Sécurité contre le monoxyde de carbone

Quel est le niveau de CO sûr dans l'air que nous respirons ?

Alors que les articles des numéros précédents de Alert Diver Après avoir abordé les sources de monoxyde de carbone (CO) (printemps 2017) et la prévention de la contamination des gaz respiratoires (printemps 2014), les raisons pour lesquelles nous avons des limites et les effets du dépassement de ces limites sont peut-être moins évidentes pour les plongeurs. Cet article traite des effets de l'empoisonnement au CO et de la manière dont les limites sont calculées. Les discussions sur les effets du gaz doivent tenir compte du gaz comprimé, de la profondeur, de l'absorption de gaz et des profils de plongée, ainsi que de la condition physique et de l'état de santé général du plongeur.

Les chiffres ne sont pas absolus, il faut les replacer dans leur contexte pour comprendre lesquels sont importants et pourquoi, et ils peuvent ne pas s'appliquer de la même manière à tous les plongeurs. L'effet de l'absorption de CO en profondeur n'est pas linéaire, et nous ne connaissons pas tous les facteurs qui peuvent l'affecter, mais nous savons certaines choses. La profondeur a un impact direct sur la pression partielle. La loi de Dalton nous dit que la pression partielle de tous les constituants du gaz respiratoire dans nos bouteilles augmente à mesure que nous plongeons, ce qui signifie que le nombre réel de molécules par respiration augmente. Il s'agit d'un effet linéaire mesuré par rapport à la pression absolue, de la même manière que la loi de Boyle s'applique au volume. Un niveau de 10 parties par million (ppm) dans une bouteille à la surface, par exemple, aura le même effet que 60 ppm à 165 pieds d'eau de mer (fsw) ou 6 atmosphères absolues (ATA) (10 ppm x 6 ATA = 60 ppm), ce que l'on appelle la valeur équivalente en surface (SEV).¹

La production de nitrox par séparation des gaz (à l'aide d'une membrane perméable) ou par génération de gaz (à l'aide de l'absorption modulée en pression, ou PSA) augmente encore le nombre de molécules de CO dans le gaz. La production de nitrox à 40 % à l'aide de l'une ou l'autre de ces techniques, par exemple, augmentera la concentration de CO d'un facteur allant jusqu'à trois (ce qui signifie qu'il faut trois volumes d'air pour produire un volume de nitrox à 40 %).² Une mesure de 10 ppm dans l'air peut donc donner jusqu'à 30 ppm dans la bouteille. Si l'on considère la VES à une profondeur de plongée maximale de 80 fsw (3,4 ATA), la VES serait de 30 fois 3,4, soit 102 ppm.³ Les choses se compliquent car la pression partielle de l'oxygène augmente également, quel que soit le gaz respiratoire utilisé. Plus nous plongeons en profondeur, plus le nombre de molécules d'oxygène augmente. À 165 pieds de profondeur, chaque respiration contient six fois plus de molécules d'oxygène qu'à la surface en respirant le même mélange gazeux.

Le danger du CO dans les gaz respiratoires réside dans l'affinité de cette toxine pour l'hémoglobine, qui est le principal transporteur de l'oxygène dans le sang. Le CO se lie au moins 200 fois plus facilement à l'hémoglobine et en transforme une partie en carboxyhémoglobine (COHb). Il en résulte une diminution de la quantité d'hémoglobine disponible pour transporter l'oxygène vers les tissus. Avec l'augmentation de la COHb, les tissus sont rapidement privés d'oxygène. Plus le nombre de molécules de CO est élevé, plus le pourcentage d'hémoglobine transformée en COHb (%COHb) est élevé et plus les dommages sont importants : Nous suffoquons lorsque les niveaux d'oxygène dans nos tissus sont trop bas.

L'intoxication au monoxyde de carbone peut provoquer des symptômes en profondeur ou à la remontée à la surface et peut entraîner à la fois des urgences immédiates et des effets négatifs à long terme sur la santé.

D'autres processus complexes de fixation du CO se produisent, causant d'autres dommages et des déficits à long terme de la respiration cellulaire et de la production d'énergie. Le diagnostic d'une intoxication au CO prend en compte les symptômes associés, l'exposition récente au CO et les niveaux de COHb. Il existe un facteur atténuant : Une pression partielle accrue d'oxygène se dissout dans notre sang (plasma) et, malgré le pourcentage élevé de COHb et la charge réduite d'oxygène transportée par l'hémoglobine restante, cet oxygène dissous peut continuer à alimenter nos tissus.

