Arsenic

Définition

L’arsenic (symbole chimique As, numéro atomique 33) est un métalloïde largement distribué dans la croûte terrestre où sa concentration moyenne est de 3 mg/kg.
Découvert dès l’Antiquité, il a longtemps été utilisé comme poison et dans certaines applications industrielles ou agricoles. Contrairement à des oligo-éléments comme le sélénium ou le zinc, l’arsenic n’a aucun rôle biologique essentiel reconnu chez l’humain.
L’arsenic existe sous différentes formes chimiques :

• Inorganiques : il existe quatre valences de l’arsenic -3, 0, +3 et +5. Les composés les plus fréquemment présents dans l’environnement et les plus utilisés professionnellement sont des dérivés trivalents (arsenite, As³⁺) et pentavalents (arsenate, As⁵⁺) ; ils sont les plus toxiques.
• Organiques : présents surtout dans les fruits de mer (arsenobétaïne, arsenocholine), moins toxiques.

Il est classé cancérogène avéré (groupe 1) par le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer) et constitue un contaminant environnemental préoccupant.

Sources

L’exposition à l’arsenic peut se faire par des sources naturelles ou anthropiques :

• Eaux de surface et souterraines : la concentration en As est généralement comprise entre 1 et 10 µg/L mais, dans certaines régions du monde, elle peut être plus élevée en raison de la présence de minerais riches en As dans les sols ; des concentrations de plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de µg/L et parfois dépasser 1 mg/L ont ainsi été rapportées à Taiwan, au Bengale, au Bangladesh, en Inde, en Chine, au Chili, en Argentine, au Mexique, en Mongolie, dans certains états des Etats-Unis (Alaska, Californie, Névada) et aussi en Europe (Finlande) et en France. Dans l’eau de boisson, l’arsenic est presque exclusivement inorganique, forme la plus toxique pour la santé humaine. Le seuil d’arsenic dans l’eau potable est fixé à 10µg/L par l’OMS mais il peut être dépassé dans les zones géographiques où le sol est riche en arsenic. Cette pollution géologique est alors à l’origine de pathologies chroniques affectant une grande partie de la population.
• Sol et roches : libération naturelle dans les eaux souterraines. L’arsenic inorganique contenu dans les sols peut être une importante source de contamination directe des jeunes enfants, du fait du port à la bouche des mains ou d’objets contaminés. La contamination directe des adultes est moins probable mais le sol peut constituer une source d’exposition notable quand il contamine des végétaux comestibles (salades, poireaux,…) .
• Industries : métallurgie des métaux non-ferreux, fabrication de pesticides, industrie du verre, batteries, tannage des peaux et la naturalisation des animaux .
• Combustibles fossiles : charbon, pétrole.
• Aliments : riz (cultivé en zone inondée), poissons et fruits de mer ainsi que fruits et légumes (dérivés organiques peu toxiques).
• La fumée de tabac contient de l’arsenic inorganique et la consommation de 20 cigarettes par jour apporte environ 5µg . Il y aurait un effet synergique entre l’usage du tabac et l’exposition à l’As inorganique par d’autres sources et le risque de développer un cancer du poumon ou de la vessie.

Apport

L’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) considère l’arsenic comme un des éléments toxiques les plus préoccupants pour la santé publique.

