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Sommaire, Copper & compounds English translation

 
 
CUIVRE et Composés

 

 
Article de Édouard Bastarache (Médecin du Travail et de l'Environnement) / Québec - CANADA
 
 
Introduction :
 
Ce métal est rouge, brunâtre, malléable et ductible, et a une excellente conductivité électrique et thermique. Le cuivre est un élément essentiel; il est transporté dans le sérum lié à la céruloplasmine.
Les composés employés par les potiers sont:
- l'oxyde de cuivre noir,
- l'oxyde de cuivre rouge,
- le carbonate basique de cuivre.
- le sulfate de cuivre pentahydraté.
 
Sources et Production :
 
I-Formes Chimiques:
 
Le cuivre forme deux (2) séries de composés:
les composés (cupriques)(I) et (cuivreux) (II). Le cuivre métallique est assez résistant à la corrosion et n'est pas attaqué par l'air sec, l'eau, ou les acides non-oxydants.
L'oxyde de cuivre I (Cu2O) se rencontre naturellement sous forme d'un minerai rougeâtre appelé cuprite. L'oxyde de cuivre II est noir et est obtenu en chauffant du cuivre sous forme métallique dans l'air. À l'air humide, le cuivre se couvre d'une couche de carbonate basique de cuivre.
 
II-Utilisations et Sources d'Exposition :
 
Le cuivre a été le premier métal employé par les humains et semble avoir été découvert sur l'île de Chypre autour de 2500 A.C. Des sels de cuivre ont été employés comme agents thérapeutiques pendant plus de 2,000 ans, le sulfate de cuivre a été médicalement employé en tant qu'émétique, et il était également une arme populaire pour commettre des meurtres et un abortif en France au 19e siècle.
Le Chili, les Etats-Unis, le Canada, et la Russie en sont les principaux producteurs.
Les minerais du cuivre sont concentrés par un processus de flottaison et puis sont raffinés. La fonte consiste à appliquer de la chaleur de façon suffisante pour concentrer le métal et pour fondre la gangue restante (minerai de rebut) dans des scories.
 
A-Utilisations :
Le cuivre est employé:
- dans la production d'une grande variété d'alliages ayant des applications multiples;
- le laiton: contient principalement du cuivre et du zinc.
- le bronze: contient principalement du cuivre et de l'étain.
- divers alliages avec l'argent, le cadmium, le béryllium, le nickel...
- dans l'industrie électrique;
- dans l'industrie du bâtiment: lignes de gaz...
- dans les colorants tels que le vert émeraude, dans les émaux céramiques, et comme sel dans le processus lithographique.
- comme pesticides (graines et vignes) sous forme de sels, comme la bouillie bordelaise basée sur le sulfate de cuivre
- le sulfate de cuivre est également employé dans le blanchiment et l'industrie du cuir
- etc...
 
B- Exposition Environnementale :
Elle se produit principalement par l'ingestion d'eau potable ayant des concentrations de cuivre élevées et par l'ingestion accidentelle ou intentionnelle des sels de cuivre.
 
Toxicologie Clinique :
 
I-Voies d'Exposition :
Le cuivre est un élément essentiel pour les mammifères. La maladie se produit quand l'apport dans le régime alimentaire est déficient ou excessif. La voie principale d'exposition est l'ingestion, mais l'inhalation de poussières et de fumées de cuivre se produit en milieu industriel.
La toxicité a déjà résulté du traitement de brûlures utilisant des préparations topiques contenant du cuivre. On a rapporté que le cuivre est absorbé à partir de prothèses, de dispositifs intra-utérins (stérilets), d'unités d'hémodialyse utilisant des équipements contenant du cuivre, et suite à l'imprégnation de la peau par de l'azoture de cuivre après des explosions.
 
II-Absorption, Métabolisme, et Élimination :
 
A-Absorption :
Les besoins quotidiens en cuivre ont été estimés à 30 µg/kg de poids corporel.chez l'adulte. Après ingestion, le cuivre est absorbé de façon maximale dans l'estomac et le jéjunum.
Au début, le cuivre est lié dans le sérum à l'albumine et la transcupréine, et plus tard il est lié plus fermement à la céruloplasmine, qui lie plus de 75% du cuivre en circulation.
L'absorption est augmentée dans le déficit en cuivre et est altérée dans les maladies du petit intestin. Le cuivre est distribué dans tout le corps mais est stocké principalement dans le foie, le muscle, et l'os. La concentration normale du cuivre dans le plasma sanguin est de1 mg/litre.
Chez tous les mammifères, le cuivre est un oligoélément essentiel impliqué dans:
- la respiration cellulaire fondamentale,
- la défense contre les radicaux libres,
- la synthèse de tissu conjonctif,
- le métabolisme du fer,
- la neurotransmission.
 
B-Métabolisme :
Au début, le cuivre absorbé est lié à l'albumine et est transporté du tractus gastro-intestinal au foie où il est transféré à la céruloplasmine. L'excrétion urinaire est augmentée par la prise accrue de molybdène, la cirrhose, et l'obstruction biliaire.
 
C-Élimination :
Le cuivre est principalement éliminé dans les fèces près excrétion dans la bile.
L'excrétion urinaire du cuivre est basse chez l'homme. Les adultes en bonne santé ont des concentrations urinaires de moins de 100µg par 24 heures.
 
