Lundi, Février 28 2011 23: 59

Effets sur la santé des fibres synthétiques

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L'utilisation industrielle de divers types de fibres synthétiques a augmenté, en particulier depuis que des restrictions ont été imposées à l'utilisation de l'amiante compte tenu de ses risques connus pour la santé. Le potentiel d'effets néfastes sur la santé liés à la production et à l'utilisation de fibres synthétiques est toujours à l'étude. Cet article fournira un aperçu des principes généraux concernant le potentiel de toxicité lié à ces fibres, un aperçu des différents types de fibres en production (tels qu'énumérés dans le tableau 1) et une mise à jour concernant les études existantes et en cours de leurs effets potentiels sur la santé. .

Tableau 1. Fibres synthétiques

Fibres synthétiques

oxyde d'aluminium

Carbone/graphite

Kevlar® para-aramide

Fibres de carbure de silicium et
moustaches

  
Fibres vitreuses artificielles

Fibres de verre

 

Laine minérale

 

Fibre céramique réfractaire

Laine de verre
Filament de verre continu
Fibre de verre spéciale

Laine de roche
Laine de laitier

 

Déterminants de la toxicité

Les principaux facteurs liés au potentiel de toxicité dû à l'exposition aux fibres sont les suivants :

  1. dimension des fibres
  2. durabilité des fibres et
  3. dose à l'organe cible.

 

Généralement, les fibres longues et fines (mais d'une taille respirable) et durables ont le plus grand potentiel de causer des effets indésirables si elles sont délivrées aux poumons à une concentration suffisante. La toxicité des fibres a été corrélée dans des études d'inhalation à court terme chez l'animal avec l'inflammation, la cytotoxicité, la fonction altérée des macrocytes et la biopersistance. Le potentiel cancérogène est très probablement lié aux dommages à l'ADN cellulaire via la formation de radicaux libres d'oxygène, la formation de facteurs clastogènes ou la mauvaise ségrégation des chromosomes dans les cellules en mitose, seuls ou en combinaison. Les fibres de taille respirable sont celles dont le diamètre est inférieur à 3.0 à 3.5 mm et dont la longueur est inférieure à 200 μm. Selon « l'hypothèse de Stanton », le potentiel cancérogène des fibres (tel que déterminé par des études d'implantation pleurale chez l'animal) est lié à leur dimension (le plus grand risque est associé aux fibres de moins de 0.25 μm de diamètre et de plus de 8 mm de longueur) et de leur durabilité. (Stanton et al. 1981). Les fibres minérales naturelles, telles que l'amiante, existent dans une structure polycristalline qui a tendance à se cliver le long des plans longitudinaux, créant des fibres plus minces avec des rapports longueur/largeur plus élevés, qui ont un plus grand potentiel de toxicité. La grande majorité des fibres synthétiques sont non cristallines ou amorphes et se fracturent perpendiculairement à leur plan longitudinal en fibres plus courtes. Il s'agit d'une différence importante entre les silicates fibreux d'amiante et sans amiante et les fibres synthétiques. La durabilité des fibres déposées dans le poumon dépend de la capacité du poumon à éliminer les fibres, ainsi que des propriétés physiques et chimiques des fibres. La durabilité des fibres synthétiques peut être altérée dans le processus de production, selon les exigences de l'utilisation finale, par l'ajout de certains stabilisants tels que Al2O3. En raison de cette variabilité des constituants chimiques et de la taille des fibres synthétiques, leur toxicité potentielle doit être évaluée type de fibre par type de fibre.

