Dr Ph Rault - Adrénaline112.org
Mis en ligne en juin 2002

Toxicité de l'oxygène
1 - Les radicaux libres (RL)
11 - Définitions
Les RL sont à la base de la toxicité de l'oxygène.
Le RL est une substance possédant un électron libre sur son orbitale externe noté X°. Pour se stabiliser il va céder son électron ou en absorber un à son entourage qui va lui devenir instable.
Les RL dérivés de l'oxygène sont très réactifs et interviennent dans de nombreux milieux biologiques.

12 - Chimie des RL
- O2 + e- -> O2°- : anion superoxyde
- O2°- + O2°- + 2 H+ -> O2 + H2O2 : peroxyde d'hydrogène
- H2O2 en présence de fer forme le radical hydroxyl (OH°) très actif biologiquement
Fe2+ + H2O2 -> OH° + OH- + Fe3+

13 - Sources biologiques des RL
* le fonctionnement mitochondrial fournit des e- qui vont former des O2°- (anion superoxyde) et du H2O2 (peroxyde d'hydrogène).
L'intensité de la fuite électronique est proportionnelle à l'activité de la chaîne respiratoire : cette activité augmente en hyperoxie et peut dépasser les capacités des systèmes de défense.
* l'action de certaines enzymes comme l'oxyde nitrique (NO°) synthétase (NOS). L'hyperproduction de NO° au niveau cérébral est probablement une des éléments important de la toxicité neurologique de l'oxygène.
* l'autodestruction de petites molécules (catécholamines ..)
* l'activation leucocytaire ce qui explique
- l'action antibactérienne,
- le rôle délétère de toute activation inflammatoire chronique intense.

14 - Les systèmes de défense antioxydants
* enzymatiques
- la superoxyde dismutase (SOD) : son augmentation isolée est toxique et elle doit donc être couplée à l'action des catalases et des peroxydases traitant H2O2 (peroxyde d'hydrogène).
- la catalse (CAT) dismute H2O2 (peroxyde d'hydrogène) en H2O. Présence dans les pneumocytes II, mais peu dans le cerveau.
- les peroxydases dont la plus importante est le glutathion peroxydase cytoplasmique sélénium dépendante (GPX) qui réduit H2O2 (peroxyde d'hydrogène).
La défense contre les RL a un coût énergétique.

* les systèmes non enzymatiques
Les principaux piégeurs permanents sont les vitamines et le glutathion.
- vitamines A, C, E
- le glutathion (GHS) synthétisé dans le foie.
Les carences en vit E et C et en GHS augmentent la sensibilité à l'hyperoxie.

* Toute molécule qui réagit avec un RL pour le détruire au prix de son intégrité est un piégeur occasionnel : acides aminés (AA) insaturés, sucre, AG polyinsaturé.

2 - Les lésions cellulaires des RL
La mort cellulaire peut prendre 2 formes :
- soit en destruction cellulaire : mort cellulaire rapide
- soit déclenchement de l'apoptose : destruction cellulaire retardée.
Tous les composés cellulaires peuvent être affectés.
Les cibles des RL
- les acides aminés et protéines : la dégradation induit une modification de la structure des protéines et donc de la fonction (enzymes, canaux ioniques, récepteurs)
- les acides nucléiques : par la modification des sucres des acides nucléiques.
- lipides membranaires : constitués par des acides gras insaturés (RH)
RH + OH° -> R° + H2O
R° + O2 -> ROO°
ROO° + RH -> R° + ROOH
R° + O2 -> ROO° ...
L'électron célibataire créé par la lésion initiale va être capté par l'oxygène moléculaire pour former un radical peroxyl qui arrache un hydrogène sur une chaine insaturée intacte. La lésion initiale s'étend tout au long de la membrane et à partir d'un RL, jusqu'à 20 autres RL peuvent être formés : il y a amplification et propagation de l'attaque radicalaire.

3 - Neurotoxicité de l'oxygène : effet Paul Bert
Lors d'une exposition aiguë à l'hyperoxie hyperbare, la formation de RL dans le système nerveux central précède les manifestations cliniques.
Dès une PIO2 > 1,8 ATA il existe un risque de crise convulsive généralisée de type grand mal favorisée par l'asthénie, l'hypercapnie et toute augmentation du métabolisme (effort en eau froide).
Signes prédictifs, prodromes (inconstants) : tachycardie, vision en canon de fusil, anxiété, secousses musculaires, crampes.
Phase tonique puis clonique qui dure quelques minutes puis reprise ventilatoire qui abouti à la noyade ou à la remontée en apnée qui abouti à la surpression pulmonaire.
L'effet vasoconstricteur de certains RL explique l'action vasoconstrictrice de l'O2. La vasoconstriction tend à limiter la pression tissulaire en oxygène. Cependant d'autres RL sont vasodilatateurs comme le peroxyde et le NO°.

Comment prévenir la formation des RL?
La supplémentation en antioxydants, les bloqueurs de la formation de NO° ne sont pas utilisables chez l'homme.
Les benzodiazépines sont efficaces à forte dose pour prévenir la crise, mais se pose le problème des troubles de vigilance induits.
* En traitement hyperbare on peut utiliser l'alternance 20 mn oxygène - 5 mn air qui permet de diminuer la toxicité pulmonaire pourrait diminuer la toxicité cérébrale.
* En plongée il convient de
- respecter les couples profondeur - temps,
- éviter tout ce qui augmente le métabolisme : protection contre le froid, limiter les efforts,
- éviter l'hypercapnie (vasodilatation),
- plonger en forme,
- discuter supplémentation en vitamines et autres antioxydants.