III-Symptômes et Signes Cliniques :
 
A-Toxicité Aigue :
 
1-Système Gastro-Intestinal :
Puisque le cuivre est un élément essentiel, la toxicité est rare, comme avec tous les éléments essentiels. La plupart des épisodes de toxicité aiguë ont résultées de tentatives de suicide par ingestion de sulfate de cuivre. Cependant, la mort ne survient que rarement, dû aux propriétés émétiques du sulfate de cuivre:
 
a-Les formes modérées :
Les formes modérées d'intoxication ne produisent seulement que :
- nausées,
- vomissements,
- diarrhée,
- malaise.
Elles ont été décrites chez des patients intoxiqués après avoir mangé ou bu dans des ustensils contenant du cuivre ou encore dans un distributeur de boissons non alcooliques.
 
b-Intoxication grave :
L'ingestion de sulfate de cuivre produit une inflammation grave de l'appareil gastro-intestinal,
une quantité aussi minime que 10 g de sulfate est suffisante pour causer les symptômes gastro-intestinaux suivants :
- douleur,
- nausée,
- vomissements,
- diarrhée,
- malaise,
- hématemèse,
- melena.
En outre, on rencontre ce qui suit :
- convulsions,
- déshydratation,
- choc,
- hémolysis,
- nécrose du foie et des reins.
Les patients qui ont développé de l'ictère intense par nécrose centrolobulaire du foie suite à une intoxication aigue massive au sulfate de cuivre ont une évolution plus fulminante que les patients présentant un ictère plus modéré dû à l'hémolyse intravasculaire.
L'oxydule ou le carbonate basique de cuivre peuvent également causer l'intoxication à la même dose.
Par ingestion, le sulfate de cuivre pentahydaté n'est que modérément toxique.
 
Des effets gastro-intestinaux, y compris l'anorexie, les nausées, et la diarrhée occasionnelle, ont été attribués à l'ingestion de poussière de cuivre.
 
2-Yeux :
La Chalcosis corneae est l'imprégnation de l'oeil par du cuivre élémentaire ou par des alliages de cuivre. Cette décoloration brunâtre ou verdâtre-brune de la cornée, de la lentille, ou de l'iris peut se produire suite à des blessures par pénétration de fragments de cuivre.
 
Le sulfate de cuivre, l'acetoarsenite de cuivre, et le vert-de-gris causent de l'irritation et de l'inflammation mais aucun dommage permanent.
Les bains d'électrodéposition contenant du chlorure et du cyanure de cuivre peuvent causer des réactions graves et des opacifications permanentes.
 
De l'irritation passagère des yeux est survenue suite à l'exposition à de fines poussières de cuivre oxydé produite par arc électrique.
 
3-Système Respiratoire :
Typiquement la Fièvre des fondeurs est caractérisée par :
- congestion nasale,
- fièvre jusqu'à 39 C,
- frissons,
- malaise,
- douleurs musculaires,
- sécheresse de la bouche et la gorge,
- mal de tête,
- essouflement,
- leucocytose jusqu'à 12,000 à 16,000.
Les symptômes se développent généralement après des expositions répétées pendant la semaine de travail, tendant à diminuer vers la fin de la semaine, seulement pour retourner plus fortement lors de la réexposition après le week-end. Ce phénomène s'appele Fièvre du lundi matin.
Après le retrait de l'exposition les symptômes s'amendent. La maladie résulterait de mécanismes immunitaires, mais on n'a pas rapporté de toxicité chronique.
 
L'inhalation des sels de cuivre peut causer de l'irritation des voies respiratoires.
L'inhalation de fumées de cuivre peut causer des nausées, un goût métallique, et de la décoloration de la peau et des cheveux.
 
4- Système Rénal :
On a observé des anomalies du rein après ingestion de sulfate de cuivre. On a fréquemment observé de l'hématurie, une élévation de l'azote d'uréique, et de l'oligurie parmi une importante série d'intoxications. On a observé de la nécrose tubulaire aiguë à l'analyse d'urine et à la biopsie rénale. L'hémolyse intravasculaire mais pas l'hypertension, ont précédé le dévélopement de la nécrose tubulaire aiguë.
 
5-Système Neurologique :
Il n'y a aucune preuve de déficit neurologique dû à la toxicité acquise au cuivre.
Le coma observé dans l'intoxication aigue au sulfate de cuivre résulte probablement de l'urémie.
 
6-Système Hématologique :
L'anémie hémolytique accompagne l'intoxication grave au sulfate de cuivre et peut se rencontrer lors du traitement de brûlures avec du sulfate de cuivre et l'hémodialyse utilisant de l'équipement de dialyse contenant du cuivre. L'anémie hémolytique se produit également sporadiquement dans la maladie de Wilson, l'hémolyse est abrupte dans ces situations.
 
