Surveillance biologique de l’exposition

1. Surveillance biologique de l’exposition Pr Anne Maître Médecine et Santé au Travail Toxicologie Professionnelle et Environnementale Equipe EPSP – Laboratoire TIMC (UMR 5525) UFR de Médecine – Domaine de la Merci 38706 La Tronche cedex

2. Surveillance biologique de l’exposition Définition et contexte Prérequis scientifiques Mise en œuvre Analyse et rendu des résultats

3. Objectif 1. Démarche médico-légale à postériori : tardive 2. Démarche d’évaluation des risques à priori (ERS) : • Dépistage de groupes de sujets à risque  définition des priorités d’action de prévention : substitution du produit, amélioration de l’efficacité des moyens de protection (EPC, EPI)  évaluation des actions mises en place  adaptation de la surveillance médicale  fiches d’exposition et suivi post-professionnel • Études épidémiologiques  outils d’évaluation simple de la dose

4. Avantages /métrologie atm • Dose interne en relation plus directe avec les effets toxiques systémiques à long terme que la dose externe • Intégration de l’ensemble des sources d’exposition prof, env, domestique l’ensemble des voies d’exposition les facteurs physico-chimiques des substances les facteurs individuels des sujets les moyens de protection • Facile à mettre en place, bien acceptée par sujet (urine) • Evaluation des expositions anciennes

5. Définition 1980 CCE,NIOSH,OSHA : Surveillance biologique de l’exposition «identification et mesure des substances de l’environnement du poste de travail ou de leurs métabolites dans les tissus, les excrétas, les sécrétions ou l’air expiré des salariés exposés pour évaluer l’exposition et les risques pour la santé, en comparant les valeurs à des références appropriées » Ex : plomb dans le sang, métabolites urinaires des solvants R 231-54-1 :concept étendu dans définition de la Valeur Limite Biologique (VLB)à la mesuredes indicateurs d ’effets biologiques précoces non toxiques et réversibles s’ils peuvent être spécifiquement corrélés à l’exposition: « limite de concentration dans le milieu biologique approprié de l’agent concerné, de ses métabolites ou d’un indicateur d’effet » (ppz sang)

6. Définition Surveillance biologique de l’exposition,ou biométrologie (biomonitoring, anglosaxons):  mesurer les substances de l’environnement de travail, leurs métabolites ou les effets biologiques précoces qu’elles induisent  dans les tissus, les excrétas, les sécrétions ou l'air expiré des salariés exposés  pour évaluer l'exposition professionnelle des sujets - en vue d’estimer les risques pour la santé - en comparant les valeurs mesurées à des références appropriées

7. Sce de l’environnement exposition dose externe dose interne Sce biologique de l’exposition effet dose efficace Source(s) Émission, diffusion transformation homme absorption excrétion métabolisme Organe cible Effet biologique précoce Effet biologique toxique Sce de la santé Dépistage de maladie maladie

8. Source(s) Sce de l’environnement Émission, diffusion transformation homme absorption Sce biologique de l’exposition métabolisme Organe cible Susceptibilité individuelle Effet biologique précoce Effet biologique toxique Sce de la santé Dépistage de maladie maladie

9. Définition  Indicateur biologique d’exposition  Quantification du produit (ex : plomb sanguin, cobalt urinaire, toluène urinaire)  Quantification du ou des métabolite(s) (ex : orthocrésol urinaire, hydroxypyrène urinaire) • Quantification de dose au niveau de l’organe cible (ex : HbCO, adduits d’ADN) • Quantification d’un indicateur d’effet biologique précoce • (= non toxique) • (ex : protoporphyrines zinc sanguines)  Reflète la dose interne

10. Définition Sont exclus du champs d’application : • Indicateurs biologiques d’effet (biomarqueurs d’effets) : • Mesure la réponse de l’organisme (mécanisme d’adaptation et de compensation non saturés) • Mesure des altérations des mécanismes de défense Indicateurs de susceptibilité génétique : - détection de facteurs individuels pouvant modifier le métabolisme des substances, les mécanismes de réparation des lésions et donc la survenue d’effets toxiques

11. Contexte français Décret 2001-1016 : document unique/ERS qui s’appuie sur des éléments quantitatifs (métrologie atm, surveillance biologique Décret 2001-97: CMR « toutes les expo doivent être prises en compte y compris l’absorption percutanée ou transcutanée » Repérage des expositions individuelles = 1 des éléments du dossier médical  attestation d’exposition / cancérogènes Directives 98/24/CE et 99/38/CE Décret 2003-1254 : prévention du risque chimique (VLB et plomb, agréments) PNSE (2004), plan Cancer : Sce biologique de l’exposition Rapport Lejeune (2008) : Traçabilité de l’exposition

