccordés à un conduit de fumée non-conforme ou non entretenu (tuyau de raccordement débouchant directement à l’extérieur, conduit de fumée fissuré, obstrué par les suies, …).

L’utilisation d’un appareil dans de mauvaises conditions, tel qu’un chauffage d’appoint utilisé en continu, un moteur thermique utilisé dans des locaux insuffisamment ventilés, peut aussi D’une manière générale une ventilation insuffisante constitue une circonstance aggravante.

Il est à noter que chaque année les incendies sont également responsables d’un nombre important de décès par intoxication au CO.

* Sources domestiques :

Les appareils domestiques à gaz (chauffe-eau, radiateurs) ou à charbon (poêles, braseros), produisent du CO et nécessitent donc la présence d’un système de renouvellement d’air efficace (en particulier amenées d’air permanentes obligatoires déterminées en fonction des caractéristiques des appareils à gaz). Ils peuvent être à l’origine de fortes teneurs en CO si l’aération du local est insuffisante et la combustion incomplète, par exemple si l’atmosphère est saturée en vapeur d’eau. L’absence d’odeur fait que rien n’alerte les personnes éventuellement exposées. Actuellement ni le gaz de ville ni le gaz domestique en bouteille (propane, butane) ne contiennent de CO, c’est bien lors de leur combustion incomplète que celui-ci se forme.

Tabac :

La fumée de tabac contient de l’ordre de 4 % (40 000 ppm) de CO et représente donc une source reconnue d’intoxication chronique au CO pour les fumeurs (oxycarbonémie de l’ordre de 8 à 9 % pour un fumeur de 20 cigarettes par jour), ainsi que d’exposition occasionnelle pour les personnes séjournant dans la même pièce qu’un fumeur, en milieu confiné (de l’ordre de 20 ppm dans une pièce enfumée).

Sources liées au milieu extérieur

En France, à l’heure actuelle, les transports routiers (moteurs à combustion interne) sont responsables d’un tiers des émissions totales de CO dans l’air extérieur, deux tiers des émissions de CO étant dus aux foyers fixes de chauffage et aux processus industriels (installation de chauffage et de production d’eau chaude, métallurgie, production de charbon de bois, production de papier, process chimiques, etc.). Cependant, les foyers fixes de chauffage et les dispositifs industriels interviennent moins que les transports routiers dans la pollution oxycarbonée des voies urbaines (lieux d’exposition humaine), car le CO est généralement émis en hauteur, au dessus des toitures, et est rapidement dispersé dans l’atmosphère.

Sources mobiles :

Il s’agit des moteurs de véhicules ou autres engins à moteur (compresseurs, etc.). Dans l’air extérieur, le CO que l’on mesure au niveau des voies respiratoires est pratiquement entièrement d’origine automobile (essentiellement véhicules à essence). Les teneurs varient en fonction de la distance aux sources (véhicules), des conditions du trafic et des facteurs de dispersion. Les teneurs maximales journalières correspondent aux pics de circulation du matin et du soir. Dans les grandes villes européennes, les teneurs moyennes sur 8 heures sont inférieures le plus souvent à 17 ppm et les maxima horaires peuvent atteindre 50 ppm. En France, les teneurs maximales horaires approchent 40 ppm sur les stations fixes implantées en bordure de certaines voies urbaines très fréquentées. Les teneurs mesurées par les réseaux de surveillance sont en baisse en raison de l’amélioration des émissions unitaires des véhicules pour ce polluant (en particulier extension du pot catalytique). Dans les ouvrages souterrains la teneur reste généralement inférieure à 100 ppm, si la ventilation est asservie au CO.

Le suicide ou l’intoxication accidentelle par gaz d’échappement dans un local confiné (garage) entraîne la mort par intoxication à l’oxyde de carbone.

Sources professionelles

Elles sont variées, représentées par les véhicules, les combustions, les compresseurs et autres engins à moteur. L’exposition professionnelle au CO est elle aussi due à des combustions incomplètes, que ce soit le fait de moteurs (véhicules dans les garages, appareils d’entretien de la glace dans les patinoires), de fours ou chaudières à usages divers. Les fermentations de produits agricoles produisent également du CO.

Le monoxyde de carbone peut se dégager lors de nombreuses activités industrielles.

• métallurgie du fer et de divers autres métaux, leur raffinage par leurs composés carbonylés (ex. : nickel carbonyle), travaux de coupage et d’oxycoupage;
• synthèses chimiques : fabrication de carbure de calcium et des métaux carbonyles;
• emploi d’explosifs dans les mines et sur les chantiers hydroélectriques;
• travaux d’incinération des ordures dans les incinérateurs et les cimenteries;

Le monoxyde de carbone est aussi utilisé comme matière première :

• en métallurgie comme agent réducteur;
• dans l’industrie chimique pour la synthèse de nombreux composés : méthanol, acide acétique, acide formique, acide acrylique, phosgène;
• comme combustible.

Sources naturelles

Sources endogènes ;

Production endogène de CO dans l’organisme :

L’existence du CO endogène est bien établie. Elle serait de l’ordre de 0,5 à 1 mL/h. Cette production est principalement due au catabolisme de l’hémoglobine. D’autres sources possibles sont l’hème et les autres porphyrines synthétisées dans les globules rouges immatures de la moelle osseuse, et transformées sur place en pigments biliaires, ainsi que la myoglobine, les catalases, peroxydases et cytochromes (enzymes de structure moléculaire proche de l’hème).

Il est estimé que  la production de CO endogène de l’homme moyen est de  0,42 mL/h, donnant à l’équilibre un taux de carboxyhémoglobine (HbCO) de 0,36 %, équivalent au taux de HbCO exogène attribuable à 2 ppm de CO dans l’air ambiant. On peut donc estimer que pour une concentration de CO dans l’atmosphère de 2 ppm, le CO endogène représente la moitié du CO présent dans l’organisme .

L’organisme humain produit une faible quantité de CO qui se combine à l’hémoglobine pour former la carboxyhémoglobine (HbCO) dans des proportions habituellement inférieures à 1 %. La production endogène de CO provient essentiellement du catabolisme des protéines contenant un noyau hème. Les nouveau-nés et les femmes enceintes ont une production accrue de CO, liée à une augmentation de la dégradation des globules rouges durant ces périodes de l’existence.

Certaines situations pathologiques telles que la présence d’une hémolyse intra-vasculaire, transfusion sanguine, anémie, thalassémie, conduisent également à une production plus importante de CO endogène. Toutes ces situations représentent donc des facteurs de susceptibilité à l’intoxication par le CO définissant ainsi des populations dites sensibles à l’exposition au CO exogène.

Figure 1. Formation de la Choléglobine à partir de l’hémoglobine.

Sources exogènes

La production de CO exogène est liée en partie à des processus naturels environnementaux (combustion d’hydrocarbures, feu de forêts, végétaux, océans). Ces sources naturelles réparties uniformément à la surface du globe, constituent une pollution de fond de l’ordre de 0,11 à 0,22 mg.m-3 (0,1 à 0,2 ppm).

Circonstances exceptionnelles :

Les incendies produisent du CO par combustion incomplète de matières carbonées, ainsi que les explosions ou coups de grisou.