B-Toxicité Chronique :
Chez le rat, des modifications dégénératives du foie et des reins ont été décrites chez les animaux recevant, d'une façon chronique, des sels de cuivre par ingestion (plus de 4.000 ppm dans leur alimentation). Chez l'homme, les mêmes modifications (éventuellement accompagnées d'encéphalopathie) ont été décrites principalement dans les patients souffrant de la maladie de Wilson.
L'atteinte chronique dû à un stockage excessif du cuivre est incarné par la maladie de Wilson,
qui est une maladie génétique à transmission autosomique récessive du métabolisme du cuivre. Cette maladie est caractérisée par le dépôt excessif de cuivre dans la plupart des organes, plus particulièrement le foie, les reins, le cerveau, et les yeux. Elle est caractérisée par une capacité diminuée d'éliminer le cuivre par l'intermédiaire de la bile. L'affection se caractérise par une rigidité musculaire généralisée, une dysarthrie, des tremblements et par une cirrhose du foie.
La maladie de Wilson a également été nommée dégénérescence hépatolenticulaire progressive, dû aux effets plus marqués sur le foie (cirrhose) et les yeux. Le traitement chélateur avec la D-pénicillamine donne d'excellents résultats thérapeutiques tandis que le traitement préféré d'entretien est de150 mg de zinc par jour par voie orale.
 
Un contenu élevé en cuivre dans l'eau potable et la nourriture peut contribuer au développement de dommages hépatiques graves (cirrhose) chez les enfants en bas âge.
 
1-Peau :
Le cuivre entraîne une coloration verdâtre de la peau, des ongles, des cheveux et des dents.
La dermatite de contact (la gale de cuivre) dû au cuivre est rare et son existence peut être prouvée par des tests épicutanés soignés.
La dermatite exzématiforme et l'urticaraire ont été associés à l'utilisation de dispositifs intra-utérins (stérilets) contenant du cuivre.
 
2-Yeux :
La pénétration de particules de cuivre dans l'oeil a déjà causé des cataractes.
 
3-Système Respiratoire:
L'inhalation chronique et récurrente de fumées de cuivre et de poussière peut mener à des perforations du septum nasal. L'exposition chronique à la poussière de cuivre et aux fumées, en milieu industriel, peut mener à des symptômes des voies respiratoires supérieures et à des signes cliniques concommitants chez les travailleurs.
L'exposition à long terme à la poussière dans le raffinage du cuivre n'a pas été associée à la maladie obstructive chronique ou à des atteintes des petites voies respiratoires. L'incidence plus élevée du cancer du poumon rapportée chez les fondeurs de cuivre est due à la présence d'arsenic dans le minerai.
  
4-Poumon des Vignerons :
Le Poumon des vignerons est survenu quand de la bouillie bordelaise(solution de 1 à de 2% de sulfate de cuivre neutralisée par de la chaux) a été pulvérisée de façon chronique par des ouvriers de la vigne du Portugal. Ces ouvriers ont développé une maladie pulmonaire interstitielle comprenant:
- granulomes histiocytaires,
- fibrose hyaline et nodulaire contenant beaucoup de cuivre.
Le tableau clinique est caractérisée au début par des symptômes généraux :
- faiblesse,
- perte d'appétit,
- perte de poids;
- dyspnée et toux.
Une infiltration pulmonaire micronodulaire ou réticulonodulaire, particulièrement localisée dans les plages inférieures, est l'image radiologique la plus fréquemment rencontrée. L'évolution est variable: stabilisation ou régression ou évolution vers une forme pseudotumorale comme dans l'arthracosilicosis.
 
On a observé une incidence élevée d'adénocarcinome, en particulier du carcinome des cellules alvéolaires. Des lésions étendues du foie ont été également notées. Les biopsies ont indiqué de la fibrose, de la cirrhose micronodulaire, des angiosarcomes et de l'hypertension portale.
 
C-Tératogénèse :
On n'a observé aucun effet tératogène attribuable au cuivre chez l'homme.
 
D-Cancérogénèse :
À l'exception de l'adénocarcinome du poumon et de l'angiosarcome du foie rencontrés chez ceux qui ont souffert du poumon des vignerons, il n'y a aucune évidence de cancérogénèse secondaire à l'exposition au cuivre.
 
IV-Gestion de la Toxicité :
 
A-Examen Clinique :
Une histoire clinique soigneuse est essentielle pour diagnostiquer l'intoxication par le cuivre chez les patients gravement malades. L'histoire devrait contenir des questions concernant l'intoxication intentionnelle avec des sels de cuivre et l'ingestion de nourriture et de boisson, plus particulièrement de boissons acides ou d'alcools préparés dans des ustensils contenant du cuivre.
 
Les personnes empoisonnées de façon importante par le cuivre (particulièrement par le sulfate de cuivre) devraient être évaluées, au début, pour la présence de nausées, vomissements, et de diarrhée. Les vomissements bleu-verts sont diagnostiques.
On se doit de faire une investigation pour évaluer la fonction rénale et hépatique, de même que la présence d'anémie hémolytique. Les signes vitaux et le volume urinaire doivent être mesurés pour dépister l'hypotension et l'oligurie.
 
L'histoire médicale est aussi la pierre angulaire de l'investigation des dermites que l'on suspectes être reliées à l'exposition au cuivre. L'enquête quant à l'exposition aux sels de cuivre en milieu de travail, à l'utilisation de bijoux contenant du cuivre, ou à l'utilisation d'un dispositif intra-utérin (stérilet) contenant du cuivre devrait être conduite. L'utilisation des tests cutanés spécifiques peut être nécessaire pour confirmer le diagnostic.
 
