Le tableau 1 donne un aperçu des types d'exposition auxquels on peut s'attendre dans chaque domaine d'exploitation des pâtes et papiers. Bien que les expositions puissent être répertoriées comme spécifiques à certains processus de production, les expositions des employés d'autres zones peuvent également se produire en fonction des conditions météorologiques, de la proximité des sources d'exposition et du fait qu'ils travaillent dans plus d'une zone de processus (par exemple, contrôle de la qualité, travail général piscine et personnel d'entretien).

Tableau 1. Risques potentiels pour la santé et la sécurité dans la production de pâtes et papiers, par domaine de transformation

RMP = raffinage de la pâte mécanique ; CMP = réduction en pâte chimico-mécanique ; CTMP = réduction en pâte chimio-thermomécanique.

L'exposition aux dangers potentiels énumérés dans le tableau 1 dépendra probablement du degré d'automatisation de l'usine. Historiquement, la production industrielle de pâtes et papiers était un processus semi-automatique qui nécessitait de nombreuses interventions manuelles. Dans de telles installations, les opérateurs s'asseyaient devant des panneaux ouverts adjacents aux processus pour voir les effets de leurs actions. Les vannes en haut et en bas d'un digesteur discontinu seraient ouvertes manuellement, et pendant les étapes de remplissage, les gaz dans le digesteur seraient déplacés par les copeaux entrants (figure 1). Les niveaux de produits chimiques seraient ajustés en fonction de l'expérience plutôt que de l'échantillonnage, et les ajustements de processus dépendraient des compétences et des connaissances de l'opérateur, ce qui entraînait parfois des perturbations. Par exemple, une surchloration de la pâte exposerait les travailleurs en aval à des niveaux accrus d'agents de blanchiment. Dans la plupart des usines modernes, le passage des pompes et vannes à commande manuelle aux pompes et vannes à commande électronique permet un fonctionnement à distance. La demande de contrôle de processus dans des tolérances étroites a nécessité des ordinateurs et des stratégies d'ingénierie sophistiquées. Des salles de contrôle séparées sont utilisées pour isoler l'équipement électronique de l'environnement de production de pâtes et papiers. Par conséquent, les opérateurs travaillent généralement dans des salles de contrôle climatisées qui offrent un refuge contre le bruit, les vibrations, la température, l'humidité et les expositions chimiques inhérentes aux opérations de l'usine. D'autres contrôles qui ont amélioré l'environnement de travail sont décrits ci-dessous.

Figure 1. Travailleur ouvrant le bouchon sur un digesteur discontinu à commande manuelle.

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Les risques pour la sécurité, notamment les points de pincement, les surfaces de marche mouillées, l'équipement mobile et les hauteurs, sont courants dans toutes les opérations de pâtes et papiers. Des protections autour des convoyeurs mobiles et des pièces de machines, un nettoyage rapide des déversements, des surfaces de marche qui permettent le drainage et des garde-corps sur les passerelles adjacentes aux lignes de production ou en hauteur sont tous essentiels. Des procédures de verrouillage doivent être suivies pour l'entretien des convoyeurs à copeaux, des rouleaux de machines à papier et de toutes les autres machines comportant des pièces mobiles. L'équipement mobile utilisé dans le stockage des copeaux, les quais et les zones d'expédition, l'entreposage et d'autres opérations doit être équipé d'une protection en cas de retournement, d'une bonne visibilité et de klaxons ; les voies de circulation pour les véhicules et les piétons doivent être clairement marquées et signalées.

Le bruit et la chaleur sont également des dangers omniprésents. Le principal contrôle technique concerne les enceintes d'opérateur, comme décrit ci-dessus, généralement disponibles dans les zones de préparation du bois, de réduction en pâte, de blanchiment et de formation de feuilles. Des cabines fermées climatisées pour l'équipement mobile utilisé dans les tas de copeaux et d'autres opérations de triage sont également disponibles. En dehors de ces enceintes, les travailleurs ont généralement besoin d'une protection auditive. Le travail dans des zones de traitement à chaud ou à l'extérieur et dans les opérations d'entretien des navires nécessite que les travailleurs soient formés pour reconnaître les symptômes de stress thermique ; dans ces zones, l'horaire de travail devrait permettre des périodes d'acclimatation et de repos. Le temps froid peut créer des risques d'engelures dans les travaux extérieurs, ainsi que des conditions de brouillard près des tas de copeaux, qui restent chauds.

