Empoisonnement à l'arsenic - Arsenic poisoning

Empoisonnement à l'arsenic
Spécialité Toxicologie
Symptômes Aigu : vomissements , douleurs abdominales , diarrhée aqueuse
Chronique : peau épaissie, peau plus foncée, cancer
Causes Arsenic
Méthode de diagnostic Analyse d'urine, de sang ou de cheveux
La prévention Eau potable sans arsenic
Traitement L' acide dimercaptosuccinique , sulfonate dimercaptopropane
La fréquence >200 millions

L'empoisonnement à l'arsenic est une condition médicale qui se produit en raison de niveaux élevés d' arsenic dans le corps. Si un empoisonnement à l'arsenic survient sur une brève période, les symptômes peuvent inclure des vomissements , des douleurs abdominales , une encéphalopathie et une diarrhée aqueuse contenant du sang . Une exposition à long terme peut entraîner un épaississement de la peau, une peau plus foncée , des douleurs abdominales, de la diarrhée, des maladies cardiaques , des engourdissements et un cancer .

La raison la plus courante d'une exposition à long terme est l'eau potable contaminée . Les eaux souterraines sont le plus souvent contaminées naturellement; cependant, la contamination peut également provenir de l' exploitation minière ou de l'agriculture. Il peut également être trouvé dans le sol et l'air. Les niveaux recommandés dans l'eau sont inférieurs à 10 à 50 µg/L (10 à 50 parties par milliard ). Les autres voies d'exposition comprennent les sites de déchets toxiques et les médicaments traditionnels . La plupart des cas d'empoisonnement sont accidentels. L'arsenic agit en modifiant le fonctionnement d'environ 200 enzymes . Le diagnostic se fait en analysant l'urine, le sang ou les cheveux.

La prévention consiste à utiliser de l'eau qui ne contient pas de niveaux élevés d'arsenic. Ceci peut être réalisé en utilisant des filtres spéciaux ou en utilisant de l' eau de pluie . Il n'y a pas de bonnes preuves pour soutenir des traitements spécifiques pour l'empoisonnement à long terme. Pour les intoxications aiguës, le traitement de la déshydratation est important. L'acide dimercaptosuccinique (DMSA) ou le dimercaptopropane sulfonate (DMPS) peuvent être utilisés alors que le dimercaprol (BAL) n'est pas recommandé. L'hémodialyse peut également être utilisée.

Grâce à l'eau potable, plus de 200 millions de personnes dans le monde sont exposées à des niveaux d'arsenic supérieurs à la sécurité. Les régions les plus touchées sont le Bangladesh et le Bengale occidental . L'exposition est également plus fréquente chez les personnes à faible revenu et les minorités. Les intoxications aiguës sont rares. La toxicité de l'arsenic a été décrite dès 1500 avant JC dans le papyrus Ebers .

Signes et symptômes

Les symptômes de l'empoisonnement à l'arsenic commencent par des maux de tête , de la confusion , une diarrhée sévère et une somnolence . Au fur et à mesure que l'empoisonnement se développe, des convulsions et des changements dans la pigmentation des ongles appelés leukonychia striata (lignes de Mees ou lignes d'Aldrich-Mees) peuvent survenir. Lorsque l'empoisonnement devient aigu, les symptômes peuvent inclure diarrhée, vomissements , vomissements de sang , sang dans les urines , crampes musculaires, perte de cheveux , douleurs à l'estomac et davantage de convulsions . Les organes du corps qui sont généralement touchés par l'empoisonnement à l'arsenic sont les poumons, la peau, les reins et le foie. Le résultat final de l'empoisonnement à l'arsenic est le coma et la mort.

L'arsenic est lié aux maladies cardiaques ( maladies cardiovasculaires liées à l'hypertension ), au cancer , aux accidents vasculaires cérébraux ( maladies cérébrovasculaires ), aux maladies chroniques des voies respiratoires inférieures et au diabète . Les effets cutanés peuvent inclure le cancer de la peau à long terme, mais souvent, avant le cancer de la peau, il existe différentes lésions cutanées. D'autres effets peuvent inclure l' assombrissement de la peau et l' épaississement de la peau .

L'exposition chronique à l'arsenic est liée à une carence en vitamine A , qui est liée aux maladies cardiaques et à la cécité nocturne . La dose létale minimale aiguë d'arsenic chez l'adulte est estimée à 70 à 200 mg ou 1 mg/kg/jour.

Cancer

L'arsenic augmente le risque de cancer. L'exposition est liée au cancer de la peau, du poumon, du foie et du rein, entre autres.

Ses effets mutagènes peuvent s'expliquer par une interférence avec la réparation par excision des bases et des nucléotides, éventuellement par l'interaction avec les structures à doigts de zinc. L'acide diméthylarsinique, DMA(V), a causé des cassures simple brin de l'ADN résultant de l'inhibition des enzymes de réparation à des niveaux de 5 à 100 mM dans les cellules épithéliales humaines de type II .

Le MMA (III) et le DMA (III) se sont également révélés directement génotoxiques en effectuant des scissions dans l'ADN X174 superenroulé. Une exposition accrue à l'arsenic est associée à une fréquence accrue d'aberrations chromosomiques, de micronoyaux et d'échanges de chromatides sœurs. Une explication des aberrations chromosomiques est la sensibilité de la protéine tubuline et du fuseau mitotique à l'arsenic. Les observations histologiques confirment les effets sur l'intégrité cellulaire, la forme et la locomotion.

