Exhaled breath condensate : a new matrix for evaluating pulmonary occupational exposure
Le condensat d'air exhalé : une nouvelle matrice pour évaluer l'exposition pulmonaire professionnelle
Résumé
Medical follow-up of employees in occupational medicine requires the use of biological exposure indices that are frequently measured in urine or blood and thus reflect the result of purification by multiple organs. It seems appropriate to evaluate the internal pulmonary dose of occupational toxins to detect their potential early impact. This internal dose could previously only be known after performing invasive techniques such as bronchoalveolar lavage. The exhaled breath condensate (EBC) is a liquid obtained non-invasively after cooling the exhaled air of a subject at rest. It consists of the aerosolization of the liquid that covers the respiratory epithelium of the alveolar compartment and the tracheobronchial or bronchial compartment. Many studies have investigated the markers of inflammation in this matrix but very few have studied the markers of exposure. The current clearance lung models show that the clearance of inhaled particles is variable depending on the region (tracheobronchial , bronchiolar or alveolar region) and a significant proportion of these particles has a slow clearance. Therefore, we hypothesize that EBC could be a matrix that should reflect the pulmonary exposure of inhaled particles during occupational exposure.AimsThe first aim of our study was to assess the feasibility to detect mineral or metallic particles in the EBC of exposed workers. The second objective was to correlate the EBC concentration of these particles with their atmospheric concentrations measured during work.We analyzed EBC from employees engaged in three occupational activities.The first study involved an employee of a milling unit of muscovite suffering from diffuse infiltrative lung disease who underwent a collection of condensate, a lung biopsy, and a dual-source, dual-energy computed tomography. A mineralogical analysis was performed on the EBC, lung tissue, and atmospheric dust collected at the plant.The second study was an exposed-unexposed study on a group of welders using a technique called "metal inert gas" (MIG) welding for assembling steel structures during the production of rail transport (in collaboration with the Association Santé Travail de l’Arrondissement de Valenciennes - ASTAV). Metals of interest in this study were manganese (Mn), nickel (Ni), iron (Fe), and chromium (Cr). Air samples were performed at the plant in order to calculate a cumulative exposure index for the week and thence the welding history for each metal of interest.The third study was a national exposed-unexposed study of workers exposed to soluble beryllium compounds in an aluminum smelter (in collaboration with the Institut National de Recherche et de Sécurité - INRS). The recruitment of exposed subjects was carried out in the electrolysis area production (Area “A”) and in the area of anodes repair (area “B”). Metals of interest in this study were the beryllium (Be), and aluminum (Al). A task-exposure matrix allowed us to calculate a cumulative exposure index of beryllium.Groups (exposed and control) of the second and third study underwent a collection of condensate, a urine collection (U), and pulmonary function tests (PFT) including measurement of exhaled NO. Cumulative exposure indices were correlated with metal concentrations in EBC.The use of new techniques was necessary for the determination of particles in the EBC as Raman spectroscopy for mineral muscovite particles (collaboration with EA 4490 Faculty of Dental Surgery) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP- MS) for the metal particles in the EBC (in collaboration with the Ultra Trace Analyse Aquitaine - UT2A ) and urine (in collaboration with the Centre Universitaire de Mesures et d’Analyses – CUMA, Lille 2 ). [...]
Dans le cadre d’une action préventive, la mesure de la dose interne pulmonaire est plus pertinenteque la mesure de l’exposition atmosphérique car la dose interne est la quantité de toxique pouvantinteragir avec les cellules de l’épithélium respiratoire. En santé-travail, le dosage urinaire est fréquemmentutilisé mais il ne représente que le résultat final de l’épuration de multiples organes. Lecondensat d’air exhalé (EBC) est le liquide obtenu de façon non invasive après refroidissement del’air expiré d’un sujet au repos. Ce liquide est constitué de l’aérosolisation du liquide recouvrantl’épithélium respiratoire du compartiment alvéolaire et aussi du compartiment trachéobronchique oubronchique. Nous proposons d’utiliser l’EBC comme une approche alternative pour la surveillancebiologique des salariés. Les modèles cinétiques d’épuration pulmonaire actuels montrent que lesparticules déposées dans le compartiment alvéolaire ont une épuration très lente. Nous avons doncvoulu savoir si l’EBC était une matrice reflétant l’exposition pulmonaire en particules inhalées.Objectifs : 1) évaluer la faisabilité de la détection de particules minérales ou métalliques dans l’EBCde salariés exposés, 2) corréler la concentration de ces particules dans l’EBC avec les concentrations atmosphériques de ces particules obtenues pendant le poste de travail et avec les dosages urinaires.Matériel et Méthode : Nous avons analysé les EBC de salariés issus de trois secteurs d’activité professionnelle. La 1ère étude concernait un salarié d’une unité de broyage de muscovite atteint d’une infiltration pulmonaire diffuse. La 2ème étude était une étude « exposé/non-exposé »concernant un groupe de soudeurs utilisant la technique « metal inert gaz » (MIG). La 3ème étudeétait une étude « exposé/non-exposé » de salariés exposés à des composés solubles de bérylliumdans le secteur de l’aluminerie dans 2 entreprises différentes.Résultats Etude n°1 : L’analyse minéralogique de l’EBC a retrouvé des particules ayant le même profil spectral en spectrométrie Raman que les particules prélevées dans l’atmosphère de l’entreprise. L’analyse minéralogique du parenchyme pulmonaire a montré la présence d’une concentration élevée de particules compatibles avec des particules de muscovite.Etude n°2 : Les concentrations de manganèse et de nickel dans l’EBC (Mn-EBC, Ni-EBC) dosées par ICP-MS étaient significativement plus élevées chez les soudeurs que chez les témoins alors que cette différence n'était pas significative pour le Mn urinaire (Mn-U). Les concentrations de Mn-EBC et de Ni-EBC ne sont pas corrélées avec leur concentration respective dans l'urine. Les régressions linéaires ont trouvé des coefficients significativement positifs entre les concentrations de Mn-EBC,Ni-EBC, Ni-U et Cr-U et les indices d’exposition cumulée.Etude n°3 : Les concentrations de béryllium et d’aluminium dans l’EBC (Be-EBC, Al-EBC) étaient significativement plus élevées chez les sujets de l’entreprise n°1 que chez les témoins alors que leurs concentrations dans les urines ne l’étaient pas. Les régressions linéaires ont trouvé des coefficients significativement positifs entre les concentrations de Be-EBC et celle d’Al-EBC mais aussi entre les concentrations de Be-EBC et l’indice d’exposition cumulée. Les concentrations d’Al-EBC et Al-U étaient significativement plus élevées chez les sujets de l’entreprise n°2 que chez les témoins. [...]
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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