Le bois, ses extraits et les micro-organismes associés sont spécifiques aux opérations de préparation du bois et aux premières étapes du dépulpage. Le contrôle des expositions dépendra de l'opération particulière et peut inclure des cabines d'opérateur, l'enceinte et la ventilation des scies et des convoyeurs, ainsi qu'un stockage de copeaux fermé et un faible inventaire de copeaux. L'utilisation d'air comprimé pour nettoyer la poussière de bois crée des expositions élevées et doit être évitée.

Les opérations de réduction en pâte chimique présentent la possibilité d'expositions aux produits chimiques de digestion ainsi qu'aux sous-produits gazeux du processus de cuisson, y compris les composés soufrés réduits (pâte kraft) et oxydés (pâte au sulfite) et les composés organiques volatils. La formation de gaz peut être influencée par un certain nombre de conditions de fonctionnement : les essences de bois utilisées ; la quantité de bois mis en pâte; la quantité et la concentration de liqueur blanche appliquée ; le temps requis pour la réduction en pâte; et la température maximale atteinte. En plus des vannes de bouchage automatiques des digesteurs et des salles de contrôle des opérateurs, d'autres contrôles pour ces zones comprennent une ventilation par aspiration locale au niveau des digesteurs discontinus et des réservoirs de soufflage, capables de s'évacuer au rythme où les gaz du navire sont libérés ; pression négative dans les chaudières de récupération et sulfite-SO₂ tours d'acide pour prévenir les fuites de gaz ; enceintes complètes ou partielles ventilées au-dessus des laveurs de post-digestion ; moniteurs de gaz en continu avec alarmes en cas de fuites ; et la planification et la formation en matière d'intervention d'urgence. Les opérateurs qui prélèvent des échantillons et effectuent des tests doivent être conscients du potentiel d'exposition à l'acide et à la soude dans les flux de processus et de déchets, et de la possibilité de réactions secondaires telles que le sulfure d'hydrogène gazeux (H₂S) production si la liqueur noire issue de la pâte kraft entre en contact avec des acides (par exemple, dans les égouts).

Dans les zones de récupération chimique, des produits chimiques acides et alcalins et leurs sous-produits peuvent être présents à des températures supérieures à 800°C. Les responsabilités professionnelles peuvent obliger les travailleurs à entrer en contact direct avec ces produits chimiques, ce qui rend indispensables les vêtements résistants. Par exemple, les ouvriers ratissent les éclaboussures d'éperlan en fusion qui s'accumulent à la base des chaudières, risquant ainsi des brûlures chimiques et thermiques. Les travailleurs peuvent être exposés à la poussière lorsque du sulfate de sodium est ajouté à la liqueur noire concentrée, et toute fuite ou ouverture libère des gaz de soufre réduit nocifs (et potentiellement mortels). Le potentiel d'explosion d'eau de fusion existe toujours autour de la chaudière de récupération. Des fuites d'eau dans les parois tubulaires de la chaudière ont provoqué plusieurs explosions mortelles. Les chaudières de récupération doivent être arrêtées à tout signe de fuite et des procédures spéciales doivent être mises en place pour le transfert de l'éperlan. Le chargement de chaux et d'autres matériaux caustiques doit être effectué avec des convoyeurs, des élévateurs et des bacs de stockage fermés et ventilés.

Dans les usines de blanchiment, les opérateurs sur le terrain peuvent être exposés aux agents de blanchiment ainsi qu'aux composés organiques chlorés et autres sous-produits. Les variables du processus telles que la force chimique du blanchiment, la teneur en lignine, la température et la consistance de la pâte sont constamment surveillées, les opérateurs prélevant des échantillons et effectuant des tests en laboratoire. En raison des dangers de nombreux agents de blanchiment utilisés, des moniteurs d'alarme continus doivent être en place, des respirateurs d'évacuation doivent être fournis à tous les employés et les opérateurs doivent être formés aux procédures d'intervention d'urgence. Les enceintes d'auvent avec ventilation d'échappement dédiée sont des contrôles d'ingénierie standard trouvés au sommet de chaque tour de blanchiment et étape de lavage.

Les expositions chimiques dans la salle des machines d'une usine de pâte ou de papier comprennent les résidus chimiques de l'usine de blanchiment, les additifs de fabrication du papier et le mélange chimique dans les eaux usées. Les poussières (cellulose, charges, revêtements) et les gaz d'échappement des équipements mobiles sont présents dans la partie sèche et les opérations de finition. Le nettoyage entre les cycles de produit peut être effectué avec des solvants, des acides et des alcalis. Les contrôles dans cette zone peuvent inclure une enceinte complète au-dessus du séchoir à feuilles ; enceinte ventilée des zones où les additifs sont déchargés, pesés et mélangés ; utilisation d'additifs sous forme liquide plutôt que sous forme de poudre; l'utilisation d'encres et de colorants à base d'eau plutôt qu'à base de solvants ; et éliminer l'utilisation d'air comprimé pour nettoyer le papier coupé et les déchets.