Toxicocinétique

Absorption

La voie d’exposition principale est l’inhalation. Le monoxyde de carbone est facilement absorbé par les poumons.                                                                                                                    Du fait de sa très faible hydrosolubilité, le CO parvient rapidement au niveau des alvéoles pulmonaires ou il diffuse à travers la membrane alvéolocapillaire de façon similaire à l’oxygène.                                                                                                                                              En présence d’une concentration constante pendant plusieurs heures, le taux d’absorption diminue régulièrement jusqu’à atteindre un état d’équilibre biologique entre la pression partielle de CO dans le sang des capillaires pulmonaires et de l’air alvéolaire.

Distribution

• La plus grande partie du monoxyde de carbone absorbé se fixe de façon réversible aux pigments hèmes de l’organisme :
  • Au moins 80 % se lie à l’hémoglobine des érythrocytes pour former la carboxyhémoglobine. L’affinité de l’hémoglobine pour le monoxyde de carbone est d’environ 240 à 250 fois supérieure à celle pour l’oxygène. Le CO inhibe ainsi la liaison de l’oxygène à l’hémoglobine ce qui diminue la libération d’oxygène dans les tissus (effet antagoniste de l’O2). Les organes et tissus à forte consommation en oxygène sont les plus sensibles à cette hypoxie : cœur, cerveau, muscles squelettiques, ainsi que le fœtus
  • De 10 à 15 % réagit avec la myoglobine des cellules musculaires. La myoglobine a une constante d’affinité pour le monoxyde de carbone environ huit fois plus faible que celle de l’hémoglobine. La fixation du CO sur la myoglobine (protéine responsable du stockage de l’oxygène au niveau musculaire) affecte l’oxygénation de certaines cellules musculaires notamment au niveau du myocarde. Les cellules musculaires myocardiques retiennent plus le monoxyde de carbone que les cellules musculaires squelettiques (ratio 3:1).

• Une faible proportion (environ 5 %) peut aussi réagir avec les autres composés contenant de l’hème :métalloenzymes ; cytochrome-oxydases (dont l’a3 à l’origine d’une inhibition de la respiration mitochondriale), cytochromes P450 (CYP450), hydroperoxydases.La fixation du CO à ces protéines ne constitue pas pour autant un compartiment réservoir, aussi ce gaz n’a pas un effet toxique cumulatif.

• Le monoxyde de carbone traverse la barrière placentaire et la barrière hémato-méningée.

Métabolisme

• Le monoxyde de carbone n’est pratiquement pas métabolisé, moins de 1 % de la dose absorbée est oxydé en dioxyde de carbone.
• Il est aussi produit de façon endogène par l’organisme lors du catabolisme des pigments hèmes (de 0,5 à 1,0 ml de CO par heure chez l’adulte). Le niveau de carboxyhémoglobine endogène chez l’humain est évalué de 0,1 à 1,2 %. Les valeurs de référence de HbCO retrouvées dans la population générale sont :

– non fumeur : HbCO de 0,4 à 1,5% ;

– fumeur : HbCO de 3 à 8% (pour 1 à 2 paquets de cigarettes fumés par jour) ;

– femmes enceintes : HbCO de 0,7 à 2,5% ;

• Le monoxyde de carbone est un métabolite du chlorure de méthylène et d’autres hydrocarbures halogénés.

Elimination 

L’élimination du CO dépend des échanges respiratoires. Ainsi, La vitesse de diminution de l’HbCO dépend essentiellement de son taux initial après exposition et de la quantité d’oxygène disponible mais également de la variabilité individuelle, ce qui explique, les différences de résistance à une intoxication au CO observées au sein d’une population.

• Le monoxyde de carbone est éliminé presque entièrement par ventilation pulmonaire dans l’air expiré.
• L’élimination se fait rapidement au début, puis devient plus lente avec le temps et lorsque la concentration de carboxyhémoglobine s’abaisse.
• La demi-vie de la carboxyhémoglobine chez l’humain est d’environ 3 à 5 heures pour un sujet en état de veille et au repos. Dans le cas d’un sujet endormi, elle peut dépasser 6 à 8 heures.
• Elle peut augmenter avec l’âge et diminuer avec l’activité physique.
• La demi-vie de la carboxyhémoglobine chez la femme enceinte est d’environ 3 à 4 heures tandis que celle du fœtus est d’environ 7 heures expliquant la gravité d’une intoxication chez une femme enceinte sans prise en charge rapide.

Le CO est éliminé entièrement par ventilation pulmonaire lorsque Pp sanguine de CO > à celle de l’aire alvéolaire.

Dans le sang, le CO se combine à l’hémoglobine pour former la carboxyhémoglobine (HbCO). L’affinité de l’hémoglobine pour le CO est de 210 à 290 fois supérieure à son affinité pour l’oxygène. La liaison préférentielle de l’hémoglobine avec le CO empêche celle-ci de transporter l’oxygène aux tissus. De plus, sa présence déplace la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine (HbO2) vers la gauche et empêche donc la libération de l’oxygène.

En présence de CO ; et vu l’affinité supérieure qu’il à par rapport à l’O2 ,Il y a

• Formation de carboxyhémoglobine (HbCO)
• Diminution du transport O2
• baisse de l’oxygène sanguin=hypoxémie et Hypoxie

Selon la loi d’action de masse : K = [HbCO] x pO2 / [HbO2] x pCO = 245

K = constante d’équilibre (traduit affinité relative CO pour Hb) Cela signifie que 1 litre de CO se fixe sur autant d’Hb que le ferait 245 l d’O2

pCO = 1/245 pO2 ⇒ [HbCO] = [HbO2] (50% HbCO – 50% HbO2)

21% O2 dans air normal : si présence 21/245 = 0,1% CO ⇒ 50% HbCO

C’est à dire qu’un taux de 1 l/m3 de CO bloque en théorie 50% de l’Hb, puisqu’il y a 220 l/m3 d’O2 dans l’air. Le CO toxique à très faible concentration

Figure 2. Expérience de Nicloux

Mécanismes d’action toxique

Le CO est principalement un poison sanguin :

• Le principal mécanisme de l’action toxique est la liaison du monoxyde de carbone avec l’hémoglobine produisant la carboxyhémoglobine, ce qui a pour effet de diminuer la capacité de transport de l’oxygène du sang et d’interférer avec la libération tissulaire de l’oxygène. il y a  compétition avec l’oxygène entraînant une hypoxie relative.
• Réduction de la libération d’oxygène au niveau cellulaire : déplacement de la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine (HbO2) vers la gauche suite à la modification allostérique de l’hème consécutive à la fixation du CO.
• Perturbation des mécanismes de respiration cellulaire par la fixation du CO aux cytochromes mitochondriaux.
• Dysfonction des cellules musculaires cardiaques et squelettiques à la suite de la fixation du CO sur la myoglobine.

Rappel :

C’est un tétramère composé de 4 chaînes appelées globines : 2 chaînes α (141 AA) et deux chaînes β (146 AA). Chaque chaîne s’organise en hélices α et comporte un hème. L’hème est intégré à la globine pour former l’hémoglobine.

L’hème est composé de la protoporphyrine IX (4 noyaux pyroliques) et d’un atome de fer ferreux Fe II. Il permet la liaison de l’oxygène par l’intermédiaire de son atome de fer.

