Toxicologie des composés de l’arsenic

Toxicology of arsenic compounds

Les composés de l’arsenic sont généralement toxiques, notamment ceux inorganiques. Certains composés organiques de l’arsenic utilisés comme armes chimiques sont également très toxiques, mais les composés organiques de l’arsenic naturellement présents dans les fruits de mer le sont moins.

Les composés trivalents de l’arsenic, tels que le trioxyde d’arsenic (As2O3), le trifluorure d’arsenic (AsF3), le trichlorure d’arsenic (AsCl3) et l’arsine (AsH3), sont plus toxiques que les composés pentavalents car ils sont plus solubles.

L’arsenic élémentaire n’est pas très toxique, mais il se transforme facilement en composés toxiques dans l’organisme. Le sulfure d’arsenic (III) pur (As2S3) est relativement peu toxique, mais le sulfure d’arsenic brut est souvent contaminé par du trioxyde d’arsenic.

Table des matières

Malgré leur toxicité, certains composés organiques pentavalents de l’arsenic sont utilisés comme médicaments. Ces dérivés de l’arsenic du benzène ont des liaisons carbone-arsenic stables et ne sont généralement pas convertis en composés inorganiques de l’arsenic. Même le trioxyde d’arsenic, qui est hautement toxique, est utilisé pour traiter la leucémie promyélocytaire.

L’arsenic peut provoquer une intoxication aiguë, subchronique ou chronique. L’intoxication aiguë est rare par rapport à l’intoxication subchronique ou chronique.

1. Absorption des composés d’arsenic

Les composés de l’arsenic sont absorbés principalement par ingestion et inhalation, avec une certaine absorption possible par la peau.

Les composés de l’arsenic sont inhalés sous forme de particules qui se déposent dans les poumons. Les particules sont ensuite dissoutes et absorbées dans la circulation sanguine. Environ 30 à 85 % de l’arsenic inhalé est absorbé.

La quantité d’arsenic absorbée par le tractus gastro-intestinal dépend de la solubilité du composé d’arsenic et de la présence ou non d’aliments. Les composés inorganiques et organiques de l’arsenic trivalents et pentavalents sont facilement absorbés, avec des taux d’absorption allant de 45 % à 90 %. Les composés peu solubles sont absorbés à des taux beaucoup plus faibles.

L’absorption par la peau est généralement inférieure à 10 %. Les composés organiques lipophiles sont absorbés plus facilement que les composés inorganiques.

2. Distribution des composés d’arsenic

Après absorption, les composés inorganiques de l’arsenic circulent dans tout le corps dans la circulation sanguine. Ils préfèrent s’accumuler dans le foie, les reins, les poumons, les intestins, la rate, la moelle osseuse, la peau et, dans une moindre mesure, le cerveau, le cœur et l’utérus.

Dans ces tissus, les composés inorganiques de l’arsenic se lient aux groupes SH de protéines. Ils sont également incorporés dans les cheveux et les ongles, ce qui peut être utilisé pour détecter une exposition antérieure à l’arsenic. L’arsenic inorganique peut également remplacer le phosphore dans les os, où il peut persister longtemps.

Les composés inorganiques de l’arsenic ne traversent pas facilement la barrière hémato-encéphalique, mais ils peuvent traverser le placenta.

3. Métabolisme des composés d’arsenic

Les composés inorganiques de l’arsenic sont métabolisés de deux manières :

  1. Ils peuvent être convertis entre les états pentavalents et trivalents par réduction ou oxydation.
  2. Ils peuvent être méthylés, ce qui est plus courant avec les composés trivalents. Cela produit de l’acide diméthylarsinique, de l’acide monométhylarsonique et de la triméthylarsine.

Les composés organiques de l’arsenic sont moins métabolisés que les composés inorganiques de l’arsenic et sont excrétés plus rapidement. Les composés trivalents de l’arsenic peuvent se lier aux protéines, en particulier celles comportant deux groupes mercapto adjacents. Cela forme des structures cycliques stables. On pense que la première étape des dommages cellulaires est l’inhibition des enzymes essentielles.

La forte affinité des fragments oxoarsenic pour les groupes mercapto vicinaux dans des composés comme le BAL et l’acide 2,3-dimercapto-1-propanesulfonique est utilisée dans le traitement de l’empoisonnement à l’arsenic pour augmenter l’excrétion.

