GAZ ET VAPEURS ASPHYXIANTS OU IRRITANTS Chapitre 9 GAZ ET VAPEURS ASPHYXIANTS OU IRRITANTS

Classification des gaz ou vapeurs toxiques . Irritants Substances produisant une inflammation de l ’arbre respiratoire par contact direct. On peut distinguer des irritants primaires n’exerçant qu’une action locale sans aucun effet systémique (H2SO4, HCl, Cl2, SO2, aldéhydes, NH3) et les irritants secondaires qui outre une toxicité locale ont une action toxique systémique (HF). La dangerosité des gaz irritants est une fonction inverse de leur solubilité dans l’eau. Leur toxicité peut être aiguë ou chronique. . Asphyxiants Gaz qui produisent une déficience en oxygène sans action sur l’arbre respiratoire. Les asphyxiants simples sont des gaz inertes dangereux à fortes concentrations lorsqu' ’ils réduisent la pression partielle en oxygène (CO2, N2 , H2, argon, hélium, CH4). Les asphyxiants chimiques sont des gaz qui à faibles concentrations empêchent le transport de l ’oxygène (CO) ou son utilisation par les tissus (HC-). Leur toxicité peut être aiguë ou chronique.

CO + Hb HBCO PCO CO K = 210 = K PO2 HBCO Asphyxiants 1. Monoxyde de carbone (CO) . Gaz incolore et inodore produit lors de la combustion incomplète. . Foyers au gaz, charbon ou mazout sont des sources fréquentes d’intoxication en cas de mauvaise évacuation des gaz. . Emis aussi par les véhicules automobiles et la fumée de cigarettes. . Toxicité liée à la fixation réversible sur le Fe 2+ de l ’hémoglobine CO + Hb HBCO CO HBCO = K PCO PO2 K = 210

Effets aigus du monoxyde de carbone (CO) HbCO (%) sujets sains coronariens 0,3 - 0,7 pas effets (zone normale) 2 - 5 réduction des performances crises d’angor 5 - 10 physiques troubles cardiaques 10 - 20 fatigue, légères céphalées risques d’infarctus 20 - 30 céphalées modérées, troubles visuels, nausées 30 - 40 nausées, vomissements, céphalées sévères, hypotension 40 - 50 syncope 50 - 65 coma > 65% décès Fumeurs: 2 - 5% de HbCO. Attention lors de la grossesse (foetotoxique) Effets chroniques du monoxyde de carbone (CO) Les effets chroniques du CO sont controversés sauf lors de la grossesse. Le CO du tabagisme maternelle entraîne une réduction de poids du fœtus et augmente la mortalité néonatale.

Monoxyde de carbone (CO) Normes de qualité de l ’air (OMS) 15 min 90 ppm 30 min 50 ppm 60 min 25 ppm 8 heures 10 ppm . Ces normes maintiennent une HbCO en dessous de 2,5 % . 1 ppm = 1,145 mg/m3

2. Asphyxiants simples . Asphyxie pouvant être provoquée par de nombreux gaz inertes lorsqu’ils sont présents à de fortes concentrations. . Le contenu en oxygène des endroits confinés ne devrait pas être inférieur à 18%. . Dans une atmosphère privée d’oxygène (mines, puits, silos, cales, ..), la perte de conscience est immédiate et la mort peut survenir en quelques minutes. . Le CO2 peut agir comme un asphyxiant simple si la pression partielle en oxygène est réduite. Mais il peut aussi exercer une action toxique en modifiant l ’équilibre acido-basique. Perte de conscience au delà de 10%.