Figure 3. Structure de l’hème

C’est un transporteur d’oxygène, les étapes de réaction :

• Hb + O₂ ↔ HbO₂
• HbO₂ + O₂ ↔ Hb(O₂)₂
• Hb(O₂)₂ + O₂ ↔ Hb(O₂)₃
• Hb(O₂₎₃ + O₂ ↔ Hb(O₂)₄

Résumé de la réaction :    Hb + 4O₂ → Hb(O₂)₄

• existe sous deux formes

Figure 4. Formes de l’hémoglobine

Dans la forme tétramérique de l’hémoglobine normale, la liaison avec l’oxygène, ou formation d’oxyhémoglobine, est un procédé coopératif, ou allostérique, où l’affinité de liaison de l’hémoglobine pour l’oxygène est affectée par la saturation en oxygène de la molécule. Cela a pour conséquence que la courbe d’affinité de l’oxygène pour l’hémoglobine a la forme d’une sigmoïde (courbe en forme de S), contrairement à un procédé non coopératif où elle a une forme hyperbolique.

Figure 5. Courbe d’affinité de l’oxygène pour l’hémoglobine

L’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène décroît en présence de dioxyde de carbone, à pH faible et lorsque la température augmente. Ces propriétés chimiques sont essentielles au vivant puisqu’elles permettent une meilleure libération du dioxygène dans les tissus actifs (ex: le muscle en exercice, par la production de métabolites développe un pH acide, sa température augmente affirmant la dissociation du dioxygène de l’hème). Le dioxyde de carbone réagit avec l’eau pour former du bicarbonate via la réaction:

CO₂ + H₂O ↔ HCO₃^– + H⁺

Par cette réaction on voit que le sang possédant un haut taux de dioxyde de carbone a aussi un pH plus faible. De la même manière, lorsque le niveau de dioxyde de carbone dans le sang diminue (par exemple près des poumons), le dioxyde de carbone est relâché, augmentant l’affinité de la protéine pour l’oxygène.

Figure 6. Approche du mécanisme de conversion de l’oxyHb en carboxyHb

Mécanismes de régulation du transport de l’O₂

1) Effet Haldane : L’Hb  a une affinité plus faible pour l’O₂ quand les concentrations en CO₂ augmentent.

2) Effet Bohr : L’affinité de l’Hb pour l’O₂ diminue proportionnellement à la baisse du pH.

Figure 7. Courbe  Effet Haldane et Effet Bohr

La liaison de l’oxygène est aussi affectée par des molécules telles que le 2,3-diphosphoglycérate, qui diminue l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène. Chez les personnes acclimatées aux hautes altitudes, la concentration de 2,3-diphosphoglycérate dans le sang est plus importante, ce qui permet à l’hémoglobine de délivrer des quantités d’oxygène plus importantes aux tissus dans des atmosphères pauvres en oxygène. Le 2-3 BPG reste lié à l’Hb une fois fixé dessus.

3) Diphosphoglycerate :

  Il se lie à la cavité centrale de la déoxyhémoglobine (la forme T)

• Le diphosphoglycérate ↘l’affinité de l‘Hb pour l’oxygène.
• ↗de sa production chez les individus fréquentant les hautes altitudes, là où la PO₂ est plus faible,pour faciliter la libération d’oxygène par les globules rouges.

Modification de la courbe de dissociation de HbO₂

Figure 8.  Modification de la courbe de dissociation de HbO₂

• Liaison CO à Hb augmente affinité de Hb pour O₂ restant ,déplacement courbe dissociation vers gauche
• Diminution pO₂ très forte (85 mm Hg – de 100 à 15) nécessaire pour libérer 5ml O₂ / 1OO ml sang
• Diminution relargage O₂ au niveau tissulaire.
• aggravation hypoxie initiale

* atteinte : tissus gros consommateurs O₂ (SNC, myocarde) personnes âgées (diminution circulations cérébrale et cardiaque).

-Effet HALDANE : consiste en une augmentation de l’affinité de Hb pour O₂ ce qui va avoir pour conséquence une diminution de la quantité d’O₂ disponible au niveau tissulaire (dissociation de l’HbO₂ est rendue plus difficile au niveau tissulaire après fixation du CO).

 Liaison avec les cytochromes : l’activité biologique et blocage des oxydations tissulaires.

L’activité cytochrome a3 : la respiration mitochondriale l’aggravation hypoxie.

L’activité cytochrome P450 : la modification métabolisme (molécules endogènes et

xénobiotiques).

  Liaison avec la myoglobine : ¯ oxygénation des cellules musculaires cardiaque et squelettique. (surtout le myocarde).

effet sur la réoxygénation : Brown S, et Piantadosi C ont pu mettre en évidence cette augmentation de la production de RL.

Symptômes de l’intoxication 

Intoxications aiguës

– Le monoxyde de carbone est un asphyxiant chimique qui interfère avec la distribution de l’oxygène aux tissus et aux organes. Les organes ayant un besoin élevé en oxygène tels que ceux du système nerveux central et du système cardiovasculaire seront donc les premiers affectés.

– Il n’existe pas de syndrome univoque évoquant à coup sûr une intoxication au CO. Même lorsque plusieurs personnes sont intoxiquées au cours du même incident, les signes peuvent être très divers. Le simple fait que plusieurs personnes ayant séjourné dans le même local se présentent avec des symptômes divers peut mettre sur la voie du diagnostic, ou au contraire entraîner des erreurs (analogie possible avec une intoxication alimentaire).

– Le CO a été décrit comme « le grand imitateur » car les intoxications donnent lieu à un grand nombre de faux diagnostics de grippe, de gastro-entérites ou d’autres affections bénignes. Par ailleurs, les intoxications au CO se manifestent souvent en décompensant un mauvais état cardiaque ou cérébral sous-jacent.

2 phases

• Phase d’imprégnation :

Les signes cliniques ne sont pas spécifiques : maux de tête asthénie, vertiges, malaises, nausées, dyspnée, troubles de la vision, de l’odorat ou du goût acouphènes ou hypoacouisies, troubles du sommeil, de la mémoire, de l’attention, douleurs thoraciques, abdominales, musculaires palpitations, dyspnée, mais aussi d’altérations de l’humeur et/ou de la conscience légères (angoisse, agitation, confusion) peuvent être rencontrés à des fréquences variables.

• Phase d’état :

Les signes sont le reflet des troubles de la fonction cardio-pulmonaire (avec ischémie myocardique), éventuellement d’un œdème pulmonaire, et des atteintes neurologiques centrales ou périphériques.

• Au niveau neurologique

La symptomatologie associe dans un premier temps des nausées et des vomissements puis des céphalées. A un degré supérieur, on observe une asthénie, des vertiges, des troubles de l’humeur (angoisse, agitation) et du comportement (confusions), des troubles de la concentration. On observe parfois un état pseudo-démentiel (aphasie, apraxie, agnosie).

En cas d’intoxication grave, on observe une paralysie des membres, des convulsions, le tout pouvant évoluer vers un stade comateux hypotonique de profondeur variable. Un coma très profond n’exclut pas une guérison sans séquelle si un traitement d’urgence efficace est pratiqué dans les plus brefs délais. En l’absence de traitement, la mort peut survenir en quelques minutes, selon la dose inhalée et le statut de la personne intoxiquée (âge, maladies cardiovasculaires, tabagisme…).

Les troubles neurologiques peuvent apparaître immédiatement après l’intoxication ou après un délai allant de quelques jours à 3 à 4 semaines (syndrome post-intervallaire). Des problèmes neuropsychiatriques peuvent se développer de façon insidieuse chez les patients qui récupèrent d’une intoxication au CO. Ces problèmes se présentent immédiatement ou dans les semaines qui suivent l’intoxication. Les problèmes rencontrés sont la détérioration intellectuelle, les problèmes de mémoire, les dommages aux hémisphères, au cérébellum et aux noyaux centraux (exemples : parkinsonisme, mutisme akinétique) et des changements de personnalité qui se manifestent par de l’irritabilité, de l’agressivité verbale, de la violence, de l’impulsivité et des changements d’humeur

• Au niveau cardiovasculaire

L’action toxique majeure du CO résulte de l’hypoxie tissulaire provoquée par la conversion de l’oxyhémoglobine (HbO2) en HbCO. Les premiers symptômes observés à de faibles concentrations sont une hypotension, une hypothermie et une tachycardie réflexe. La réversibilité et la sévérité de ces effets sont fonction du taux initial de HbCO après exposition mais également du sujet. Chez les sujets sains, la consommation maximale en oxygène est diminuée à partir de 5% de HbCO.