Le DMA(III) est capable de former des espèces réactives de l'oxygène (ROS) par réaction avec l'oxygène moléculaire. Les métabolites résultants sont le radical diméthylarsenic et le radical peroxyle diméthylarsenic. Il a été démontré que le DMA(III) et le DMA(V) libèrent du fer de la rate de cheval ainsi que de la ferritine hépatique humaine si de l'acide ascorbique était administré simultanément. Ainsi, la formation de ROS peut être favorisée. De plus, l'arsenic pourrait provoquer un stress oxydatif en épuisant les antioxydants de la cellule, en particulier ceux contenant des groupes thiol. L'accumulation de ROS comme ceux cités ci-dessus et de radicaux hydroxyles, de radicaux superoxydes et de peroxydes d'hydrogène provoque une expression génique aberrante à de faibles concentrations et des lésions de lipides, de protéines et d'ADN à des concentrations plus élevées qui conduisent finalement à la mort cellulaire. Dans un modèle animal chez le rat, les niveaux urinaires de 8-hydroxy-2'-désoxyguanosine (en tant que biomarqueur des dommages à l'ADN ROS) ont été mesurés après traitement avec le DMA(V). Par rapport aux niveaux de contrôle, ils se sont avérés être significativement augmentés. Cette théorie est également étayée par une étude transversale qui a trouvé des peroxydes lipidiques sériques moyens (LPO) élevés chez les individus exposés à l'As qui étaient en corrélation avec les niveaux sanguins d'arsenic inorganique et de métabolites méthylés et inversement en corrélation avec les niveaux de sulfhydryle non protéique (NPSH) dans le sang total. . Une autre étude a révélé une association des niveaux d'As dans le sang total avec le niveau d'oxydants réactifs dans le plasma et une relation inverse avec les antioxydants plasmatiques. Une conclusion de cette dernière étude indique que la méthylation pourrait en fait être une voie de détoxification vis-à-vis du stress oxydatif : les résultats ont montré que plus la capacité de méthylation de l'As était faible, plus le niveau de capacité antioxydante plasmatique était faible. Comme examiné par Kitchin (2001), la théorie du stress oxydatif fournit une explication pour les sites tumoraux préférés liés à l'exposition à l'arsenic. Considérant qu'une pression partielle élevée d'oxygène est présente dans les poumons et que le DMA (III) est excrété à l'état gazeux via les poumons, cela semble être un mécanisme plausible de vulnérabilité particulière. Le fait que le DMA soit produit par méthylation dans le foie, excrété par les reins et ensuite stocké dans la vessie explique les autres localisations tumorales.

Concernant la méthylation de l'ADN, certaines études suggèrent une interaction de l'As avec les méthyltransférases qui conduit à une inactivation des gènes suppresseurs de tumeurs par hyperméthylation ; d'autres affirment que l'hypométhylation pourrait se produire en raison d'un manque de SAM entraînant une activation aberrante du gène. Une expérience de Zhong et al. (2001) avec des cellules pulmonaires humaines A549, rénales UOK123, UOK109 et UOK121 exposées à l'arsénite, ont isolé huit fragments d'ADN différents par PCR arbitrairement amorcée sensible à la méthylation. Il s'est avéré que six des fragments étaient hyper- et deux d'entre eux étaient hypométhylés. Des niveaux plus élevés d'ARNm d'ADN méthyltransférase et d'activité enzymatique ont été trouvés.

Kitchin (2001) a proposé un modèle de facteurs de croissance altérés qui conduisent à la prolifération cellulaire et donc à la cancérogenèse . D'après les observations, il est connu qu'une intoxication chronique à l'arsenic à faible dose peut conduire à une tolérance accrue à sa toxicité aiguë. Les cellules GLC4/Sb30 de tumeur pulmonaire surexprimant MRP1 accumulent mal l'arsénite et l'arséniate. Ceci est médié par l'efflux dépendant de MRP-1. L'efflux nécessite du GSH, mais pas de formation de complexe As-GSH.

Bien que de nombreux mécanismes aient été proposés, aucun modèle défini ne peut être donné pour les mécanismes de l'empoisonnement chronique à l'arsenic. Les événements dominants de toxicité et de cancérogénicité pourraient être assez spécifiques aux tissus. Le consensus actuel sur le mode de cancérogenèse est qu'il agit principalement comme un promoteur tumoral. Sa co-carcinogénicité a été démontrée dans plusieurs modèles. Cependant, la découverte de plusieurs études selon laquelle les populations andines chroniquement exposées à l'arsenic (comme la plupart extrêmement exposées aux rayons UV) ne développent pas de cancer de la peau avec une exposition chronique à l'arsenic, est déroutante.

Causes

L'arsenic organique est moins nocif que l'arsenic inorganique. Les fruits de mer sont une source courante d'arsenic organique moins toxique sous forme d'arsénobétaïne. L'arsenic signalé en 2012 dans les jus de fruits et le riz par Consumer Reports était principalement de l'arsenic inorganique. En raison de sa toxicité élevée, l'arsenic est rarement utilisé dans le monde occidental, bien qu'en Asie, il reste un pesticide populaire. L'arsenic est principalement rencontré professionnellement dans la fusion des minerais de zinc et de cuivre.

Boire de l'eau

L'arsenic se trouve naturellement dans les eaux souterraines et présente de graves menaces pour la santé lorsqu'il en existe de grandes quantités. L' empoisonnement chronique à l' arsenic résulte de la consommation d'eau de puits contaminée pendant une longue période. De nombreux aquifères contiennent une concentration élevée de sels d'arsenic. Les directives de l' Organisation mondiale de la santé (OMS) pour la qualité de l'eau potable ont établi en 1993 une valeur indicative provisoire de 0,01 mg/L (10 parties par milliard) pour les niveaux de contaminants maximaux d'arsenic dans l'eau potable. Cette recommandation a été établie sur la base de la limite de détection pour la plupart des équipements d'analyse des laboratoires au moment de la publication des recommandations de l'OMS pour la qualité de l'eau. Des découvertes plus récentes montrent que la consommation d'eau à des niveaux aussi bas que 0,00017 mg/L (0,17 partie par milliard) sur de longues périodes peut conduire à l'arsenicose.

