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PLOMB inorganique et Céramique

par Edouard Bastarache
 
Sources :
 
Les composés inorganiques qui nous concernent en céramique sont :
 
-le carbonate basique de plomb 2PbCO3.Pb(OH)2 aussi appelé céruse,
-les frittes de plomb (dont le monosilicate de plomb et le bisilicate de plomb)
-les oxydes de plomb :
-rouge Pb3O4 (ou minium),
-jaune PbO (ou litharge).
  
 
Stabilité :
 
I-Carbonate de Plomb :
Ce produit est instable dans les conditions suivantes :
lorsqu’il est chauffé il se décompose à 400 degrés Celsius en émettant du monoxyde de plomb, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone.
 
II-Frittes de Plomb :
Dans la littérature pertinente nous n’avons pas retrouvé de produits de dégradation thermique pour les frittes de plomb suivantes : le bisilicate de plomb, le sesquisilicate de plomb et le borosilicate de plomb.
Par contre le silicate de plomb, PbO.SiO2, émet des fumées toxiques de plomb lorsque chauffé jusqu’à décomposition.
 
III-Oxyde de Plomb Rouge :
Ce produit est instable dans les conditions suivantes :
lorsqu’il est chauffé jusqu’à sa décomposition (plus de 500 degrés Celsius), il y a dégagement d’oxygène et émission de fumées toxiques de plomb.
 
IV-Oxyde de Plomb Jaune :
Ce produit est instable dans les conditions suivantes :
lorsqu’il est chauffé il se transforme en tétroxyde de plomb entre 300 et 400 degrés Celsius.
 
Absorption :
 

Le plomb inorganique est absorbé par les voies respiratoires et digestives, exception faite du plomb élémentaire, qui peut pénétrer de façon négligeable par la peau.

 
Propriétés toxicologiques :
 
I-Toxicocinétique du plomb :
 
A-Absorption pulmonaire :
1-L'absorption pulmonaire du plomb dépend de la taille des particules; une faible proportion de particules de taille supérieure à 0,5 µm est retenue au niveau pulmonaire. La rétention des particules de diamètre inférieur à 0,5 µm est inversement proportionnelle à leur taille.
2-L'absorption pulmonaire dépend également de la fréquence respiratoire.
3-Le taux de déposition pulmonaire du plomb présent dans l'air est d'environ 30 à 50%.
4-Le plomb qui pénètre profondément dans les poumons est presque complètement absorbé.Le reste des particules de plomb qui se retrouvent dans les voies respiratoires supérieures, est dirigé vers le système gastro-intestinal où elles sont ingérées.
5-Le plomb ne s'accumule pas dans les voies respiratoires.
 
B-Absorption gastro-intestinale :
1-L'absorption gastro-intestinale du plomb varie selon l'état physiologique du sujet (jeûne, âge) et le type de composé de plomb ingéré. Ainsi, le taux d'absorption peut varier de 5 à 15 % chez l'adulte à 60 à 80 % chez l'adulte en état de jeûne. Il est d'environ 30 à 50 % chez l'enfant.
2-L'absorption est influencée par la taille des particules ingérées (les plus petites étant mieux absorbées).
3-L'absorption du plomb, qui a lieu dans la région duodénale de l'intestin grêle, semble se faire par un mécanisme saturable.
 
C-Distribution :
1-Indépendamment de la voie d'absorption, le plomb absorbé passe dans la circulation sanguine où plus de 90 % se retrouve lié aux érythrocytes (il se fixe surtout à l'intérieur de la cellule plutôt que sur la membrane). Le reste diffuse dans le sérum.
2-Des études menées chez l'humain indiquent que le plomb absorbé est réparti essentiellement dans 3 compartiments : le premier compartiment est le sang , le second est constitué des tissus mous (systèmes nerveux central et périphérique, foie, reins et muscles) et le troisième est constitué du tissu osseux.
a- Plusieurs chercheurs ont ensuite proposé des raffinements à ce modèle cinétique, on a ainsi proposé de subdiviser le compartiment sanguin en 4 afin de mieux tenir compte de la cinétique du plomb dans le plasma et les érythrocytes. Il est également proposé de subdiviser le compartiment osseux en 2 afin de mieux refléter la vitesse de renouvellement (turnover) et le métabolisme osseux.
b- Par la suite on a proposé un modèle tenant également compte des tissus mous avec lesquels les échanges sont rapides et ceux avec lesquels les échanges sont lents.
 
D-Métabolisme :
Le plomb n'est pas métabolisé dans l'organisme.
 
E-Excrétion :
1-Le plomb ingéré qui n'est pas absorbé est directement éliminé dans les fèces.
2-Environ 80 % du plomb absorbé est éliminé par la voie urinaire, environ 16 % est éliminé via la bile et le reste est éliminé dans la salive, la sueur et les phanères. Il existe d'importantes variations inter-individuelles dans la capacité d'élimination du plomb.
 
F-Demi-vie :
1-La demi-vie du plomb dans le sang est d'environ 1 mois chez l'adulte.
2-La demi-vie dans les tissus mous (tels que le système nerveux central et périphérique, le foie, les reins et les muscles) est d'environ 40 à 60 jours.
3-La demi-vie dans le compartiment osseux est d'environ 20 à 30 ans.
4-La demi-vie du plomb dans le corps entier dépend de la charge corporelle, qui est elle-même reliée à la durée de l'exposition des travailleurs.
 