4. Excrétion des composés d’arsenic

L’arsenic est excrété principalement dans l’urine (jusqu’à 75 %), avec de plus petites quantités dans les selles, les cheveux et la peau. L’excrétion se déroule en plusieurs phases, avec des demi-vies allant de plusieurs jours à un mois. Le principal métabolite excrété est l’acide diméthylarsinique.

Après une dose unique, les niveaux d’arsenic dans le foie et les reins commencent à diminuer après 24 heures. Chez les personnes non exposées à l’arsenic, les niveaux d’arsenic dans l’urine varient de zéro à 0,22 mg/L, tandis qu’après une exposition industrielle, ils varient de 0,04 à 0,9 mg/L. De petites quantités d’arsenic peuvent également être exhalées sous forme de triméthylarsine.

5. Toxicité aiguë des composés d’arsenic

L’intoxication à l’arsenic est principalement causée par l’ingestion ou l’inhalation de composés trivalents inorganiques, tels que le trioxyde d’arsenic. La plus petite dose mortelle de trioxyde d’arsenic rapportée après ingestion est de 70 à 180 milligrammes.

Les symptômes peuvent apparaître en quelques minutes ou heures et comprennent des vomissements, de la diarrhée, des lésions intestinales, des crampes musculaires, un gonflement du visage, des problèmes cardiaques, une déshydratation, puis un choc.

Les symptômes d’intoxication aiguë sont principalement provoqués par une paralysie des capillaires, suivie de modifications des tissus locaux et d’un élargissement des vaisseaux sanguins dans tout le corps. Cela entraîne des problèmes majeurs de circulation et de métabolisme.

L’inhalation de composés irritants de l’arsenic, tels que le trichlorure d’arsenic ou d’armes chimiques contenant de l’arsenic, provoque de la toux, un essoufflement, des douleurs thoraciques, de graves lésions des voies respiratoires, des maux de tête, une faiblesse, des nausées, des vomissements et une diarrhée accompagnée de crampes.

La poussière de ces composés présente dans l’air irrite souvent la peau et les muqueuses, provoquant des affections telles que la bronchite, la conjonctivite, la laryngite et la dermatite. Le trichlorure d’arsenic peut également être absorbé par la peau, ce qui peut être mortel.

6. Toxicité chronique des composés d’arsenic

Une intoxication chronique à l’arsenic peut survenir en mangeant des aliments ou en buvant de l’eau contaminée par l’arsenic, ou en raison d’une exposition à long terme à la poussière d’arsenic dans certains emplois, comme le travail avec des minerais contenant de l’arsenic, la fabrication d’insecticides ou la culture du raisin.

L’intoxication chronique à l’arsenic se développe lentement et provoque une variété de symptômes vagues, tels que des nausées, une faiblesse, une perte d’appétit, une perte de poids, une diarrhée ou une constipation, une gastrite et une bronchite.

D’autres symptômes comprennent un épaississement des paumes et des plantes (hyperkératose palmaire et plantaire), des stries blanches sur les ongles, des problèmes cardiaques, une ischémie myocardique, de l’hypertension, des problèmes de foie, des problèmes sanguins et des problèmes de vaisseaux sanguins pouvant entraîner une gangrène dans les membres inférieurs (maladie des pieds noirs). ). Bon nombre de ces symptômes peuvent durer des années, même après la fin de l’exposition à l’arsenic.

Les problèmes de peau sont fréquents, en particulier chez les personnes qui travaillent avec des insecticides ou qui fondent du minerai de cuivre. Les symptômes cutanés courants comprennent un épaississement de la peau (hyperkératose), des verrues, des taches sombres (mélanose), une dermatite de contact, des caractéristiques ressemblant à de l’eczéma et des problèmes de vaisseaux sanguins.

L’hyperkératose provoque un épaississement, un dessèchement et des gerçures de la peau. La mélanose arsenicale peut apparaître sur la poitrine, l’abdomen, les paupières, le scrotum et le dos. D’autres symptômes notables sont la dépigmentation (perte de couleur) des zones pigmentées et les lignes blanches sur les ongles (lignes de Mees).