À partir d'une étude de 1988 en Chine, l'agence de protection américaine a quantifié l'exposition à vie à l'arsenic dans l'eau potable à des concentrations de 0,0017 mg/L (1,7 ppb), 0,00017 mg/L et 0,000017 mg/L sont associées à un risque de cancer de la peau à vie. de 1 sur 10 000, 1 sur 100 000 et 1 sur 1 000 000 respectivement. L'OMS affirme qu'un niveau d'eau de 0,01 mg/L (10 ppb) présente un risque de 6 sur 10 000 de risque de cancer de la peau à vie et soutient que ce niveau de risque est acceptable.

L'un des pires incidents d'empoisonnement à l'arsenic via l'eau de puits s'est produit au Bangladesh, que l'Organisation mondiale de la santé a qualifié de « plus grand empoisonnement de masse d'une population de l'histoire » reconnu comme un problème majeur de santé publique. La contamination des plaines fluviales du Gange-Brahmapoutre en Inde et des plaines fluviales de Padma-Meghna au Bangladesh a démontré des effets néfastes sur la santé humaine.

Les techniques minières telles que la fracturation hydraulique peuvent mobiliser l'arsenic dans les eaux souterraines et les aquifères en raison du transport accru de méthane et des changements qui en résultent dans les conditions redox, et injecter un fluide contenant de l'arsenic supplémentaire.

Eaux souterraines

Aux États-Unis, le US Geological Survey estime que la concentration médiane des eaux souterraines est de 1 g/L ou moins, bien que certains aquifères souterrains , en particulier dans l'ouest des États-Unis, puissent contenir des niveaux beaucoup plus élevés. Par exemple, les niveaux médians au Nevada étaient d'environ 8 g/L, mais des niveaux d'arsenic naturel aussi élevés que 1 000 μg/L ont été mesurés aux États-Unis dans l'eau potable.

Les zones géothermiques actives se produisent aux points chauds où les panaches dérivés du manteau montent, comme à Hawaï et dans le parc national de Yellowstone, aux États-Unis. L'arsenic est un élément incompatible (ne s'intègre pas facilement dans les réseaux des minéraux rocheux courants). Les concentrations d'arsenic sont élevées principalement dans les eaux géothermiques qui lixivent les roches continentales. Il a été démontré que l'arsenic dans les fluides géothermiques chauds provenait principalement du lessivage des roches hôtes du parc national de Yellowstone, dans le Wyoming, aux États-Unis, plutôt que des magmas .

Dans l'ouest des États-Unis, il y a des apports d'As (arsenic) dans les eaux souterraines et les eaux de surface provenant des fluides géothermiques dans et près du parc national de Yellowstone, et dans d'autres zones minéralisées de l'ouest. Les eaux souterraines associées aux volcanites en Californie contiennent de l'As à des concentrations allant jusqu'à 48 000 μg/L, avec des minéraux sulfurés contenant de l'As comme principale source. Les eaux géothermiques de la Dominique dans les Petites Antilles contiennent également des concentrations d'As > 50 g/L.

En général, l'arsenic étant un élément incompatible, il s'accumule dans les magmas différenciés et dans d'autres zones minéralisées de l'ouest. On pense que l'altération des veines de pegmatite dans le Connecticut, aux États-Unis, contribue à la formation des eaux souterraines.

En Pennsylvanie, les concentrations d'As dans l'eau rejetée par les mines d'anthracite abandonnées variaient de < 0,03 à 15 g/L et dans les mines bitumineuses abandonnées, de 0,10 à 64 μg/L, avec 10 % des échantillons dépassant la MLC de 10 de l'Environmental Protection Agency des États-Unis. g/L.

Dans le Wisconsin, les concentrations d'As dans l'eau des aquifères de grès et de dolomite atteignaient 100 μg/L. L'oxydation de la pyrite encaissée par ces formations était la source probable de l'As.

Dans le Piémont de Pennsylvanie et du New Jersey, les eaux souterraines des aquifères du Mésozoïque contiennent des niveaux élevés d'As—les eaux des puits domestiques de Pennsylvanie contenaient jusqu'à 65 g/L, alors qu'au New Jersey, la concentration la plus élevée mesurée récemment était de 215 μg/L.

Nourriture

Aux États-Unis, Schoof et al. ont estimé un apport adulte moyen de 3,2 g/jour, avec une fourchette de 1 à 20 g/jour. Les estimations pour les enfants étaient similaires. Les aliments contiennent également de nombreux composés organiques d'arsenic. Les principaux composés organiques de l'arsenic que l'on trouve couramment dans les aliments (selon le type d'aliment) comprennent l'acide monométhylarsonique (MMAsV), l'acide diméthylarsinique (DMAsV), l'arsénobétaïne, l'arsénocholine, les arsénosucres et les arsénolipides. Le DMAsV ou le MMAsV peut être trouvé dans divers types de poissons à nageoires, de crabes et de mollusques, mais souvent à des niveaux très faibles.

L'arsénobétaïne est la principale forme d'arsenic chez les animaux marins et, de l'avis de tous, elle est considérée comme un composé non toxique dans des conditions de consommation humaine. L'arsénocholine, qui se trouve principalement dans les crevettes, est chimiquement similaire à l'arsénobétaïne et est considérée comme « essentiellement non toxique ». Bien que l'arsénobétaïne soit peu étudiée, les informations disponibles indiquent qu'elle n'est pas mutagène, immunotoxique ou embryotoxique.