II-Interaction :
La toxicocinétique et les effets toxicologiques du plomb peuvent être affectés par des interactions avec certains éléments essentiels et nutriments:
A-L'administration de calcium et de phosphore, à des concentrations que l'on retrouve dans un repas moyen, a diminué l'absorption gastro-intestinale du plomb d'un facteur de 6 chez des sujets adultes à jeun.
B-Il semblerait également que la prise quotidienne de fibres alimentaires, de fer et de thiamine diminue la plombémie chez des travailleurs exposés au plomb.
C-L'absorption du plomb est réduite par un apport en zinc ou en calcium, probablement par un mécanisme compétitif au niveau intestinal.
D-L'absorption du plomb est favorisée par la prise de nourriture riche en graisses
 
III-Intoxication aigue :
L'intoxication aiguë est rare en milieu de travail.
L'inhalation de concentrations importantes de plomb peut entraîner des troubles digestifs (vomissements, douleurs épigastriques et abdominales, diarrhée et selles noires), des troubles rénaux, une anémie hémolytique, des troubles neurologiques (encéphalopathie, hypertension intracrânienne, coma convulsif).
 
IV-Intoxication chronique :
A-Les effets de l'intoxication au plomb (également appelée saturnisme) chez l'humain sont les mêmes peu importe sa voie d'entrée dans l'organisme. Ils sont généralement rapportés en terme de dose interne (quantité de plomb dans le sang i.e. plombémie) plutôt qu'en terme de niveau d'exposition ambiant (mg/m³ ou ppm).
B-L'un des premiers symptômes de l'exposition au plomb est l'apparition de troubles digestifs.Ceci se traduit par des coliques (douleurs abdominales intenses, nausées, vomissements), de la constipation, de l'anorexie et une perte de poids.
C-On rapporte également des douleurs articulaires et musculaires aux extrémités.
D-On a observé une pigmentation bleue au niveau des gencives (liséré de Burton) chez les personnes exposées à des concentrations importantes de plomb.
E-Le plomb exerce certains effets au niveau sanguin. Il induit de l'anémie (causée par une diminution de la durée de vie des globules rouges et par la baisse de la synthèse de l'hème par inhibition enzymatique). Il entraîne également une production accrue d'érythrocytes anormaux.
F-Le plomb a des effets sur le système nerveux pouvant ainsi causer une encéphalopathie et une neuropathie périphérique. Les premiers symptômes d'encéphalopathie peuvent se développer dans les semaines qui suivent l'exposition initiale au plomb; ce sont de l'irritabilité, de la lassitude, une perte d'appétit, une diminution de l'attention, des maux de tête, des mouvements saccadés des yeux, des hallucinations, une altération des fonctions cognitives
(diminution de la performance dans certains tests psychométriques comme, par exemple, la coordination oeil-main, les habiletés de raisonnement verbal, la mémoire, etc.). Les symptômes peuvent s'aggraver, parfois brusquement, et l'on peut observer du délire, des convulsions, de la paralysie, le coma et la mort. La neuropathie périphérique peut se traduire par des tremblements musculaires, une faiblesse des membres supérieurs et une paresthésie des membres inférieurs (fourmillements, picotements).
G-Les travailleurs exposés au plomb présentent un risque accru de néphrotoxicité chronique. Les niveaux de plomb pouvant causer une telle atteinte semblent être fonction de la durée de l'exposition. Une revue de plusieurs études semble indiquer que le plomb peut causer une néphropathie à partir d'une plombémie d'environ 1,93 µmol/l. Certains effets toxiques sont réversibles alors que d'autres ne le sont pas. Une étude récente suggère que l'exposition à de faibles niveaux de plomb peut causer des problèmes rénaux chez des hommes d'âge moyen ou âgés.
H-Certaines études suggèrent qu'il existe une faible corrélation positive entre la plombémie et l'augmentation de la pression artérielle. Cependant, il est actuellement prématuré de tirer des conclusions à ce sujet.
I-Il existe certaines évidences à l'effet que de fortes doses de plomb pourraient produire des lésions cardiaques et des perturbations de l'électrocardiogramme.
J-D'après certaines études, le plomb pourrait diminuer la fonction immunitaire.
 
Surveillance Biologique :
 
I-Paramètre biologique, indice biologique d'exposition et moment du prélèvement :
A-Le plomb sanguin :
Variable selon les organismes, (moment du prélèvement discrétionnaire); l'ACGIH propose 1,45 µmol/L (niveau visant à minimiser ou à prévenir les effets pouvant résulter en un dommage fonctionnel persistant); l'OMS et Lauwerys proposent 1,93 µmol/L (plombémie maximale tolérable); La valeur chez les individus non-exposés est <0,50 µmol/L .
B-Les protoporphyrines liées au zinc (ZPP) :
Le moment du prélèvement est d'au moins un mois après le début de l'exposition.
Lauwerys propose 0,67 µmol/L afin de prévenir certaines atteintes à la santé.
La valeur chez les individus non-exposés est <0,32 µmol/L.
 
II-Autres indicateurs d'exposition :
L'acide aminolévulinique urinaire :
indicateur d'effet toxique; ce test est moins sensible que la mesure des ZPP.
 
III-Facteurs à considérer lors de l'interprétation :
-ces valeurs s'appliquent uniquement aux expositions au plomb élémentaire ou aux sels inorganiques.
A-Plomb sanguin :
1-possibilité d'absorption par voies digestives;
2-une plombémie de l'ordre de 2,42 µmol/L est attendue lorsque les travailleurs sont exposés,
jour après jour, à des niveaux ambiants de plomb de 0,15 mg/m³ (norme québécoise).
B-ZPP :
1-anémie hémolytique, déficience en fer (augmentation des ZPP);
2-protoporphyrie érythropoïétique (augmentation des ZPP); carboxyhémoglobine élevée, si l'analyse des ZPP est effectuée par hématofluorométrie (méthode utilisée à l'IRSST, Québec), ceci entraîne une sous-estimation de la concentration de ZPP.
 