Il existe aussi des anomalies de l’ECG une atteinte myocardique (créatine kinase-MB et troponine cardiaque I) et  des troubles du rythme et de la conduction intraventriculaire

Sur l’ECG, les signes peuvent être présents d’emblée puis régresser rapidement, mais ils peuvent aussi apparaître secondairement ou persister. Il peut aussi survenir un collapsus et un   arrêt cardio- respiratoire.

• Autres troubles :

• Signes respiratoires : Polypnée sans cyanose, OAP lésionnel.
• signes musculaires de rhabdomyolyse
• teinte rouge  » cochenille  » de la peau, phlyctènes

• Effet reprotoxique

Le foetus est plus sensible à l’hypoxie que la mère, de par sa plus forte consommation en oxygène (organisme en développement). Son taux de HbCO est plus élevé à l’équilibre biologique et la dissociation naturelle de l’oxyhémoglobine est moins aisée.

Le CO ne semble pas tératogène mais est nettement fœtotoxique. Une intoxication grave de la mère peut entraîner des séquelles neurologiques importantes voire la mort du fœtus. On peut observer dans les cas d’intoxication moins graves, une augmentation de la mortalité néonatale, des retards de croissance in utero, une prématurité ou une diminution du poids corporel à la naissance. Il a également été observé des malformations cardiaques.

EVOLUTION

Ces accidents peuvent laisser des séquelles irréversibles de type neurologiques (syndrome parkinsonien, surdité de perception, polynévrites, troubles du comportement) ou cardiaques (troubles de la repolarisation, infarctus du myocarde).L’évolution peut se faire vers le décès, ou la guérison totale sans séquelles

 

Intoxication chronique

 -L’apparition d’effets toxiques résultant d’une exposition prolongée à de faibles concentrations de monoxyde de carbone n’est pas encore clairement établie dans la documentation scientifique. Le système nerveux central et le système cardiovasculaire seraient, tout comme pour les effets aigus, les cibles.

-Divers symptômes tels que des maux de tête, de l’anorexie, de l’insomnie, des pertes de poids, de la faiblesse généralisée, des troubles de la mémoire et du langage ainsi que des déficits moteurs ont été rapportés.

-Les études épidémiologiques réalisées chez divers types de travailleurs (inspecteurs de véhicules moteurs, surveillants de ponts et tunnels, mécaniciens automobiles, travailleurs de fonderie) n’ont pas réussi à démontrer qu’une exposition au monoxyde de carbone puisse provoquer une augmentation de la mortalité due aux maladies cardiovasculaires.

-Pas plus que pour les fortes teneurs, l’intoxication à de faibles teneurs de CO ne présente d’aspect cliniquement caractéristique.

– A long terme on observe des tableaux d’asthénie générale ou musculaire, céphalées, nausées, baisses de performance, voire troubles de la personnalité, confusion… Les horaires d’apparition de ces symptômes peuvent mettre sur la voie (coïncidence avec les heures de travail, rémission pendant le week-end ou inversement selon que la source est professionnelle ou domestique), ils peuvent aussi induire en erreur, évoquant des troubles plutôt psychogènes, d’autant plus qu’ils peuvent s’accompagner d’un syndrome dépressif.

– A long terme, les faibles taux de HbCO sont suspectés d’être à l’origine du risque athéromateux observé chez les fumeurs.

– L’incidence ou la prévalence de l’intoxication chronique au CO est parfaitement inconnue. Devant des céphalées, une asthénie, des vertiges ou nausées, troubles qui en l’absence de signes objectifs peuvent couramment passer pour psychosomatiques, voire dépressifs ou gériatriques, il faudrait avoir le réflexe d’un interrogatoire orienté.

Pour exemple nous pouvons noter que pour les 10 années (1984 à 1993), 33 cas seulement d’oxycarbonisme chronique professionnel ont été pris en charge sur toute la France.

– Au niveau cardiovasculaire

-Bien que le CO soit considéré comme dénué d’effet toxique cumulatif sur le long terme, une action toxique à long terme sur le système cardio-vasculaire et neurologique ne peut être exclue. Il est possible que des facteurs génétiques et alimentaires modulent ce pouvoir pathogène ; des phénomènes compensatoires pourraient aussi intervenir.

-Chez l’homme, les seuls effets chroniques qui ont été décrits sont consécutifs à des expositions  aiguës lors d’intoxications accidentelles, ou des données collectées par la médecine du travail chez des sujets tabagiques. Il n’existe pas de données disponibles sur l’existence d’effets chroniques suite à une exposition de longue durée à des niveaux engendrant des taux d’HbCO inférieurs à la valeur de 2,5%, considérée par la plupart des auteurs comme ne devant pas être dépassée pour préserver  les effets sanitaires.

– D’après les données cliniques collectées par la médecine du travail et chez des sujets à forte consommation de tabac, la présence de HbCO pourrait être également un des facteurs favorisant la maladie athéromateuse et l’infarctus du myocarde. Des expérimentations animales ont montré que la présence de HbCO à un taux de 15% environ favorise la fixation du cholestérol sur les artères contribuant ainsi au développement d’athérosclérose.

– Au niveau neurologique

Le CO stimule le débit sanguin cérébral et diminue la vitesse de conduction nerveuse pendant et après l’exposition. Les lésions observées sont de type œdème généralisé, vacuolisation et démyélinisation. Ces signes sont surtout fonction de l’hypotension et de l’acidose lactique.

– Effets sanitaires génotoxiques et cancérogènes

Les données disponibles sur cet effet sont peu nombreuses et ne permettent pas de conclure sur le potentiel génotoxique du CO.

Aucune donnée ne permet en l’état actuel des connaissances de suspecter que le CO puisse être une substance cancérogène.

PRINCIPAUX GROUPES À RISQUE

• les personnes présentant des pathologies cardiovasculaires :

une intoxication au CO peut entraîner la survenue plus précoce d’un infarctus du myocarde, une tolérance réduite à l’exercice chez les personnes présentant une angine de poitrine stable, une augmentation du

nombre et de la gravité des arythmies et une augmentation des hospitalisations pour

insuffisance cardiaque congestive ;

• Le fœtus :

Pour des raisons toxicocinétiques (le CO traverse la barrière fœto-placentaire, l’hémoglobine fœtale a plus d’affinité pour le CO que l’hémoglobine maternelle, le fœtus métabolise trois fois moins vite le CO que sa mère) et physiologiques (fort taux de consommation en oxygène, plus faible pression partielle en oxygène que l’adulte) ;

• Les enfants :

Ils inhalent plus d’air par unité de poids corporel que les adultes et ont souvent une activité physique plus intense. Ils présentent donc une concentration d’HbCO plus élevée pour une même concentration atmosphérique en CO et développent plus rapidement : des effets neurotoxiques aigus (céphalées, nausées…) pouvant être à l’origine d’une impossibilité de s’enfuir (syncopes à de faibles concentrations en CO) ainsi que des séquelles graves