12. SBE : Population concernée • Enquête SUMER 2003 : •  3,7 M exposés aux CMR, (2,5 M IBE) • HAP (< 1,6 M) :huiles, gaz d’échappement, goudrons, métallurgie • Métaux (0,3 M) :chrome, nickel, cobalt, cadmium, arsenic, plomb • Solvants (0,4 M):trichlo, HC halogéné-nitré, benzène, perchlo, DMF • Amines aromatiques, cytostatiques •  0,2 M exposés aux métaux non CMR (0,2 M IBE) •  2,7 exposés aux solvants non CMR (1,6 M IBE) • cétones, EG, toluène, méthanol, THF, hexane • + phytosanitaires

13. SBE 2006: Enquête INRS / Laboratoires • Acroissement de SBE entre 2002 et 2006 mais toujours faible recours à la SBE • 50% plomb • Impact de réglementation (plombémie /aptitude, CMR en 2001) :  20% / plomb,  85% autres CMR • Panel de laboratoires privés et publiques • Absence quasi-systématique de transmission d’une fiche de renseignements •  interprétation des résultats ?

14. Surveillance biologique • Principaux polluants chimiques ont des biomarqueurs disponibles • Plusieurs centaines de milliers de sujets pourraient en bénéficier • Ressources analytiques présentes : sensibilité, spécificité, qualité • Important réseau de médecine du travail permet la mise en œuvre … sous utilisation de la surveillance biologique • Absence de VLB réglementaires en dehors du plomb • Problème d’imputation des coûts • Complexité de mise en oeuvre • Difficultés d’interprétation • Insuffisance du réseau d’aide en toxicologie

15. Nouvelle réglementation Décret 2009-1570 : contrôle du risque chimique sur les lieux de travail (métrologie atm, surveillance biologique) Arrété 2009 (JO 292) : contrôle du respect des VLB pour sujets exposés au plomb Circulaire DGT 2010/03 : contrôle du risque chimique sur les lieux de travail (métrologie atm, surveillance biologique) … nouvelles VLB en préparation

16. Limites • Facile à mettre en place : mauvaise évaluation initiale  Pas adaptée aux substances entraînant des effets locaux  Intégration de l’ensemble des sources d’exposition  Manque de spécificité de certains IBE (traces) Ne permet pas :  d’identifier les sources d’exposition  de quantifier les pics d’exposition Nécessite …. • Connaissances de toxicocinétique et toxicodynamie  Existe pour un nombre limité de substances

17. Surveillance biologique de l’exposition Définition et contexte Prérequis scientifiques Mise en œuvre Analyse et rendu des résultats

18. Facteurs de toxicocinétique = étude du devenir d’un xénobiotique dans l’organisme  modifient la concentration toxique au voisinage site d’action • Facteurs de toxicodynamie = étude du mécanisme d’interaction entre un toxique et une cible moléculaire ou cellulaire  interfèrent avec la fixation du toxique sur site d’action Toxicinétique - Toxicodynamie Toxicité : dysfonctionnement à l’échelle moléculaire, cellulaire ou organique  Quantité de substance active fixée au niveau du site d’action Toxicologie – Pr A Maître

19. Absorption Distribution Métabolisme Elimination Effet toxique - aigu - chronique Exposition au xénobiotique Phase toxicodynamique Phase d’exposition Phase toxicocinétique Toxicinétique - Toxicodynamie • Quoi? paramètre • Où? milieu biologique • Quand? moment du prélèvement • Facteurs de variabilité ? Source Transfert Transformation

20. Eléments de Toxicocinétique 4 grandes étapes :

21. - surface importante = 100-140 m2 (50 fois la surface cutanée) - fine paroi cellulaire Absorption pulmonaire • Nasopharynx • Arbre trachéo-bronchique • Alvéoles pulmonaires : Toxicologie – Pr A Maître

22. Absorption pulmonaire Gaz et vapeurs • Quantité dissoute dépend : • pression partielle alvéolaire du gaz (dose, volatilité du produit) • débit sanguin • solubilité dans le sang (coefficient de partage sang / air) Aérosols (solides ou liquides) • Importance de la taille (dae) • Caractéristiques physico-chimiques • diffusion rapide / aérosols liquides lipophiles • filtration/ aérosols liquides hydrosolubles (PM<500)

23. Absorption pulmonaire Aérosols (solides ou liquides) • Importance de la taille (dae) Dépôt tout au long de l’arbre bronchique 5-30 nasopharynx 2-5 bronches-trachée < 1 alvéoles Toxicologie – Pr A Maître

24. Absorption pulmonaire : facteurs de variation Absorption facilitée / • substance : - gaz : volatilité, solubilité dans le sang - aérosol : granulométrie, hydro et liposolubilité • Facteurs environnementaux • nombre de sources, diffusion, transformation • protection collective, protection individuelle • Ventilation pulmonaire • respiration superficielle et rapide  déposition alvéolaire • effort ( FR,  VC)  dose • respiration / bouche : pas de filtration nasale • Facteurs endogènes • débit sanguin • mécanismes de défense (cils vibratiles, m)