IV-Corrélation entre les concentrations sanguines du plomb et leurs effets toxiques :
  
 

Concentration sanguine de plomb (µmol/l)

Effet

< 0,48

Plombémie d'une personne non exposée

0,97 à 2,90

Augmentation de la concentration des protoporphyrines érythrocytaires.
> 1,93

Augmentation de la concentration de coproporphyrine urinaire

2,41 à 2,90

Encéphalopathie chronique chez l'enfant

> 3,86

Encéphalopathie chronique chez l'adulte

2,90 à 3,86

Neuropathie périphérique

3,38 à 4,80

Néphropathies

3,86 à 4,80

Anémie

3,86 à 14,5

Encéphalopathie aiguë

 
V-Facteur de conversion pour la plombémie :
 
valeur µg/l x 0,004826 = µmol/l
 
VI-Population sensible:
 
A-Personnes souffrant d'une dysfonction neurologique;
B-Personnes atteintes d'une maladie rénale;
C-Personnes ayant certaines maladies génétiques, telles la thalassémie, la déficience en glucose-6 phosphate déshydrogénase, les porphyries, une activité excessive de l'ALA synthétase;
D-Les enfants;
E-Les femmes enceintes ou qui allaitent;
F-L'embryon ou le foetus;
G-Les personnes âgées;
H-Les fumeurs;
I-Les alcooliques.
 
  
Cancérogénèse et Mutagénèse :
 
I-Plomb Métallique :
 
Évaluation de l'ACGIH : Cancérogène confirmé chez l'animal dont la transposition à l'humain est inconnue (groupe A3).
 
II-Carbonate basique de plomb, oxydes de plomb jaune et rouge :
 
Évaluation du C.I.R.C. : L'agent (le mélange) est peut-être cancérogène pour l'homme (groupe 2B).
Évaluation de l'ACGIH : Cancérogène confirmé chez l'animal dont la transposition à l'humain est inconnue (groupe A3).
 
Hygiène :
 
I-DIVS (Danger immédiat pour la vie et la santé) :
 
A-Carbonate de Plomb :
100 mg/m³ exprimé en Pb.
 
B-Plomb Rouge :
100 mg/m³ exprimé en Pb.
 
C-Plomb Jaune :
100 mg/m³ exprimé en Pb.
 
II-Évaluation de l’Exposition :
 
Valeurs d'exposition admissibles au Québec :
Valeur d'exposition moyenne pondérée (VEMP) : 0,15 mg/m³
 
Notation
Horaire non conventionnel : Hebdomadaire
Commentaires
Valeur pour les poussières et les fumées, exprimée en Pb (plomb).
 
 
Prévention :
 
I-Méthodes Techniques :
Les principales mesures sont les suivantes :
A-Organisation du Travail :
Que les opérations entraînant un risque d’exposition au plomb ne soient pas dispersées dans l’usine, mais soient au contraire concentrées.
B-Ventilation :
Essentiellement système d’aspiration locale à l’endroit de la génération de poussières, fumées et vapeurs de plomb.
C-Propreté générale des lieux de travail :
Lavage régulier à l’eau pour éviter l’accumulation de poussières de plomb.
D-Équipement sanitaire :
Pour permettre une hygiène personnelle adéquate : éviers, douches, armoires différentes pour vêtements de ville et de travail, réfectoire à l’écart des lieux de travail.
E-Détermination régulière de la concentration en plomb dans l’air :
Elle doit se faire au niveau du poste de travail. Comme dans l’industrie la voie maximale d’entrée est la voie respiratoire, la détermination du plomb dans l’air permet d’estimer le danger d’exposition.
F-Protection personnelle :
1-Porter un appareil de protection respiratoire si la concentration dans le milieu de travail est supérieure à la VEMP (0,15 mg/m³)-Masques filtrants : ils doivent être régulièrement nettoyés et les filtres remplacés.
2-Hygiène personnelle : on ne doit pas fumer ni manger dans les ateliers. On doit aussi inciter les travailleurs à se laver régulièrement les mains et à utiliser les bains-douches après chaque journée de travail. Les vêtements de travail ne seront pas emportés à la maison.
 
II-Méthodes Médicales :
 
A-Examen de Préemploi :
On doit écarter de l’exposition au plomb les sujets atteints d’anémie, d’altérations rénales, les femmes enceintes ou qui allaitent. Selon Cramer (1966), l’alcoolisme rendrait les travailleurs plus sensibles à l’action toxique du plomb.
 
B-Examen Périodique :
Il faut rechercher et reconnaître les signes d’imprégnation saturnine et les premières manifestations cliniques du saturnisme, et pratiquer les tests biologiques cités plus haut tel la plombémie et les protoporphyrines liées au zinc (ZPP). En cas d’exposition chronique, le contrôle de la fonction rénale peut aussi être indiquée.
Aux USA le seuil d’intervention (SI) est de .03 mg/m3 d’air. Tous les employés exposés au ou au-dessus du SI pour plus de 30 jours par année doivent faire partie d’un programme de surveillance médicale fourni par l’employeur. Les dosages sanguins de routine du plomb et des protoporphyrines liées au zinc (ZPP) complètent l’information fournie par les mesures d’ambiance pour guider les efforts de prévention.
 