L'histoire d'un début retardé de fièvre, frissons, essouflement, et malaise après exposition aux fumées de cuivre devrait nous faire suspecter la présence de la Fièvre des fondeurs. De la fièvre, des frissons intenses, de la diaphorèse, et des sibilances peuvent être notés à l'examen physique.
 
B-Laboratoire :
 
1-Intoxication grave au sulfate de cuivre :
Les résultats de laboratoire dans l'intoxication grave au sulfate de cuivre incluent:
- fonction hépatocellulaire anormale,
- hyperbilirubinémie (directe et indirecte),
- azote uréiquee élevé dans le sang,
- créatinine élevée,
- hématurie et cylindres cellulaires à l'analyse d'urine,
- anémie,
- gaïac (selles) positif,
- cuivre sérique élevé,
- céruloplasmine élevée.
 
2-Fièvre des fondeurs :
Les résultats pendant les épisodes de fièvre des fondeurs incluent:
- leucocytose,
- résultats anormaux aux épreuves de fonction pulmonaire :
- obstruction des petites voies aériennes,
- réduction des volumes pulmonaires,
- réduction de la capacité de diffusion au monoxyde de carbone.
- anomalies à la radiographie pulmonaire :
- épaississement (gaine) péribronchiolaire,
- infiltrats flous.
- niveaux élevés de cuivre dans les urines.
 
C-Traitement :
Le retrait de l'exposition est souvent suffisant pour résoudre la plupart des atteintes liées à la toxicité du cuivre.
 
1-Intoxication aigue par ingestion :
Dans l'intoxication aigue grave par ingestion, les vomissements ne devraient pas être provoqués car rarement nécessaire vu l'effet émétique inhérent au produit causal. La dilution avec 4 à 8 onces de lait ou d'eau est indiquée après l'ingestion ou avant le lavage gastrique. Après que toute activité convulsive ait été controllée, le lavage gastrique peut être indiqué. Au besoin, pour empêcher davantage l'absorption, du charbon activé peut être administré, suivi d'un laxatif.
Chez les patients symptomatiques, l'acide disodium-ethylènediaminetétraacétique de calcium (CaNa2-EDTA) par voie intraveineuse ou le dimercaprol par voie intramusculaire devrait être donné aussitôt que possible. La D-pénicillamine peut être donnée après le traitement initial avec le dimer-caprol. L'hémodialyse seule n'est pas efficace.
 
2-Blessures aux yeux :
Le traitement des blessures oculaires consiste en une irrigation vigoureuse avec du salin normal.
La référence en ophthalmologie est indiquée lors de blessures graves par le cuivre élémentaire et lors de lésions provenant de bains d'électrodéposition contenant du chlorure ou du cyanure de cuivre.
 
3-Fièvre de fondeurs :
Le traitement est symptomatique et le retrait de l'exposition peut être suffisant.
 
4-Dermatite :
Le retrait de l'exposition peut être suffisant mais l'application de préparations topiques de corticostéroïdes peut être nécessaire.
 
5-Cheveux verts :
Les cheveux verts dû au cuivre exogène peuvent être traités efficacement avec des shampooings contenant de la D-pénicillamine.
 
V-Surveillance Biologique :
 
La concentration normale en cuivre plasmatique est de 1 mg/litre.
Quatre-vingt-quinze pourcent (95%) du cuivre plasmatique se retrouve dans la céruloplasmine mais, c'est une protéine qui augmente aussi dans les inflammations aigues et chroniques. Elle est élevée aussi chez les patientes qui prennet des oestrogènes et des contraceptifs et chez celles qui sont enceintes; ou encore chez ceux qui souffrent de cirrhose, de cancer, et de thyro-toxicose.
Les érythrocytes contiennent également une partie significative du cuivre sanguin sous la forme de l'enzyme, dismutase superoxyde.
Des concentrations sériques en cuivre plus élevées se retrouvent chez les individus ayant des affections hépatiques telles que la cirrhose primaire et d'autres maladies cholestatiques. Aux concentrations dans l'air près des limites d'exposition permises, la surveillance biologique n'est pas justifiée. Des valeurs limites biologiques ne peuvent pas être établies, dû au manque de dose fiable d'exposition et de relation d'effet.
 
VI-Règlementation Occupationelle & Environnementale, et Recommendation Diététique :
 
A-Occupationelle :
1-La VEMP au Québec pour les poussières et brouillards de cuivre est :
1mg/m3 exprimé en Cu.
2-La VEMP pour les fumées de cuivre est :
0.2mg/m3 expimé en Cu.
 
B-Environnementale :
L'EPA (États-Unis) a déterminé que l'eau des lacs et cours d'eau ne devrait pas contenir plus de 1 ppm, et l'eau potable pas plus de 1,3 ppm.
 
C-Recommendation Diététique:
La National Academy of Sciences (États-Unis) considère un apport de 2 à 3 mg de cuivre par jour comme étant un niveau adéquat et sécuritaire pour les adultes.
 