Des arsénosucres et des arsénolipides ont été récemment identifiés. L'exposition à ces composés et les implications toxicologiques sont actuellement à l'étude. Les arsénosucres sont détectés principalement dans les algues mais aussi dans une moindre mesure dans les mollusques marins. Cependant, les études portant sur la toxicité de l'arsénosucre se sont largement limitées à des études in vitro, qui montrent que les arsénosucres sont significativement moins toxiques que l'arsenic inorganique et les métabolites de l'arsenic méthylé trivalent.

Il a été constaté que le riz est particulièrement sensible à l'accumulation d'arsenic à partir du sol. Le riz cultivé aux États-Unis contient en moyenne 260  ppb d'arsenic, selon une étude ; mais la consommation d'arsenic aux États-Unis reste bien en deçà des limites recommandées par l' Organisation mondiale de la santé . La Chine a établi une norme pour les limites d'arsenic dans les aliments (150 ppb), car les niveaux dans le riz dépassent ceux dans l'eau.

L'arsenic est un élément omniprésent présent dans l'eau potable américaine. Aux États-Unis, des niveaux d'arsenic supérieurs aux niveaux naturels, mais toujours bien inférieurs aux niveaux de danger fixés par les normes de sécurité fédérales, ont été détectés chez des poulets élevés commercialement. La source de l'arsenic semble être les additifs alimentaires roxarsone et nitarsone , qui sont utilisés pour contrôler l'infection parasitaire coccidiose ainsi que pour augmenter le poids et la coloration de la peau de la volaille.

Des niveaux élevés d'arsenic inorganique auraient été trouvés dans 83 vins californiens en 2015.

Sol

L'exposition à l'arsenic dans le sol peut se produire par de multiples voies. Comparé à l'apport d'arsenic naturel provenant de l'eau et de l'alimentation, l'arsenic du sol ne constitue qu'une petite fraction de l'apport.

Air

La Commission européenne (2000) rapporte que les niveaux d'arsenic dans l'air varient de 0 à 1 ng/m 3 dans les zones reculées, de 0,2 à 1,5 ng/m 3 dans les zones rurales, de 0,5 à 3 ng/m 3 dans les zones urbaines et jusqu'à environ 50 ng/m 3 à proximité des sites industriels. Sur la base de ces données, la Commission européenne (2000) a estimé qu'en ce qui concerne les aliments, le tabagisme, l'eau et le sol, l'air contribue à moins de 1 % de l'exposition totale à l'arsenic.

Pesticides

L'utilisation de pesticides à base d'arséniate de plomb a été efficacement éliminée depuis plus de 50 ans. Cependant, en raison de la persistance du pesticide dans l'environnement, on estime que des millions d'acres de terres sont encore contaminées par des résidus d'arséniate de plomb. Cela présente un problème de santé publique potentiellement important dans certaines régions des États-Unis (par exemple, New Jersey, Washington et Wisconsin), où de vastes étendues de terres utilisées historiquement comme vergers ont été converties en développements résidentiels.

Certaines utilisations modernes des pesticides à base d'arsenic existent encore. L'arséniate de cuivre chromaté (ACC) est homologué aux États-Unis depuis les années 1940 comme agent de préservation du bois, protégeant le bois des insectes et des agents microbiens. En 2003, les fabricants d'ACC ont institué un rappel volontaire des utilisations résidentielles du bois traité à l'ACC. Le rapport final de l'EPA de 2008 indiquait que le CCA est toujours approuvé pour une utilisation dans des applications non résidentielles, telles que dans les installations maritimes (pieux et structures), les poteaux électriques et les structures d'autoroutes de sable.

Fonderie de cuivre

Les études d'exposition dans l' industrie de la fusion du cuivre sont beaucoup plus approfondies et ont établi des liens définitifs entre l'arsenic, un sous-produit de la fusion du cuivre, et le cancer du poumon par inhalation. Les effets cutanés et neurologiques ont également augmenté dans certaines de ces études. Bien qu'avec le temps, les contrôles professionnels soient devenus plus stricts et que les travailleurs aient été exposés à des concentrations réduites d'arsenic, les expositions à l'arsenic mesurées à partir de ces études allaient d'environ 0,05 à 0,3 mg/m 3 et sont significativement plus élevées que les expositions environnementales à l'arsenic (qui varient de 0 à 0,000003 mg/m 3 ).

Physiopathologie

L'arsenic interfère avec la longévité cellulaire par inhibition allostérique d'une enzyme métabolique essentielle, le complexe pyruvate déshydrogénase (PDH), qui catalyse l'oxydation du pyruvate en acétyl-CoA par le NAD + . Lorsque l'enzyme est inhibée, le système énergétique de la cellule est perturbé, ce qui entraîne l' apoptose cellulaire . Biochimiquement, l'arsenic empêche l'utilisation de la thiamine, ce qui entraîne un tableau clinique ressemblant à une carence en thiamine . L'empoisonnement à l'arsenic peut augmenter les taux de lactate et entraîner une acidose lactique . De faibles niveaux de potassium dans les cellules augmentent le risque de souffrir d'un problème de rythme cardiaque potentiellement mortel dû au trioxyde d'arsenic. L'arsenic dans les cellules stimule clairement la production de peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ). Lorsque le H 2 O 2 réagit avec certains métaux comme le fer ou le manganèse , il produit un radical hydroxyle très réactif . Le trioxyde d'arsenic inorganique trouvé dans les eaux souterraines affecte particulièrement les canaux potassiques voltage-dépendants , perturbant la fonction électrolytique cellulaire entraînant des troubles neurologiques, des épisodes cardiovasculaires tels qu'un intervalle QT prolongé, une neutropénie , une hypertension artérielle , un dysfonctionnement du système nerveux central, une anémie et la mort.

