Baryum et composés

Pathologie - Toxicologie

• Toxicocinétique - Métabolisme [16, 17]

  Les composés solubles des sels de baryum sont rapidement absorbés dans le tractus gastro-intestinal et les poumons. Le baryum absorbé se dépose dans les muscles, les pou­mons et surtout dans les os.

  Chez l'animal

  Chez l'animal, l'absorption gastro-intestinale varie de 0,7 % à 85 % selon l'espèce (chlorure de baryum, environ 50 % chez le chien et 30 % chez le rat et la souris), l'âge (absorption plus importante chez les animaux jeunes) et la nourriture (absorption diminuée en présence de nourri­ture dans le tractus gastro-intestinal). Chez le rat, après exposition orale à de faibles concentrations, l'absorption des sels de baryum est fonction de la solubilité de ces composés dans le milieu acide du tractus gastro-intestinal supérieur (chlorure > sulfate > carbonate); à fortes concentrations, l'absorption diminue car la conversion des sels de baryum en chlorure de baryum dans l'estomac est limitée.

  Dans le tractus respiratoire, les composés du baryum sont bien absorbés, y compris ceux qui sont peu solubles dans l'eau. L'absorption nasale et alvéolaire de chlorure de baryum est estimée chez le rat à 60-80 % de la dose, 4 heures après l'exposition [18].

  La demi-vie du sulfate de baryum dans le tractus respira­toire inférieur est de 8 jours chez le chien (1,1 µg/L, 30­90 min. d'exposition). Chez le rat, 24 heures après instillation intratrachéale de sulfate de baryum marqué (2 µg), 15,3 % de la radioactivité a disparu des poumons, soit par un mécanisme de clairance mucociliaire (7,9 %), soit par passage sanguin (7,4 %). Le baryum absorbé dans le sang disparaît en 24 heures; il se dépose dans les muscles, les poumons, et surtout dans les os (78 % de la charge corporelle, 24 heures après exposition et 95 % après 11 jours), préférentiellement dans les zones de crois­sance et sur la surface [18]. Dans les muscles, la concen­tration de baryum diminue lentement à partir de 30 heures après l'exposition ; dans les os, la demi-vie d'éli­mination moyenne est d'environ 50 jours (66 jours dans le crâne et 88 jours dans la région caudale). De fortes concentrations sont parfois mesurées dans les yeux, prin­cipalement dans les structures pigmentées. De faibles quantités sont décelées dans l'aorte, les reins, le foie, la rate, le cerveau, le cœur et le pancréas et disparaissent en quelques jours. Le baryum peut traverser la barrière pla­centaire et atteindre le fœtus.

  Chez l'homme et le rat, le baryum est excrété essentielle­ment dans les fèces (95-98 %) et faiblement dans l'urine (2-5 %). Chez l'homme, environ 75 % de la dose est éliminé en 3 jours et 10 à 20 % pendant les 42 jours suivants; l'excrétion totale suit un modèle à 3 compartiments avec des demi-vies biologiques de 3,6, 34,2 et 1033 jours. Chez le rat, l'excrétion fécale représente 20 % de la dose en 24 heures, contrairement au calcium qui est excrété essentiellement par l'urine.

  Surveillance Biologique de l'exposition

  Le dosage du baryum urinaire en fin de poste et fin de semaine peut être utile pour apprécier l'exposition à des dérivés solubles en milieu professionnel. Cependant seule une faible fraction (< 10 %) du baryum absorbé est élimi­née par cette voie et d'autre part il existe d'importantes variations individuelles des concentrations urinaires.

  Celui du baryum plasmatique en fin de poste de travail n'est que peu documenté ; il est également soumis à de larges variations individuelles (alimentation...).

  Il n'existe pas de valeur guide pour ces paramètres.