(Déficits cognitifs) ;

• les femmes enceintes :

La ventilation alvéolaire est amplifiée au cours de la grossesse, augmentant de ce fait le taux d’HbCO. De plus les femmes enceintes produisent deux fois plus de CO endogène que les autres femmes ;

L’intoxication au monoxyde de carbone peut survenir de 2 façons :  1) une saturation de l’hémoglobine maternelle qui peut entraîner une anoxie chez l’embryon ou le foetus, p. ex. dans le cas d’une intoxication forte et rapide, 2) une augmentation de la carboxyhémoglobine embryonnaire ou foetale suite au transfert placentaire du monoxyde de carbone, p. ex. dans le cas d’une intoxication plus lente. (Barral-Chamaillard et al. 1978; Aubard et Magné, 2000)

La concentration en carboxyhémoglobine foetale est de 10 à 15 % supérieure à la concentration de carboxyhémoglobine maternelle

• Les personnes présentant des pathologies pulmonaires obstructives (bronchite chronique ou emphysème) :

Ces personnes sont plus sensibles aux intoxications par le CO car elles souffrent d’une mauvaise oxygénation sanguine du fait d’une altération de leurs fonctions ventilatoires (détérioration de la fonction d’élimination du CO par voie pulmonaire) ;

• Les personnes souffrant d’anémies ou d’hémoglobinopathies :

L’anémie correspond à une diminution de la concentration sanguine en hémoglobine d’où un risque accru d’intoxication massive à de faibles concentrations chez les personnes souffrant d’anémies. Les personnes présentant une hémoglobine anormale peuvent avoir une capacité à transporter l’oxygène plus ou moins réduite selon le type d’hémoglobine ;

• Les personnes sous certains traitements médicamenteux :

L’administration de phénobarbital, de progestérone et de diphénylhydantoïne entraîne une augmentation de la production endogène de CO, à l’origine d’un taux de HbCO plus élevé chez ces patients.

• Interaction Chez l’humain 

Les effets du monoxyde de carbone sont augmentés suite à une exposition au chlorure de méthylène et à d’autres hydrocarbures halogénés (dibromométhane, diiodométhane, bromochlorométhane). Ces produits sont métabolisés en monoxyde de carbone, ce qui résulte en une augmentation de la carboxyhémoglobine.

L’exposition simultanée à d’autres asphyxiants chimiques (ex. : cyanure d’hydrogène) ou à des asphyxiants simples (ex. : dioxyde de carbone) peut augmenter les effets du monoxyde de carbone.

Par ailleurs, certaines populations ont été identifiées comme étant plus fortement exposées au CO :

? Certaines professions : travailleurs en fonderie, soudeurs, conducteurs, garagistes, personnes travaillant dans les tunnels,à haute altitude, pompiers… ;

? Les fumeurs ;

? Les personnes vivant dans des conditions particulières avec utilisation d’appareil à combustion pouvant générer du monoxyde de carbone : orifices de ventilation bouchés, utilisation de chauffage d’appoints, appareils mal entretenus…

Relation dose-réponse

De nombreux modèles mathématiques ont été élaborés. Le modèle de Coburn-Foster-Kane (CFK), plus communément appelé modèle de Coburn ou modèle CFK (1965), est le plus pertinent d’entre eux. Il représente la meilleure façon de décrire la relation qui existe entre la concentration ambiante de monoxyde de carbone et le niveau de carboxyhémoglobine, chez des sujets soumis à diverses conditions. Les facteurs physiologiques et physiques appropriés y sont considérés. Mentionnons entre autres :

• la concentration de monoxyde de carbone inhalé, la ventilation alvéolaire minute au repos et à l’effort physique;
• la production endogène de monoxyde de carbone;
• le volume sanguin;
• la pression barométrique;
• la capacité relative de diffusion des poumons.

Pour un adulte sain non fumeur, en considérant les paramètres physiologiques ci-dessous, le modèle CFK a permis de tracer les courbes exprimant le taux d’HbCO en fonction de la durée d’exposition à différents niveaux de concentrations en CO considérées comme stables:

Altitude : 0 mètre,

Taux de HbCO initial : 0,8%

Coefficient d’Haldane (constante d’équilibre) : 218

Volume sanguin : 5500 mL

Hémoglobinémie : 15 g/100mL

Diffusion pulmonaire : 30 mL/torr (0,23mL/Pa)

Taux de production endogène de CO : 0,007 mL/min

Taux de ventilation alvéolaire : 6000 mL/min

Pression partielle moyenne en O2 au niveau des capillaires pulmonaires : 100 mmHg

Figure 9. Graphe en échelle logarithmique du taux de carboxyhémoglobine sanguine calculé chez l’homme à partir des concentrations atmosphériques en CO (équation de Coburn-Foster-Kane).

Le graphe ci-dessus montre que la concentration en HbCO augmente rapidement dès le début de l’exposition jusqu’à la 3ème heure puis se stabilise pour atteindre une phase d’équilibre biologique au bout de 8-12 heures. A l’équilibre, les concentrations en CO au niveau alvéolaire et au niveau ambiant deviennent quasiment équivalentes.

Le taux de HbCO ainsi calculé dépend donc de la concentration atmosphérique en CO et du temps d’exposition. Il augmente plus rapidement lors d’une activité physique et dans ce cas, les courbes sont plus ou moins décalées selon que l’activité est plus ou moins soutenue.

Il existe une relation entre le taux d’HbCO et la gravité des signes cliniques qui a permis d’associer à des niveaux d’HbCO croissants des symptômes de sévérité croissante. La nature et surtout la précocité des signes dépendent du type d’individu concerné : on différencie ainsi les adultes sains et les populations sensibles.

Il est intéressant de noter que le taux de HbCO est à la fois un marqueur de l’exposition au

CO et un marqueur d’effet.

Il convient de remarquer qu’il n’a pas été mis en évidence d’effets toxiques pour des niveaux d’HbCO inférieurs à 2,5 – 2,9 %. De fait, le taux d’HbCO de 2,5 % est généralement considéré comme le niveau seuil à ne pas dépasser pour protéger la population générale, y compris certaines populations plus sensibles (L’OMS indique notamment qu’à ce taux on protège les populations non-fumeurs, incluant les personnes âgées pouvant souffrir de maladies coronariennes ainsi que le fœtus (prévention de phénomènes d’hypoxie).), des effets toxiques du CO.

L’intoxication augmente en fonction de :

• La concentration de CO.
• La durée d’exposition
• La ventilation du sujet (fréquence et volume de la respiration).
• La sensibilité du sujet (Les personnes ayant des problèmes cardio-vasculaires sont très sensibles au CO).

Une fois le sujet dans une atmosphère non contaminée, le CO se trouvant dans le sang va peu à peu se résorber par les voies respiratoires. Il est du reste possible de connaître le degré d’intoxication en mesurant la concentration de CO dans l’air expiré. La vitesse de résorption est déterminée par la demie vie du CO, soit le temps qu’il faut pour que la moitié du CO se trouvant dans le sang soit évacué par les voies respiratoires. La liaison HbCO est réversible avec une ½ vie de :

• 5 heures en air ambiant.
• 90 minutes en atmosphère d’oxygène pur normobar.
• 20 minutes en atmosphère d’oxygène hyperbare à 3 ATA (OHB).

Cette demi-vie est directement liée à la ventilation du sujet. Un effort physique intense peu divisé par quatre ces valeurs.

