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 have addressed sources of carbon monoxide (CO) (Spring 2017) and prevention of breathing gas contamination (Spring 2014), perhaps less apparent to divers are the reasons why we have limits and the effects of exceeding those limits. This article will address the effects of CO poisoning and how the limits are derived. Discussions about the effects of gas need to consider the compressed gas, depth, gas uptake and dive profiles as well as the diver’s fitness level and general health.

Numbers are not absolute, need context to understand which are important and why, and might not apply equally to all divers. The effect of CO uptake at depth is not linear, nor do we know all the factors that may affect it, but we do know some things. Depth has a direct impact on partial pressure. Dalton’s law tells us that the partial pressure of all the constituents of the breathing gas in our cylinders will increase as we dive deeper, which means that the actual number of molecules per breath increases. It is a linear effect measured against absolute pressure in the same way as Boyle’s law addresses volume. A level of 10 parts per million (ppm) in a tank at the surface, for example, will translate to the same effect that 60 ppm has at 165 feet of seawater (fsw) or 6 atmospheres absolute (ATA) (10 ppm x 6 ATA = 60 ppm), which is referred to as the surface equivalent value (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.

There is some debate and uncertainty over the relevance of the numbers. We would ideally be able to predict these effects so we can determine a safe level of CO in our cylinders. Time, the amount of CO, the diver’s breathing rate and general health condition are all part of the equation. While we do not have any significant research data on these effects in divers underwater, we do have the results of many occupational health and safety studies. Workers exposed to elevated levels of CO — which is possible in factories with power plants, furnaces, engine exhausts, certain chemicals and even in submarines — need to be able to safely complete their working day.

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.

Why 5 ppm when 10 ppm might also be safe? A maximum background level as high as 5 ppm is realistically possible. To achieve 10 ppm means there is likely a CO source nearby. While this level is perhaps safe, the compressor filling station needs to investigate the likely cause and assess the risk of drawing in CO of more than 10 ppm. Most operators do the required quarterly, biannual or annual air quality tests, depending on their legal requirements, but that doesn’t provide you much assurance about the level in your cylinder on the day you dive.

This article is not a thorough scientific analysis of the effects of elevated CO on divers, and DAN is not the appropriate organization to state limits. We also have not discussed what happens in technical diving, where the gas volume at depth contains a greater amount of CO. As the world’s leading dive safety organization, however, we advise that a maximum CO level of 5 ppm is relatively safe. While 10 ppm may be safe for diving, the value could feasibly change between filling sessions to levels that rapidly approach being dangerous. It makes little difference whether you are diving on nitrox or air.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.
Sources include the U.S. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), U.S. Environmental Protection Agency (EPA), U.K. Health and Safety Executive (HSE), New Zealand’s Health and Safety at Work Act (HSWA) and the World Health Organization (WHO).
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 %.
While nitrox contains more oxygen, some people do not realize that producing nitrox using a membrane or molecular sieve separator does not remove the CO or the carbon dioxide. The effect is an increase in the amounts of both of these contaminants in the final gas produced — more oxygen but also more 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