• Mode d'actions

  Le baryum se fixe aux protéines (54 % de la dose), active la sécrétion de catécholamines par les surrénales et stimule les muscles. Ses effets toxiques sont essentiellement dus à une action sur les flux de potassium à travers les mem­branes des cellules excitables (nerfs, muscle, cœur). L'ex­position de telles cellules au baryum provoque une diminution rapide de la perméabilité au potassium et de son efflux ; ceci entraîne une baisse du potentiel de repos membranaire avec une hyper-irritabilité et une augmen­tation d'activité. Comme le baryum augmente le transport actif du potassium du milieu extracellulaire vers la cellule et diminue son excrétion passive, il en découle une hypokaliémie [18].

• Toxicité expérimentale

  Toxicité aiguë [16, 17, 19]

  Le système cardiovasculaire et le système nerveux sont les organes cibles des composés du baryum.

  Après ingestion aiguë ou administration parentérale de fortes doses, le baryum induit une hypersalivation, une dyspnée, des vomissements, des diarrhées, une hypokalié­mie, des effets cardiovasculaires (hypertension et aryth­mies), des effets musculaires (faiblesse, tremblements et paralysie), des convulsions et la mort par arrêt cardiaque et respiratoire. Les effets cardiaques et musculaires sont liés à une perte importante de potassium, du milieu extra­cellulaire vers la cellule, et sont réversibles après administration de potassium. L'action hypertensive du baryum n'est pas réversible après injection de potassium; elle serait due à une stimulation directe des muscles lisses artériels.

  Des rats et des lapins ayant reçu une dose intratrachéale de carbonate de baryum (50 mg) présentent une sclérose pulmonaire, visible 9 mois après l'exposition, qui pro­gresse vers une pneumonie fibreuse avec nécrose des membranes muqueuses des bronches. Le lapin (0,6 mL/kg d'une suspension contenant 85 % de sulfate de baryum, intratrachéal) ne présente pas de modification de la venti­lation pulmonaire, du taux des gaz du sang ou du poids des poumons ; cependant, bronchopneumonie, bronchite ou bronchiolite réversibles sont observées pendant la pre­mière semaine.

  Le chlorure de baryum dihydraté est irritant pour la peau, les yeux (iritis réversible) et le tractus respiratoire [18].

  Toxicité subchronique, chronique [16, 17, 20]

  Aucun signe clinique n'est détecté chez des rats (2000 ppm, 15 jours) ou des souris (346 ppm, 15 jours) exposés au chlorure de baryum dans l'eau de boisson. Les souris exposées à 692 ppm (15 jours) présentent une aug­mentation de poids du foie.

  À la dose de 1000 ppm de chlorure de baryum pendant 90 jours, des modifications ultra-structurelles apparaissent dans les glomérules rénaux du rat unilatéralement néphrectomisé; à 4000 ppm, on observe une baisse de poids, une diminution de consommation hydrique, une dilatation des tubules rénaux et une augmentation de la létalité. Des symptômes identiques sont observés chez la souris (4000 ppm, 13 semaines) avec une baisse de poids du foie et une néphropathie, multifocale à diffuse, carac­térisée par une dilatation tubaire, une régénérescence et une atrophie.

  Des rates exposées pendant 16 mois à 1, 10 ou 100 ppm (0,051- 0,51- 5,1 mg Ba/kg/j) dans l'eau de boisson, pré­sentent, à la forte dose surtout, une augmentation de la pression artérielle moyenne ; la nourriture contenant un apport limité en calcium et potassium pourrait contribuer à cet effet.

  Une exposition au chlorure de baryum pendant 2 ans à des doses allant de 500 à 2500 ppm, dans l'eau de bois­son, induit, chez le rat, une baisse de poids corporel et une augmentation de la concentration de baryum sérique et osseux. Chez la souris, des doses semblables augmentent la létalité, la concentration de baryum sérique et le taux de néphropathies.