• Pour l’arsenic atmosphérique, l’OMS recommande un niveau maximum de 0,01 µg/m3 en moyenne sur une période d’un an.
• L’INERIS propose de retenir, pour une exposition chronique à l’arsenic inorganique par voie orale, la VTR (valeur toxicologique de référence) de 0,3 µg/kg/jour (HAS, 2020).
• L’exposition moyenne de la population française à l’arsenic total est estimée à 0,78 µg/kg/jour chez les adultes et 1,21 µg/kg/jour chez les enfants. Il s’agit majoritairement d’arsenic organique puisque 57-63% en sont apportés par les produits de la mer et 15-17% par les fruits ; l’arsenic inorganique ne constitue que 20 à 25% des apports alimentaires. La valeur maximale d’arsenic inorganique apportée par l’alimentation solide est estimée être inférieure à 15µg/jour. En France, c’est donc l’eau de boisson qui constitue en général le contributeur majoritaire à l’exposition à l’arsenic inorganique chez les adultes, comme chez les enfants ; cette contribution peut varier en fonction du niveau de contamination de l’eau.
• La concentration maximale admissible de l’arsenic dans les eaux destinées à la consommation humaine a été fixée à 10 µg/L depuis 2003 en France (Directive Européenne n°98/83/CE). Au-delà de cette valeur, l’AFSSA considère que le risque associé n’est pas acceptable. En effet, pour une population exposée à vie à une eau contaminée par de l’arsenic (10 µg/L) , les excès de risque de survenue des cancers de la vessie et du poumon sont respectivement de 12 et 18 pour 10 000 chez les femmes et 23 et 14 pour 10 000 chez les hommes .
• Quand la concentration d’arsenic bioaccessible dans le sol dépasse 25 mg d’arsenic par kg de terre, il existe un risque que les personnes qui résident à cet endroit s’en imprègne en avalant ou en respirant des particules issues du sol. En France, plusieurs régions sont concernées par la présence d’une concentration importante d’arsenic dans le sous-sol : le Massif Central, l’Auvergne, les Vosges et les Alpes. Le Gis Sol (Groupement d’Intérêt Scientifique sur les Sols) a cartographié la teneur en arsenic des sols en France.

Rôle – Mécanisme d’action

L’Arsenic fait partie de la catégorie des toxiques thioloprives. Il bloque les groupements thiols (-SH) de nombreuses enzymes impliquées notamment dans les mécanismes de la respiration cellulaire et de divers métabolismes. Il inhibe en particulier la décarboxylation oxydative de l’acide pyruvique, perturbant ainsi le métabolisme des glucides, avec répercussion sur le métabolisme des lipides et sur celui des amino-acides ; il réalise ainsi une véritable « lésion biochimique ».

Il est également susceptible d’altérer le matériel génétique, notamment par des cassures double brin et par la formation d’aberrations chromosomiques.

Son affinité pour les groupements thiols explique sa fixation sur les tissus riches en protéines soufrées que sont la peau et les phanères.

Métabolisme

Absorption
L’absorption de l’arsenic et des composés inorganiques peut se faire par trois voies principales :

• La voie digestive pour 45-95 % de la quantité ingérée (mains souillées, alimentation) ;
• La voie respiratoire (40 à 60 %) avec la pénétration de poussières ou de fumées arsenicales qui, en aigu, peuvent provoquer des signes irritatifs . Elle est à incriminer dans la forme professionnelle de l’intoxication ou par la fumée de cigarette ;
• La voie cutanée en cas de lésions (peu significatif sauf exposition prolongée).

L’absorption dépend de la spéciation (ou espèce chimique), de la valence (principalement trivalent et pentavalent en milieu professionnel), de la solubilité du composé dans le milieu biologique considéré ainsi que de la granulométrie du composé.

Transport
Au niveau sanguin, l’arsenic se lie aux protéines plasmatiques et se retrouve aussi dans les hématies. La demi-vie sanguine est triphasique 2-3 heures, 30 heures et 200 heures.

Utilisation – Stockage
La répartition de l’arsenic est différente selon la nature de l’intoxication :

• Dans l’intoxication aiguë, les concentrations les plus élevées sont mesurées dans le foie et les reins ;
• En cas d’exposition prolongée, on retrouve des quantités plus importantes d’arsenic dans la peau, les phanères (cheveux, poils, ongles) et les poumons.

L’arsenic inorganique passe facilement la barrière placentaire et dans le lait.

Métabolisme : dans le foie, l’arsenic inorganique est méthylé en acide monométhylarsonique (MMA) et acide diméthylarsinique (DMA).

Cette méthylation permet l’élimination urinaire mais peut aussi produire des métabolites réactifs et toxiques.

Elimination

• Environ 60-70 % des composés inorganiques absorbés sont éliminés rapidement dans les urines (50% dans les deux jours, 90% en six jours) sous forme de dérivés méthylés (MMA et DMA) et d’arsenic inorganique (10 – 30%). Il existe des variations métaboliques individuelles. Les demi-vies des métabolites varient de 2 à 6 jours et dépendent de l’espèce chimique de départ.
• L’élimination s’effectue aussi par la bile et les phanères (poils, cheveux). L’arsenic s’accumule dans les phanères permettant un diagnostic rétrospectif.
• L’As organique est éliminé pour sa majeure partie de manière inchangée dans les urines.