La production de papier dans les usines de papier recyclé est généralement plus poussiéreuse que la production de papier conventionnelle utilisant de la pâte nouvellement produite. L'exposition aux micro-organismes peut se produire du début (collecte et séparation du papier) à la fin (production du papier) de la chaîne de production, mais l'exposition aux produits chimiques est moins importante que dans la production de papier conventionnel.

Les usines de pâtes et papiers emploient un vaste groupe d'entretien pour entretenir leur équipement de traitement, y compris des charpentiers, des électriciens, des mécaniciens d'instruments, des calorifugeurs, des machinistes, des maçons, des mécaniciens, des mécaniciens de chantier, des peintres, des tuyauteurs, des mécaniciens en réfrigération, des ferblantiers et des soudeurs. En plus de leurs expositions spécifiques au commerce (voir le Traitement des métaux et travail du métal et Professions chapitres), ces personnes de métier peuvent être exposées à tous les risques liés au procédé. À mesure que les opérations de l'usine sont devenues plus automatisées et fermées, les opérations de maintenance, de nettoyage et d'assurance qualité sont devenues les plus exposées. Les arrêts d'usine pour nettoyer les cuves et les machines sont particulièrement préoccupants. Selon l'organisation de l'usine, ces opérations peuvent être effectuées par du personnel de maintenance ou de production interne, bien que la sous-traitance à du personnel extérieur à l'usine, qui peut avoir moins de services de soutien en matière de santé et de sécurité au travail, soit courante.

En plus des expositions liées aux procédés, les opérations des usines de pâtes et papiers entraînent des expositions notables pour le personnel d'entretien. Étant donné que les opérations de réduction en pâte, de récupération et de chaudière impliquent une chaleur élevée, l'amiante a été largement utilisé pour isoler les tuyaux et les cuves. L'acier inoxydable est souvent utilisé dans les récipients et les tuyaux tout au long des opérations de réduction en pâte, de récupération et de blanchiment, et dans une certaine mesure dans la fabrication du papier. Le soudage de ce métal est connu pour générer des fumées de chrome et de nickel. Lors des arrêts pour maintenance, des sprays à base de chrome peuvent être appliqués pour protéger le sol et les parois des chaudières de récupération de la corrosion lors des opérations de démarrage. Les mesures de la qualité des processus dans la chaîne de production sont souvent effectuées à l'aide de jauges infrarouges et radio-isotopes. Bien que les jauges soient généralement bien protégées, les mécaniciens d'instruments qui les entretiennent peuvent être exposés à des radiations.

Certaines expositions spéciales peuvent également survenir chez les employés d'autres opérations de soutien de l'usine. Les ouvriers des chaudières électriques manipulent les écorces, les déchets de bois et les boues du système de traitement des effluents. Dans les usines plus anciennes, les ouvriers enlèvent les cendres du fond des chaudières, puis referment les chaudières en appliquant un mélange d'amiante et de ciment autour de la grille de la chaudière. Dans les chaudières électriques modernes, ce processus est automatisé. Lorsque le matériau est introduit dans la chaudière à un niveau d'humidité trop élevé, les travailleurs peuvent être exposés à des refoulements de produits de combustion incomplète. Les travailleurs chargés du traitement de l'eau peuvent être exposés à des produits chimiques tels que le chlore, l'hydrazine et diverses résines. En raison de la réactivité de ClO₂, le ClO₂ Le générateur est généralement situé dans une zone restreinte et l'opérateur est stationné dans une salle de contrôle à distance avec des excursions pour collecter des échantillons et entretenir le filtre à gâteau de sel. Chlorate de sodium (un oxydant puissant) utilisé pour générer du ClO₂ peut devenir dangereusement inflammable si on le laisse se renverser sur une matière organique ou combustible puis sécher. Tous les déversements doivent être humidifiés avant tout travail d'entretien et tout l'équipement doit être soigneusement nettoyé par la suite. Les vêtements mouillés doivent être maintenus humides et séparés des vêtements de ville, jusqu'à ce qu'ils soient lavés.