C-Évaluations Médicales :
 
1-Standards pour l’Industrie, (Régime Général) :
a-Un examen médical doit être subi par tous les candidats à un poste comportant une exposition au plomb supérieure au SI pendant plus de 30 jours par année. Cet examen doit comporter une évaluation clinique et des épreuves de laboratoire.
-Évaluation Clinique :Une histoire de cas d’ordre général et orientée vers l’exposition au plomb avec attention particulière pour les systèmes hématologique, neurologique (central et périphérique), pulmonaire, cardio-vasculaire, gastro-intestinale, musculo-squelettique, rénal, et de la reproduction doit être réalisée. Par la même occasion, si jugée à propos par le médecin examinateur, une autorisation pour porter un masque respiratoire pourra être
délivrée.
-Évaluation de Laboratoire : doit comprendre plombémie, ZPP, formule sanguine avec frottis sanguin, urée et créatinine plasmatique, analyse d’urine complète. Un spermatogramme et un test de grossesse pourront être faits sur demande des employé(e)s.
-Périodicité : il faudra répéter la plombémie et les ZPP à tous les 6 mois.
b-Lorsque la dernière plombémie était =ou> que 1.93 µmol/L. de sang mais inférieure au seuil recommendé pour procéder à un Retrait Préventif du Travail.
-Évaluation Clinique : Évaluation complète tel que décrite plus haut annuellement.
-Évaluation de Laboratoire : évaluation complète tel que décrite plus haut si elle n’a pas été réalisée au cours des derniers douze (12) mois. Il faudra répéter le dosage de la plombémie et des ZPP à tous les deux (2) mois jusqu’à l’obtention de deux (2) plombémies <1.93 µmol/L.
c-Lorsqu’une plombémie isolée est =ou> que 2.896 µmol/L. ou lorsque la moyenne des dernières trois (3) plombémies ou de toutes les plombémies des derniers six (6) mois est =ou> à 2.413µmol/L.(on utilisera l’indice qui représente la plus longue période de temps). Le Retrait Préventif du Travail est obligatoire.
-Évaluation Clinique : Évaluation complète tel que suggérée plus haut aussitôt que le Retrait Préventif du Travail a été initié.
-Évaluation de Laboratoire : évaluation complète tel que décrite plus haut. Il faut répéter la plombémie et les ZPP au moins à tous les mois jusqu’à l’obtention de deux (2) plombémies=ou< à 1.93 µmol/L.
d-Lorsque l’employé(e) rapporte des symptômes/signes cliniques compatibles avec le saturnisme, désire un avis sur les effets de l’exposition au plomb (sur le système de reproduction, la grossesse, etc.), présente un risque accru d’atteinte physique due à l’exposition au plomb ou, a de la difficulté à respirer avec un appareil respiratoire.
-Évaluation Clinique : évaluation complète tel que suggérée plus haut dès que possible.
-Évaluation de Laboratoire : comme le médecin le jugera approprié, basée sur les besoins individuels.
 
2- Standards pour l’Industrie de la Construction (Régime Spécial) : ils ne seront pas discutés car non pertinents.
  
D- Retrait Préventif du Travail :
 
Le médecin doit recommender que le travailleur soit retiré du travail selon les critères suivants :
1-Standards pour l’Industrie, (Régime général) :
a-Une seule plombémie =ou> à 2.896 µmol/L, ou
b-Une moyenne des dernières trois (3) plombémies ou de toutes les plombémies des derniers six (6) mois =ou> à 2.413 µmol/L.(on utilisera l’indice qui représente la plus longue période de temps).
c-Détection d’une condition de santé qui place l’employé à un risque accru de souffrir d’une atteinte à la santé physique due à l’exposition au plomb.
d-Lorsque le médecin détecte des symptômes et/ou signes cliniques habituellement associés au saturnisme même si la plombémie est inférieure aux standards cités plus haut, ou lorsque l’employée est enceinte.
e-Lorsque l’employé est retiré du travail la surveillance biologique doit se faire au moins une fois par mois.
f-Lorsque la plombémie, deux fois consécutivement, se trouve =ou< à 1.93 µmol/L. le médecin peut recommender le retour au travail à condition que l’employeur ait pris les mesures pour contrôler l’exposition au plomb et que les symptômes/signes cliniques de l’intoxication soient disparus.
g-Le médecin peut recommender qu’un employé, si l’en est physiquement capable, retourne travailler dans un endroit où il n’y a pas de plomb pendant qu’il est en Retrait Préventif du Travail; ou encore dans un endroit où l’exposition au plomb se situe en-dessous du SI i.e. .03 mg/m3 .
2-Standards pour l’Industrie de la Construction (Régime Spécial) : ils ne seront pas discutés ici car non pertinents.
 
 
Traitement :
 
I-Intoxication Aigue :
Il consiste en :
un lavage gastrique avec une solution précipitant le plomb sous forme de sulfate non-solubilisable, par exemple :
-sulfate de soude,
-sulfate de magnésie aa 40g,
-eau ad 1 litre;
-injection quotidienne d’EDTA calcique, associée au BAL chez l’enfant;
-nécessité de combattre le choc, surtout par la réhydratation parentérale.
 
II-Intoxication Chronique :
 
A-Traitement Chélateur :
 
1-L’EDTA ( acide éthylènediaminetétraacétique) est un chélateur capable de fixer le plomb, le calcium et d’autres cations pour former un complexe non ionisé.
Pour éviter une hypocalcémie, on administrera le sel de calcium ou de disodium.
Le plomb (mais aussi d’autres métaux : zinc, cuivre, fer) remplacera le calcium. Le complexe EDTA-plomb est soluble et rapidement éliminé par les reins (filtration glomérulaire).
Comme l’EDTA est toxique pour les reins, surtout pour la membrane basale glomérulaire, son administration se fera avec prudence en présence d’affections rénales. On contrôlera donc la fonction rénale au cours du traitement.
La dose maximale administrée ne doit pas dépasser 50mg/kg/jour. Le traitement doit durer 5 jours et si la plomburie reste élevée, il peut être répété après une période de repos d’au moins 4 à 5 jours.
 