Les muqueuses peuvent également être touchées, provoquant une conjonctivite avec gonflement et douleur, une kératoconjonctivite (due à l’exposition à l’insecticide arséniate de calcium), une irritation du pharynx et des bronches et une irritation du nez conduisant à une rhinite aiguë et chronique.

La perforation de la cloison nasale (due aux composés d’arsenic) est courante chez les travailleurs des fonderies de cuivre.

La névrite périphérique est une autre préoccupation. Les symptômes comprennent des douleurs, des difficultés à marcher, des brûlures et une sensibilité dans les membres affectés, et plus tard, une faiblesse grave dans les jambes, les pieds et les bras. Une paralysie motrice, des douleurs musculaires et une atrophie peuvent également survenir.

Contrairement à la névrite périphérique induite par le plomb, la névrite induite par l’arsenic est douloureuse et les lésions nerveuses sont évidentes par la dégénérescence neuronale.

En cas d’intoxication chronique grave, des symptômes supplémentaires peuvent inclure des maux de tête, une aphasie, une somnolence, une désorientation, des changements de personnalité, des altérations du goût et de l’odorat et, très rarement, une cécité.

Les effets sur le système nerveux central (SNC), tels que l’encéphalopathie, résultant des arsenicaux sont relativement rares et caractérisés par des symptômes tels que maux de tête, fièvre, convulsions, délire et coma. Ces perturbations proviennent probablement d’une nécrose des tissus cérébraux due à des lésions capillaires.

Des lésions hépatiques, en particulier une cirrhose, ont été observées chez des individus, tels que des vignerons utilisant des herbicides à base d’arsenic et ceux consommant du vin maison contaminé à l’arsenic sur le long terme.

Ces problèmes hépatiques, souvent compliqués par une hépatite chronique, une ascite et une hépatomégalie, sont probablement une conséquence de l’ingestion d’arsenic plutôt que d’un contact cutané ou de l’inhalation de composés d’arsenic. Les lésions hépatiques chez les ouvriers industriels sont moins fréquemment signalées.

En cas d’intoxication chronique à l’arsenic, les symptômes du système circulatoire peuvent se manifester par des résultats anormaux à l’électrocardiogramme indiquant des effets toxiques sur le muscle cardiaque, des troubles vasculaires périphériques, une gangrène des extrémités, une acrodermatite atrophique, une endoangite et la « maladie des pieds noirs » susmentionnée.

Les troubles gastro-intestinaux sont moins fréquents chez les travailleurs ayant une exposition cutanée prolongée aux arsenicaux. Cependant, en cas d’ingestion chronique d’arsenic, les individus peuvent éprouver des problèmes digestifs tels que des nausées, des vomissements et une perte d’appétit.

Les changements hématologiques associés aux composés d’arsenic résultent de lésions de la moelle osseuse. Ces changements sont moins fréquents dans les cas d’intoxication chronique due à une exposition industrielle à l’air ambiant. Les symptômes comprennent une anémie hyper et hypochrome modérée, une anémie aplasique, une leucopénie et une thrombocytopénie, souvent observées après une ingestion prolongée d’arsenicaux inorganiques.

7. Risque de cancer dû aux composés d’arsenic

Les travailleurs des fonderies ou des usines d’insecticides exposés au trioxyde d’arsenic courent un risque beaucoup plus élevé de cancer du poumon que les personnes non exposées.

Une vaste étude menée auprès d’ouvriers du textile en Angleterre et au Pays de Galles a révélé qu’ils souffraient davantage de cancers de la bouche et du pharynx, que les chercheurs pensent être causés par l’utilisation de désinfectants à base d’arsenic sur les moutons.

Le cancer de la peau, avec de multiples lésions sur tout le corps, a été signalé dans des régions comme Cordoue, en Argentine, Antofagasta, au Chili et à Taiwan, où les gens buvaient de l’eau contaminée.

L’exposition à long terme à l’arsenic par ingestion, inhalation ou contact cutané a été associée à de nombreux types de cancer. Les composés d’arsenic sont susceptibles de provoquer un angiosarcome du foie chez les personnes qui boivent de l’eau, du vin ou des médicaments contaminés. Cependant, ce lien n’a pas été prouvé avec certitude, car il n’y a pas eu suffisamment de cas.