Au fur et à mesure de l'ascension, la pression partielle de l'oxygène, et donc l'oxygène dissous, diminue. La quantité de COHb, cependant, ne diminue pas à la même vitesse parce qu'il s'agit d'une liaison chimique et non d'un gaz dissous. Il faut généralement quatre à six heures pour réduire de moitié le taux de COHb. Les plongeurs qui respirent des quantités excessives de CO peuvent être asymptomatiques en profondeur, mais développer rapidement des symptômes lorsqu'ils remontent.

La pertinence de ces chiffres fait l'objet de débats et d'incertitudes. L'idéal serait de pouvoir prédire ces effets afin de pouvoir déterminer un niveau sûr de CO dans nos bouteilles. Le temps, la quantité de CO, le rythme respiratoire du plongeur et son état de santé général font tous partie de l'équation. Bien que nous ne disposions pas de données de recherche significatives sur ces effets chez les plongeurs sous l'eau, nous disposons des résultats de nombreuses études sur la santé et la sécurité au travail. Les travailleurs exposés à des niveaux élevés de CO - ce qui est possible dans les usines équipées de centrales électriques, de fours, d'échappements de moteurs, de certains produits chimiques et même dans les sous-marins - doivent être en mesure de terminer leur journée de travail en toute sécurité.

Le tableau 1 présente certaines des données publiées et des niveaux de sécurité trouvés dans un large éventail d'études, de documents réglementaires et de normes sur le lieu de travail.⁴ Les différences dans les montants réels varient selon les sources, mais les effets sont similaires.⁵

Ces valeurs de COHb sont basées sur des expositions d'une heure avec un volume respiratoire minute (VMR) de 20 litres par minute (L/min). Lorsque les durées d'exposition s'allongent et dépassent huit heures, les valeurs de COHb finissent par atteindre un plateau. Plus le VMR est élevé, plus le %COHb est élevé pour des concentrations de CO et un temps donnés. Les valeurs du RMV mesurées chez les plongeurs peuvent aller de 6 L/min à bien plus de 35 L/min.

Le tableau 2 montre l'effet de la profondeur sur la toxicité potentielle du CO. Une fois encore, les valeurs de COHb sont basées sur des expositions d'une heure avec un VMR de 20 L/min.

Bien que les deux tableaux contiennent de nombreux chiffres, l'effet dramatique de la profondeur sur la COHb et l'impact négatif rapide sur la santé sont clairs.

Nous devons prêter une attention particulière aux endroits où le %COHb pourrait dépasser 30. Le plongeur peut perdre conscience à ce niveau, ce qui peut entraîner une noyade. La plupart des limites acceptées ou exigées pour les gaz respiratoires en ce qui concerne le CO dans votre bouteille chargée sont de 5 ppm ou 10 ppm.^7,8 Les deux niveaux sont sans danger pour une plongée d'environ 60 minutes à l'air aux profondeurs indiquées dans le tableau 2. Considérons de l'air avec une concentration de CO de 10 ppm dans 40 % de nitrox. La VES qui en résulte, jusqu'à 102 ppm à 80 fsw (3,43 ATA), se situe dans la zone dangereuse, avec une teneur en COHb d'environ 14 % (interpolée à partir des valeurs du tableau 2).

Les plongeurs ayant des problèmes de santé existants, y compris une fonction respiratoire altérée, peuvent courir un risque plus élevé. Par exemple, un fumeur qui fume un paquet par jour peut vivre avec un taux de COHb basal de 3 à 6 %.⁹ La respiration d'un mélange nitrox contaminé au CO peut amener le taux de COHb dans la zone dangereuse.

Une norme réaliste, sûre, réalisable et pratique pour la plupart des plongeurs est de 5 ppm. De nombreux analyseurs de CO portables et bon marché mesurent de zéro à 25 ppm, avec une résolution de 1 ppm, ce qui les rend aptes à détecter des niveaux sûrs de CO dans l'environnement de plongée.