Par exemple, suite à une exposition au CO, l’organisme libère peu à peu le CO se trouvant dans le sang ; au bout de 10 heures à l’air ambiant, il n’y a plus que ¼ de la dose initiale.

L’oxygène (oxygénothérapie) est le véritable antidote à l’intoxication car elle permet une libération très rapide du CO ; après 3 heures à l’oxygène pur, il restera ¼ de la dose initiale.

L’empoisonnement est donc réversible s’il est détecté à temps, mais des empoisonnements importants peuvent provoquer des dommages irréversibles aux organes du corps qui nécessitent  beaucoup d’oxygène comme le cœur et le cerveau.

Il faut aussi savoir que des expositions à de très fortes concentrations (50 000 ppm) peuvent être fatales avant que le taux de HbCO dans le sang ne soit élevé.

TRAITEMENT

– Eviction immédiate de l’atmosphère toxique (extraire la victime de l’atmosphère  confinée l’amener immédiatement à l’air frais, aérer la pièce, fermer le compteur ou ne rien toucher d’électrique)

-Ventilation à l‘O₂ 100% par masque, sonde naso-pharyngienne ou tube endotrachéal à fort débit (15 l/minute) (au plus tôt sans attendre les résultats) pendant 6h (l’O₂ à 100% réduit le temps de demi-vie du HbCO de 3–5 h à 0,5–1 h).

– Prélèvement sanguin pour dosage de CO et de HbCO (sang veineux ou artériel) en notant si le patient à reçu de l’O2 au préalable

-En cas d’intoxication grave, transport rapide vers un centre disposant d’une chambre de traitement à l‘O2 hyperbare (OHB; ~3 atm). Ce procédé augmente le taux d’oxygène dans le plasma sanguin et accélère la séparation du CO et de l’hémoglobine.

-L’élimination du monoxyde de carbone dans le corps humain dépend du taux d’oxygène dans l’air et de la pression atmosphérique.

 

Figure 10. Décroissance du COHB pour une exposition dans l’air ambiant, dans l’oxygène pur et dans un caisson hyperbare d’oxygène pur.

-Le traitement à l‘O₂  hyperbare réduit encore plus le temps de demi-vie du HbCO jusqu’à 20-30 minutes, dans le but de faire disparaître rapidement les symptômes aigus et, ce qui est encore plus important, d’éviter des suites neurologiques tardives.

Le premier but est malheureusement rarement atteint en temps utile, et l’efficacité de la prophylaxie des suites tardives en comparaison avec le traitement à l’oxygène normobare n’a pas pu être prouvée jusqu’ici.

-L’indication pour l’OHB reste donc empirique.

Indications pour un traitement à l‘O₂ hyperbare (OHB):

• concentrations de HbCO >40%,
• tous les patients sans conscience et/ou présentant d’autres symptômes neurologiques (convulsions),
• Femme enceinte quelque soit le taux de CO et la symptomatologie
• enfant
• signes cardiaques ischémiques persistants.

Le traitement à l‘O₂ peut être arrêté quand les symptômes ont disparu ou que la concentration de HbCO est tombée en-dessous de 15%.

En cas d’acidose métabolique grave (pH <7.2), correction au bicarbonate de sodium.

Surveillance et mesures de contrôle

Stade aigu: HbCO, gaz sanguins artériels, équilibre acido-basique, surveillance cardiaque par ECG continu et enzymes myocardiques (danger d’ischémie myocardique), contrôles neurologiques.

– hospitaliser au moins 12- 24h les patients ayant présenté un signes de gravité

– Consultation après 15 j avec un médecin averti de la pathologie post-intervalle, à l’hôpital éventuellement.

TOXICOLOGIE ANALYTIQUE

L’analyse du monoxyde de carbone a deux visées distinctes mais complémentaires pour le diagnostic d’une éventuelle intoxication : l’une biologique te l’autre environnementale.

• INDICATEURS BIOLOGIQUES

Plusieurs éléments de dosages interviennent dans le diagnostic de  l’intoxication oxycarbonée. L’appréciation des résultats biologiques doit tenir compte de :

– habitudes tabagiques du patient   délai écoulé depuis l’arrêt de l’exposition.

– oxygénothérapie réalisée avant le prélèvement

1) % HbCO = % carboxyhémoglobine :

 La Carboxyhémoglobinémie est considérée comme le biomarqueur spécifique d’exposition et d’effet du monoxyde de carbone. Ce taux  est fonction du taux d’Hémoglobine (L’anémie aggrave l’intoxication) .Le dosage de la carboxyhémoglobine en fin de poste de travail permet d’apprécier l’importance de l’exposition du jour même si l’exposition est relativement constante. Pour être interprétable, ce dosage doit être fait au moins 3 heures après le début de l’exposition et dans les 15 minutes qui suivent l’arrêt de l’exposition. Ce dosage est rapide à réaliser, nécessite un très faible volume de sang, mais manque de précision pour les faibles valeurs.

Une assez bonne relation existe entre concentration atmosphérique de CO et concentration sanguine d’HbCO ; il en est de même entre les concentrations d’HbCO et le risque pour la santé. La mesure du taux de carboxyhémoglobine doit être réalisée dans l’heure qui suit le prélèvement ; au-delà, elle donne des résultats erronés qui sous-estiment la contamination par l’oxyde de carbone.

Valeurs biologiques de carboxyhémoglobine pour une population non exposée professionnellement :

• formation endogène : 0,1 à 1,2 %;
• femme enceinte : 0,4 à 2,6 %;
• patients souffrant d’anémie hémolytique : 4 à 6 %;
• population urbaine : 1 à 2 %;
• voyageurs sur des autoroutes congestionnées : 5 % et plus;
• fumeurs :
  • 1 paquet par jour 5 à 6 %,
  • 2 à 3 paquets par jour 7 à 9 %,
  • cigare jusqu’à 20 %;
• exposition à 50 ppm de chlorure de méthylène pendant 8 heures : 1,5 à 2,5 %.
• Pour une exposition de l’ordre de la VME (50 ppm), la concentration d’HbCO est de 3 à 4 % en fin de poste de travail.

2) Concentration sanguine de CO (oxycarbonémie) :

(en ml/100 ml de sang ou en mmol/l) c’est la mesure de la totalité du CO présent dans le sang (fixé sur l’hémoglobine et dissout). Quand le dosage ne peut être réalisé rapidement après le prélèvement, il est préférable à la carboxyhémoglobine qui diminue progressivement. Le dosage du CO sanguin est nécessaire pour la reconnaissance en Maladie Professionnelle.

• inférieure à 0,4 ml pour 100 ml de sang (0,18 mmol/L) chez les non-fumeurs ;
• entre 1 et 2 ml pour 100 ml de sang chez les consommateurs de 20 cigarettes par jour.

Ces paramètres (HbCO, CO sanguin) sont reliés par la formule :
HbCO % = CO sanguin (ml p. 100 ml) x 100 / 1,42 x [Hb] (g/100 ml).
Quand l’hémoglobine est comprise entre 12 et 16 g/dl, cette formule peut être simplifiée :
HbCO (%) = CO sanguin (ml/100ml sang) x 5.

1g d’Hb fixe 1.4 ml de CO             X ml CO/100ml sg : HbCO g/100 ml.