Carence

Sans objet

Toxicité

La toxicité des sels trivalents (As³⁺) est beaucoup plus importante que celle des dérivés pentavalents (As5⁺) ; As³⁺ se fixe sur les groupements thiols, à l’origine d’une asphyxie thioloprive responsable d’atteintes métaboliques et organiques multiples.

Les dérivés minéraux de l’As sont doués de propriétés cancérogènes et mutagènes.

L’arsenic peut entrainer une toxicité aiguë ou chronique, selon la dose et la durée d’exposition :

Toxicité aiguë (exposition massive) :
Les symptômes débutent 20 minutes à 12 heures après l’ingestion.

• Saveur âcre dans la bouche, sensation de brûlure, soif ardente ;
• Douleurs abdominales, vomissements, diarrhée sévère avec oligurie et même anurie (tableau clinique assez voisin de celui du choléra) accompagnée d’hypotension et de troubles hydroélectriques ;
• Phénomène de constriction au niveau du pharynx et de l’œsophage ;
• Troubles cardiaques, collapsus vasculaire ;
• Encéphalopathie ;
• Peut être mortelle.

Toxicité chronique (exposition prolongée, même à faibles doses) :

• Troubles cutanés : érythème, ulcération, hyperkératose palmo-plantaire avec desquamation, mélanodermie, alopécie en plaques, bandes transversales blanchâtres sur les ongles (bandes de Mées) ;
• Troubles neurologiques : neuropathies périphériques ;
• Atteinte cardiovasculaire : hypertension artérielle, vasoconstriction (« maladie des pieds noirs » ou « blackfoot disease » en Amérique du Sud et à Taïwan) ;
• Diabète de type 2 ;
• Cancers de multiples localisations : peau, vessie, poumon, foie, prostate. Le risque est amplifié par le tabagisme ;
• Développement fœtal altéré (retard de croissance intra-utérin ; risque d’avortement et de mort in utero).

Il y a des preuves suffisantes de la cancérogénicité de l’arsenic inorganique pour l’espèce humaine : les experts de l’Union européenne et ceux du Centre international de recherche sur le cancer le considèrent comme un agent certainement cancérogène pour l’homme (en le classant respectivement dans la catégorie 1A et dans le groupe 1 des agents cancérogènes). Pour l’évaluation des dangers de l’arsenic inorganique et des risques associés à l’exposition à ses dérivés, il est recommandé de considérer que ses effets cancérogènes sont sans seuil et de retenir comme effets cancérogènes critiques :

• pour la voie orale, les carcinomes cutanés basocellulaires et/ou épidermoïdes (spinocellulaires) ;
• pour la voie respiratoire, les cancers broncho-pulmonaires.

Ce sont, pour l’une et l’autre voie, les tumeurs pour lesquelles les relations dose-réponse sont le mieux caractérisées .

Supplémentation

Sans objet

Marqueurs biologiques

• Le dosage de l’arsenic sanguin ou plasmatique est peu utilisé en milieu professionnel (en dehors de situations accidentelles d’intoxication aiguë). Il est le reflet de l’exposition récente.
• La somme des concentrations urinaires des espèces inorganiques de l’As (Asi), de l’acide monométhylarsonique (MMA) et de l’acide diméthylarsinique (DMA) est l’indicateur biologique de référence ; c’est un bon indicateur de l’exposition et quand elle est stable, il est prédictif des effets sur la santé. Seule la spéciation (traitement permettant de séparer les formes organiques/inorganiques) permet d’éliminer l’As organique d’origine alimentaire et de séparer l’As minéral et les dérivés méthylés, seuls bien corrélés à l’intensité de l’exposition.
  Pour interpréter au mieux les résultats des dosages urinaires, il est conseillé d’éviter la consommation de produits de la mer dans les 48-72 heures précédant le prélèvement car ils sont riches en dérivés organiques de l’As.

Dans l’étude française ENNS 2006-2007, le 95ème percentile des concentrations urinaires de l’arsenic inorganique (Asi), de l’acide monométhylarsonique (MMA) et de l’acide diméthylarsinique (DMA) mesurées chez les adultes de la population générale est de 10 µg/L (Fréry, 2011). Plus récemment, en France, l’étude Esteban 2014-2016 (étude de santé sur l’environnement, la biosurveillance, l’activité physique et la nutrition) montre des concentrations urinaires de Asi + MMA + DMA plus élevées avec un 95ème percentile de 21 µg/L chez les adultes âgés de 18 à 74 ans (Fillol, 2021).