On pense que l’arsenic est un cocancérogène car il peut empêcher les enzymes de réparation de l’ADN de fonctionner sans réellement muter l’ADN. Le cancer peut mettre de 35 à 40 ans à se développer après une première exposition aux composés de l’arsenic.

De nombreuses études épidémiologiques ont été réalisées sur les effets cancérigènes possibles des composés de l’arsenic. Sur la base de ces études, des organisations nationales et internationales, notamment la Commission allemande MAK, l’OMS, le CIRC, l’ACGIH et l’EPA des États-Unis, ont classé l’arsenic et ses composés (à l’exception de l’arsine) comme cancérogènes humains connus en cas d’inhalation ou d’ingestion.

La liste allemande MAK répertorie les composés suivants comme cancérogènes connus pour l’homme : l’arsenic, le trioxyde d’arsenic, l’acide arsénieux et ses sels, comme l’arsénite de sodium, le pentoxyde d’arsenic, l’acide arsénique et ses sels, comme l’arséniate de plomb et l’arséniate de calcium. L’arsenic est également reconnu comme une substance cancérigène majeure dans l’atmosphère ambiante.

8. Mutagénicité des composés d’arsenic

Les scientifiques ont testé les effets mutagènes des arsenicaux inorganiques et organiques sur différents organismes, notamment les bactéries, les mouches et les cellules de mammifères.

Ils ont découvert que les arsenicaux peuvent endommager l’ADN, provoquer des aberrations chromosomiques et augmenter le nombre d’échanges de chromatides sœurs. Les arsenicaux peuvent également induire des mutations génétiques et former des micronoyaux.

9. Toxicité reproductive des composés d’arsenic

Les arsenicaux inorganiques peuvent nuire au développement des embryons et des fœtus chez les souris et les hamsters, qu’ils soient inhalés, mangés ou injectés. L’arsénite est environ dix fois plus toxique que l’arséniate.

Des doses élevées d’arsenic pentavalent peuvent provoquer des malformations congénitales chez les hamsters et les rats, telles que des fentes palatines, des anomalies urogénitales et des malformations de l’oreille.

Les fœtus de hamster exposés à l’arséniate disodique peuvent présenter des malformations congénitales telles qu’une exencéphalie, une fente palatine et labiale, une microanophtalmie, des anomalies génito-urinaires, des déformations de l’oreille et une agénésie rénale.

Dans un cas, une jeune fille de 17 ans a ingéré de l’arsenic au cours du troisième trimestre de sa grossesse. Son bébé ne pesait que 1 100 grammes et est décédé 11 heures après sa naissance. Le foie, les reins et le cerveau du bébé présentaient des niveaux élevés d’arsenic.

Des études menées auprès d’ouvriers et de personnes vivant à proximité des fonderies ont révélé que leurs bébés avaient souvent un faible poids à la naissance, davantage de fausses couches et davantage de malformations congénitales.

10. Toxicologie de l’arsine et des composés organiques de l’arsenic

L’arsine, AsH3, est un composé qui provoque souvent des intoxications aiguës chez les travailleurs industriels. Il présente plusieurs symptômes distinctifs, notamment un malaise général, des nausées, des vomissements, des crampes abdominales, une pigmentation cutanée cuivrée et une conjonctive rougeâtre.

L’intoxication aiguë à l’arsine est caractérisée par une anémie hémolytique rapide, qui entraîne une hémoglobinurie, une diminution du taux d’hémoglobine, un ictère et un choc, une oligurie et une anurie dues au blocage des tubules rénaux par des résidus membranaires des globules rouges.

D’autres symptômes incluent la fièvre, l’œdème pulmonaire, le délire et le coma. La mort, qui peut survenir en quelques jours, est généralement causée par une insuffisance myocardique. L’empoisonnement à l’arsine provoque toujours une élévation de l’onde T sur l’électrocardiogramme.

Le délai d’apparition des symptômes varie en fonction de la quantité d’arsine inhalée et de la gravité de l’intoxication, allant de quelques minutes à 24 heures.

L’intoxication chronique à l’arsine présente une apparition retardée des mêmes symptômes qu’une intoxication aiguë. Dans certains cas, une névrite périphérique, des taux d’hémoglobine extrêmement faibles et des pointillés basophiles de globules rouges ont été rapportés.