VII-Destin Environnemental et Transport :
 
Le cuivre se rencontre dans la croûte terrestre à un niveau d'environ 70 ppm et dans l'eau de mer à 0,001- 0,002 ppm. L'exploitation et la fonte sont les sources anthropogènes les plus importantes. Les sols acides contribuent à la solubilité et au transport accrus, quoiqu'une mobilisation appréciable ne se produise seulement qu'à un pH inférieur à 3 dans les sols organiques.
Un pH bas et le transit de l'eau douce dans les tuyaux de cuivre peuvent produire des niveaux élevés dans l'eau potable; cependant, seulement 1% des échantillons d'eau potable aux Etats-Unis dépassent la norme édictée par l'Agence de Protection de l'Environnement.
 
VIII-Surveillance Environnementale et Professionnelle:
 
Les niveaux de fumées et poussières de cuivre devraient être mesurés pour s'assurer de leur conformité aux normes locales. Une réévaluation devrait être faite après tout changement dans les méthodes de travail ou procédé qui pourrait causer une élévation des concentrations dans l'air.
Chez les patients suspects de subir une surexposition non-professionnelle au cuivre, une recherche environnementale devrait être conduite comprenant la mesure du cuivre dans:
- l'eau potable,
- les remèdes disponibles sans prescription et les suppléments alimentaires;
de même qu'une évaluation de leurs habitudes diététiques tel que l'ingestion de boissons acides dans des ustensils contenant du cuivre.
La dermatite de contact due au cuivre est rare. Cependant, sa présence peut être prouvée par
des épreuves épicutanés soigneusement réalisées. La dermatite exzématiforme et l'urticaire ont été associés à l'utilisation des stérilets intra-utérins contenant du cuivre.
Une décoloration verdâtre des cheveux a été rencontrée chez les individus blonds ou légèrement pigmentés lorsqu'exposés à de la poussière de cuivre ou à de l'eau teintée de cuivre utilisée pour laver les cheveux ou pour pratiquer la natation..
 
IX-Prévention :
 
Les composés du cuivre employés par les potiers ne sont pas considérés dangereux s’il n’y a pas d’ingestion de de carbonate basique et/ou de sulfate.
Dans les émaux , la présence du cuivre augmente le relâchement du plomb.
Un bon entretien ménager de votre studio est toujours une bonne pratique. L'action d'éviter les processus produisant inutilement de la poussière est également importante et le port d'un masque approuvé pour la poussière, quand l'exposition semble dangereuse, est également une bonne pratique.
 
 
 
 
 

 
Edouard Bastarache M.D.
(Médecin du Travail et de l'Environnement)
 
Auteur de « Substitutions de matériaux céramiques complexes »
Tracy, Québec, CANADA
edouardb@colba.net
 
 
Références:
 
1-Occupational Medicine, Zenz Carl, dernière édition.
2-Occupational & Environmental Medicine, Ladoue Joseph, dernière édition.
3-Clinical Environmental Health and Toxic Exposures, Sullivan & Krieger, dernière édition.
4-Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials, Lewis C., dernière édition.
5-Toxicologie Industrielle et Intoxications Professionnelles, Lauwerys R., dernière édition.
6-Industrial Chemical Exposure, Lauwerys R., Hoet Perrine, 2è édition.
7-Chemical Hazards of the Workplace, Proctor & Hughes, 4è edition.
 
 
 
 
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Summary, Copper & compounds French version
 
 
 
COPPER & COMPOUNDS

 

 
 
Introduction :
 
This metal is red, brownish, ductile and malleable, and has excellent electrical and thermal conductivity. Copper is an essential element; it is transported in the serum linked to ceruloplasmin.
 
The compounds used by potters are :
-black copper oxide,
-red copper oxide,
-basic copper carbonate,
-copper sulfate pentahydrate.
 
 
Sources and Production :
 
I-Chemical Forms :
 
Copper forms two (2) series of compounds :
copper (I) (cuprous) and copper (II) (cupric) compounds.
Metallic copper is fairly resistant to corrosion and is not attacked by dry air, water, or nonoxidizing acid.
Copper I oxide (Cu2O) occurs naturally as the reddish mineral cuprite.
Copper II oxide is black and is obtained by heating copper metal in air.
In moist air, copper becomes coated with green basic carbonate.
 
II-Uses and Sources of Exposure :
 
Copper was the first metal used by humans and appears to have been discovered on the island of Cyprus around 2500 BC.
Copper salts have been used therapeutically for more than 2,000 years, copper sulfate has clinically been used as an emetic, and it was also a popular murder weapon and abortifacient in France in the 19TH century.
Chile, the USA, Canada, and Russia are the principal producers.
Mined ores of copper are concentrated by a flotation process and then are refined. Smelting consists of applying sufficient heat to concentrate the metal and fuse remaining gangue (waste ore) into slag.
 
A-Uses :
 
Copper is used :
- in the production of a large variety of alloys having multiple applications ;
· brass: contains mainly copper and zinc,
· bronze: contains mainly copper and tin,
· various alloys with silver, cadmium, beryllium, nickel...
- in the electrical industry;
- in the construction industry: gas lines...
- in pigments such as emerald green, in ceramic glazes, and as
a salt in the lithographic process.
-as pesticides (seeds and vineyards) in the form of salts, like the Bordeaux solution based
on copper sulfate.
-copper sulfate is also used in the whitewashing and leather industry.
-etc.
 