Irritants 1. Irritants des voies respiratoires supérieures (NH3 , HCl, HF, H2SO4, H3PO4, HClO4, acide acétique, acétaldéhyde, formaldéhyde, acide formique) . Ce sont des gaz et vapeurs d’acides qui irritent principalement les voies respiratoires supérieures (NP), les yeux et la peau (risques de brûlures). Ils sont en principe peu dangereux car l’irritation est très vite perçue par le sujet. Les asthmatiques sont souvent plus sensibles. Les effets irritants peuvent être ressentis à de faibles concentrations dans les habitations (nouveaux matériaux) . En cas d ’exposition massive, il y a un risque d ’œdème pulmonaire fatal. Les survivants peuvent présenter des séquelles pulmonaires. . L ’exposition chronique au formaldéhyde peut entraîner des affections allergiques (eczéma de contact et asthme). . Le formaldéhyde est un cancérogène pour l ’homme (IARC groupe 1). L’acétaldéhyde est un cancérogène possible (2A) . L ’exposition chronique à l ’acide fluorhydrique peut entraîner une fluorose.

Lésions osseuses dans la fluorose

2. Irritants des voies respiratoires supérieures et des bronches (SO2, Cl2) . Ces gaz ou vapeurs sont plus dangereux car leur action peut s’étendre aux bronches. Leur action toxique peut être amplifiée par une atmosphère humide et empoussiérée (formation d ’aérosols et de particules hydratées dont la surface est acide). SO2 . L’action toxique aiguë ou chronique du dioxyde de souffre est connue depuis longtemps. Le SO2 est le composé le plus toxique du smog Londonien ou hivernal fréquent à l ’époque où le charbon était le principal combustible pour le chauffage domestique ou les installations industrielles. A l ’origine des premiers accidents de pollution atmosphérique (Vallée de la Meuse et Londres)

ou acide (SO2 ) Smog Londonien Brouillard tueur de la Vallée de la Meuse, 1930 Plus de 60 morts en une nuit Accident de la vallée de Donora, Pennsylvanie, lors du smog de 1948: 16 morts en 12 heures et près de la moitié de la ville intoxiquée (6.000 h)

Effets aigus du SO2 Effets chroniques du SO2 . Broncho-constriction quasi immédiate induite par l’action irritante du gaz. Les seuils d ’irritation (exposition de 10 minute) diffèrent entre les sujets sains les asthmatiques: . Sujets asthmatiques = 290 µg/m³ . Sujets sains = 1.140 µg/m³ . Surmortalité aiguë des personnes fragilisés par une affection-cardiorespiratoire à partir d ’un seuil 1.000 µg/m³ , surtout en présence d’aérosols et de particules (formation d’aérosols acides). Effets chroniques du SO2 . Risques accrus de bronchite chronique . Augmentation de la sensibilité aux affections respiratoires Valeurs guides pour la qualité de l’air . 10 min: 500 µg/m³ . 24 h: 125 µg/m³ . Moyenne annuelle: 50 µg/m³

5.000 décès supplémentaires en quelques jours Accident de Londres en 1952 5.000 décès supplémentaires en quelques jours Smog Londonien, 1952

Localisation des décès au centre ville Accident de Londres en 1952 Localisation des décès au centre ville

Cl2 Gaz à odeur âcre, suffocante, de couleur jaune verdâtre et plus dense que l’air Utilisé comme arme chimique lors de la première guerre mondiale (photo). A l ’origine de nombreux gaz d’intoxication aiguë lors d ’accidents industriels ou lors du mélange accidentel d ’eau de Javel avec un acide. L’exposition est surtout professionnelle; Le chlore et ses dérivés (eau de Javel) sont utilisés dans l’industrie chimique, la métallurgie (procédé chlor-alkali), comme agent blanchissant ou décolorant, ou comme désinfectant (entreprises de nettoyage, agroalimentaire -lessives chlorées-, le traitement des piscines). Il existe aussi un risque d’exposition domestique lors de l’utilisation d’eau de Javel (chlore issu de la décomposition de l’hypochlorite) ou si on possède une piscine privée (gaz à la surface de l ’eau).