4 - Pneumotoxicité de l'oxygène : effet Lorrain Smith
Au-delà de 0,5 ATA la toxicité pulmonaire apparaît.
Création de lésions bronchiques épithéliales et endothéliales (responsable HTAP), altération du surfactant
Clinique : toux, brûlures rétrosternales, dyspnée.
Anapath : développement de lésions de fibrose qui peuvent devenir irréversibles si l'exposition se prolonge.
Notion d'Unité Pulmonaire de Toxicité (UPTD) : diminution de la capacité vitale lors de la respiration de 1 ATA d'O2 pendant 1 mn.
Certaines données montrent l'effet bénéfique de l'exposition préalable répétée à l'O2 : effet inducteur de superoxyde dismutase (SOD), de catalse (CAT) et de peroxydases dont la plus importante est le glutathion peroxydase cytoplasmique sélénium dépendante (GPX) (cf ci-dessus).
Prévention :
- on peut utiliser l'alternance 20 mn O2 - 5 mn air qui permet de diminuer la toxicité pulmonaire sans la supprimer,
- respecter les couples profondeur-temps.

5 - Toxicité cardiovasculaire
Augmentation de la tension artérielle par vasoconstriction hyperoxyque et ce malgré la diminution de la fréquence cardiaque et du débit cardiaque.

Autres toxicités
1 - La narcose à l'azote
Première description par Cousteau, ce tableau neurologique peut aussi ête liée d'autres gaz dits inertes : l'argon, le krypton, l'hydrogène et l'hélium.
* Clinique
Apparition progressive, variable, peut débuter dès 4 ATA, les signes apparaissent toujours à la même profondeur pour un individu mais régressent lors de la remontée :
- troubles comportementaux : impression de bien être, de confiance en soi, de jovialité,
- troubles des fonctions supérieures : troubles du raisonnement, troubles de la mémoire, perte de la vigilance, détachement de soi,
- troubles sensoriels : impression de déséquilibre, hyperréflectivité, acouphènes,
- troubles moteurs : incoordination motrice, syndrome cérébelleux,
Le plongeur arrache son masque, la noyade survient si le plongeur n'est pas remonté de quelques mètres.
* Mécanismes
Dissolution du gaz inerte dans la membrane lipidique où il est piégé par des molécules d'eau, augmentation de la fluidité membranaire, perturbations de l'excitabilité. Analogie avec le fonctionnement des anesthésiques.
* Prévention
Aucune du point de vue pharmacologique.
Limitation à 4 ATA lors de la plongée à l'air.
Pour les plongées profondes on utilise l'hélium ou l'hydrogène. L'hélium présente également l'avantage de réduire le travail respiratoire (faible densité : 0,179 g/l par rapport à 1,20 g/l pour l'air) mais il augmente les pertes caloriques du fait de sa thermoconductivité importante. Enfin, l'utilisation de l'hélium expose au phénomène de contre diffusion isobare : accident de décompression pendant la compression des plongées profondes du fait des solubilités différentes.

2 - Syndrome nerveux des hautes pressions
Découvert suites aux plongées profondes (200 m) permises par l'utilisation de l'héliox. C'est un des problèmes majeurs pour le travail et la vie à grande profondeur.
* Clinique
Tremblement des extrémités qui se propage à l'ensemble du corps, baisse de vigilance, modifications EEG.
* Mécanismes
Rigidification des membranes par la pression
* Prévention
Ralentissement de la vitesse de compression.

3 - Intoxication au CO2
* Circonstances de survenue
- CO2 d'origine externe : bouteille polluée, habitacle non ventilé, extracteur de CO2 défaillant),
- CO2 d'origine métabolique : hypoventilation alvéolaire, activité musculaire excessive (nage à contre courant, lutte contre le froid), émotion, fatigue. Cette source endogène peut être augmentée par la resistance des embouts à l'expiration, par la profondeur qui rend le mélange plus dense.
On rappelle qu'un certain degré d'hypercapnie est fréquent en plongée.
* Clinique
- hyperventilation, dyspnée (45 mm Hg)
- vasodilatation cérébrale, céphalées (augmente la toxicité de l'O2)
- hypertension artérielle,
- diminution des capacités physiques et mentales (jusqu'à 75 mm Hg)
- délire (80 mm Hg),
- coma et convulsions (100 mm Hg),
- fibrillation ventriculaire (150 mm Hg)
* Prévention
- matériel en bon état,
- bonne forme physique
- mélange adapté à la profondeur,
- ventilation des locaux

4 - Intoxication aux polluants
* Intoxication au CO
Existe en faible quantité de façon habituelle et en quantité plus importante chez le fumeur (5%).
Clinique :
- dyspnée,
- nausées, vomissements,
- troubles auditifs et visuels,
- céphalées, tremblements, syncope, coma, convulsions.
Pas de parallélisme entre le taux veineux de CO et l'intensité des signes.
Le traitement repose sur l'oxygénation en FIO2 1.
* Intoxication à l'huile
Responsable d'une pneumopathie huileuse évoluant vers la fibrose mortelle.
Traitement : lavage alvéolaire.

Références bibliographiques
Mialon Ph. (Brest - France)
Accidents biochimiques de la plongée scaphandre, DIU de médecine hyperbare et de la plongée 2001-2002


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