25. Absorption cutanée Peau = 1,5-2 m2 • barrière assez imperméable • importance de l’épiderme • couche cornée (4) • épaisseur variable • de 500 µM à 10 µM • absorption • épaisseur de la couche cornée • altération de la couche cornée • hydratation du derme • débit sanguin sous-cutané • rôle accessoire • glandes sébacées • glandes sudoripares • follicules pileux Toxicologie – Pr A Maître

26. Absorption cutanée : facteurs de variation Absorption facilitée / • substance: lipophile • sitecutané • état de la peau • vasodilatation cutanée • hydratation et température de la peau • lésions mécaniques ou irritation de l’épiderme

27. Distribution 2 barrières particulières : • barrière hémato-encéphalique moins perméable / autres barrières de l’organisme : - pas de pores entre les cellules endothéliales - manchon de cellules gliales autour du capillaire - concentration protéique LCR + faible Mais ... barrière immature à la naissance perméabilité + impte au niveau du cortex perméabilité + impte / hyperthermie, inflammation

28. Distribution 2 barrières particulières : • barrière placentaire placenta nombreux échanges mère-foetus ·transport actif / nutriments (vit, AA, glucides, Ca, Fe) : peu utilisé / toxiques ·diffusion +++ / liposolubles concentrations = dans le sang, + impte dans SNC, - impte dans foie ·métabolisme dans placenta ? ·activité phagocytaire impte  transferts microorganismes, Ac, toxiques peu liposolubles  foetotoxicité, tératotoxicité

29. Métabolisme (biotransformations) • Foie +++, rein, poumons, peau • Élimination des xénobiotiques : liposoluble  hydrosoluble • Détoxification Substance  métabolites moins toxiques • Bioactivation : Substance  métabolites plus toxiques

30. Métabolisme (biotransformations) • Deux classes de réactions enzymatiques : Addition d’un groupe fonctionnel (OH, NH2, COOH… conjugaison

31. Métabolisme : facteurs de variation • Age • Variabilité génétique • Polymorphisme d’oxydation • Polymorphisme d’acétylation • Carences nutritionnelles • Compétition enzymatique • Induction ou inhibition enzymatique

32. Inhibition =  activité enzymatique par  synthèse + / médicaments (dépakine, macrolides), alcoolisme aigu, OP, DMF ex : DMF  intolérance à l’alcool / inhibition de l’adéhyde deshydrase Métabolisme : induction - inhibition • Induction • =  quantité d’enzymatique par  synthèse ( activation) ou  processus de dégradation • + / médicaments (phénobarbital), alcoolisme chronique, HAP, fumée de tabac, dioxines, OC •  toxicité (photothérapie : oxydation bilirubine) •  toxicité ( formation CCl3° / phénobarbital) Toxicologie – Pr A Maître

33. Elimination • Voie rénale • Voie digestive • Voie respiratoire • Voies accessoires : lait, peau... Toxicologie – Pr A Maître

34. Elimination rénale • Le néphron • unité fonctionnelle du rein • chaque rein = un million de néphrons • Le glomérule : filtration • - 23% débit cardiaque • - 180L plasma / 24H • - forte pression hydrostatique • - larges pores capillaires ( = 70 nm) •  urine primitive = ultrafiltrat sans prot, • élts du sang (molec< 65000D) • Le tubule : • sécrétion= transport actif (tcp) • réabsorption = diffusion passive (tcp, AH, tcd) •  urine définitive Toxicologie – Pr A Maître

35. Elimination rénale : facteurs de variation • Substance • Poids moléculaire • Hydro/liposolubilité, degré d’ionisation • Filtration glomérulaire • surface de filtration (GN) • pression oncotique (régime, effort, boisson) • pression hydrostatique (HTA) • contrôles hormonaux et nerveux • Reabsorption tubulaire • pH urinaire : inhibition de la réabsorption des acides faibles en milieu basique  excrétion ++ (alcalinisation des urines / intox à l’aspirine)

36. Surveillance biologique, Quand ? • Demi-vie d’élimination (T1/2) • = temps nécessaire pour que la concentration diminue de 50%

37. Surveillance biologique, Quand ?  DP, début de poste FP, Fin de poste       1. Si élimination rapide (T1/2 vie  2-10H) IBE en relation avec l’exposition du jour, heures précédentes Exposition des jours précédents peu importante  Prélèvement biologique : en fin d’exposition (2 dernières heures) n’importe quel jour de la semaine + si possible avant l’exposition (= bruit de fond)  • Ex : solvants • Acide butoxyacétique urinaire    