2-Le DTPA (acide diéthylènetriaminepentaacétique sel trisodique, monocalcique) semble légèrement plus efficace que l’EDTA.
 
3-Le DMSA (acide dimercaptosuccinique) administré par voie orale en doses progressivement croissantes a été recommendé. Son administration s’avère supérieure à l’EDTA lorsque la présence de plomb dans le tube digestif peut être exclue.
 
4-Une double chélation par EDTA et DMSA a été préconisée en cas d’intoxication importante.
 
5-En cas d’encéphalopathie saturnine chez l’enfant, il semble que l’administration combinée BAL+EDTA soit préferable à celle de l’EDTA seule.
 
Rappelons enfin que l’administration préventive d’un agent chélateur est à proscrire.
Seul, le contrôle de l’ambiance de travail représente la méthode de prévention adéquate. Un médicament ne peut se substituer aux mesures d’hygiène industrielle.
 
B-Traitement Symptomatique :
 
Il peut être de différents types :
a-dans la colique de plomb : antispasmodiques;
b-dans l’encéphalopathie saturnine :
-traitement des convulsions par barbituriques,
-traitement de l’hypertension intra-crânienne par l’administration intraveineuse de soluté hypertonique
c-dans l’hypertension paroxystique : traitement hypotenseur.
 
En cas d’atteinte rénale, la dialyse péritonéale permet une élimination importante et rapide du plomb, évitant les chélateurs toxiques pour les reins.
 
III-Traitement de l’Imprégnation Saturnine :
 
En cas d’imprégnation saturnine, il faut un contrôle du risque ( mesures de prévention, changement d’emploi) et éventuellement , un traitement à l’EDTA chez l’adulte, 4g/jour par voie orale, pendant 5 à 10 jours.
Par voie orale, l’acide dimercaptosuccinique semble plus actif que l’EDTA.
 
 
 
 
 
 
Edouard Bastarache M.D. (Médecin du Travail et de l’ Environnement)
Auteur de « Substitutions de matériaux céramiques complexes »
edouardb@colba.net
 Sorel-Tracy
Québec
Canada
  
 
 
Références :
 
1-CSST-Québec, Répertoire toxicologique, 2002
2-Toxicologie Industrielle et Intoxications Professionnelles, Lauwerys R.
dernière édition.
3-Potterycrafts-MSDS, United Kingdom, avril 2002.
4-Sax’s Dangerous Properties of Industrial Materials, Lewis C., dernière édition.
5-Medical Surveillance of the Lead Exposed Worker, Current Guidelines, Hipkins K.L.
et al, AACHN Journal, July 1998.
 
 
 
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Inorganic Lead and Ceramics

by Edouard Bastarache
 
Sources :
 
The inorganic compounds which are of concern in ceramics are :
 
-basic lead carbonate 2PbCO3.Pb(OH)2,
-lead frits, including lead-boro silicate.
-lead oxides :
-red (minium) Pb3O4 ,
-yellow (litharge) PbO.
 
Stability :
 
I-Lead Carbonate :
This product is unstable under the following conditions : when heated it decomposes at 400 degrees Celsius and emits lead monoxide, carbon monoxide and carbon dioxide.
 
II-Lead Frits :
In the relevant literature, we have not found any information relating to thermal breakdown products for the following lead frits: lead bisilicate, lead sesquisilicate and lead-boro-silicate.
On the other hand lead silicate, PbO.SiO2, emits toxic lead fumes when heated to decomposition.
 
III-Red Lead Oxide :
This product is unstable under the following conditions : when heated to decomposition (more than 500 degrees Celsius), there is release of oxygene and emission of toxic lead fumes.
  
IV-Yellow Lead Oxide :
This product is unstable under the following conditions : when heated between 300 to 400 degrees Celsius, it is converted to lead tetroxide.
 
Absorption :
 
Inorganic lead is absorbed only by the respiratory and digestive tracts, except for metallic lead, which can penetrate the skin in a negligible way.
 
Toxicological Properties :
 
I-Lead Toxicokinetics :
 
A- Pulmonary absorption :
1-Pulmonary absorption of lead depends on the size of particles; a small proportion of particles of size greater than 0,5 µm is retained at the pulmonary level. The retention of particles having a diameter smaller than 0,5 µm is inversely proportional to their size.
2-Pulmonary absorption also depends on respiratory frequency.
3- The pulmonary deposition rate of lead present in the air is approximately 30 to 50%.
4- Lead which penetrates deeply into the lungs is almost completely absorbed. The rest of lead particles which are found in the higher parts of the respiratory tract, are directed towards the gastro-intestinal system where they are ingested.
5-Lead does not accumulate in the respiratory tract.
 
B-Gastrointestinal absorption :
1-Gastrointestinal absorption of lead varies according to the physiological state of the individual (fast, age) and the type of lead compound ingested. Thus, the rate of absorption may vary in the fasting adult from 5-15 % to 60-80 %. It is approximately 30 to 50 % in the child.
2-Absorption is influenced by the size of the ingested particles (the smallest being better absorbed).
3-Absorption of lead, which takes place in the duodenal region of the small intestine, seems to occur by a saturable mechanism.
 
C-Distribution :
 
1-Independently from the route of absorption, absorpbed lead passes into the blood circulation where more than 90 % finds itself bound to erythrocytes (it is fixed especially inside the cell rather than on the membrane). The remainder diffuses into the serum.
 