Fibres synthétiques

Fibres d'oxyde d'aluminium

La toxicité des fibres cristallines d'oxyde d'aluminium a été suggérée par un rapport de cas de fibrose pulmonaire chez un travailleur employé dans une fonderie d'aluminium pendant 19 ans (Jederlinic et al. 1990). Sa radiographie thoracique a révélé une fibrose interstitielle. L'analyse du tissu pulmonaire par des techniques de microscopie électronique a démontré 1.3 × 109 fibres cristallines par gramme de tissu pulmonaire sec, soit dix fois plus de fibres que le nombre de fibres d'amiante trouvées dans le tissu pulmonaire des mineurs d'amiante chrysotile atteints d'asbestose. Une étude plus approfondie est nécessaire pour déterminer le rôle des fibres cristallines d'oxyde d'aluminium (figure 1) et la fibrose pulmonaire. Ce rapport de cas, cependant, suggère un potentiel de fibrisation lorsque des conditions environnementales appropriées coexistent, telles qu'un flux d'air accru à travers les matériaux en fusion. La microscopie optique à contraste de phase et la microscopie électronique avec analyse par rayons X à dispersion d'énergie doivent être utilisées pour identifier les fibres potentielles en suspension dans l'environnement de travail et dans les échantillons de tissus pulmonaires dans les cas où il existe des signes cliniques compatibles avec une pneumoconiose induite par les fibres.

Figure 1. Micrographie électronique à balayage (MEB) de fibres d'oxyde d'aluminium.

RES200F1

Avec l'aimable autorisation de T. Hesterberg.

Fibres de carbone/graphite

Les fibres de brai carboné, de rayonne ou de polyacrylonitrile chauffées à 1,200 2,20 °C forment des fibres de carbone amorphe et, lorsqu'elles sont chauffées au-dessus de 2 °C, forment des fibres de graphite cristallin (figure 7). Des liants à base de résine peuvent être ajoutés pour augmenter la résistance et permettre le moulage et l'usinage du matériau. Généralement, ces fibres ont un diamètre de 10 à 900 μm, mais des variations de taille se produisent en raison du processus de fabrication et de la manipulation mécanique. Les composites carbone/graphite sont utilisés dans les industries aéronautique, automobile et des articles de sport. L'exposition à des particules de carbone/graphite de taille respirable peut se produire pendant le processus de fabrication et lors de manipulations mécaniques. De plus, de petites quantités de fibres respirables peuvent être produites lorsque les composites sont chauffés entre 1,10 et 1989 °C. Les connaissances existantes concernant ces fibres sont insuffisantes pour fournir des réponses définitives quant à leur potentiel d'effets néfastes sur la santé. Des études impliquant l'injection intratrachéale de différentes poussières composites de fibres de graphite chez le rat ont produit des résultats hétérogènes. Trois des échantillons de poussière testés ont produit une toxicité minimale, et deux des échantillons ont produit une toxicité constante, comme en témoignent la cytotoxicité pour les macrophages alvéolaires et des différences dans le nombre total de cellules récupérées du poumon (Martin, Meyer et Luchtel 8). Des effets clastogènes ont été observés dans les études de mutagénicité des fibres à base de brai, mais pas des fibres de carbone à base de polyacrylonitrile. Une étude de dix ans sur des travailleurs de la production de fibres de carbone, fabriquant des fibres de 10 à 1982 mm de diamètre, n'a révélé aucune anomalie (Jones, Jones et Lyle 1). Jusqu'à ce que d'autres études soient disponibles, il est recommandé que l'exposition aux fibres de carbone/graphite de taille respirable soit de XNUMX fibre/ml (f/ml) ou moins, et que l'exposition aux particules composites de taille respirable soit maintenue en dessous de la norme actuelle relative aux poussières respirables pour poussière gênante.

Figure 2. MEB de fibres de carbone.