L'exposition à l'arsenic joue un rôle clé dans la pathogenèse de la dysfonction endothéliale vasculaire car elle inactive l'oxyde nitrique synthase endothéliale, entraînant une réduction de la production et de la biodisponibilité de l'oxyde nitrique. De plus, l'exposition chronique à l'arsenic induit un stress oxydatif élevé, qui peut affecter la structure et la fonction du système cardiovasculaire. De plus, il a été noté que l'exposition à l'arsenic induit l'athérosclérose en augmentant l'agrégation plaquettaire et en réduisant la fibrinolyse . De plus, l'exposition à l'arsenic peut provoquer une arythmie en augmentant l'intervalle QT et en accélérant la surcharge calcique cellulaire. L'exposition chronique à l'arsenic régule positivement l'expression du facteur de nécrose tumorale-α, de l'interleukine-1, de la molécule d'adhésion cellulaire vasculaire et du facteur de croissance endothéliale vasculaire pour induire la pathogenèse cardiovasculaire.

—  Pitchai Balakumar et Jagdeep Kaur, "L'exposition à l'arsenic et les troubles cardiovasculaires : un aperçu", Toxicologie cardiovasculaire , décembre 2009

Des études de culture tissulaire ont montré que les composés d'arsenic bloquent à la fois les canaux IKr et Iks et, en même temps, activent les canaux IK-ATP. Les composés d'arsenic perturbent également la production d' ATP par plusieurs mécanismes. Au niveau du cycle de l'acide citrique , l'arsenic inhibe la pyruvate déshydrogénase et en rivalisant avec le phosphate, il découple la phosphorylation oxydative , inhibant ainsi la réduction liée à l'énergie du NAD+ , la respiration mitochondriale et la synthèse d'ATP. La production de peroxyde d'hydrogène est également augmentée, ce qui pourrait former des espèces réactives de l'oxygène et un stress oxydatif. Ces interférences métaboliques conduisent à la mort par défaillance d'organes multisystémiques , probablement par mort cellulaire nécrotique , et non par apoptose . Une autopsie révèle une muqueuse de couleur rouge brique , due à une grave hémorragie . Bien que l'arsenic provoque une toxicité, il peut également jouer un rôle protecteur.

Mécanisme

L'arsénite inhibe non seulement la formation d'acétyl-CoA mais aussi l'enzyme succinique déshydrogénase. L'arséniate peut remplacer le phosphate dans de nombreuses réactions. Il est capable de former du Glc-6-arséniate in vitro ; par conséquent, il a été avancé que l'hexokinase pourrait être inhibée. (En fin de compte, cela peut être un mécanisme conduisant à une faiblesse musculaire dans l'empoisonnement chronique à l'arsenic.) Dans la réaction de la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase , l'arséniate attaque le thioester lié à l'enzyme. Le 1-arséno-3-phosphoglycérate formé est instable et s'hydrolyse spontanément. Ainsi, la formation d'ATP dans la glycolyse est inhibée tout en contournant la réaction de la phosphoglycérate kinase. (De plus, la formation de 2,3-bisphosphoglycérate dans les érythrocytes pourrait être affectée, suivie d'une affinité plus élevée de l'hémoglobine pour l'oxygène et par la suite d'une cyanose accrue.) de l'ADP et de l'arséniate en présence de succinate. Ainsi, par divers mécanismes, l'arséniate entraîne une altération de la respiration cellulaire et par la suite une diminution de la formation d'ATP. Ceci est cohérent avec l'appauvrissement en ATP observé dans les cellules exposées et les résultats histopathologiques de gonflement des mitochondries et des cellules, d'appauvrissement en glycogène dans les cellules hépatiques et de modifications graisseuses dans le foie, le cœur et les reins.

Les expériences ont démontré une thrombose artérielle accrue dans un modèle animal de rat, des élévations des taux de sérotonine, du thromboxane A[2] et des protéines d'adhésion dans les plaquettes, tandis que les plaquettes humaines ont montré des réponses similaires. L'effet sur l'endothélium vasculaire peut éventuellement être médié par la formation d'oxyde nitrique induite par l'arsenic. Il a été démontré que des concentrations de +3 As sensiblement inférieures aux concentrations requises pour l'inhibition de la protéase lysosomale cathepsine L dans la lignée cellulaire B TA3 étaient suffisantes pour déclencher l'apoptose dans la même lignée cellulaire B, alors que cette dernière pourrait être un mécanisme médiateur des effets immunosuppresseurs.

Cinétique

Les deux formes d'arsenic inorganique, réduite (As(III) trivalent) et oxydée (As(V) pentavalent), peuvent être absorbées et accumulées dans les tissus et les fluides corporels. Dans le foie, le métabolisme de l'arsenic implique une méthylation enzymatique et non enzymatique ; le métabolite le plus fréquemment excrété (≥ 90 %) dans l'urine des mammifères est l'acide diméthylarsinique ou l'acide cacodylique, le DMA(V). L'acide diméthylarsenique est également connu sous le nom d' agent bleu et a été utilisé comme herbicide dans la guerre américaine au Vietnam .

Chez l'homme, l'arsenic inorganique est réduit de manière non enzymatique du pentoxyde au trioxyde, en utilisant le glutathion (GSH) ou il est médié par des enzymes. La réduction du pentoxyde d'arsenic en trioxyde d'arsenic augmente sa toxicité et sa biodisponibilité. La méthylation se produit par l'intermédiaire des enzymes méthyltransférase. La S-adénosylméthionine (SAM) peut servir de donneur de méthyle. Différentes voies sont utilisées, la voie principale étant dépendante de l'environnement actuel de la cellule. Les métabolites résultants sont l'acide monométhylarsineux, MMA(III), et l'acide diméthylarsineux, DMA(III).