2-Studies undertaken in man indicate that absorbed lead is distributed primarily in 3 compartments: the first compartment is blood, the second is made up of soft tissues (central and peripheral nervous systems, liver, kidneys and muscles) and the third one is composed of bone tissue.
 
a-Several researchers have proposed refinements to this kinetic model, it has thus been proposed to subdivide the blood compartment into 4 in order to better take into account lead kinetics in the plasma and in the erythrocytes. It is also proposed to subdivide the bone compartment into 2 in order to better reflect the speed of turnover and bone tissue metabolism.
b-Thereafter a model was proposed taking into account the soft tissues with which the exchanges are fast and those with which they are slow.
 
D-Metabolism :
Lead is not metabolized in the body.
 
E-Excretion :
1- Ingested lead that is not absorbed is directly excreted in the feces.
2-Nearly 80 % of the absorbed lead is eliminated by the urinary tract, approximately 16 % is eliminated via the bile and the remainder is eliminated in the saliva, sweat, hair and nails.There are significant inter-individual variations in the capacity of lead elimination.
 
F-Half-life :
1-In the adult, blood lead half-life is approximately 1 month.
2-The half-life in soft tissues (such as central and peripheral nervous systems, the liver, kidneys and muscles) is approximately 40 to 60 days.
3-The half-life in the bone compartment is approximately 20 to 30 years
4-The whole body lead half-life depends on the body burden, which itself is related to the duration of exposure of workers.
 
II-Interaction :
 
Lead toxicokinetics and toxicological effects can be affected by interactions with certain essential elements and nutriments:
 
A-The administration of calcium and phosphorus, at concentrations which can be found in an average meal, decreases lead gastrointestinal absorption by a factor of 6 in fasting adults.
B-It would also seem that the daily intake of food fibers, thiamin and iron lowers blood lead level (BLL) in exposed workers.
C-Lead absorption is reduced by a calcium or zinc intake, probably by a competitive mechanism at the intestinal level.
D-Lead absorption is enhanced by the intake of food high in fat.
 
III-Acute Intoxication :
 
Acute intoxication is rare in the work environment.
 
The inhalation of significant lead amounts can cause digestive disorders (vomiting, epigastric and abdominal pain, diarrhoea and black stools), renal disorders, hemolytic anemia, neurological disorders (encephalopathy, intracranial hypertension, convulsive coma).
 
IV-Chronic Intoxication :
 
A-The effects of lead intoxication in man are the same whatever the route of entry into the body. They are generally described in terms of internal dose (amounts of lead in the blood ) rather than in terms of ambient level of
exposure (mg/m³ or ppm).
 
B-One of the first symptoms of lead exposure is the appearance of digestive disorders.
This results in colics (intense abdominal pains, nausea, vomiting), constipation, anorexia and a loss of weight.
 
C-Articular and muscular pains in the extremities are also reported.
 
D- A blue coloured line has been observed on the gingival tissues of people exposed to significant lead concentrations.
 
E-Lead exerts certain blood effects. It induces anemia (caused by a reduction in the lifespan of red cells and by a fall of the synthesis of heme by enzymatic inhibition). It also involves an increased production of abnormal erythrocytes.
 
F-Lead has effects on the nervous system thus being able to cause encephalopathy and peripheral neuropathy.
The first symptoms of encephalopathy can appear in the weeks following initial exposure to lead; these are irritability, lassitude, loss of appetite, reduction in the attention,headaches, jerked movements of the eyes, hallucinations, a deterioration of the cognitive functions (reduction in the performance in certain psychometric tests like, for example, eye-hand coordination, skills of verbal reasoning, memory, etc).
Symptoms may worsen, sometimes abruptly, and one can observe delirium, convulsions, paralysis, coma and death. Peripheral neuropathy can result in muscular tremors, weakness of the upper limbs and paraesthesias of the lower limbs (pins and needles, tingling).
 
G-Workers exposed to lead present an increased risk of chronic nephrotoxicity.
The lead levels which can cause such an effect seem to be a function of the duration of exposure. A review of several studies seems to indicate that lead can cause nephropathy at blood lead levels as low as 1,93 µmol/l.
Certain toxic effects are reversible whereas others are not. A recent study suggests that the exposure to low lead levels can cause renal problems in middle-age and old age men.
 
H-Some studies suggest that there is a weak positive correlation between blood lead level (BLL) and an increase in blood pressure. However, it is currently premature to draw conclusions on this subject.
 
I-There is some evidence that high lead doses could be responsible for cardiac lesions and disturbances in the electrocardiogram.
 
J-According to some studies, lead could weaken the immune system.
  
Biological Monitoring :
 
I-Biological parameter, biological index of exposure and time of blood sampling :

A-Blood lead level (BLL):

Variable according to different organizations, (time of blood sampling is discretionary); the ACGIH proposes 1,45 µmol/L (level aiming at minimizing or preventing the effects being able to result in a persistent functional damage);
the WHO and Lauwerys propose 1,93 µmol/L (maximum tolerable blood lead level); the level in non-exposed individuals is < 0,50 µmol/L.
 
B-Zinc protoporphyrins (ZPP) :
The time of blood sampling must be at least one month after the beginning of exposure. Lauwerys proposes 0,67 µmol/L in order to prevent certain health effects. The level for non-exposed individuals is < 0,32 µmol/L.
 
II-Other Exposure Indicators :
Urinary aminolevulinic acid : an indicator of toxic effect; this test is less sensitive than the measurement of ZPP.
 
III-Factors to be considered for interpretation :
- these values apply only to exposures to metallic lead or inorganic salts.
 