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Fibres Kevlar para-aramide

Kevlar les fibres de para-aramide ont un diamètre d'environ 12 μm et les fibrilles incurvées en forme de ruban à la surface des fibres ont une largeur inférieure à 1 mm (figure 3). Les fibrilles se décollent partiellement des fibres et s'imbriquent avec d'autres fibrilles pour former des amas de taille non respirable. Les propriétés physiques de Kevlar les fibres comprennent une résistance à la chaleur et une résistance à la traction substantielles. Ils ont de nombreuses utilisations différentes, servant d'agent de renforcement dans les plastiques, les tissus et le caoutchouc, et comme matériau de friction des freins automobiles. La moyenne pondérée dans le temps (TWA) sur huit heures des niveaux de fibrilles pendant la fabrication et les applications d'utilisation finale varie de 0.01 à 0.4 f/ml (Merriman 1989). De très faibles niveaux de Kevlar les fibres d'aramide sont générées dans la poussière lorsqu'elles sont utilisées dans les matériaux de friction. Les seules données disponibles sur les effets sur la santé proviennent d'études sur des animaux. Des études d'inhalation chez le rat portant sur des périodes d'un à deux ans et des expositions à des fibrilles à 25, 100 et 400 f/ml ont révélé une bronchiolarisation alvéolaire qui était liée à la dose. Une légère fibrose et des modifications fibreuses des canaux alvéolaires ont également été notées aux niveaux d'exposition les plus élevés. La fibrose peut avoir été liée à une surcharge des mécanismes de clairance pulmonaire. Un type de tumeur unique aux rats, la tumeur épidermoïde kératinisante kystique, s'est développé chez quelques-uns des animaux de l'étude (Lee et al. 1988). Des études d'inhalation à court terme chez le rat indiquent que les fibrilles ont une faible durabilité dans le tissu pulmonaire et sont rapidement éliminées (Warheit et al. 1992). Aucune étude n'est disponible concernant les effets sur la santé humaine de l'exposition à Kevlar fibre para-aramide. Cependant, compte tenu des preuves d'une diminution de la biopersistance et compte tenu de la structure physique de Kevlar, les risques pour la santé devraient être minimes si les expositions aux fibrilles sont maintenues à 0.5 f/ml ou moins, comme c'est actuellement le cas dans les applications commerciales.

Figure 3. MEB de fibres Kevlar para-aramide.

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Fibres et trichites de carbure de silicium

Le carbure de silicium (carborundum) est un matériau abrasif et réfractaire largement utilisé qui est fabriqué en combinant de la silice et du carbone à 2,400 4 °C. Les fibres et trichites de carbure de silicium - figure 1995 (Harper et al. 1) - peuvent être générées comme sous-produits de la fabrication de cristaux de carbure de silicium ou peuvent être produites à dessein sous forme de fibres polycristallines ou de trichites monocristallines. Les fibres ont généralement un diamètre inférieur à 2 à 3 μm et une longueur comprise entre 30 et 0.5 μm. Les moustaches mesurent en moyenne 10 μm de diamètre et 5 μm de longueur. L'incorporation de fibres et de trichites de carbure de silicium renforce les produits tels que les composites à matrice métallique, les céramiques et les composants céramiques. L'exposition aux fibres et aux trichites peut se produire pendant les processus de production et de fabrication et potentiellement pendant les processus d'usinage et de finition. Par exemple, il a été démontré que l'exposition à court terme lors de la manipulation de matériaux recyclés atteint des niveaux allant jusqu'à 0.031 f/ml. L'usinage de composites à matrice métallique et céramique a entraîné des concentrations d'exposition TWA sur huit heures de 0.76 f/ml et jusqu'à 1992 f/ml, respectivement (Scansetti, Piolatto et Botta 1985 ; Bye XNUMX).

Figure 4. SEM de fibres de carbure de silicium (A) et moustaches (B).

A.

RES200F3

B.

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Les données existantes issues d'études animales et humaines indiquent un potentiel fibrogène certain et possiblement cancérogène. In vitro des études de culture de cellules de souris impliquant des trichites de carbure de silicium ont révélé une cytotoxicité égale ou supérieure à celle résultant de l'amiante crocidolite (Johnson et al. 1992; Vaughan et al. 1991). Une hyperplasie adénomateuse persistante des poumons de rats a été démontrée dans une étude d'inhalation subaiguë (Lapin et al. 1991). Des études d'inhalation de moutons impliquant de la poussière de carbure de silicium ont révélé que les particules étaient inertes. Cependant, l'exposition aux fibres de carbure de silicium a entraîné une alvéolite fibrosante et une activité accrue de croissance des fibroblastes (Bégin et al. 1989). Des études d'échantillons de tissus pulmonaires de travailleurs de la fabrication de carbure de silicium ont révélé des nodules silicotiques et des corps ferrugineux et ont indiqué que les fibres de carbure de silicium sont durables et peuvent exister à des concentrations élevées dans le parenchyme pulmonaire. Les radiographies thoraciques ont également été compatibles avec des changements interstitiels nodulaires et irréguliers et des plaques pleurales.

