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III.2. Sources technologiques

  • Sources industrielles : l’industrie des charbonnages représente toujours haut risque d’intoxication aigue, lors des incendies de mine (coup de poussières..) qui sont générateurs de dégagements massif de CO, dans l’espace restreint que constitue les galeries de mine. Il en est de même pour les industries des métaux ferreux ou non ferreux, lors des opérations de fusion, de frittage des minerais. Dans les hauts fourneaux, les gaz s’échappant au dessus de l’acier en fusion peuvent avoir des teneurs de l’ordre de 30% en CO.

De nombreuses autres industries peuvent également être concernées, plus particulièrement les industries chimiques et les raffineries de pétrole au cours des opérations de craquage.

  • Sources domestiques :

Les causes les plus fréquentes d’intoxication proviennent des installations de chauffage utilisant le charbon ou le gaz.

Les poêles à charbon vétustes, installés dans les conditions défectueuses (tirage insuffisant, cheminée mal entretenue) réalisent les conditions idéales d’une combustion incomplète. Mais il ne faut pas négliger la possibilité de certains poêles à tirage excellent de réduire en CO le gaz carbonique au contact du charbon incandescent selon la réaction : CO2 + C <=> 2CO

Le gaz naturel (méthane) et d’autres hydrocarbures aliphatiques (propane, butane) peuvent également être à l’origine des mêmes nuisances lorsqu’ils sont utilisés dans de mauvaises conditions d’aération. Par exemple, la combustion d’un chauffe-eau en atmosphère confinée ou saturée de vapeur d’eau, dont la gaine d’évacuation est défectueuse , et génératrice de CO selon la réaction : CH3 + 3/2 O2 → CO + 2H2O.

  • Autres sources :

Les gaz d’échappement des moteurs à essence tournant au ralenti qui, en cas de mauvais réglage, peuvent voir des teneurs de l’ordre de 7% en CO. Il est à noter qu’un moteur diesel bien réglé est moins polluant en ce gaz qu’un moteur à essence. Les quantités de CO émises par un moteur dépendent de certaines variables : le type de combustible utilisé, la conception du moteur et ses conditions d’opération ainsi que la qualité du mélange combustible/air. De plus, des cas d’exposition ont été identifiés lorsque des enfants prenaient place à l’arrière de camions à boîte ouverte.
Enfin l’usage du tabac ne doit pas être oublié, puisque la combustion d’une seule cigarette peut dégager de 25-50 ml de CO, La consommation de tabac peut élever la concentration de CO dans l’organisme d’un taux de 3 à 10 % constituant une intoxication chronique expliquant certains symptômes ressentis par les fumeurs. La quantité de CO absorbée par l'usage de la cigarette dépend de certains facteurs, comme par exemple la fréquence et l'intensité des inhalations. La concentration en CO est d'environ 4,5 % (45 000 ppm) dans la fumée de cigarette, le chiffre est encore plus élevé dans le cas du cigare. Les taux sanguins les plus importants sont observés chez les fumeurs inhalant la fumée. Il ne faut pas non plus négliger le cas du fumeur passif, sujet non fumeur, qui passe un certain temps dans un enceinte riche en fumée de tabac, dont le taux sanguin en CO peut augmenter de manière très significative. Tous les auteurs admettent que le risque résultant de l’inhalation de fumée de cigarette est très nettement supérieur à celui encouru par l’absorption de CO atmosphérique dans les conditions normales.

  1. Toxicocinétique

IV.1. Absorption

Chez l’homme comme chez l’animal, le CO est absorbé par les poumons. Du fait de sa très faible hydrosolubilité, le CO parvient rapidement au niveau des alvéoles pulmonaires où il diffuse à travers la membrane alvéolo-capillaire 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 entre la pression partielle d’oxyde de carbone dans le sang capillaire pulmonaire et celle de l’alvéole. La quantité totale de monoxyde de carbone absorbé par voie respiratoire sera proportionnelle à la concentration ambiante en CO, à la ventilation-minute de l’individu exposé et à la durée de l’exposition.