La méthylation avait été considérée comme un processus de détoxification, mais la réduction de +5 As à +3 As peut plutôt être considérée comme une bioactivation. Une autre suggestion est que la méthylation pourrait être une détoxification si "les intermédiaires As[III] ne sont pas autorisés à s'accumuler" parce que les organoarsenic pentavalent ont une affinité plus faible pour les groupes thiol que l'arsenic pentavalent inorganique. Gebel (2002) a déclaré que la méthylation est une détoxification par excrétion accélérée. En ce qui concerne la cancérogénicité, il a été suggéré que la méthylation devrait être considérée comme une intoxication.

L'arsenic, en particulier le +3 As, se lie à des groupes sulfhydryles vicinaux , mais avec une plus grande affinité , réagit donc avec une variété de protéines et inhibe leur activité. Il a également été proposé que la liaison de l'arsénite à des sites non essentiels pourrait contribuer à la détoxification. L'arsénite inhibe les membres de la famille des disulfures oxydoréductases comme la glutathion réductase et la thiorédoxine réductase.

L'arsenic non lié restant (≤ 10 %) s'accumule dans les cellules, ce qui, avec le temps, peut entraîner des cancers de la peau, de la vessie, des reins, du foie, des poumons et de la prostate. D'autres formes de toxicité de l'arsenic chez l'homme ont été observées dans le sang, la moelle osseuse, le système cardiaque, le système nerveux central, gastro-intestinal, gonadique, rénal, hépatique, pancréatique et cutané.

Réponse au choc thermique

Un autre aspect est la similitude des effets de l'arsenic avec la réponse au choc thermique. L'exposition à court terme à l'arsenic a des effets sur les protéines de choc thermique induisant la transduction du signal avec des masses de 27, 60, 70, 72, 90 et 110 kDa ainsi que sur la métallotionéine, l'ubiquitine, les kinases activées par les mitogènes [MAP], la kinase régulée extracellulaire [ERK ], les kinases terminales c-jun [JNK] et p38. Via JNK et p38, il active c-fos, c-jun et egr-1 qui sont généralement activés par des facteurs de croissance et des cytokines. Les effets dépendent largement du régime de dosage et peuvent également être inversés.

Comme le montrent certaines expériences revues par Del Razo (2001), les ROS induits par de faibles niveaux d'arsenic inorganique augmentent la transcription et l'activité de la protéine activatrice 1 (AP-1) et du facteur nucléaire-κB ( NF-κB ) (peut-être renforcée par des niveaux élevés de MAPK), ce qui entraîne une activation de c-fos/c-jun, une sursécrétion de cytokines pro-inflammatoires et favorisant la croissance stimulant la prolifération cellulaire. Germolec et al. (1996) ont constaté une augmentation de l'expression des cytokines et de la prolifération cellulaire dans les biopsies cutanées d'individus chroniquement exposés à de l'eau potable contaminée par l'arsenic.

L'augmentation d'AP-1 et de NF-κB entraîne évidemment également une régulation à la hausse de la protéine mdm2, qui diminue les niveaux de protéine p53. Ainsi, compte tenu de la fonction de p53, son absence pourrait entraîner une accumulation plus rapide de mutations contribuant à la cancérogenèse. Cependant, des niveaux élevés d'arsenic inorganique inhibent l'activation de NF-κB et la prolifération cellulaire. Une expérience de Hu et al. (2002) ont démontré une activité de liaison accrue de l'AP-1 et du NF-κB après une exposition aiguë (24 h) à +3 d'arsénite de sodium, alors qu'une exposition à long terme (10 à 12 semaines) a donné le résultat inverse. Les auteurs concluent que la première peut être interprétée comme une réponse de défense tandis que la seconde pourrait conduire à la cancérogenèse. Comme l'indiquent les résultats contradictoires et les hypothèses mécanistes connexes, il existe une différence dans les effets aigus et chroniques de l'arsenic sur la transduction du signal qui n'est pas encore clairement comprise.

Stress oxydant

Des études ont démontré que le stress oxydatif généré par l'arsenic peut perturber les voies de transduction du signal des facteurs transcriptionnels nucléaires PPAR, AP-1 et NF-κB, ainsi que les cytokines pro-inflammatoires IL-8 et TNF-α. L'interférence du stress oxydatif avec les voies de transduction du signal peut affecter les processus physiologiques associés à la croissance cellulaire, au syndrome métabolique X, à l'homéostasie du glucose, au métabolisme des lipides, à l'obésité, à la résistance à l'insuline , à l'inflammation et au diabète-2. Des preuves scientifiques récentes ont élucidé les rôles physiologiques des PPAR dans la -hydroxylation des acides gras et l'inhibition des facteurs de transcription pro-inflammatoires (NF-κB et AP-1), des cytokines pro-inflammatoires (IL-1, -6, -8, -12 et TNF-α), les molécules d'adhésion cell4 (ICAM-1 et VCAM-1), l'oxyde nitrique synthase inductible, l'oxyde nitrique pro-inflammatoire (NO) et les facteurs anti-apoptotique.

Des études épidémiologiques ont suggéré une corrélation entre la consommation chronique d'eau potable contaminée à l'arsenic et l'incidence du diabète de type 2. Le foie humain après exposition à des médicaments thérapeutiques peut présenter une hypertension portale hépatique non cirrhotique, une fibrose et une cirrhose. Cependant, la littérature fournit des preuves scientifiques insuffisantes pour montrer la cause et l'effet entre l'arsenic et l'apparition du diabète sucré de type 2.