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L'utilisation de déchets ou de papier recyclé comme matière première pour la production de pâte à papier a augmenté au cours des dernières décennies, et certaines papeteries dépendent presque entièrement des déchets de papier. Dans certains pays, les vieux papiers sont séparés des autres déchets ménagers à la source avant d'être collectés. Dans d'autres pays, la séparation par qualité (par exemple, carton ondulé, papier journal, papier de haute qualité, mixte) a lieu dans des usines de recyclage spéciales.

Le papier recyclé peut être repulpé dans un processus relativement doux qui utilise de l'eau et parfois du NaOH. Les petits morceaux de métal et les plastiques peuvent être séparés pendant et/ou après la remise en pâte, à l'aide d'une corde à débris, de cyclones ou d'une centrifugation. Les agents de remplissage, les colles et les résines sont éliminés lors d'une étape de nettoyage en soufflant de l'air à travers la suspension de pâte, parfois avec l'ajout d'agents floculants. La mousse contient les produits chimiques indésirables et est éliminée. La pâte peut être désencrée en utilisant une série d'étapes de lavage qui peuvent ou non inclure l'utilisation de produits chimiques (par exemple, des dérivés d'acides gras tensioactifs) pour dissoudre les impuretés restantes et des agents de blanchiment pour blanchir la pâte. Le blanchiment présente l'inconvénient de réduire la longueur des fibres et donc de diminuer la qualité finale du papier. Les produits chimiques de blanchiment utilisés dans la production de pâte recyclée sont généralement similaires à ceux utilisés dans les opérations de blanchiment des pâtes mécaniques. Après les opérations de repulpage et de désencrage, la production de feuilles se poursuit d'une manière très similaire à celle utilisant de la pâte de fibres vierges.

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L'évaluation de l'exposition sur le lieu de travail concerne l'identification et l'évaluation des agents avec lesquels un travailleur peut entrer en contact, et des indices d'exposition peuvent être construits pour refléter la quantité d'un agent présent dans l'environnement général ou dans l'air inhalé, ainsi que pour refléter la quantité de agent qui est réellement inhalé, avalé ou autrement absorbé (l'apport). D'autres indices comprennent la quantité d'agent qui est résorbée (l'absorption) et l'exposition au niveau de l'organe cible. La dose est un terme pharmacologique ou toxicologique utilisé pour indiquer la quantité d'une substance administrée à un sujet. Le débit de dose est la quantité administrée par unité de temps. La dose d'exposition sur le lieu de travail est difficile à déterminer dans une situation pratique, car les processus physiques et biologiques, tels que l'inhalation, l'absorption et la distribution d'un agent dans le corps humain, font que l'exposition et la dose ont des relations complexes et non linéaires. L'incertitude quant au niveau réel d'exposition aux agents rend également difficile la quantification des relations entre l'exposition et les effets sur la santé.

Pour de nombreuses expositions professionnelles, il existe une fenêtre temporelle au cours de laquelle l'exposition ou la dose est la plus pertinente pour le développement d'un problème ou d'un symptôme particulier lié à la santé. Par conséquent, l'exposition biologiquement pertinente, ou la dose, serait l'exposition qui se produit pendant la fenêtre temporelle pertinente. On pense que certaines expositions à des agents cancérigènes professionnels ont une telle fenêtre temporelle d'exposition. Le cancer est une maladie avec une longue période de latence, et il se pourrait donc que l'exposition liée au développement ultime de la maladie ait eu lieu de nombreuses années avant que le cancer ne se manifeste réellement. Ce phénomène est contre-intuitif, car on aurait pu s'attendre à ce que l'exposition cumulée sur une vie active soit le paramètre pertinent. L'exposition au moment de la manifestation de la maladie peut ne pas avoir une importance particulière.

Le schéma d'exposition – exposition continue, exposition intermittente et exposition avec ou sans pics aigus – peut également être pertinent. La prise en compte des schémas d'exposition est importante tant pour les études épidémiologiques que pour les mesures environnementales qui peuvent être utilisées pour contrôler le respect des normes sanitaires ou pour le contrôle environnemental dans le cadre de programmes de lutte et de prévention. Par exemple, si un effet sur la santé est causé par des expositions maximales, ces niveaux maximaux doivent pouvoir être surveillés afin d'être contrôlés. La surveillance qui ne fournit que des données sur les expositions moyennes à long terme n'est pas utile car les valeurs d'excursion maximales peuvent très bien être masquées par le calcul de la moyenne et ne peuvent certainement pas être contrôlées au fur et à mesure qu'elles se produisent.