IV.2. Distribution

La plus grande partie du monoxyde de carbone absorbée 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 par une combinaison stable, mais réversible. Il se lie par liaison de covalence à l’atome de fer de l’anneau tétrapyrrolique de l’hème. Pour une teneur donnée, la fixation du CO sur l’hémoglobine est d’abord rapide, puis de plus en plus lente jusqu’à atteindre un équilibre qui ne sera pas dépassé, quelle que soit la durée du séjour dans l’atmosphère toxique, ce palier étant fonction de la concentration atmosphérique en CO. La formation de carboxy-hémoglobine se fait suivant une réaction d’équilibre HbO2 + CO <-> HbCO + O2 .

La loi d’action de masse peut s’appliquer : Hb CO x PO2 / (Hb O2) x PCO = M

M est une constante variable suivant l’espèce, chez l’homme est proche de 230. Cela signifie que la fixation du CO sur l’hémoglobine est favorisée par son avidité pour ce gaz qui est 230 fois supérieure à celle de l’oxygène chez l’homme.
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 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.
IV.3. 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% ;

IV.4. Excrétion 

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 sous forme inchangée et le taux d’élimination du monoxyde de carbone est en relation directe avec la pression partielle en oxygène de l’air inspiré.


  • L'élimination de l’HbCO après arrêt de l’exposition se fait rapidement au début de façon exponentielle (20-30min) probablement liée à la distribution du CO vers la myoglobine et les cytochromes ainsi qu’à l’élimination pulmonaire, puis devient plus lente avec le temps reflète vraisemblablement la libération du CO de l’Hb et la myoglobine, la diffusion pulmonaire et la ventilation

  • 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.

  • la demi-vie d’élimination du CO diminue avec l’administration d’oxygène hyperbare mais les valeurs numériques retrouvées varient :

  • 23 min à 3 atm – Peterson (18)

  • 27 min à 1,58 atm – Jay (23)

  • 22 min à 2,5 atm – Pace (19)




  1. Mécanisme d’action toxique

Le mécanisme d'action toxique du CO tient à sa capacité de se fixer sur les hémoprotéines, dont les fonctions sont ainsi bloquées.




  • Effets sur le transport de l'oxygène

Le CO traverse la membrane alvéolocapillaire et se fixe sur l'hémoglobine, pour laquelle il a une affinité 250 fois supérieure à l'oxygène.

La courbe d'association-dissociation de l'oxyhémoglobine (HbO2) est déplacée vers la gauche. Le 2,3-diphospho-glycérate érythrocytaire est réduit, accentuant encore plus ce déplacement vers la gauche.

La réaction de fixation est très rapide, et dépend de la concentration du CO dans l'air inspiré, de la ventilation alvéolaire et de la durée d'exposition. C'est le rapport des pressions partielles de CO et d'O2 qui détermine les effets cliniques : la fixation du CO est inversement proportionnelle à la pression partielle d'oxygène. Ceci explique que le confinement augmente la sévérité de l'intoxication au CO.

L'HbCO ainsi formée est une forme non fonctionnelle d'hémoglobine quant au transport de l'oxygène. Le contenu artériel en oxygène diminue, entraînant une baisse de l'apport d'oxygène périphérique et donc une hypoxie hypoxémique périphérique. En revanche, la PaO2 reste normale s'il n'y a pas de complication pulmonaire surajoutée.







  • Effets sur les tissus

La baisse du transport d'oxygène n'est pas le seul mécanisme d'action du CO. Goldbaum et al ont montré qu'avec un même taux d'HbCO, les chiens qui avaient inhalé du CO mouraient, alors que ceux qui avaient été transfusés avec des érythrocytes chargés en CO, ne mouraient pas. Ils en concluaient que la toxicité du CO n'était pas seulement liée à la diminution de l'apport périphérique d'oxygène due à la fixation du CO sur l'hémoglobine, mais que le CO extravasculaire jouait un rôle important en interférant sur l'utilisation de l'oxygène  [7]. La part du CO extravasculaire est de 10 à 50 % du CO corporel total. Le CO se fixe sur un nombre important d'autres composés possédant aussi le noyau hémique : myoglobine, hydroperoxydase, cytochrome oxydase et P450  [8, 9]. L'affinité du CO pour ces autres composants hémiques est moins importante que pour l'hémoglobine, mais la fixation du CO peut être considérablement élevée quand la PO2 tissulaire est basse.