Les fibres et les moustaches de carbure de silicium sont de taille respirable, durables et ont un potentiel fibrogène certain dans le tissu pulmonaire. Un fabricant de trichites en carbure de silicium a fixé une norme interne à 0.2 f/ml en tant que TWA de huit heures (Beaumont 1991). Il s'agit d'une recommandation prudente basée sur les informations de santé actuellement disponibles.

Fibres vitreuses artificielles

Les fibres vitreuses artificielles (MMVF) sont généralement classées comme :

  1. fibre de verre (laine de verre ou fibre de verre, filament de verre continu et fibre de verre à usage spécial)
  2. laine minérale (laine de roche et laine de laitier) et
  3. fibre céramique (fibre textile céramique et fibre céramique réfractaire).

 

Le processus de fabrication commence par la fusion des matières premières suivie d'un refroidissement rapide, entraînant la production de fibres non cristallines (ou vitreuses). Certains procédés de fabrication permettent de grandes variations en termes de taille de fibre, la limite inférieure étant de 1 mm ou moins de diamètre (figure 5). Stabilisants (tels que Al2O3, TiO2 et ZnO) et des modificateurs (tels que MgO, Li2O, BaO, CaO, Na2O et K2O) peut être ajouté pour modifier les propriétés physiques et chimiques telles que la résistance à la traction, l'élasticité, la durabilité et le non-transfert thermique.

Figure 5. MEB de laine de laitier.

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La laine de roche, les fibres de verre et les fibres céramiques réfractaires sont identiques en apparence.

La fibre de verre est fabriquée à partir de dioxyde de silicium et de diverses concentrations de stabilisants et de modificateurs. La plupart de la laine de verre est produite par l'utilisation d'un processus rotatif résultant en des fibres discontinues de 3 à 15 μm de diamètre moyen avec des variations de 1 μm ou moins de diamètre. Les fibres de laine de verre sont liées ensemble, le plus souvent avec des résines de formaldéhyde phénoliques, puis soumises à un processus de polymérisation par thermodurcissement. D'autres agents, y compris des lubrifiants et des agents mouillants, peuvent également être ajoutés, selon le processus de production. Le processus de production de filaments de verre en continu entraîne moins de variation par rapport au diamètre moyen de la fibre par rapport à la laine de verre et à la fibre de verre à usage spécial. Les fibres de filaments de verre continus vont de 3 à 25 μm de diamètre. La production de fibres de verre à usage spécial implique un processus de fibrisation par atténuation de la flamme qui produit des fibres d'un diamètre moyen inférieur à 3 μm.

La production de laine de laitier et de laine de roche implique la fusion et la fibrification des scories de minerai métallique et de roche ignée, respectivement. Le processus de production comprend une roue en forme de plat et un processus de centrifugeuse à roue. Il produit des fibres discontinues de 3.5 à 7 μm de diamètre moyen dont la taille peut se situer bien dans la plage respirable. La laine minérale peut être fabriquée avec ou sans liant, selon les applications d'utilisation finale.

La fibre céramique réfractaire est fabriquée par une centrifugeuse à roue ou un procédé de fibrisation par jet de vapeur utilisant de l'argile kaolin fondue, de l'alumine/silice ou de l'alumine/silice/zircone. Les diamètres moyens des fibres vont de 1 à 5 μm. Lorsqu'elles sont chauffées à des températures supérieures à 1,000 XNUMX °C, les fibres céramiques réfractaires peuvent subir une conversion en cristobalite (une silice cristalline).