L'exposition ou la dose biologiquement pertinente pour un certain effet n'est souvent pas connue parce que les schémas d'absorption, d'absorption, de distribution et d'élimination, ou les mécanismes de biotransformation, ne sont pas compris avec suffisamment de détails. La vitesse à laquelle un agent entre et sort du corps (la cinétique) et les processus biochimiques de manipulation de la substance (biotransformation) aideront à déterminer les relations entre l'exposition, la dose et l'effet.

La surveillance de l'environnement est la mesure et l'évaluation des agents sur le lieu de travail pour évaluer l'exposition ambiante et les risques sanitaires associés. La surveillance biologique est la mesure et l'évaluation des agents du lieu de travail ou de leurs métabolites dans les tissus, les sécrétions ou les excréta pour évaluer l'exposition et évaluer les risques pour la santé. parfois biomarqueurs, tels que les adduits à l'ADN, sont utilisés comme mesures de l'exposition. Les biomarqueurs peuvent également être révélateurs des mécanismes du processus pathologique lui-même, mais il s'agit d'un sujet complexe, qui est traité plus en détail dans le chapitre Surveillance biologique et plus tard dans la discussion ici.

Une simplification du modèle de base dans la modélisation exposition-réponse est la suivante :

exposition Absorption élevée Distribution,

élimination, transformationdose ciblephysiopathologieeffet

Selon l'agent, les relations exposition-absorption et exposition-absorption peuvent être complexes. Pour de nombreux gaz, des approximations simples peuvent être faites, basées sur la concentration de l'agent dans l'air au cours d'une journée de travail et sur la quantité d'air inhalée. Pour l'échantillonnage des poussières, les schémas de dépôt sont également liés à la taille des particules. Des considérations de taille peuvent également conduire à une relation plus complexe. Le chapitre Système respiratoire fournit plus de détails sur l'aspect de la toxicité respiratoire.

L'évaluation de l'exposition et de la dose sont des éléments de l'évaluation quantitative des risques. Les méthodes d'évaluation des risques pour la santé constituent souvent la base sur laquelle les limites d'exposition sont établies pour les niveaux d'émission d'agents toxiques dans l'air pour les normes environnementales et professionnelles. L'analyse des risques pour la santé fournit une estimation de la probabilité (risque) d'apparition d'effets spécifiques sur la santé ou une estimation du nombre de cas présentant ces effets sur la santé. Au moyen d'une analyse des risques pour la santé, une concentration acceptable d'une substance toxique dans l'air, l'eau ou les aliments peut être fournie, compte tenu d'une a priori degré de risque acceptable choisi. L'analyse quantitative des risques a trouvé une application dans l'épidémiologie du cancer, ce qui explique l'importance accordée à l'évaluation rétrospective de l'exposition. Mais des applications de stratégies d'évaluation de l'exposition plus élaborées peuvent être trouvées à la fois dans l'évaluation rétrospective et prospective de l'exposition, et les principes d'évaluation de l'exposition ont également trouvé des applications dans des études axées sur d'autres paramètres, comme les maladies respiratoires bénignes (Wegman et al. 1992; Post et al. 1994). Deux directions de recherche prédominent en ce moment. L'un utilise des estimations de dose obtenues à partir des informations de surveillance de l'exposition, et l'autre s'appuie sur des biomarqueurs comme mesures de l'exposition.

Surveillance de l'exposition et prévision de la dose

Malheureusement, pour de nombreuses expositions, peu de données quantitatives sont disponibles pour prédire le risque de développer un certain effet. Dès 1924, Haber postule que la sévérité de l'effet sur la santé (H) est proportionnelle au produit de la concentration d'exposition (X) et du temps d'exposition (T) :