B-Environmental exposure :
 
It occurs primarily from ingestion of drinking water with high copper concentrations and accidental or intentional ingestion of copper salts.
 
Clinical Toxicology :
 
I-Routes of exposure :
 
Copper is an essential element in mammalian systems. Ilness occurs when diet is deficient or intake is excessive.
The principal route of exposure is through ingestion, but inhalation of copper dust and fumes occurs in industrial settings.
Toxicity has resulted from treatment of burns using topical copper compounds.
Copper has been reported to be absorbed internally from prostheses, intrauterine devices, hemodialysis units using copper-containing equipment, and copper azide impregnation of the skin after an explosion.
 
II-Absorption, Metabolism, and Elimination :
 
A-Absorption :
 
The daily copper requirement has been estimated at 30 micrograms/kg of body weight for an adult. After ingestion, maximum absorption of copper occurs in the stomach and jejunum.
Copper is bound initially in the serum to albumin and transcuprein, then later is bound more firmly to ceruloplasmin, which binds more than 75% of circulating copper.
Absorption is increased in copper deficiency and is impaired in small-bowel disease.
Copper is distributed throughout the body but is stored primarily in liver, muscle, and bone.
The normal concentration of copper in blood plasma is 1 mg/liter.
In all mammals, copper is an essential trace element involved in :
-fundamental cellular respiration,
-free radical defense,
-connective tissue synthesis,
-iron metabolism,
-neurotransmission.
 
B-Metabolism :
 
Absorbed copper is initially bound to albumin and is transported from the gastrointestinal tract to the liver where it is transferred to ceruloplasmin.
Urinary excretion is enhanced by increased molybdenum intake, cirrhosis, and biliary obstruction.
 
C-Elimination :
 
Copper is eliminated principally through the feces after excretion into the bile. Urinary excretion of copper is low in humans.
Healthy adults have urinary concentrations of less than 100µg per 24 hours.
 
III-Symptoms and Clinical Signs :
 
A-Acute Toxicity :
 
1-Gastrointestinal Tract :
Because copper is an essential element, toxicity is uncommon, as with all essential elements.
Most reports of acute toxicity are from suicidal attempts from ingesting copper sulfate. However, death is rare, owing to copper sulfate's emetic properties :
 
a-Mild forms
Mild forms of poisoning produce only :
-nausea,
-vomiting,
-diarrhea,
-malaise.
They have been described in patients poisoned by eating or drinking from copper-containing vessels or from a soft-drink dispenser.
 
b-Severe poisoning :
Copper sulfate ingestion produces a severe inflammation of the gastrointestinal tract, an amount of 10 g of the sulfate is sufficient to cause these gastrointestinal symptoms :
-pain,
-nausea,
-vomiting,
-diarrhea,
-malaise,
-hematemesis,
-melena,
Also, the following are encountered :
-convulsions,
-dehydration,
-shock,
-hemolysis,
-liver and kidney necrosis.
Patients who developed intense jaundice from liver centrolobular necrosis after massive acute copper sulfate poisonning had a more fulminant course than did patients with milder jaundice from intravascular hemolysis.
The oxydule or the basic carbonate can also cause the intoxication at the same dose.
By ingestion, copper sulfate pentahydrate is only moderately toxic to humans.
 
Gastrointestinal effects, including anorexia, nausea, and occasional diarrhea, have been attributed to swallowing copper dust.
 
2-Eye :
Chalcosis corneae is the impregnation of the eye with elemental copper or copper alloys. This brownish or greenish-brown discoloration of the cornea, lens, or iris may occur after penetrating injuries with copper fragments.
Copper sulfate, copper acetoarsenite, and verdigris cause irritation and inflammation but no permanent damage.
Copper chloride and copper cyanide plating bath can cause severe reactions and permanent opacifications.
Transient irritation of the eyes has followed exposure to a fine dust of oxidation products of copper produced in an electric arc.
 
3-Respiratory Tract :
Typical metal fume fever is characterized by :
-nasal congestion,
-fever up to 39 C,
-chills,
-malaise,
-aching muscles,
-dryness in the mouth and throat,
-headache,
-shortness of breath,
-leucocytosis up to 12,000 to 16,000.
The symptoms generally develop after repeated exposure during the work week, tending to diminish toward the end of the week, only to return more prominently on reexposure after the weekend. This phenomenon has led to the term Monday morning fever.
All symptoms resolve after removal from exposure.
The illness is postulated to result from immune mechanisms, but no report of chronic toxicity.
 
Inhalation of copper salts may cause irritation of the respiratory tract.
Inhalation of copper fumes may cause nausea, metallic taste, and discoloration of the skin and hair.
 
4-Renal System :
Kidney abnormalities have been observed after copper sulfate ingestion.
Hematuria, rising blood urea nitrogen, and oliguria were frequently observed in a large series of poisonnings. A picture of acute tubular necrosis was observed on urinalysis and renal biopsy.
Intravascular hemolysis but not hypertension, preceded developement of acute tubular necrosis.
 