  Le NOAEL (dose sans effet toxique observé), par voie orale chez la souris, est de 200 mg Ba/kg/j en exposition sub­chronique, 75 mg Ba/kg/j (mâles) ou 90 mg Ba/kg/j (femelles) en exposition chronique; chez le rat, le NOAEL subchronique est de 65 mg Ba/kg/j et le NOAEL chronique de 60 mg Ba/kg/j (mâles) ou 45 mg Ba/kg/j (femelles).

  Des rats mâles, exposés, par inhalation, à de la poussière de carbonate de baryum (5,2mg/m³, 4h/j, 6 mois), présentent une pression artérielle élevée, une baisse de la prise de poids, une diminution du taux sanguin d'hémo­globine, de glucose, de protéines, de cholinestérase et de thrombocytes, une augmentation du taux sanguin de leu­cocytes, de phosphore et de phosphatase alcaline et du taux urinaire de calcium. À l'autopsie, on observe une sclé­rose pulmonaire périvasculaire et péri-bronchique. Le NOEL (dose sans effet observé) est de 0,8 mg Ba/m³, 4h/j, pendant 6 mois.

  Effets génotoxiques

  In vitro, le nitrate de baryum et le chlorure de baryum dihydraté ne sont pas mutagènes dans le test d'Ames sur S. typhimurium TA97, TA98, TA100, TA1535, TA1537, avec ou sans activation métabolique. Le chlorure de baryum est mutagène pour les cellules de lymphome de souris en cul­ture en présence d'activateur métabolique mais n'induit pas, avec ou sans activation métabolique, d'aberration chromosomique ou d'échanges entre chromatides sœurs dans les cellules ovariennes de hamster chinois[20].

  Effets cancérogènes

  Aucune augmentation de l'incidence tumorale n'est observée après exposition, dans l'eau de boisson, de rats ou de souris des deux sexes à 5 mg Ba/L (sous forme d'a­cétate de baryum), pendant toute la durée de leur vie [16] ou à 2500 ppm de chlorure de baryum dihydraté pendant 2 ans [20].

  Après exposition au chlorure de baryum dihydraté, on observe une diminution par rapport aux témoins, en rela­tion avec la dose, du taux de phéochromocytomes de la médullosurrénale et de leucémies à cellules mononucléées chez le rat mâle (500 - 2500 ppm, 2 ans) et d'adé­nomes hépatocellulaires chez la souris finale (2500 ppm, 2 ans) [20].

  Effets sur la reproduction [16, 17]

  Par voie orale, aucune modification cytologique testicu­laire ou vaginale n'est observée après exposition au chlo­rure de baryum chez le rat (1000, 2000 ou 4000 ppm) ou la souris (540, 1000 ou 2000 ppm) dans l'eau de boisson pendant 60 jours pour les mâles ou 30 jours pour les femelles. Après accouplement, il n'y a pas de modification du taux ou de la durée de gestation, de la survie des petits ou du taux d'anomalies externes. Chez le rat, à la plus forte dose, on observe une légère réduction du nombre d'implants par mère et de la taille des portées à la nais­sance ainsi qu'une diminution significative, réversible en 5 jours, du poids des petits. Chez la souris, la taille des por­tées est diminuée pour la dose de 1000 ppm uniquement.

  Une exposition, par inhalation, du rat mâle au carbonate de baryum (5,2 mg/m³, 4h/j, 6j/sem, 4 mois) diminue la mobilité spermatique, la résistance osmotique des sper­matozoïdes et provoque la desquamation de l'épithélium des canaux spermatiques ; chez les femelles (13,4 mg/m³, 6j/sem, 4 mois), on observe un raccourcissement de la durée du cycle ovarien et une atrésie folliculaire. Une aug­mentation de la létalité fœtale est notée après accouple­ment de rats mâles, exposés à 5,2 mg/m³, avec des femelles non exposées ou de femelles exposées (13,4 mg/m³) avec des mâles exposés ou pas; dans ce cas, les nouveau-nés présentent un déficit de développement. Le NOAEL (dose sans effet toxique observé) est de 1,15 mg/m³.