H=XxT

La loi de Haber, comme on l'appelle, a constitué la base du développement du concept selon lequel les mesures d'exposition moyennes pondérées dans le temps (TWA) - c'est-à-dire les mesures prises et moyennées sur une certaine période de temps - seraient une mesure utile de l'exposition. Cette hypothèse concernant l'adéquation de la moyenne pondérée dans le temps est remise en question depuis de nombreuses années. En 1952, Adams et ses collaborateurs ont déclaré qu'"il n'y a aucune base scientifique pour l'utilisation de la moyenne pondérée dans le temps pour intégrer des expositions variables..." (in Atherly 1985). Le problème est que de nombreuses relations sont plus complexes que la relation représentée par la loi de Haber. Il existe de nombreux exemples d'agents où l'effet est plus fortement déterminé par la concentration que par la durée. Par exemple, des preuves intéressantes provenant d'études en laboratoire ont montré que chez les rats exposés au tétrachlorure de carbone, le schéma d'exposition (continu versus intermittent et avec ou sans pics) ainsi que la dose peuvent modifier le risque observé que les rats développent des changements au niveau des enzymes hépatiques. (Bogers et al. 1987). Un autre exemple est celui des bioaérosols, tels que l'enzyme α-amylase, un améliorant de pâte, qui peut provoquer des maladies allergiques chez les personnes qui travaillent dans l'industrie de la boulangerie (Houba et al. 1996). On ne sait pas si le risque de développer une telle maladie est principalement déterminé par les pics d'exposition, l'exposition moyenne ou le niveau d'exposition cumulé. (Wong 1987; Checkoway et Rice 1992). Les informations sur les modèles temporels ne sont pas disponibles pour la plupart des agents, en particulier pour les agents qui ont des effets chroniques.

Les premières tentatives de modélisation des modèles d'exposition et d'estimation de la dose ont été publiées dans les années 1960 et 1970 par Roach (1966; 1977). Il a montré que la concentration d'un agent atteint une valeur d'équilibre au niveau du récepteur après une exposition d'une durée infinie car l'élimination contrebalance l'absorption de l'agent. Dans une exposition de huit heures, une valeur de 90 % de ce niveau d'équilibre peut être atteinte si la demi-vie de l'agent au niveau de l'organe cible est inférieure à environ deux heures et demie. Ceci illustre que pour les agents à demi-vie courte, la dose à l'organe cible est déterminée par une exposition inférieure à une période de huit heures. La dose à l'organe cible est fonction du produit du temps d'exposition et de la concentration pour les agents à longue demi-vie. Une approche similaire mais plus élaborée a été appliquée par Rappaport (1985). Il a montré que la variabilité intra-journalière de l'exposition a une influence limitée lorsqu'il s'agit d'agents à longue demi-vie. Il a introduit le terme amortissement au niveau du récepteur.

Les informations présentées ci-dessus ont principalement été utilisées pour tirer des conclusions sur les durées moyennes appropriées pour les mesures d'exposition à des fins de conformité. Depuis les articles de Roach, il est de notoriété publique que pour les irritants, des échantillons instantanés avec des temps moyens courts doivent être prélevés, tandis que pour les agents à longue demi-vie, tels que l'amiante, la moyenne à long terme de l'exposition cumulée doit être approximée. Il faut cependant se rendre compte que la dichotomie en stratégies d'échantillonnage ponctuel et en stratégies d'exposition moyenne sur huit heures, telles qu'adoptées dans de nombreux pays à des fins de conformité, est une traduction extrêmement grossière des principes biologiques discutés ci-dessus.

Un exemple d'amélioration d'une stratégie d'évaluation de l'exposition basée sur les principes pharmacocinétiques en épidémiologie peut être trouvé dans un article de Wegman et al. (1992). Ils ont appliqué une stratégie intéressante d'évaluation de l'exposition en utilisant des dispositifs de surveillance continue pour mesurer les niveaux d'exposition personnelle à la poussière et en les reliant aux symptômes respiratoires aigus réversibles survenant toutes les 15 minutes. Un problème conceptuel dans ce type d'étude, largement discuté dans leur article, est la définition d'un pic d'exposition important pour la santé. La définition d'un pic dépendra, encore une fois, de considérations biologiques. Rappaport (1991) énonce deux exigences pour que les pics d'exposition aient une pertinence étiologique dans le processus de la maladie : (1) l'agent est éliminé rapidement de l'organisme et (2) il existe un taux non linéaire de dommages biologiques pendant un pic d'exposition. Les taux non linéaires de dommages biologiques peuvent être liés à des changements dans l'absorption, qui à leur tour sont liés aux niveaux d'exposition, à la sensibilité de l'hôte, à la synergie avec d'autres expositions, à l'implication d'autres mécanismes pathologiques à des expositions plus élevées ou à des niveaux seuils pour les processus pathologiques.

Ces exemples montrent également que les approches pharmacocinétiques peuvent mener ailleurs qu'à des estimations de doses. Les résultats de la modélisation pharmacocinétique peuvent également être utilisés pour explorer la pertinence biologique des indices d'exposition existants et pour concevoir de nouvelles stratégies d'évaluation de l'exposition pertinentes pour la santé.