Effets aigus du Cl2 Effets chroniques du Cl2 Concentration (mg/m³) 0,050-0,1 Perception de l’odeur en moyenne à partir de. > 1 Irritation des muqueuses oculaires et naso-pharyngée > 50 Sensation de suffocation, brûlures, toux, nausées.. > 100 Risques d œdème pulmonaire > 1.500 Intoxication fatale Effets chroniques du Cl2 Risques accrus d’asthme (exposition professionnelle) Troubles de la fonction respiratoire Valeurs guides dans l’air ambiant : aucune Concentration maximale permissible (TLV, 8h) : 1 ppm (2,9 mg/m³)

3. Irritants des voies respiratoires inférieures (parenchyme, alvéoles) (O3 , NO2 , NCl3, COCl2) Entrent dans cette catégorie, les gaz très peu solubles dans l ’eau qui ne sont donc pas arrêter par les voies respiratoires supérieures et donc sont se déposent dans le poumon profond, siège des échanges gazeux. Ce sont donc des gaz particulièrement dangereux d ’autant plus que le poumon profond est innervée. O3 (ozone) L ’ozone est le principal oxydant du smog photochimique (smog de Los Angeles). C ’est un polluant secondaire qui se forme suite à l’action du rayonnement UV sur les NOx et les COVs (des polluants primaires) issus en grande partie du trafic automobile.

Smog photochimique ou de Los Angeles Mexico City Smog Los Angeles Angeles Los Houston

Effets aigus de l’ozone Libération de médiateurs inflammatoires (PGEs, TNF, AA) Stress oxydant Rupture des jonctions intercellulaires  perméabilité endothéliale Recrutement des PMN dans le poumon  symptômes Fonction  AUGMENTATION DE LA PERMEABILITE EPITHELIALE ROS/enzymes protéolytiques

Les bronchioles terminales: une cible privilégiée des gaz irritants peu solubles O3 , NCl3 , fumée de tabac Site de sécrétion de la protéine de la cellule de Clara (CC16)

Clara Cell Protein: Determinants of Levels in Biological Fluids Number/integrity of Clara cells BAL/blood barrier permeability GFR 102

Schéma illustrant la fuite transépithéliale de l’albumine plasmatique ou de la CC16 pulmonaire lors de l’exposition à l’ozone (Bernard et coll.)

(inhalation chambers) Rats (TAP, 1999) Adult volunteers (ambient ozone) (Lancet, 1999) Mice (EHP, 2000) Increase of serum CC16 induced by ozone Adult volunteers (inhalation chambers) (ERJ, 2003) Mice (Inh. Toxicol., 2003)

Summer camps study in Belgium (2002)

Derivation of a threshold for the short-term effects of ozone using exhaled NO Exhaled NO in asthma Exhaled NO and ambient ozone (JAMA, 2003, HELIOS) Exhaled NO (ppb) [O3] (µg/m³) 48 71 96 127 167 221 (1-hour) 37 70 79 110 154 179 (8-hour) p = 0.03 p < 0.0001 NS morning evening

Effets aigus de l’O3 Effets chez volontaires sains Concentration (µg/m³) 135 (8 h) Début de l ’inflammation pulmonaire 160 (4-8 h) Réduction du FEV1 (2-10%) 160 (6-8 h) Inflammation pulmonaire (LBA) 240 (2-4 h) Augmentation de la perméabilité épithéliale 300 (1 h) Toux 320 (1 h) Réduction des capacités respiratoires et performances physiques Effets chez des patients . Exacerbation des crises d’asthme (augmentation des hospitalisations) . Surmortalité chez les personnes avec affections cardio-pulmonaires et sans doute aussi chez les personnes avec un long passé tabagique

Effets chroniques de l’O3 . Méconnus . Réduction du développement pulmonaire de l’enfant . Effets sur la fonction respiratoire (FEV1) ? . Augmentation du risque d’asthme dans les zones les régions exposées ? . Surmortalité des personnes fragilisées ? Valeurs guides dans l’air ambiant . 120 µg/m³ (8 h) valeur guide OMS . 180 µg/m³ (1 h) seuil d’information du public . 240 µg/m³ (3 h) seuil d ’alerte Mesures de prévention . Réduction de l’activité physique . Se confiner à l ’intérieur (concentration en moyenne 50% plus faible) . Alimentation riche en anti-oxydants (fruits)