Diagnostic

L'arsenic peut être mesuré dans le sang ou l'urine pour surveiller une exposition environnementale ou professionnelle excessive, confirmer un diagnostic d'empoisonnement chez des victimes hospitalisées ou pour aider à l'enquête médico-légale en cas de surdosage mortel. Certaines techniques analytiques sont capables de distinguer les formes organiques des formes inorganiques de l'élément. Les composés organiques de l'arsenic ont tendance à être éliminés dans l'urine sous forme inchangée, tandis que les formes inorganiques sont en grande partie converties en composés organiques de l'arsenic dans le corps avant l'excrétion urinaire. L'indice d'exposition biologique actuel pour les travailleurs américains de 35 µg/L d'arsenic urinaire total peut facilement être dépassé par une personne en bonne santé mangeant un repas de fruits de mer.

Des tests sont disponibles pour diagnostiquer l'empoisonnement en mesurant l'arsenic dans le sang, l'urine, les cheveux et les ongles. Le test d'urine est le test le plus fiable pour l'exposition à l'arsenic au cours des derniers jours. Les tests d'urine doivent être effectués dans les 24 à 48 heures pour une analyse précise d'une exposition aiguë. Des tests sur les cheveux et les ongles peuvent mesurer l'exposition à des niveaux élevés d'arsenic au cours des 6 à 12 derniers mois. Ces tests peuvent déterminer si une personne a été exposée à des niveaux d'arsenic supérieurs à la moyenne. Ils ne peuvent cependant pas prédire si les niveaux d'arsenic dans le corps affecteront la santé. L'exposition chronique à l'arsenic peut rester dans les systèmes corporels plus longtemps qu'une exposition plus courte ou plus isolée et peut être détectée plus longtemps après l'introduction de l'arsenic, ce qui est important pour tenter de déterminer la source de l'exposition.

Les cheveux sont un bioindicateur potentiel de l'exposition à l'arsenic en raison de leur capacité à stocker les oligo-éléments du sang. Les éléments incorporés maintiennent leur position pendant la croissance des cheveux. Ainsi pour une estimation temporelle de l'exposition, un dosage de la composition capillaire doit être réalisé avec un seul cheveu ce qui n'est pas possible avec les techniques plus anciennes nécessitant l'homogénéisation et la dissolution de plusieurs mèches de cheveux. Ce type de biosurveillance a été réalisé avec des techniques microanalytiques plus récentes telles que la spectroscopie de fluorescence X basée sur le rayonnement synchrotron (SXRF) et l'émission de rayons X induite par des microparticules (PIXE). Les faisceaux hautement focalisés et intenses étudient de petites taches sur des échantillons biologiques permettant une analyse au niveau micro avec la spéciation chimique. Dans une étude, cette méthode a été utilisée pour suivre le niveau d'arsenic avant, pendant et après le traitement par l'oxyde d'arsenic chez des patients atteints de leucémie promyélocytaire aiguë.

Traitement

chélation

Le dimercaprol et l'acide dimercaptosuccinique sont des agents chélateurs qui séquestrent l'arsenic loin des protéines sanguines et sont utilisés dans le traitement des intoxications aiguës à l'arsenic. L'effet secondaire le plus important est l' hypertension . Le dimercaprol est considérablement plus toxique que le succimer. Les monoesters de DMSA, par exemple MiADMSA, sont des antidotes prometteurs contre l'empoisonnement à l'arsenic.

Nutrition

Un supplément de potassium diminue le risque de souffrir d'un problème de rythme cardiaque potentiellement mortel dû au trioxyde d'arsenic.

Histoire

Une publicité dans un journal de 1889 pour des " plaquettes de teint à l' arsenic ". L'arsenic était connu pour être toxique à l' époque victorienne .

A partir de 3000 l' arsenic de la Colombie - Britannique a été minée et ajouté au cuivre dans l'alliage de bronze , mais les effets néfastes sur la santé de travailler avec de l' arsenic conduit à étant abandonné quand une alternative viable, l' étain, a été découvert.

En plus de sa présence comme poison, l'arsenic a été utilisé pendant des siècles en médecine. Il est utilisé depuis plus de 2400 ans dans le cadre de la médecine traditionnelle chinoise. Dans le monde occidental, les composés de l'arsenic, tels que le salvarsan , étaient largement utilisés pour traiter la syphilis avant l' introduction de la pénicilline . Il a finalement été remplacé comme agent thérapeutique par des sulfamides , puis par d'autres antibiotiques . L'arsenic était également un ingrédient de nombreux toniques (ou « médicaments brevetés »).

De plus, à l' époque élisabéthaine , certaines femmes utilisaient un mélange de vinaigre , de craie et d'arsenic appliqué localement pour blanchir leur peau. Cette utilisation de l'arsenic était destinée à prévenir le vieillissement et le pli de la peau, mais une partie de l'arsenic était inévitablement absorbée dans la circulation sanguine.

À l' époque victorienne (fin du XIXe siècle) aux États-Unis, les journaux américains faisaient de la publicité pour des « pastilles de teint à l'arsenic » qui promettaient d'éliminer les imperfections du visage telles que les grains de beauté et les boutons.

Certains pigments, notamment le populaire vert émeraude (connu également sous plusieurs autres noms), étaient à base de composés d'arsenic. La surexposition à ces pigments était une cause fréquente d'empoisonnement accidentel des artistes et artisans.