• Toxicité sur l’Homme

  Les intoxications au baryum et à ses composés induisent des effets digestifs, musculaires, cardiaques (arythmie) et neurologiques. Selon le composé, l'exposition chronique peut provoquer une atteinte respiratoire (pneumoconiose de surcharge) et une augmentation de la pression arté­rielle.

  Toxicité aiguë [7, 15, 21-23]

  Les intoxications aiguës résultent principalement d'inges­tions volontaires ou de contaminations alimentaires, Elles sont particulièrement graves pour les composés solubles, ainsi que pour le carbonate de baryum, insoluble dans l'eau mais soluble en milieu acide.

  Les effets toxiques sont liés à une stimulation des muscles lisses, striés et du muscle cardiaque, une hypokaliémie ainsi qu'à une irritation du tractus gastro-intestinal.

  Le tableau clinique débute par des troubles digestifs à type de douleurs abdominales parfois violentes, de diar­rhées pouvant être sanglantes, d'une hypersialorrhée, de nausées, de vomissements accompagnés d'une asthénie.

  Rapidement surviennent des crampes, des contractures musculaires, puis une paralysie flasque, progressive des quatre membres, du diaphragme, des voies aériennes supérieures. Un cas de rhabdomyolyse a été décrit pour le BaCO₃.

  Des troubles cardio-vasculaires sont également présents à type de brady- ou tachycardie, d'extrasystoles ou de fibrillations ventriculaires et d'hypertension. Quelques rares cas de comas, non expliqués par les perturbations métaboliques ainsi que des convulsions, ont été rapportés lors d'intoxication liée au passage accidentel de sulfate de baryum dans le sang lors d'opacifications digestives.

  Physiologiquement, on observe une hypokaliémie accom­pagnée d'une acidose.

  La mort peut survenir par insuffisance respiratoire ou fibrillation ventriculaire.

  Les intoxications décrites par voie pulmonaire sont très rares. Un cas mortel très ancien est cité avec de l'oxyde de baryum. Un cas est décrit par inhalation de carbonate de baryum ayant entraîné des symptômes identiques à ceux décrits par ingestion. Pour les composés solubles, l'éven­tualité de ce risque est à prendre en compte.

  Un cas d'intoxication aiguë a été décrit lors d'une brûlure, par du chlorure de baryum, de 20 % de la surface corpo­relle, dont 5 % au troisième degré.

  Toxicité chronique

  Les études sur des populations professionnellement expo­sées de manière chronique sont relativement rares ou anciennes.

  Parmi les populations exposées aux composés insolubles par inhalation, principalement les mineurs, de nombreux cas de barytoses ont été décrits. Il s'agit d'une pneumoco­niose de type non collagène, avec une réaction stromale minimale, une absence de fibrose et de destruction de l'al­véole pulmonaire et un caractère réversible des lésions. Cliniquement, on n'observe aucun symptôme, la fonction pulmonaire n'est pas modifiée. Seule la radiographie pul­monaire montre des micronodules, très nombreux et dif­fus sur l'ensemble du poumon. Leur nombre peut les faire apparaître confluents. Ils traduisent essentiellement la présence de sulfate de baryum, du fait de sa radio-opacité. Après cessation de l'exposition, ces images disparaissent progressivement.

  Quelques études rapportent la présence d'hypertension, de bronchite chronique, de troubles cardiaques mal défi­nis parmi les populations exposées professionnellement ou par contamination environnementale (eau chargée en baryum principalement). Elles sont cependant toutes par­tielles ou critiquables sur le plan méthodologique. Ces effets ne sont donc pas démontrés.

  Sur la peau et les muqueuses, l'oxyde et l'hydroxyde de baryum peuvent exercer une action caustique.

  Des dépôts osseux avec ostéonécrose, visibles en radio­graphies, en particulier au niveau du maxillaire et du fémur, ont été décrits.

• Interférences métaboliques
• Cohérence des réponses biologiques chez l'homme et l'animal