Effets aigus du NO2 Effets chroniques du NO2 Concentration (µg/m³) 375-565 Réduction du FEV1 chez les patients avec asthme et BPCO 1.990 (1 ppm) Hyperréactivité bronchique 3.980 (2 ppm) Inflammation pulmonaire (LBA) 4.700 (2.5 ppm) Réduction du FEV1 chez les sujets sains Effets chroniques du NO2 Méconnus. Risques accrus d ’affections d’affections respiratoires chez les femmes et enfants exposés au NO2 émis par les cuisinières au gaz Valeurs guides dans l’air ambiant . 200 µg/m³ : (1 h) valeur guide OMS . 40 µg/m³ : valeur guide annuelle

NO2 (dioxyde d’azote) Les oxydes d'azote et en particulier le dioxyde d'azote sont des polluants émis par tous les procédés de combustion indépendamment du type combustible. Ils résultent de l’inévitable réaction de l’oxygène avec l’azote de l ’air se produisant à haute température. Les principales sources de pollution sont le trafic automobile (diesel), et pour l'air intérieur, la fumée de cigarettes et les installations de chauffage, surtout les cuisinières au gaz. Les oxydes d ’azote sont des précurseurs dans la formation de l ’ozone.

O3 (trichloramine ou trichlorure d’azote) La test le gaz contaminant les piscines intérieures. La concentration de ce gaz dans les piscines publiques est en moyenne de 500 µg/m³ avec des pointes à plus de 1,000 µg/m³ selon le degré d'affluence, l'hygiène des baigneurs et le niveau de la ventilation. C'est en réalité le toxique respiratoire le plus concentré auquel nous nous exposons régulièrement. C’est un gaz oxydant très volatile et pratiquement insoluble dans l ’eau. Il est incolore mais à une odeur caractéristique de piscine. Il fut utilisé pour blanchir la farine de pain avant les années 50. Très réactionnel, c ’est un irritant des muqueuses et voies respiratoires comparable à celle de l'ozone ou du chlore gazeux, sauf qu ’il agit plus profondément dans le poumon.

ClO- + H+ = HClO Chlorination process Air Hypochlorite Hypochlorous acid Active biocide Water

nitrogen trichloride or trichloramine Air 1. Augmentation du bruit de fond naturel de l’ozone troposphérique sur la planète parallèlement à l’utilisation des combustibles fossiles: NCl3 nitrogen trichloride or trichloramine (100 - 1,500 µg/m³, mean 500 µg/m³) Cl2 Aerosols chlorine gas (100 - 500 µg/m³ ?) (µg/m³ ?) Water UV, T° monochloramine dichloramine N NH2Cl NHCl2 HClO organic matter brought by swimmers (e.g. urea)

CHCl3 THM HClO C Chlorination process Air Water chloroform trihalomethanes haloacetic acids haloacetonitriles HClO C haloaketones MX, PCP, chlorpicrin organic matter brought by swimmers

Exposition humaine aux produits de chloration au cours du 20ème siècle respiratory Exposure to chlorination products cutaneous oral 1850 1900 1950 2000 Years sepsis treatment (Semmelweis, Austria,1846) drinking Water (USA,1908) spas/whirlpools indoor cleaning bathing/ showering public pools backyard pools

Bernard A. Lettre du pneumologue, 2011

Effets aigus de la trichloramine . Très peu d’études à ce jour . Irritant des muqueuses oculaires et respiratoires (> 500 µg/m³). Pouvoir irritant comparable à celui du formaldéhyde. . Augmentation de la perméabilité épithéliale (>300 µg/m3) . Peut provoquer un oedéme pulmonaire fatal (>100 mg/m3) Effets chroniques des produits de chloration . Asthme professionnel chez les maîtres-nageurs (trichloramine) . Altérations de la barrière pulmonaire épithéliale chez les enfants fréquentant des piscines désinfectées au chlore (bébés-nageurs !!) . Un effet adjuvant dans le développement des maladies respiratoires infectieuses (bronchiolite) ou allergiques (asthme, rhume des foins) . Effets systémiques (cancer de la vessie, lésions testiculaires..)