Les composés organiques de l’arsenic du type RAsCl2, R2AsCl et R2AsCN ont été développés et partiellement utilisés comme armes chimiques pendant la Première Guerre mondiale. Des exemples de ces composés comprennent la dichloro-2-chlorovinylarsine, le dichlorure arsoneux de lewisite (2-chloroéthényl), la chlorodiphénylarsine et la cyanodiphénylarsine.

Ces composés sont généralement très toxiques et affectent la peau, les yeux, les voies respiratoires, le tractus gastro-intestinal et le système nerveux central, provoquant des symptômes similaires à ceux décrits précédemment.

11. Données toxicologiques et limites d’exposition aux composés d’arsenic

Les données toxicologiques des composés d’arsenic couramment utilisés sont résumées dans le tableau suivant :

Données toxicologiques sur l'arsenic et certains composés de l'arsenic
Composé Dose toxicologique Espèce Itinéraire
Arsenic LDLo 20 mg/kg rat intramusc.
Acide arsénique hémihydraté DL50 6 mg/kg lapin i.v.
Pentoxyde d'arsenic DL50 55 mg/kg souris oral
Trichlorure d'arsenic LDLo 100 mg/m3, 1 h chat inspirer.
Trifluorure d'arsenic LDLo 2 000 mg/m3, 10 min souris inspirer.
Trioxyde d'arsenic DL50 45 mg/kg souris oral
Trioxyde d'arsenic DL50 20 mg/kg rat oral
Trioxyde d'arsenic LDLo 4 mg/kg (en As) lapin i.v.
Arsine TCLo 3 mL/m3 humain inspirer.
Arsine LCLo 25 mL/m3, 30 min humain inspirer.
Arsine TCLo 93 mL/m3 humain inspirer.
Arséniate de calcium LDLo 50 mg/kg lapin oral
Arséniate disodique LDLo 30 mg/kg rat IP
Arséniate disodique heptahydraté TDLo 43 mg/kg souris IP
Arséniate de plomb DL50 100 mg/kg rat oral
Arséniate de plomb LDLo 75 mg/kg lapin oral
Métaarsénite de sodium TDLo 40 mg/kg souris oral
  • Arsine : L’ancienne valeur MAK (concentration maximale admissible sur le lieu de travail) pour l’arsine (AsH3) de 0,2 mg/m3 (0,05 ppm) a été supprimée en raison du manque de données toxicologiques significatives.
  • Autres arsenicaux : les valeurs MAK pour divers arsenicaux, notamment les oxydes et les acides arséniques, ainsi que leurs sels, n’ont pas été établies car il a été prouvé que ces composés provoquent des tumeurs malignes chez l’homme.
  • Cancérogénicité : Le CIRC (Centre international de recherche sur le cancer) a classé l’arsenic et ses composés comme cancérogènes pour l’homme (Groupe I). La peau et les poumons sont des organes cibles avérés, tandis que le foie, le système hématopoïétique, le tractus gastro-intestinal et les reins sont des organes cibles suspectés.
  • Valeurs TRK en Allemagne : Les valeurs TRK (concentration technique de référence) pour tous les composés, à l’exception de l’arsine, sont de 0,1 mg/m3 (en As).
  • Valeur unitaire de risque : La valeur unitaire de risque, représentant le risque cancérigène relatif supplémentaire causé par l’arsenic (basé sur une exposition à vie à 1 mg As/m3), a été établie à 0,004 par le LAI (Life-Environment-Workplace).
  • Limites pour l’eau potable : La valeur limite pour l’arsenic dans l’eau potable en Allemagne et dans l’UE est de 10 mg/L.
  • ACGIH TLV-TWA : Aux États-Unis, la ACGIH TLV-TWA (Threshold Limit Value-Time-Weighted Average) pour l’arsenic et ses composés est de 0,01 mg/m3.
  • OMS DHTP : La valeur de dose hebdomadaire tolérable provisoire (DHTP) établie par l’OMS (Comité mixte FAO/OMS d’experts sur les additifs alimentaires) est de 15 mg par kilogramme par semaine, sur la base des effets non cancérigènes.
  • RfD de l’EPA des États-Unis : La dose de référence (RfD) fixée par l’EPA des États-Unis pour l’arsenic inorganique est de 0,3 mg/kg/jour, également basée sur les effets non cancérigènes.

Référence