A-BLL :
1-possibility of absorption by the digestive tract;
2-a BLL of about 2,42 µmol/L is expected in workers who are exposed, day after day, to lead air levels of 0,15 mg/m³ ;
 
B-ZPP :
1-hemolytic anemia, iron deficiency (increased ZPP);
2-erythropoietic protoporphyria (increased ZPP); increased carboxyhemoglobin, if the analysis of ZPP is carried out by hematofluorometry (method used by the IRSST, Quebec), it involves an undervaluation of the concentration of ZPP.
 
 
IV-Correlation between lead blood concentrations and their toxic effects :
 
 

Blood lead level (µmol/l)

Effect

< 0,48

Blood lead level of a nonexposed person

0,97 à 2,90

Increase in the concentration of erythrocyte protoporphyrins

> 1,93

Increase in the urinary concentration of coproporphyrin

2,41 à 2,90

Chronic encephalopathy in the child

> 3,86

Chronic encephalopathy in the adult

2,90 à 3,86

Peripheral neuropathy

3,38 à 4,80

Nephropathies

3,86 à 4,80

Anemia

3,86 à 14,5

Acute encephalopathy

 
V-Conversion factor for blood lead level :
 
µg/l x 0,004826 = µmol/l
 
VI-Sensitive populations :
 
A-People suffering from a neurological dysfonction;
B-People suffering from a renal disease;
C-People having certain genetic diseases, such as thalassemia, glucose-6 phosphate dehydrogenase deficiency, porphyrias, an excessive activity of the ALA synthase.
D-Children;
E-Pregnant or breast-feeding women;
F-The embryo or foetus;
G-Elderlies;
H-Smokers;
I-Alcoholics.
  
Carcinogenesis and Mutagenesis :
 
I-Metallic Lead :
 
ACGIH evaluation : Confirmed animal carcinogen (group A3).
 
II-Basic lead carbonate, yellow and red lead oxide :
 
IARC.evaluation: Probably carcinogenic to humans (group 2B).
ACGIH evaluation: Confirmed animal carcinogen (group A3).
 
Occupational Hygiene :
 
I-IDLH (Immediate Danger to Life and Health) :
 
A-Basic Lead Carbonate :
100 Pb mg/m³ as Pb.
 
B-Red Lead Oxide :
100 Pb mg/m³ as Pb.
 
C-Yellow Lead Oxide :
100 mg/m³ as Pb.
  
II-Evaluation of Exposure :
 
Exposure limit in Quebec :
Valeur d'exposition moyenne pondérée (VEMP) : 0,15 mg/m³
 
Note
Non-conventional schedule : Weekly
Comments
Limit for dusts and fumes, expressed as Pb (lead).
 
Prevention :
 
I- Technical Methods :
Main measures are as follows:
 
A-Work organization :
Operations involving a hazard of lead exposure should not be dispersed in the factory, but on the contrary, put together.
 
B-Ventilation :
Primarily, local aspiration systems at the place of generation of lead dusts, fumes and vapors.
 
C-General cleanliness of workstations :
Regular washing with water to avoid accumulation of lead dust.
 
D-Sanitary equipment :
To allow for adequate personal hygiene: sinks, showers, different lockers for work and town clothes, refectory away from workstations.
 
E- Regular evaluation of lead concentration in the air :
It must be done at the workstation. Since in the industrial settings, the main route of entry is the respiratory tract, the mesurement of lead in the air allows to estimate the exposure hazard.
 
F-Personal protection :
1-A respiratory protection apparatus should be worn if the concentration in the work environment is greater than the VEMP (0,15 filter mg/m³)
Masks: they must be regularly cleaned and filters replaced.
 2-Personal hygiene: nobody should smoke nor eat in workshops. One must also incite workers to wash their hands regularly and to use shower/baths after each working day. Working clothes will not be carried home.
 
II- Medical Methods :
 
A-Pre-employment medical examination :
 
Subjects suffering from anemia, kidney diseases; pregnant or breast-feeding women, should be kept away from lead exposure. According to Cramer (1966), alcoholism would make workers more sensitive to the toxic action of lead.
 
B-Periodical examination :
 
It is necessary to seek and recognize the signs of lead impregnation and the first symptoms and clinical signs of lead poisoning, and to prescribe the biological tests cited above such as BLL and ZPP.
In the case of chronic intoxication, tests for kidney function can also be indicated.
 
In the USA, the Action Level (AL) is .03 mg/m3 of air. The general industry standard requires that all employees exposed to or above the AL for more than 30 days per year take part in a medical surveillance program provided by the employer, regardless of whether respiratory protection is used. Routine measurements of BLL and ZPP supplement the information provided by air lead measurements to guide prevention efforts.
 
C-Medical Evaluations :
1-General industry standard :
a- A medical examination must be undergone by all the candidates for employment where an exposure to lead higher than the AL during more than 30 days per year is encountered. This examination must comprise a clinical evaluation and laboratory tests.
-Clinical Evaluation :General and lead-specific history and physical examination with special attention to hematological, neurological, (central and peripheral ), pulmonary, cardiovascular, gastrointestinal, musculoskeletal, renal, and reproductive systems.Medical clearance to wear respirator, if used, applies to all categories.
-Laboratory Testing: it must include BLL, ZPP, blood count with blood smear, urea and plasma creatinine , complete urinalysis. A sperm analysis or pregnancy test could be made if requested by the employee, and any other test the physician deems necessary.
-Periodicity: it will be necessary to repeat BLL and ZPP measurements every 6 months.
b- When the last BLL was = or > 1.93 µmol/L. but lower than the threshold recommended to carry out Medical Removal Protection.
-Clinical Evaluation: complete evaluation as described above, annually.
-Laboratory Testing : complete lab panel if not done within last 12 months (see above). Repeat BLL and ZPP every two (2) months until two (2) consecutive BLLs are < 1.93 µmol/L.
c- When a single BLL is = or > 2.896 µmol/L. or when the average of the last three (3) BLLs, or of all the BLLs of the previous six (6) months are = or > than 2.413 µmol/L. (whichever covers a longer time period), Medical Removal Protection becomes mandatory.
-Clinical Evaluation: as soon as the Medical Removal Protection is initiated. See the clinical evaluation described above.
-Laboratory Testing: Complete lab panel (see above). Repeat BLL and ZPP at least monthly until two (2) consecutive BLLs are =or< 1.93 µmol/L.
d- When an employee reports signs or symptoms of lead toxiciy, desires advice about effects of lead exposure (on reproductive system, child bearing, etc.), has increased risk of material impairment to health due to lead exposure, or has difficulty breathing with respirator use.
-Clinical Evaluation: as soon as possible (see above).
-Laboratory Testing: as deemed appropriate by the physician based on individual case needs.
 