Bernard A. Lettre du pneumologue, 2011

Respiration sifflante/ Respiration sifflante Etudes épidémiologiques Respiration sifflante (« wheezing ») 0 3 6 10 18 Respiration sifflante/ asthme atopique Respiration sifflante précoce transitoire non atopique Age (années) Etudes épidémiologiques sur les risques d’asthme et d’allergie chez les enfants et adolescents en Belgique francophone Etude transversale Etude prospective 2007-2011 (n=400) 2000-2003 (n=226) 2003-2006 (n=341) 2006-2009 (n=847)

Bernard et al. Pediatrics (2009)

Bernard et al. Pediatrics (2009)

Risques accrus de bronchiolite associés avec la fréquentation de piscines chlorées pendant la petite enfance après exclusion des facteurs confondants Voisin et al. Eur Resp J (2010)

Bernard et al. Environ Health Perspectives (2006) diagnosed asthma, IgE<100 kIU/l, p=0.225 total asthma, IgE<100 kIU/l, p=0.600 diagnosed asthma, IgE>100 kIU/l, p=0.035 total asthma, IgE>100 kIU/l, p=0.025 ‘Prevalence of asthma (%) 40 30 20 10 <50 50-100 100-200 >200 Cumulative attendance (hours) Bernard et al. Environ Health Perspectives (2006)

Méthylisocyanate (CH3-N=C=O) Gaz extrêmement irritant pour les muqueuses. Il produit de l’œdème et une nécrose des voies respiratoires rapidement fatale. Responsable de la tragédie de Bhopal, en Inde (plus de 2 mille décès et 200 mille personnes avec des séquelles telles que cancers et fibrose pulmonaire avec une insuffisance respiratoire). Phosgène (COCl2) Gaz très suffocant. Incolore et plus dense que l ’air, il a une odeur de foin moisi. Ancien gaz de combat. Il peut produire un œdème pulmonaire fatale à des concentrations supérieures à 1 ppm. En cas de survie, des séquelles sont possibles. Il se forme accidentellement lorsque des solvants chlorés entrent en contact avec des surfaces très chaudes.

Acroléine (CH2=CH-COH) Les vapeurs d ’acrolèine ont une odeur très âcre. Irritant présent dans la fumée de tabac, les gaz d ’échappement et les fumées d ’incendie. A fortes concentrations peut provoquer des lésions épithéliales dans le poumon profond et un œdème pulmonaire. Hydrogène sulfuré (H2S) Gaz incolore, plus lourd que l’air avec une odeur caractéristique d ’œufs pourris. Seuil olfactif très bas. Irritant des voies respiratoires (risques d ’œdème) et toxique systémique (asphyxie par formation de sulfhémoglobine et inhibition de la cytochrome oxydase). Issu de la décomposition des matières organiques et utilisé dans l ’industrie (désulfuration). Hydrogène phosphoré (PH3) Gaz incolore, inodore et très dangereux. Se produit lorsque des phosphures entrent en contact avec de l ’eau. Peut produire un œdème pulmonaire Toxique pour le foie, le rein, le cœur et le SNC.

Gaz de combat ou d’extermination massive . Gaz lacrymogènes Bromoacétate d’éthyle (1914), 2-chlorobenzylidène malononitrile (« CS », Corson et Stoughton), 1-chloroacétophénone (« CN »), dibenzoxazépine (« CR ») . Gaz asphyxiants CO, HCN (Zyklon B) . Gaz suffocants Chlore (Cl2), phosgène(COCl2) . Gaz vésicants Ypérite (sulfure de dichlorodiéthyle ou gaz moutarde) Lewisite (chlorovinyldichlorarsine)

d’extermination massive Gaz de combat ou d’extermination massive