La fixation du CO sur la myoglobine aboutit à une forme de myoglobine non fonctionnelle pour la facilitation de la diffusion de l'oxygène dans les muscles squelettiques et le coeur. Ceci entraîne une limitation de la consommation maximale d'oxygène (VO2max) et la baisse du débit cardiaque, observée parfois même chez les patients modérément intoxiqués  [5].

La fixation du CO sur le cytochrome a3 est bien connue. Brown et Piantadosi ont démontré par spectrophotométrie de réflexion dans l'infrarouge in vivo, que l'inhibition du cytochrome a3 est détectable dans les neurones en même temps que l'HbCO augmente et ce, dès avant la survenue d'une hypotension  [2]. Ceci est accompagné par un abaissement du pH intracellulaire et de la concentration en composés énergétiques  [21]. Au niveau cérébral, cette altération de l'énergétique cellulaire entraîne une dépolarisation neuronale, une décharge de catécholamines, d'aminoacides neuroexcitateurs, associée à une diminution de leur recaptage. Ces processus déclencheraient l'initiation de phénomènes apoptotiques et contribueraient à la dégénération neuronale dans des zones vulnérables  [16].

En résumé, en plus de l'hypoxie hypoxémique, l'intoxication au CO induit une hypoxie histotoxique, et ce processus s'autoaggrave. Ceci est en parfaite adéquation avec l'expérience clinique.







  • Effets de la réoxygénation

La détoxification de l'organisme dépend de la vitesse de dissociation des complexes formés entre le CO et les hémoprotéines.

La dissociation de la carboxyhémoglobine débute dès la cessation de l'exposition au CO, et se fait de façon exponentielle, avec une demi-vie de 320 minutes en air ambiant. Cette dissociation est très accélérée par l'oxygène avec une demi-vie de 90 minutes, 35 minutes et 22 minutes en oxygène pur respectivement à 1 ATA, 2 ATA, 3 ATA. La vitesse de dissociation des autres hémoprotéines est mal connue mais, dépendant de celle de l'HbCO, est beaucoup plus lente (48 à 72 heures en air ambiant).

La mise sous oxygénothérapie hyperbare (OHB) permet de normaliser immédiatement l'apport d'oxygène aux tissus à partir de l'oxygène dissous, et secondairement de restaurer une capacité normale de transport sanguin d'oxygène par l'accélération de la dissociation de l'HbCO.

De plus, aux lésions d'hypoxie constituées pendant la phase d'intoxication, se surajoutent des lésions pendant la phase de réoxygénation. Ces lésions, similaires à celles observées dans les syndromes d'ischémie reperfusion, sont dues à la survenue d'une peroxydation lipidique cérébrale, liée à une production exagérée de radicaux libres oxygénés provenant des molécules d'oxygène ne pouvant être prises en charge par les chaînes respiratoires, bloquées par la fixation du CO sur le cytochrome a3  [19]. La mise sous OHB, entraînant d'emblée la dissociation des complexes cytochrome a3-CO et la normalisation du métabolisme mitochondrial de l'oxygène, permet d'éviter ces lésions de réoxygénation.

  • Mécanisme toxique par stress oxydant :

  • L'exposition au CO peut conduire à la formation de molécules oxydantes réactives pouvant induire une peroxydation lipidique et une variété de lésions au niveau du SNC

  • L'exposition au CO provoque une libération d'oxyde nitrique (NO) à partir des plaquettes et des cellules endothéliales vasculaires avec augmentation importante du NO dans les tissus vasculaires et périvasculaires. Le NO est un médiateur physiologique majeur et un radical libre de très courte durée de vie qui possède un potentiel cytotoxique. L'effet cytotoxique du NO peut être en partie associé à la production de peroxynitrite, un oxydant majeur généré par la réaction entre le NO et l'ion superoxyde. Il semble que des radicaux libres oxygénés du type superoxyde soient produits dans le contexte d'une exposition au CO par dysfonction mitochondriale induite par le stress hypoxique.



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