2-Construction Industry Standard :
It will not be discussed here because it is irrelevant.
 
D- Medical Removal Protection :
The physician must recommend to the employer that an employee be removed from lead exposure and enter a Medical Removal Protection program if any of the following conditions are met.
 
1- General Industry Standard :
a-A single BLL=or> 2.896 µmol/L, or
b-An average of the last three (3) BLLs or of all BBLs over the previous 6 months (whichever covers a longer period of time) is=or>2.413 µmol/L.
c-The employee has a « detected medical condition » that places him or her at increased risk of « material impairment to health ». The physician is given the discretion to make such a determination on an individual case basis.
d-When the physician detects symptoms and/or clinical signs usually associated with lead poisoning even if the BLL is lower than the standards cited above, or when the employee is pregnant.
e-When the employee is withdrawn from work, Laboratory Testing (Biological Monitoring) must be done at least once per month.
f-When the BLL is twice consecutively = or < 1.93 µmol/L. the physician may recommend the return to work provided that the employer has taken proper steps to control lead exposure and that the symptoms/ clinical signs of the intoxication have disappeared.
g-During Medical Removal Protection a physician may recommend that an employee, if physically able, returns to work in a place where there is no lead exposure, or in a place where lead exposure is below the AL (Action Level) which is below .03 mg/m3.
 
2-Construction Industry Standard :
It will not be discussed here because it is irrelevant.
 
Treatment
 
I-Acute Intoxication :
 
It consists of :
a gastric lavage with a solution precipitating lead in the form of insoluble sulphate, for example :
- soda sulphate,
- magnesia sulphate aa 40g,
- water ad 1 liter;
- daily injection of calcium EDTA, in association with BAL in the child;
- need to treat shock, especially by the parenteral rehydration.
  
II-Chronic Intoxication :
 
A-Chelation Therapy :
 
1-EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) is a chelating agent capable of fixing lead, calcium and other cations to form a non-ionized complex. To avoid hypocalcemy, a salt of calcium or disodium should be given. Lead (but also other metals: zinc, copper, iron) will replace calcium. The soluble complex lead-EDTA is quickly excreted by the kidneys (glomerular filtration).
Since EDTA is toxic to the kidneys, especially to the glomerular basal membrane, its administration should be done with prudence in the presence of renal ailments. Renal function should be monitored during treatment. The maximum amount to be given should not exceed 50mg/kg/day.
Treatment must last 5 days and if urinary lead remains high, it can be repeated after a period of rest of at least 4 to 5 days.
 
2-DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid trisodium salt, monocalcic) seems slightly more effective than EDTA.
 
3-DMSA (dimercaptosuccinic acid) given orally in gradually increasing amounts has been recommended. Its administration is more effective than EDTA when the presence of lead in the digestive tract can be excluded.
 
4-Double chelation therapy with EDTA and DMSA has been recommended in the case of significant intoxication.
 
5-In the case of lead encephalopathy in the child, it seems that the combined administration of BAL and EDTA is preferable to EDTA alone.
 
Finally, let us remember that the preventive administration of a chelating agent is to be prohibited. Only the control of the work environment represents the method of adequate prevention. A drug cannot replace industrial hygiene measures.
 
B-Symptomatic Treatment :
 
It is of various types:
a-in lead colicky abdominal pain: antispasmodic drugs;
b-in lead encephalopathy :
-treatment of convulsions by barbiturates,
-treatment of intracranial hypertension by the intravenous administration of a hypertonic solution.
c-in paroxystic hypertension: blood pressure lowering drugs.
 
In the case of renal impairment, peritoneal dialysis allows a significant and fast elimination of lead, avoiding kidney poisonous chelating drugs.
 
III-Treatment of Lead Impregnation :
 
In the case of lead impregnation, hazard control is a must (prevention measures, job change) and possibly, an EDTA treatment in the adult, 4g/day by mouth, during 5 to 10 days. By mouth, dimercaptosuccinic acid (DMSA) seems more active than EDTA.
 
 
 
 
Edouard Bastarache M.D. (Occupational & Environmental Medicine)
Author of « Substitutions for Raw Ceramic Materials»
edouardb@colba.net
Sorel-Tracy
Quebec
Canada
 
 
References :
 
1-CSST-Quebec, Repertoire Toxicologique, 2002
2-Toxicologie Industrielle et Intoxications Professionnelles, Lauwerys R. last edition.
3-Potterycrafts-MSDS, United Kingdom, april 2002.
4-Sax’s Dangerous Properties of Industrial Materials, Lewis C., last edition.
5-Medical Surveillance of the Lead Exposed Worker, Current Guidelines, Hipkins K.L. et al, AACHN Journal, July 1998.
6-Clinical Environmental Health and Toxic Exposures, Sullivan J.B and Krieger G.R., last edition.
 
 
 
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