38. Surveillance biologique, Quand ?  DP, début de poste FP, Fin de poste  2.Si élimination lente (T1/2 vie  12-100H) IBE en relation avec l’exposition du jour et des jours précédents accumulation pendant la semaine de travail  Prélèvement biologique : en fin d’exposition fin de semaine + si possible avant l’exposition en début de semaine (= bruit de fond)     • Ex : cobalt urinaire • TCA urinaire      

39. Surveillance biologique, Quand ? 3.Si élimination très longue (T1/2 vie >100h  mois) IBE en relation avec l’exposition du mois d’avant accumulation pendant des années  Prélèvement biologique : horaire indifférent après quelques semaines d’exposition + si possible avant le retour des vacances (= bruit de fond)  Ex : plombémie

40. Eléments de Toxicodynamie = Etude des mécanismes d’action toxiques des substances prévoir indicateurs d’effets biologiques précoces : IBE  prévoir indicateurs d’effets biologiques toxiques Ex : plomb inhibe enzymes intervenant dans la synthèse de l’hème  IBE = ppz sanguin  effet = anémie

41. Les facteurs de variabilité • Facteurs communs • toxique • exposition • Facteurs liés à l’individu • génétique • physiologique • pathologique

42. Facteurs de variabilité : le toxique • Caractéristiques physico-chimiques • État : solide, liquide, gaz • températures de fusion et d’ébullition • tension de vapeur • PM, dae • Solubilité : lipo et hydrosolubilité • Degré d’ionisation • Présence et position de radicaux CH3Hg traverse barrière intestinale, pas Hg° • Valence : Cr6+ + toxique que Cr3+

43. Facteurs de variabilité : l’exposition • Concentration de la substance moyens de protection (collective, individuelle) • Durée d’exposition: conditionne l’organe cible Ex : expo aiguë au plomb  lésions rein, foie expo chr au plomb  lésions SNC, moh • Exposition antérieure à la même substance Dépendance, tolérance, sensibilisation • Exposition à plusieurs toxiques : addition, compétition, inhibition, activation • Voie d’absorption  conditionne l’organe cible (voie digestive : passage hépatique - voie respiratoire courcircuite le foie)  détermine la fraction absorbée (ex : absorption plomb = 50% / voie respiratoire, 5-10% / voie digestive (adulte)

44. Facteurs de toxicité : génétiques • Inter-espèces • espèces n’ont pas le même équipement enzymatique • ex : pas de glucurono-conjugaison chez le chat • Inter-individus • au sein d’une même espèce, il existe des variations inter-individuelles / activité enzymatique • acétylateurs lents ou rapides • oxydation / Cyt P450 : nombreux isoenzymes, plusieurs phénotypes • activité GST-transférase activité faible lié à un risque accru de cancer du poumon quand exposition aux HAP

45. Facteurs de toxicité : physiologiques • Age • maturation enz après 2 mois de vie • prématuré < nouveau-né < adulte •  métabolisme / sujet âgé • Sexe • ex : trichlo préférentiellement oxydé en TCA/femme, TCE/homme • Grossesse • mobilisation des substances stockées /os : Pb • oxydation et glucurono-conj réduite en fin de grossesse • Etat nutritionnel • masses graisseuses et substances lipophiles (DDT, dioxines) • jeûne : mobilisation des graisses • carences : déficit en protéines  activité enz

46. Facteurs de toxicité : pathologiques • Atteintes des barrières • cutanée • respiratoire • digestive •   ou  échanges • Insuffisance hépatique •  métabolisme • Insuffisance rénale •  élimination • Troubles endocriniens • hypo ou hyperthyroidie :  ou  enz

47. Surveillance biologique de l’exposition Définition et contexte Prérequis scientifiques Mise en œuvre Analyse et rendu des résultats

48. Information préalable  des responsables et des salariés de l’entreprise • Dépistage de groupes de sujets àrisque  définition des priorités d’action de prévention • N’est pas un dépistage d’effets toxiques • N’est pas un examen de diagnostic de maladie • Modalités pratiques du prélèvement • Coût des analyses • Confidentialité des résultats individuels • Modalités de rendus des résultats : rendu global et anonyme aux acteurs de prévention

49. Surveillance biologique Après avoir définiQuoi?le paramètre, Ou? le milieu, Quand? le moment du prélèvement  toxicocinétique de la substance  Laboratoire, InfoRisques, Biotox,…  Laboratoire de biologie médicalequi va faire l’analyse

50. Surveillance biologique HAP? • 1-hydroxypyrènepyrène • HAP particulaire en grande quantité • élimination urinaire • Analyses simples (< µmol/mol), largement utilisé • Contrôles de qualité • 1- et 2-naphtol  naphtalène • 2- et 3-hydroxyphenanthrène phenanthrène • 3-hydroxybenzo[a]anthracène benzo[a]anthracène HAP gazeux : peu utilisés