HbCO%=HbCO g/100ml     =CO (ml/100mlsg)x1gx100 = CO (ml/ 100ml) x 100

Hb g/100ml          1.4 ml CO XHb (g/100ml)            1.4 x Hb (g/100ml)

3) CO dans l’air alvéolaire (en fin d’expiration):

Cet Indicateur est relativement peu utilisé. Technique aisée, non invasive, réalisable par un appareil à lecture directe, relativement bien corrélée à l’exposition du jour même à l’oxyde de carbone. Ce paramètre a aussi ses inconvénients : en particulier la nécessaire participation active de l’intéressé et la nécessité d’une maintenance régulière des appareils de mesure. Il peut être inexact si le patient a pris de l’alcool ou a une déficience en lactase (production accrue d’hydrogène lors de jeûne). Cet indicateur lorsque utilisé chez les fumeurs ne doit pas être comparé aux références des non-fumeurs.

• population générale CO dans l’air de fin d’expiration : moins de 2 ppm chez les non fumeurs
• 30 à 50 ppm chez les fumeurs de 1 à 3 paquets par jour.

HbCO (%) = CO (ppm) x 0,00115.

• INDICATEURS ENVIRONNEMENTAUX

 1) Air ambiant :

 Confirme la présence de CO dans le lieu d’exposition. Indicateur pas toujours facile à obtenir car tous les intervenants ne sont pas munis d’appareil de mesure. Les résultats peuvent ne pas refléter l’exposition si des modifications de l’environnement (ex : ventilation du lieu, événement terminé, fluctuation) ont eu lieu. Les résultats peuvent varier selon le type d’appareils.

A- Détection et dosage dans le sang :

Nature du contenant : seringue (type gaz du sang) sur anticoagulant (Héparine de préférence ou EDTA) ; le volume mort doit être le plus faible possible (sinon risque non négligeable de dégradation de l’HbCO).

Mode de conservation des échantillons

Souhaité : à température ambiante si l’analyse est réalisée rapidement (moins d’une heure), sinon au froid entre 0°C et + 8 °C

Si le délai entre l’analyse et l’intoxication est court (moins d’une heure) le dosage de l’HbCO par le CO Oxymètre est un bon biomarqueur de l’intoxication oxycarbonée, sinon il est préférable de procéder au dosage du CO lui-même ou d’utiliser une spectrophotométrique après réduction.

1) dosage de HbCO :

A- Methode de Wolff:

Elle est basée sur la floculation différentielle  de  HbCO par rapport à HbO2. Le PH sanguin est à 7.38, PH =6=Phi de l’HbO2 ( les protéines sont à l’état neutre )è précipitation de l’HbO2,PH =4.5 il y a précipitation de l’HbCO.

-conditions opératoires :

• Dilution sanguine au 1/5.
• Tampon PH=5.35 (PH optimal : Toute l’oxyhémoglobine est précipitée et tout la carboxyhémoglobine est en solution).
• Chauffage au bain marie =55°C pendant 5’.
• Filtration : récupération de la carboxyhémoglobine qui est coloré .
• Lecture par rapport à une  courbe d’étalonnage : coloration proportionnelle à la concentration de carboxyhémoglobine.

-Pour  préparer la courbe d’étalonnage:

-saturer un tube /O2 :100% HbO2 =S1.                                                                                                                               – saturer un tube /CO : 100%HbCO= S2.

Préparer la gamme d’étalonnage par mélange de S1+S2.

 B- Méthode  spectrophotométrique : CO oxymètre=carboxy oxymètre

Principe : absorption dans le visible des pigments HbO2 et HbCO :                                                                                     -HbO2 : max 540 et 576 nm.                                                                                                                                               -HbCO : max538 et 571 nm.  -Hb : max=550 nm.

– après réduction de l’oxyhémoglobine et de la methémoglobine par le dithionite de sodium en hémoglobine réduite, le dosage de l’HbCO est réalisé par spectrophotométrie dérivée (intéressante car on s’affranchit de la turbidité des échantillons) ou par simple spectrophotométrie à 540 nm.

– méthode spectrophotométrique automatisée de dosage de l’HbCO (CO-oxymètre) sur l’échantillon sanguin non traité au préalable.

2) dosage de CO en ml/100ml de sang :

a-méthode palladometrique (Conway- le Moan) : cf. Dosage du monoxyde de carbone par palladométrie.                                                                                    

   La dénaturation de l’HbCO est effectuée soit par des acides, soit par du ferricyanure de potassium :

 – dans la méthode de Le Moan, le CO dégagé réduit le chlorure de palladium en palladium qui donne avec l’iodure de potassium une coloration rouge,                                                                                           

 – dans la méthode de Truhaut et Boudène le palladium produit avec le réactif phospho-molybdo-tungstique une coloration bleue.

– dans une autre méthode le palladium produit une coloration brun-vert avec l’anhydride iodique.

Figure 11. Cellule de Conway

 Principe méthode de Conway

La méthode par microdiffusion, en cellule de CONWAY, est basée sur le pouvoir réducteur du toxique (CO). Le gaz est libéré dans une enceinte close (par mise en contact du sang avec une solution d’acide sulfurique). Ce gaz vient réduire du chlorure de palladium en solution diluée, étalée en couche mince dans une cupule placée au centre de l’enceinte.

Technique :

Incliner légèrement la cellule, puis déposer d’une part 2 ml d’une dilution aqueuse sanguine au 1/4 (hémolyse des G. R.) dans la partie haute de l’espace annulaire et d’autre part 0,2 ml de H2SO4 5 N sur la partie basse diamétralement opposée de ce même espace. Les liquides ne doivent pas se mélanger.

Dans la partie cylindrique centrale, disposée en contrebas vis-à-vis de la précédente, mesurer 1ml de R. au Palladium de CQNWAY (0,88 g de PdCl2 +100 ml HCI N/100, dissoudre à chaud + 5 g de MgC12 + H2O q .s. p.100).Sceller le couvercle, Mélanger sang et acide par rotation. Poser à plat. Attendre 1 h 30. (Dosage acidimétrique.)

La méthode est sensible (0.10 ml de CO %), mais ne peut être appliquée aux sangs putréfiés, susceptibles de dégager des gaz réducteurs autres que CO.

b- Méthode physico-chimique de dosage du CO libéré (spectrophotométrie infra-rouge)                 

 Après libération du CO par un acide fort, le CO dégagé est quantifié par l’absorption de la raie IR à 4600cm^-1.

c- extraction et dosage par CPG (head space) :

Technique de Guillot : Libération du CO par chauffage du sang à 90° en présence de ferricyanure de potassium puis quantification du CO après sa réduction en méthane grâce à un détecteur à ionisation de flamme. Cette méthode est considérée comme la technique de référence car non affectée par les sangs de mauvaise qualité

Indicateur	Méthodes	Avantages	Désavantages
	Discordance entre la PO2 du gaz artériel et la saturométrie	Utilisation occasionnelle en clinique	Peu spécifique Très peu sensible
	Réaction chimique	Simple	Résultats variables Technique désuète Peu rapide
Carboxyhémoglobine	Spectrophotométrie (co-oximètre)	Peu dispendieux Relativement facile à faire selon les techniques Rapide Peut être automatisé	Résultats moins fiables pour carboxyhémoglobine < 2.5 %
	Chromatographie en phase gazeuse	Sensible et reproductible Test à utiliser pour carboxyhémoglobine < 2.5 % Test étalon	Test laborieux Dispendieux Nécessite beaucoup de sang

B- Détection et dosage du CO dans l’air alvéolaire expiré:

 En ce qui concerne le dosage du CO dans l’air alvéolaire expiré, la formule de Ringold HbCO % = 0,5 + CO / 5) permet la conversion du résultat (ppm de CO dans l’air expiré) en % d’HbCO.