La modélisation pharmacocinétique de l'exposition peut également générer des estimations de la dose réelle à l'organe cible. Par exemple dans le cas de l'ozone, un gaz irritant aigu, des modèles ont été développés qui prédisent la concentration tissulaire dans les voies respiratoires en fonction de la concentration moyenne d'ozone dans l'espace aérien du poumon à une certaine distance de la trachée, le rayon de les voies respiratoires, la vitesse moyenne de l'air, la dispersion effective et le flux d'ozone de l'air à la surface des poumons (Menzel 1987; Miller et Overton 1989). Ces modèles peuvent être utilisés pour prédire la dose d'ozone dans une région particulière des voies respiratoires, en fonction des concentrations d'ozone dans l'environnement et des schémas respiratoires.

Dans la plupart des cas, les estimations de la dose cible sont basées sur des informations sur le schéma d'exposition au fil du temps, les antécédents professionnels et des informations pharmacocinétiques sur l'absorption, la distribution, l'élimination et la transformation de l'agent. L'ensemble du processus peut être décrit par un ensemble d'équations qui peuvent être résolues mathématiquement. Souvent, les informations sur les paramètres pharmacocinétiques ne sont pas disponibles pour les humains, et des estimations de paramètres basées sur des expérimentations animales doivent être utilisées. Il existe maintenant plusieurs exemples d'utilisation de la modélisation pharmacocinétique de l'exposition afin de générer des estimations de dose. Les premières références à la modélisation des données d'exposition en estimations de dose dans la littérature remontent à l'article de Jahr (1974).

Bien que les estimations de dose n'aient généralement pas été validées et aient trouvé une application limitée dans les études épidémiologiques, la nouvelle génération d'indices d'exposition ou de dose devrait aboutir à des analyses optimales de la relation exposition-réponse dans les études épidémiologiques (Smith 1985, 1987). Un problème non encore abordé dans la modélisation pharmacocinétique est que de grandes différences interspécifiques existent dans la cinétique des agents toxiques, et donc les effets de la variation intra-individuelle des paramètres pharmacocinétiques sont d'intérêt (Droz 1992).

Biosurveillance et biomarqueurs d'exposition

La surveillance biologique offre une estimation de la dose et est donc souvent considérée comme supérieure à la surveillance environnementale. Cependant, la variabilité intra-individuelle des indices de biosurveillance peut être considérable. Afin de dériver une estimation acceptable de la dose d'un travailleur, des mesures répétées doivent être prises, et parfois l'effort de mesure peut devenir plus important que pour la surveillance environnementale.

C'est ce qu'illustre une étude intéressante sur des ouvriers fabriquant des bateaux en plastique renforcé de fibre de verre (Rappaport et al. 1995). La variabilité de l'exposition au styrène a été évaluée en mesurant à plusieurs reprises le styrène dans l'air. Le styrène dans l'air expiré des travailleurs exposés a été surveillé, ainsi que les échanges de chromatides soeurs (ECS). Ils ont montré qu'une étude épidémiologique utilisant le styrène dans l'air comme mesure d'exposition serait plus efficace, en termes de nombre de mesures nécessaires, qu'une étude utilisant les autres indices d'exposition. Pour le styrène dans l'air, trois répétitions ont été nécessaires pour estimer l'exposition moyenne à long terme avec une précision donnée. Pour le styrène dans l'air expiré, quatre répétitions par travailleur étaient nécessaires, tandis que pour les SCE, 20 répétitions étaient nécessaires. L'explication de cette observation est le rapport signal sur bruit, déterminé par la variabilité de l'exposition au jour le jour et entre les travailleurs, qui était plus favorable pour le styrène dans l'air que pour les deux biomarqueurs d'exposition. Ainsi, bien que la pertinence biologique d'un certain substitut d'exposition puisse être optimale, les performances d'une analyse exposition-réponse peuvent encore être médiocres en raison d'un rapport signal sur bruit limité, entraînant une erreur de classification.

Droz (1991) a appliqué la modélisation pharmacocinétique pour étudier les avantages des stratégies d'évaluation de l'exposition basées sur l'échantillonnage de l'air par rapport aux stratégies de biosurveillance dépendant de la demi-vie de l'agent. Il a montré que la surveillance biologique est également fortement affectée par la variabilité biologique, qui n'est pas liée à la variabilité du test toxicologique. Il suggère qu'il n'existe aucun avantage statistique à utiliser des indicateurs biologiques lorsque la demi-vie de l'agent considéré est inférieure à une dizaine d'heures.