L'arsenic est devenu une méthode privilégiée pour le meurtre du Moyen Âge et de la Renaissance , en particulier parmi les classes dirigeantes en Italie prétendument. Parce que les symptômes sont similaires à ceux du choléra , qui était courant à l'époque, l'empoisonnement à l'arsenic passait souvent inaperçu. Au XIXe siècle, elle avait acquis le surnom de « poudre d'héritage », peut-être parce que des héritiers impatients étaient connus ou soupçonnés de l'utiliser pour assurer ou accélérer leurs héritages. C'était aussi une technique de meurtre courante au XIXe siècle dans des situations de violence conjugale, comme dans le cas de Rebecca Copin , qui a tenté d'empoisonner son mari en « mettant de l'arsenic dans son café ».

Dans la Hongrie de l' après-guerre , l'arsenic extrait en faisant bouillir du papier anti- mouches a été utilisé dans environ 300 meurtres par les Angel Makers de Nagyrév .

Dans la Chine impériale, le trioxyde d'arsenic et les sulfures étaient utilisés dans les meurtres, ainsi que pour la peine capitale pour les membres de la famille royale ou de l'aristocratie. Des études médico-légales ont déterminé que l' empereur Guangxu (mort en 1908) a été assassiné par l'arsenic, très probablement sur ordre de l' impératrice douairière Cixi ou du généralissime Yuan Shikai . De même, dans l'ancienne Corée , et en particulier sous la dynastie Joseon , les composés arsenic-soufre ont été utilisés comme ingrédient majeur du sayak (사약; 賜藥), qui était un cocktail empoisonné utilisé pour la peine capitale de personnalités et de membres politiques de premier plan. de la famille royale. En raison de l'importance sociale et politique des condamnés, bon nombre de ces événements étaient bien documentés, souvent dans les Annales de la dynastie Joseon ; ils sont parfois représentés dans des mini- séries télévisées historiques en raison de leur nature dramatique.

Législation

Aux États-Unis en 1975, sous l'autorité de la Safe Drinking Water Act (SDWA), l'Environmental Protection Agency des États-Unis a déterminé que les niveaux d'arsenic (contaminant inorganique - IOC) du National Interim Primary Drinking Water Regulation étaient de 0,05 mg/L (50 parties par milliard - ppb).

Au fil des ans, de nombreuses études ont rapporté des effets dose-dépendants de l'arsenic dans l'eau potable et le cancer de la peau. Dans d'autres, pour prévenir de nouveaux cas et des décès dus à des maladies cancéreuses et non cancéreuses, la SDWA a demandé à l'EPA de réviser les niveaux d'arsenic et a spécifié le niveau maximal de contaminant (MCL). Les LCM sont fixés aussi près que possible des objectifs de santé, en tenant compte des coûts, des avantages et de la capacité des réseaux d'eau publics à détecter et à éliminer les contaminants à l'aide de technologies de traitement appropriées.

En 2001, l'EPA a adopté une norme inférieure de MCL 0,01 mg/L (10 ppb) pour l'arsenic dans l'eau potable qui s'applique à la fois aux réseaux d'approvisionnement en eau communautaires et aux réseaux d'approvisionnement en eau non communautaires non transitoires.

Dans certains autres pays, lors de l'élaboration de normes nationales pour l'eau potable basées sur les valeurs guides, il est nécessaire de prendre en compte une variété de conditions géographiques, socio-économiques, alimentaires et autres affectant l'exposition potentielle. Ces facteurs conduisent à des normes nationales qui diffèrent sensiblement des valeurs guides. C'est le cas dans des pays comme l'Inde et le Bangladesh, où la limite admissible d'arsenic en l'absence d'une autre source d'eau est de 0,05 mg/L.

Défis à la mise en œuvre

Les technologies d'élimination de l'arsenic sont des procédés de traitement traditionnels qui ont été conçus pour améliorer l'élimination de l'arsenic de l'eau potable. Bien que certains des processus d'élimination, tels que les processus précipitatifs, les processus d'adsorption, les processus d'échange d'ions et les processus de séparation (membranaire), puissent être techniquement réalisables, leur coût peut être prohibitif.

Pour les pays sous-développés, le défi est de trouver les moyens de financer de telles technologies. L'EPA, par exemple, a estimé à environ 181 millions de dollars le coût total national annualisé du traitement, de la surveillance, des rapports, de la tenue des dossiers et de l'administration pour faire appliquer la règle MCL. La plupart des coûts sont dus à l'installation et à l'exploitation des technologies de traitement nécessaires pour réduire l'arsenic dans les réseaux d'eau publics.

Grossesse

L'exposition à l'arsenic par les eaux souterraines est très préoccupante tout au long de la période périnatale. Les femmes enceintes constituent une population à haut risque car non seulement les mères sont exposées à des effets indésirables, mais l'exposition in utero pose également des risques pour la santé du nourrisson.

Il existe une relation dose-dépendante entre l'exposition maternelle à l'arsenic et la mortalité infantile, ce qui signifie que les nourrissons nés de femmes exposées à des concentrations plus élevées, ou exposés pendant de plus longues périodes, ont un taux de mortalité plus élevé.

Des études ont montré que l'ingestion d'arsenic dans les eaux souterraines pendant la grossesse présente des dangers pour la mère, notamment des douleurs abdominales, des vomissements, de la diarrhée, des changements de pigmentation de la peau et le cancer. La recherche a également démontré que l'exposition à l'arsenic provoque également un faible poids à la naissance, une faible taille à la naissance, une mortalité infantile et une variété d'autres résultats chez les nourrissons. Certains de ces effets, comme un taux de natalité et une taille plus faibles, peuvent être dus aux effets de l'arsenic sur le gain de poids maternel pendant la grossesse.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes

Classification
Ressources externes