Selon l’HAS, il est recommandé de retenir 10 µg/g de créatinine comme valeur de la somme des concentrations urinaires de l’Asi + MMA + DMA (ΣAsi-MMA-DMA) au-delà de laquelle l’exposition à l’arsenic inorganique doit être considérée comme excessive, après vérification du respect de l’éviction des produits de la mer, pendant les 3 jours précédant le prélèvement. Chez les enfants de moins de 12 ans, la surexposition est caractérisée par le double dépassement du seuil de 10 µg/g de créatinine et de son équivalent en µg/L, soit 11 µg/L.

Quand le dépistage ou un contrôle biométrologique montre un dépassement du seuil de 10 µg/g de créatinine (et de celui de 11 µg/L pour les enfants de moins de 12 ans), la personne (et/ou son entourage adulte, quand il s’agit d’un enfant) doit être informée des causes probables du dépassement et des mesures à prendre pour diminuer l’exposition à l’arsenic et les risques de contamination. L’efficacité de ces mesures de prévention doit être vérifiée par une nouvelle consultation médicale comprenant un nouveau dosage de ΣAsi-MMA-DMA, 1 à 3 mois plus tard. Quand la personne concernée est une femme enceinte, le délai du contrôle biométrologique doit être aussi court que possible et toujours inférieur à 2 mois. Dans tous les cas, une consultation médicale comprenant un nouveau dosage de ΣAsi-MMA-DMA et un rappel des mesures de prévention est recommandée chez la personne tous les 1 à 3 mois, tant que l’exposition à l’arsenic inorganique est excessive (ΣAsi-MMA-DMA > 10 µg/g de créatinine, et > 11 µg/L pour les enfants de moins de 12 ans).

• Le dosage dans les phanères (cheveux, ongles) est d’un grand intérêt en médecine légale (exposition chronique).
• Surveillance environnementale (eau, sol, air) indispensable dans les zones à risque.

Traitement en cas d’intoxication
La prise en charge thérapeutique repose d’une part sur la réduction de l’exposition, d’autre part sur la recherche et le traitement symptomatique des effets toxiques . En l’état actuel des connaissances, en dehors des situations d’intoxication aiguë, il n’est pas recommandé d’administrer un traitement chélateur aux personnes dont la somme des concentrations urinaires de l’Asi, du MMA et du DMA, est augmentée, y compris quand cette élévation est associée à des signes d’arsénicisme chronique.

Conclusion

L’arsenic est un élément toxique sans rôle physiologique chez l’homme, avec un fort potentiel cancérigène et des effets délétères variés en cas d’exposition chronique. Il constitue une menace sanitaire majeure dans certaines régions du monde via la contamination des eaux souterraines. La prévention, la surveillance environnementale et la régulation des usages industriels et agricoles sont essentielles pour limiter les risques.

Pour en savoir plus

Anses. Valeurs toxicologiques de référence – Guide d’élaboration de l’Anses. France : Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail; 2017. Rapport no Saisine n° 2017-SA-0016.

Biotox, Arsenic – https://www.inrs.fr/biotox – février 2025

EFSA. « Update of the risk assessment of inorganic arsenic in food”. EFSA Journal. 2024;22(1): 1-91. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2024.8488

Fillol C, Balicco A, Oleko A, Gane J et al. Imprégnation de la population française par l’arsenic. Programme national de biosurveillance, Esteban 2014-2016. Saint-Maurice : Santé publique France ; 2021 : 49p (https://www.santepubliquefrance.fr)

Fréry N, Saoudi A, Garnier R, Gamier R, Zeghnoun A et al. Exposition de la population française aux substances chimiques de l’environnement. Saint-Maurice. Institut de Veille Sanitaire ; 2011, 151p

Gis Sol, 2019 – https://www.gissol.fr

HAS recommandation de bonne pratique 2020 « Dépistage, prise en charge et suivi des personnes potentiellement surexposées à l’arsenic inorganique du fait de leur lieu de résidence » – https://www.has-sante.fr

Santé Canada. Évaluation à l’appui de la gestion des risques liés à l’arsenic dans les aliments à base de riz destinés aux nourrissons et aux jeunes enfants. Canada : Santé Canada; 2022.

Contributeurs      

Laurent Chavatte, Peter Van Dael, Muriel Bost