Bien que l'on puisse avoir tendance à décider de mesurer l'exposition environnementale plutôt qu'un indicateur biologique d'un effet en raison de la variabilité de la variable mesurée, des arguments supplémentaires peuvent être trouvés pour choisir un biomarqueur, même lorsque cela conduirait à un effort de mesure plus important, comme lorsqu'une exposition cutanée considérable est présente. Pour des agents tels que les pesticides et certains solvants organiques, l'exposition cutanée peut être plus importante que l'exposition par voie aérienne. Un biomarqueur d'exposition inclurait cette voie d'exposition, alors que la mesure de l'exposition cutanée est complexe et les résultats ne sont pas facilement interprétables (Boleij et al. 1995). Les premières études menées auprès de travailleurs agricoles utilisant des « tampons » pour évaluer l'exposition cutanée ont montré des distributions remarquables de pesticides sur la surface du corps, selon les tâches du travailleur. Cependant, comme peu d'informations sont disponibles sur l'absorption cutanée, les profils d'exposition ne peuvent pas encore être utilisés pour estimer une dose interne.

Les biomarqueurs peuvent également présenter des avantages considérables dans l'épidémiologie du cancer. Lorsqu'un biomarqueur est un marqueur précoce de l'effet, son utilisation pourrait entraîner une réduction de la période de suivi. Bien que des études de validation soient nécessaires, les biomarqueurs d'exposition ou de sensibilité individuelle pourraient donner lieu à des études épidémiologiques plus puissantes et à des estimations de risque plus précises.

Analyse de la fenêtre temporelle

Parallèlement au développement de la modélisation pharmacocinétique, les épidémiologistes ont exploré de nouvelles approches dans la phase d'analyse des données, telles que « l'analyse des périodes de temps », pour relier les périodes d'exposition pertinentes aux paramètres, et pour mettre en œuvre les effets des modèles temporels dans l'exposition ou les pics d'exposition dans l'épidémiologie du cancer professionnel. (Checkoway et Rice 1992). Conceptuellement, cette technique est liée à la modélisation pharmacocinétique puisque la relation entre l'exposition et le résultat est optimisée en mettant des poids sur différentes périodes d'exposition, modèles d'exposition et niveaux d'exposition. Dans la modélisation pharmacocinétique, ces poids sont censés avoir une signification physiologique et sont estimés au préalable. Dans l'analyse temporelle, les pondérations sont estimées à partir des données sur la base de critères statistiques. Des exemples de cette approche sont donnés par Hodgson et Jones (1990), qui ont analysé la relation entre l'exposition au radon et le cancer du poumon dans une cohorte de mineurs d'étain britanniques, et par Seixas, Robins et Becker (1993), qui ont analysé la relation entre la poussière exposition et santé respiratoire dans une cohorte de mineurs de charbon américains. Une étude très intéressante soulignant la pertinence de l'analyse des fenêtres temporelles est celle de Peto et al. (1982).

Ils ont montré que les taux de mortalité par mésothéliome semblaient être proportionnels à une certaine fonction du temps écoulé depuis la première exposition et de l'exposition cumulée dans une cohorte de travailleurs de l'isolation. Le temps écoulé depuis la première exposition était particulièrement pertinent car cette variable était une approximation du temps nécessaire à une fibre pour migrer de son lieu de dépôt dans les poumons vers la plèvre. Cet exemple montre comment la cinétique de dépôt et de migration détermine dans une large mesure la fonction de risque. Un problème potentiel avec l'analyse des délais est qu'elle nécessite des informations détaillées sur les périodes d'exposition et les niveaux d'exposition, ce qui entrave son application dans de nombreuses études sur les résultats des maladies chroniques.

Remarques finales

En conclusion, les principes sous-jacents de la modélisation pharmacocinétique et de l'analyse des délais ou des fenêtres temporelles sont largement reconnus. Les connaissances dans ce domaine ont été principalement utilisées pour développer des stratégies d'évaluation de l'exposition. Une utilisation plus élaborée de ces approches nécessite cependant un effort de recherche considérable et doit être développée. Le nombre de demandes est donc encore limité. Des applications relativement simples, telles que le développement de stratégies d'évaluation de l'exposition plus optimales en fonction du critère d'effet, ont trouvé une utilisation plus large. Un enjeu important dans le développement de biomarqueurs d'exposition ou d'effet est la validation de ces indices. On suppose souvent qu'un biomarqueur mesurable peut mieux prédire le risque pour la santé que les méthodes traditionnelles. Cependant, malheureusement, très peu d'études de validation étayent cette hypothèse.

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