Méthode spectrométrique dans l’infrarouge

Le monoxyde de carbone a la propriété d’absorber le rayonnement infrarouge dans une zone proche de 4600 cm-1 ; il existe des appareillages automatiques (Onera type 80)

Methode électrochimique

Cette technique est basée sur l’utilisation de capteurs à pile dont la tension varie en fonction de la teneur en CO ; cette méthode a une sensibilité moindre que celle des techniques basées sur l’absorption de l’infrarouge.

Indicateur	Méthodes	Avantages	Désavantages
Air alvéolaire	Mesure CO par cellule électrochimique ou spectromètre infrarouge	Non invasif Rapide et facile Mesures peuvent se faire sur le terrain Bonne corrélation (.98)	Nécessite la coopération du patient Résultats peuvent être affectés par l’alcool et une déficience en lactase
	Tubes colorimétriques	Non invasif Rapide et facile Résultats immédiats	Manque de précision Interférences avec d’autres gaz

Le taux de CO expiré est un bon reflet de l’intoxication tabagique récente (en dehors d’autres causes d’intoxication par le CO : d’où l’utilisation de l’analyseur de CO en consultation de sevrage tabagique.

A- Détection et dosage dans l’atmosphère :

Des instruments de mesure doivent être utilisés pour détecter la présence de CO. Trois méthodes sont applicables pour la détection du CO de manière autonome:

• Tubes réactifs
• Capteurs électroniques.
• Badges sensibles.

DES APPAREILS DE SURVEILLANCE (AVERTISSEURS DE CO) : peuvent avertir de la présence de CO dans un lieu. L’avertisseur se déclenche à partir d’une certaine concentration mesurée durant une certaine période de temps. La sensibilité est dépendante du type d’appareils.

L’emplacement de l’appareil dans la pièce et l’application des programmes d’entretien et de calibration peuvent avoir une influence sur le fonctionnement de l’appareil. Fiabilité réduite en cas d’augmentation exponentielle rapide du taux de CO dans l’air.

1- détection chimique :

Les tubes réactifs : utilisés avec une pompe, permettent la mesure de la concentration du CO ; une pompe à soufflet aspire un volume de gaz qui passe à l’intérieur d’une ampoule contenant un réactif qui change de couleur en présence du gaz cherché. La lecture se fait directement par une graduation sur le tube, chaque mesure du niveau de CO nécessitant un nouveau tube : leur utilisation est assez onéreuse. Ils  ne permettent qu’une mesure ponctuelle et ne permettent pas le suivi de la concentration de CO. La mesure n’est pas instantanée et permanente

De nombreux fabricants en proposent (Dräger, …).

La détection est semi quantitative : s’il y a présence de CO  la réaction a lieu à l’intérieur du tube et la coloration de l’iode produit apparait.

La mesure par des badges  sensibles : est basée sur une réaction colorimétrique avec le CO. Ils permettent directement de mesurer les expositions TWA et à court terme. Ils sont peu onéreux Chaque personne se trouvant dans une atmosphère potentiellement dangereuse peut en porter un. Ils ne permettent pas la mesure instantanée de la concentration de CO, mais ils mesurent une dose en ppm*temps.

2- détection physique:

Les instruments de mesure électronique : permettent l’affichage en continu de la concentration instantanée du CO. Certains appareils permettent de calculer les valeurs correspondant aux normes (VME et VLE). La majorité des capteurs électrochimiques, est sensible à l’acétylène. Ce problème peut être résolu grâce à un filtre. Capteur d’air à pile, si [CO] augmente :la tension qui est fonction de la teneure en CO augmente aux bornes de la pile

Absorption du CO dans l’infrarouge: « technique de référence » ;

*source d’IR.

*air dans l’analyseur et le CO étalon.

*détecteur IR : DO étalon et DO de l’air à analyser

CPG : CO dosé sous forme de Methane.

NORMES ET VALEURS SEUILS

Recommandations en milieu de travail

Organisme Concentration de	CO (ppm)	Durée
Occupational Safety and Health  Administration (OSHA)	50 TWAa	8 heures7
National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)	35 TWA 200 TLVb	8 heures valeur plafond
American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)	25 TWA	8 heures19
Règlement sur la qualité du milieu de travail (Québec) (RQMT)	35 VEMPc 200 VECDd	8 heures 15 minutes, pas plus de 4 fois/j2

aTWA = Threshold Weight Average

bTLV = Threshold Limit Value

cVEMP = Valeur d’exposition moyenne pondérée

dVECD = Valeur d’exposition de courte durée

VME – Valeur moyenne d’exposition

La valeur VME indique la concentration moyenne dans l’air des postes de travail en un polluant donné qui ne met pas en danger la santé de la très grande majorité des

travailleurs sains qui y sont exposés, et ceci pour une duré de 42 heures hebdomadaires, à raison de 8 heures par jours, pendant de longues périodes. Cette valeur correspond souvent au premier niveau d’alarme des appareils de détection. La VME ne représente pas une limite entre une concentration inoffensive et une concentration dangereuse.

VLE – Valeur limite d’exposition

-La valeur VLE complète la norme VME. En effet, la VME définit une valeur moyenne sur 8 heures et les concentrations de polluant varient souvent de façon considérable au cours du temps. Pour certains polluants, les dépassement de la valeur moyenne doivent être limité afin d’éviter une atteinte à la santé. Il est précisé que la valeur peut être atteinte 4 fois par jours pendant une durée de 30 minutes.

-Cette valeur correspond souvent au deuxième niveau d’alarme des appareils de détection.

-D’après les données issues du guide pour la qualité de l’air de l’OMS, la production endogène de monoxyde de carbone induit des taux variables entre 0,4 à 0,7% chez les sujets en bonne santé. Pendant la grossesse, ces taux s’élèvent à 0,7%-2,5%.

-Les niveaux de HbCO chez les personnes non-fumeuses oscillent habituellement entre 0,5 à 1,5% en fonction de la production endogène de monoxyde de carbone et des expositions environnementales. Des populations non-fumeuses qui sont soumises à certaines activités (automobilistes, policiers, travailleurs dans les tunnels, mécaniciens-auto, pompiers) peuvent supporter en chronique des taux dépassant 5%. Les gros fumeurs de cigarette peuvent dépasser 10% (OMS 1999).

-Afin de protéger les populations non jeunes atteintes de maladies coronariennes ainsi que les fœtus portés par des mères non-fumeuses contre les effets délétères par hypoxie, le taux de HbCO ne devrait pas dépasser 2,5%.

-Les valeurs guide de CO dans l’air et les périodes moyennes d’exposition ont été déterminées de manières à ce que le taux de HbCO n’excède pas 2,5%, et ce même lorsque des sujets normaux sous soumis à des exercices physiques légers ou modérés soit  ( 1 mg/m3 = 0,86 ppm à 20°C) :

– 100 mg/m3 (86 ppm) pendant 15 mn*
– 60 mg/m3 (50 ppm) pendant 30 mn
– 30 mg/m3 (25 ppm) pendant 1 h
– 10 mg/m3 (8,6 ppm) pendant 8 h

Recommandations en milieu résidentiel et lieux publics

Organisme Concentration de	CO (ppm)	Durée
Santé et Bien-être social Canada (1989)	25 11	1 heure 8 heures
Organisation mondiale de la Santé (OMS) (1987)	90 50 25 10	15 minutes 30 minutes 1 heure 8 heures
American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE)	9	24 heures
Environmental Protection Agency (EPA)	35 9	1 heure 8 heures