5-Neurologic System :
No evidence substantiates neurologic injury from acquired copper toxicity.
Coma observed in acute copper sulfate poisoning probably results from uremia.
 
6-Hematologic System :
Hemolytic anemia accompanies severe copper sulfate poisoning and additionally follows burn treatment with copper sulfate and hemodialysis using copper-containing dialyzing equipement.
Hemolytic anemia also occurs sporadically in Wilson's disease, the hemolysis is precipitous in these situations.
 
B-Chronic Toxicity :
 
In rats, degenerative modifications in the liver and the kidney have been described in animals receiving, in a chronic manner, copper salts by ingestion (more than 4,000 ppm in foodstuffs).
In man, the same modifications (eventually accompanied by encephalopathy) have been described mainly in patients suffering from Wilson's disease.
Chronic disease from excessive copper storage is epitomized by Wilson's disease, an inherited, autosomal recessive error in copper metabolism. This disease is characterized by excess copper deposition in most organs, especially the liver, kidneys, brain, and eyes.
It is characterized by a diminished capacity to eliminate copper via bile.
Wilson's disease also termed hepatolenticular degeneration, owing to the prominent effects on the liver (cirrhosis) and eye. Chelating treatment with D-penicillamine gives excellent therapeutic results while the preferred maintenance treatment is 150 mg of zinc orally per day.
 
High copper content in drinking water and food may contribute to the development of severe liver damage (cirrhosis) in infants.
 
1-Skin :
Copper causes a greenish coloration of skin, nails, hair and teeth.
Contact dermatitis (copper itch) due to copper is rare and its occurrence can be substantiated by careful patch testing.
Eczematous dermatitis and urticaria have been associated with the use of copper intrauterine devices.
 
2-Eye :
The penetration of copper particles in the eye was responsible for cataract.
 
3-Respiratory System :
Chronic recurrent inhalation of copper fumes and dust can lead to nasal septal perforation
Chronic exposure to copper dust and fumes in the industrial setting can lead to upper respiratory complaints and physical findings in workers.
Long-term exposure to dust in copper refining was not associated with chronic obstructive disease or small airway disease.
The higher incidence of respiratory cancer reported in copper smelters is due to the presence of arsenic in the ore.
 
4-Vineyard Sprayer's lung :
Vineyard sprayer's lung disease occurred when Bordeaux solution (1 to 2% solution of copper sulfate neutralized with lime) was chronically sprayed by Portuguese vineyard workers.
These workers developed interstitial pulmonary disease including :
-histiocytic granulomas,
-associated nodular fibrohyaline scars containing abundant copper.
The clinical picture is characterized initially by general symptoms :
- weakness,
- loss of appetite,
- loss of weight;
- dyspnea and cough.
Micronodular or reticulonodular lung infiltration, especially in the lower fields, is the most frequent radiological image encountered. The evolution is variable: stabilization or regression or evolution towards a pseudotumoral form as in arthracosilicosis.
 
A high incidence of adenocarcinoma, particularly alveolar cell carcinoma, was observed.
Extensive liver damage was also noted. Biopsies revealed fibrosis, micronodular cirrhosis angiosarcoma, and portal hypertension.
 
C-Teratogenesis :
 
No teratogenic effects attributed to copper have been observed in humans.
 
D-Carcinogenesis :
 
With the exception of adenocarcinoma of the lung and angiosarcoma of the liver seen in patients with vineyard sprayer's lung, no evidence corroborates carcinogenesis from copper exposure.
 
IV-Management of Toxicity :
 
A-Clinical Examination :
 

Careful history taking is essential to diagnose copper poisoning in acutely ill patients.

The history should contain questions relevant to intentional poisoning with copper salts and to ingestion of food and drink, especially acidic beverages or alcohol prepared in copper-containing vessels. Persons acutely poisoned by copper (especially copper sulfate) should be evaluated initially for nausea, vomiting, and diarrhea. Blue-green vomitus is diagnostic.
Investigation for abnormal liver and renal function and hemolytic anemia should be conducted.
Vital signs and urine output should be conducted for hypotension and oliguria.
 
The medical history is also cornerstone of investigating dermatits suspected to arise from copper. Inquiry as to exposure to copper salts at work, use of copper-containing jewelry, or use of copper intrauterine device should be conducted. Patch testing may be necessary to confirm the diagnosis.
 
A history of delayed onset of fever, chills, shortness of breath, and malaise after exposure to copper fumes should lead to the suspicion of metal fume fever. Fever, rigorous chills, diaphoresis, and wheezing may be noted on physical examination.
 
B-Laboratory Diagnosis :
 
1-Severe copper sulfate poisoning :
Laboratory findings in severe copper sulfate poisoning include :
-abnormal hepatocellular function,
-hyperbilirubinemia (both direct and indirect),
-elevated blood urea nitrogen,
-elevated creatinine,
-hematuria and cellular casts on urinalysis,
-anemia,
-positive stool guaiac,
-elevated serum copper,
-elevated ceruloplasmin.
2-Metal fume fever :
Findings during episodes of metal fume fever include :
-leukocytosis,
-abnormal pulmonary function study results :
-small airway obstruction,
-reduced lung volumes,
-reduced carbon dioxide diffusing capacity.
-abnormal chest X-ray :
-peribronchiolar cuffing,
-hazy infiltrates.
-elevated urine copper levels.
 