Pourquoi 5 ppm alors que 10 ppm pourraient également être sans danger ? Il est réaliste de penser qu'un niveau de fond maximal de 5 ppm est possible. Atteindre 10 ppm signifie qu'il y a probablement une source de CO à proximité. Bien que ce niveau soit peut-être sûr, la station de remplissage de compresseurs doit en rechercher la cause probable et évaluer le risque d'aspirer du CO à une concentration supérieure à 10 ppm. La plupart des opérateurs effectuent les tests de qualité de l'air trimestriels, semestriels ou annuels requis, en fonction de leurs obligations légales, mais cela ne vous donne pas beaucoup d'assurance quant au niveau de votre bouteille le jour de votre plongée.

Cet article n'est pas une analyse scientifique approfondie des effets d'une concentration élevée de CO sur les plongeurs, et le DAN n'est pas l'organisation appropriée pour fixer des limites. Nous n'avons pas non plus discuté de ce qui se passe en plongée technique, où le volume de gaz en profondeur contient une plus grande quantité de CO. En tant que principale organisation mondiale de sécurité en plongée, nous estimons toutefois qu'une concentration maximale de CO de 5 ppm est relativement sûre. Si un taux de 10 ppm peut être considéré comme sûr pour la plongée, cette valeur peut très bien varier entre les sessions de remplissage et atteindre des niveaux qui s'approchent rapidement du danger. Le fait que vous plongiez au nitrox ou à l'air n'a que peu d'importance.¹⁰ Pour garantir la sécurité contre les effets du CO, le chiffre idéal et celui auquel il faut s'attendre est zéro.

Notes

Dans cet article, la mesure des parties par million (ppm) est relative au volume.
Nous supposons un facteur d'efficacité de 50 %, ce qui est typique des séparateurs à membrane bon marché.
Cela suppose que l'unité génératrice de nitrox n'utilise pas un système de filtration comprenant un élément pour catalyser le CO dans l'air. Les convertisseurs catalytiques sont efficaces à 99 % pour l'élimination du CO.
Les sources comprennent le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) des États-Unis, l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis, le Health and Safety Executive (HSE) du Royaume-Uni, le Health and Safety at Work Act (HSWA) de la Nouvelle-Zélande et l'Organisation mondiale de la santé (OMS).
Malgré les sources illustrant les effets potentiels d'un taux élevé de %COHb, une étude réalisée en 2015 a fourni un éventail encore plus large des résultats de l'empoisonnement au CO. Il n'y a donc pas de corrélation définitive entre le %COHb dans le sang et les effets néfastes, car ces effets varient d'une personne à l'autre. Pour cet article et sur la base des sources réglementaires citées précédemment, ce tableau sert de guide jusqu'à ce qu'il soit modifié par de futures études.
Les valeurs de COHb sont interpolées linéairement entre les valeurs connues, mais la corrélation n'est linéaire que pour les premières heures d'exposition. Les temps de plongée typiques le permettent. Les valeurs sont arrondies à l'entier le plus proche pour les valeurs supérieures à 3,5 en surface.
EN 12021 (Europe), CZ275.2 (Canada), SANS 10019 (Afrique du Sud).
CGA Grade E (USA), AS/NZ 2299.1 (Australie).
Un fumeur d'un paquet par jour peut commencer la plongée avec une %COHb de 3 à 6 %.
Bien que le nitrox contienne plus d'oxygène, certaines personnes ne réalisent pas que la production de nitrox à l'aide d'une membrane ou d'un séparateur à tamis moléculaire n'élimine ni le CO ni le dioxyde de carbone. Il en résulte une augmentation des quantités de ces deux contaminants dans le gaz final produit - plus d'oxygène mais aussi plus de CO.

Références

Hampson NB. Myth busting in carbon monoxide poisoning (démystifier l'empoisonnement au monoxyde de carbone). Am J Emerg Med 2016 ; 34(2):295-97. doi : 10.1016/j.ajem.2015.10.051.
Rose JJ, et al. Intoxication au monoxyde de carbone : pathogenèse, gestion et orientations futures de la thérapie. Am J Respir Crit Care Med 2017 ; 195(5):596-606. doi : 10.1164/rccm.201606-1275CI.
Russel MAH. Blood carboxyhemoglobin changes during tobacco smoking. Postgrad Med J 1973 ; 49(576):684-87. doi : 10.1136/pgmj.49.576.684.
Turner JA, McNicol MW, Sillett RW. Distribution of carboxyhaemoglobin concentrations in smokers and non-smokers. Thorax 1986 ; 41(1):25-27. doi : 10.1136/thx.41.1.25