Les MMVF avec différents diamètres de fibres et compositions chimiques sont utilisés dans plus de 35,000 1 applications. La laine de verre est utilisée dans les applications d'isolation acoustique et thermique résidentielles et commerciales, ainsi que dans les systèmes de traitement de l'air. Le filament de verre continu est utilisé dans les tissus et comme agents de renforcement dans les plastiques tels que ceux utilisés dans les pièces automobiles. La fibre de verre à usage spécial est utilisée dans des applications spécialisées, par exemple dans les avions, qui nécessitent des propriétés d'isolation thermique et acoustique élevées. La laine de roche et de laitier sans liant est utilisée comme isolant soufflé et dans les dalles de plafond. La laine de roche et de laitier avec un liant de résine phénolique est utilisée dans les matériaux d'isolation, tels que les matelas et les matelas isolants. La fibre céramique réfractaire constitue 2 à XNUMX% de la production mondiale de MMVF. La fibre céramique réfractaire est utilisée dans des applications industrielles spécialisées à haute température, telles que les fours et les fours. La laine de verre, le filament de verre continu et la laine minérale sont les plus fabriqués.

On pense que les MMVF ont moins de potentiel que les silicates fibreux naturels (comme l'amiante) pour produire des effets néfastes sur la santé en raison de leur état non cristallin et de leur propension à se fracturer en fibres plus courtes. Les données existantes suggèrent que le MMVF le plus couramment utilisé, la laine de verre, présente le risque le plus faible de produire des effets néfastes sur la santé, suivi par la laine de roche et de laitier, puis à la fois la fibre de verre à usage spécial avec une durabilité accrue et la fibre céramique réfractaire. La fibre de verre à usage spécial et la fibre céramique réfractaire ont le plus grand potentiel d'exister en tant que fibres de taille respirable car elles ont généralement un diamètre inférieur à 3 mm. Fibre de verre à usage spécial (avec une concentration accrue de stabilisants tels que Al2O3) et la fibre céramique réfractaire sont également durables dans les fluides physiologiques. Les filaments de verre continus sont de taille non respirable et ne représentent donc pas un risque potentiel pour la santé pulmonaire.

Les données disponibles sur la santé sont recueillies à partir d'études d'inhalation chez les animaux et d'études de morbidité et de mortalité des travailleurs impliqués dans la fabrication de MMVF. Des études d'inhalation impliquant l'exposition de rats à deux matériaux isolants en laine de verre commerciaux d'un diamètre moyen de 1 μm et d'une longueur de 20 μm ont révélé une légère réponse cellulaire pulmonaire qui s'est partiellement inversée après l'arrêt de l'exposition. Des résultats similaires ont résulté d'une étude d'inhalation animale d'un type de laine de laitier. Une fibrose minimale a été démontrée avec l'exposition par inhalation d'animaux à la laine de roche. Des études d'inhalation de fibres céramiques réfractaires ont entraîné un cancer du poumon, un mésothéliome et une fibrose pleurale et pulmonaire chez le rat et un mésothéliome et une fibrose pleurale et pulmonaire chez le hamster à une dose maximale tolérée de 250 f/ml. À 75 f/ml et 120 f/ml, un mésothéliome et une fibrose minimale ont été démontrés chez le rat, et à 25 f/ml, il y a eu une réponse cellulaire pulmonaire (Bunn et al. 1993).

Une irritation de la peau, des yeux et des voies respiratoires supérieures et inférieures peut survenir et dépend des niveaux d'exposition et des tâches. L'irritation de la peau a été l'effet sur la santé le plus couramment observé et peut amener jusqu'à 5 % des nouveaux travailleurs des usines de fabrication de MMVF à quitter leur emploi en quelques semaines. Elle est causée par un traumatisme mécanique de la peau par des fibres de plus de 4 à 5 μm de diamètre. Il peut être évité par des mesures de contrôle de l'environnement appropriées, notamment en évitant le contact direct de la peau avec les fibres, en portant des vêtements amples à manches longues et en lavant les vêtements de travail séparément. Des symptômes respiratoires supérieurs et inférieurs peuvent survenir dans des situations inhabituellement poussiéreuses, en particulier dans la fabrication de produits MMVF et les applications d'utilisation finale et dans les environnements résidentiels lorsque les MMVF ne sont pas manipulés, installés ou réparés correctement.