C-Treatment :
 
Removal from exposure is often sufficient to resolve most ilnesses associated with copper toxicity.
 
1-Severe acute poisoning by ingestion :
In severe acute poisoning by ingestion, emesis should not be induced and rarely is necessary, owing to spontaneous vomiting.
Dilution with 4 to 8 ounces of milk or water is indicated after ingestion or prior to gastric lavage. After any seizure activity is controlled, gastric lavage may be indicated.
If necessary to prevent further absorption, activated charcoal may be administered and followed by a cathartic.
In symptomatic patients, either intravenous calcium disodium-ethylenediaminetetraacetic acid or intramuscular dimercaprol should be given as soon as possible.
D-Penicillamine may be given after initial treatment with dimercaprol. Hemodialysis alone is not effective.
2-Eye injuries :
Treatment of eye injuries includes vigorous irrigation with normal salin. Ophthalmologic referral is indicated for severe elemental copper, copper chloride or copper cyanide plating bath injuries to the eye.
3-Metal fume fever :
Treatment is symptomatic and removal from exposure may be sufficient.
4-Dermatitis :
Removal from exposure may be sufficient but application of topical corticosteroid preparations may be required.
5-Green hair :
Green hair from exogenous copper can be treated effectively with shampoos containing D-penicillamine.
 
V-Biological Monitoring :
 
The normal concentration of copper in blood plasma is 1 mg/liter.
Ninety-five percent (95%) of the copper in plasma is in ceruloplasmin but, it is one of the acute-phase reactant proteins and it increases in acute and chronic inflammatory conditions. It is elevated also in patients taking estrogens and birth control pills and in those who are pregnant or have cirrhosis, cancer, or thyrotoxicosis.
Erythrocytes also contain a significant portion of the copper found in blood in the form of an enzyme, superoxide dismutase.
Increased serum concentrations of copper are found in individuals with such liver diseases as primary cirrhosis and other cholestatic diseases.
At air concentrations near current exposure limits, biological monitoring is not warrented. Biological limit values cannot be established, owing to lack of reliable exposure dose, and effect relationship.
 
VI-Occupational, Environmental Regulations, and Dietary Recommendations :
 
A-Occupational :
1-The VEMP in Quebec for copper dust and mist is :
1mg/m3 expressed as copper
 
2-The VEMP for copper fumes is :
0.2mg/m3 expressed as copper.
 
B-Environmental :
 
The EPA (USA) has determined that lake and stream water should contain no more than 1 ppm, and drinking water no more than 1.3 ppm.
 
C-Dietary :
 
The National Academy of Sciences (USA) recommends 2 to 3 mg of copper per day as a safe and adequate intake for adults.
 
VII-Environmental Fate and Transport :
 
Copper is found in the earth's crust at approximately 70 ppm and in sea water at 0.001 to 0.002 ppm. Mining and smelting are the primary anthropogenic sources.
Acidic soil conditions contribute to solubility and increased transport, although appreciable mobilization occurs only at pH less than 3 in organic soils.
Low pH and the passage of soft water through copper pipes can produce high levels in drinking water; however, only 1% of U.S. drinking water samples exceed the U.S. Environmental Protection Agency's standard.
 
VIII-Environmental and Occupational Monitoring :
 
Copper fume and dust levels should be measured to ensure compliance with local standards.
Remonitoring should be performed after any changes in work practices or plant processes that could cause a rise in air concentrations.
For patients suspected of having non-occupational overexposure to copper, an environmental investigation should be conducted including measuring copper :
-in drinking water,
-in non-prescription remedies and supplements,
and investigating dietary practices such as drinking acidic beverages fron copper-containing vessels.
Contact dermatitis due to copper is rare. However, its occurrence can be substantiated by careful patch testing. Exzematous dermatitis and urticaria have been associated with the use of copper intrauterine devices.
Greenish discoloration of the hair has been seen in blond or lightly pigmented individuals exposed to copper dust or copper-tainted water used for shampooing or swimming.
 
IX-Prevention :
 
Copper compounds used by potters are not considered much hazardous if there is no ingestion of basic copper carbonate and/or the sulfate.
In glazes, copper enhances lead leaching.
Good studio housekeeping is always good practice. Avoidance of processes
generating unnecessary dust is also important and the wearing of an approved
dust mask when the exposure seems hazardous is also good practice.
 
 
 
 
 

 
Edouard Bastarache M.D.
(Occupational & Environmental Medicine)
 
Author of " Substitutions for raw ceramic materials "
Tracy, Québec, CANADA
edouardb@colba.net
 
 
 
 
 
References :
 
1-Occupational Medicine,Carl Zenz, last edition.
2-Occupational & Environmental Medicine,Joseph Ladoue, last edition.
3-Clinical Environmental Health and Toxic Exposures, Sullivan & Krieger; last edition.
4-Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials, Lewis C., last edition.
5-Toxicologie Industrielle et Intoxications Professionnelles, Lauwerys R. last edition.
6-Chemical Hazards of the Workplace, Proctor & Hughes, 4th edition.
 
 
 
 
 
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