Les études sur la morbidité respiratoire, telle que mesurée par les symptômes, les radiographies pulmonaires et les tests de la fonction pulmonaire chez les travailleurs des usines de fabrication n'ont généralement trouvé aucun effet indésirable. Cependant, une étude en cours sur les travailleurs des usines de fabrication de fibres céramiques réfractaires a révélé une prévalence accrue de plaques pleurales (Lemasters et al. 1994). Les études sur les travailleurs de la production secondaire et les utilisateurs finaux de MMVF sont limitées et ont été entravées par la probabilité du facteur de confusion des expositions antérieures à l'amiante.

Les études sur la mortalité des travailleurs des usines de fabrication de fibres de verre et de laine minérale se poursuivent en Europe et aux États-Unis. Les données de l'étude en Europe ont révélé une augmentation globale de la mortalité par cancer du poumon sur la base des taux de mortalité nationaux, mais non locaux. Il y avait une tendance à la hausse du cancer du poumon dans les cohortes de laine de verre et de laine minérale avec le temps écoulé depuis le premier emploi, mais pas avec la durée de l'emploi. En utilisant les taux de mortalité locaux, il y a eu une augmentation de la mortalité par cancer du poumon pour la première phase de production de laine minérale (Simonato, Fletcher et Cherrie 1987 ; Boffetta et al. 1992). Les données de l'étude aux États-Unis ont démontré une augmentation statistiquement significative du risque de cancer respiratoire mais n'ont pas trouvé d'association entre le développement du cancer et divers indices d'exposition aux fibres (Marsh et al. 1990). Ceci est en accord avec d'autres études cas-témoins portant sur des travailleurs d'usines de fabrication de laine de laitier et de fibre de verre qui ont révélé un risque accru de cancer du poumon associé au tabagisme, mais pas dans la mesure de l'exposition à la MMVF (Wong, Foliart et Trent 1991 ; Chiazze, Watkins et Friar 1992). Une étude de mortalité des travailleurs de la fabrication de filaments de verre continus n'a pas révélé de risque accru de mortalité (Shannon et al. 1990). Une étude de mortalité impliquant des travailleurs de fibres céramiques réfractaires est en cours aux États-Unis. Les études de mortalité des travailleurs impliqués dans la fabrication de produits et des utilisateurs finaux de MMVF sont très limitées.

En 1987, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé la laine de verre, la laine de roche, la laine de laitier et les fibres céramiques comme cancérogènes humains possibles (groupe 2B). Les études animales en cours et les études de morbidité et de mortalité des travailleurs impliqués dans la MMVF aideront à mieux définir tout risque potentiel pour la santé humaine. D'après les données disponibles, le risque pour la santé lié à l'exposition au MMVF est nettement inférieur à ce qui a été associé à l'exposition à l'amiante, tant du point de vue de la morbidité que de la mortalité. Cependant, la grande majorité des études sur l'homme proviennent d'installations de fabrication de MMVF où les niveaux d'exposition ont généralement été maintenus en dessous d'un niveau de 0.5 à 1 f/ml pendant une journée de travail de huit heures. Le manque de données sur la morbidité et la mortalité chez les utilisateurs secondaires et finaux de MMVF rend prudent le contrôle de l'exposition aux fibres respirables à ces niveaux ou en dessous par le biais de mesures de contrôle environnemental, de pratiques de travail, de formation des travailleurs et de programmes de protection respiratoire. Cela s'applique particulièrement à l'exposition à la céramique réfractaire durable et au verre à usage spécial MMVF et à tout autre type de fibre artificielle respirable qui est durable dans les milieux biologiques et qui peut donc être déposée et retenue dans le parenchyme pulmonaire.

 

Dos

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