IRSST - Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail

Impact d’un stress thermique représentatif des milieux de travail sur l’absorption pulmonaire et la toxicocinétique de trois solvants organiques

Résumé

Plusieurs des changements physiologiques associés à la thermorégulation peuvent influencer la cinétique des substances chimiques dans le corps humain, comme la ventilation alvéolaire et la redistribution du débit sanguin aux organes. Si certaines mesures préventives peuvent permettre de protéger les travailleurs contre les effets directs de la chaleur, elles ne permettent toutefois pas d’empêcher les processus de thermorégulation de prendre place. Une exposition concomitante à la chaleur et aux substances chimiques volatiles peut donc entraîner des variations dans l’absorption par inhalation et dans la cinétique de ces substances, biaisant ainsi l’évaluation des données de biosurveillance.

Dans cette étude, l’influence de la température sur différents paramètres physiologiques et sur la cinétique de trois solvants industriels volatils (toluène, acétone et dichlorométhane) a été évaluée chez des volontaires masculins exposés en salle d’inhalation à différentes températures, avec ou sans solvant. Dans un premier temps, les températures corporelles (TEMP) et plus d’une vingtaine de paramètres cardiopulmonaires (CARDP) ont été mesurés chez des sujets lors de séances d’exposition à 21, 25 et 30 °C du thermomètre du globe à boule humide (WBGT), pendant quatre heures. Dans le cadre d’une deuxième étape, des duplicatas de ces séances d’exposition ont été effectués en présence de chacun des solvants d’intérêt. Les sujets mâles étaient alors exposés conjointement à la chaleur et à des concentrations de solvants égales aux valeurs d’exposition moyenne pondérée (VEMP) en vigueur au Québec (45, 50 et 500 ppm respectivement pour le toluène, le dichlorométhane et l’acétone). Des échantillons d’air alvéolaire, de sang et d’urine ont alors été prélevés pour déterminer les concentrations de solvants ou de leurs métabolites. Les TEMP et les CARDP mesurés dans le cadre de la première étape et les taux de perfusion aux organes ont été utilisés pour développer un modèle toxicocinétique à base physiologique (TCBP) permettant de prédire les concentrations biologiques de solvant en fonction de la concentration d’exposition sous un stress thermique.

La température interne moyenne a très peu varié entre les différentes températures d’exposition (moins de 0,2 °C). Les taux de consommation d’oxygène (0,370 ± 0,084, 0,393 ± 0,098, 0,396 ± 0,131 L/min), les taux de dépense d’énergie (1,80 ± 0,41, 1,91 ± 0,48, 1,92 ± 0,64 kcal/min), la fréquence cardiaque (70,75 ± 5,90, 77,22 ± 5,70, 82,56 ± 4,13 battements/min) et les débits cardiaques (Qc; 5,89 ± 0,60, 6,05 ± 0,69, 6,07 ± 0,91 L/min) ont augmenté en fonction des températures d’exposition respectives de 21, 25 et 30 °C du WBGT. Le taux de ventilation alvéolaire le plus élevé (VA; 6,75 ± 1,75 L/min) et celui le plus faible (5,75 ± 5,75 L/min) ont été respectivement observés à 25 et à 30 °C du WBGT, par rapport au taux de 6,24 ± 1,64 L/min à 21 °C du WBGT. Il en est de même pour les taux de ventilation minute classés dans le même ordre (9,98 ± 2,23 et 8,44 ± 2,67 L/min par rapport à 9,28 ± 2,23 L/min). Les ratios VA/Qc individuels (de 0,91 à 1,16, de 0,98 à 1,20 et de 0,76 à 1,15) et moyens (1,05, 1,10 et 0,93) respectivement pour les températures d’exposition de 21, 25 et 30 °C du WBGT étaient normaux. La polypnée caractérisée par une augmentation des fréquences respiratoires avec des respirations superficielles (donc une réduction des volumes courants) a été observée chez la majorité des sujets (7 sujets sur 9) à 30 °C du WBGT.

Dans l’urine, une diminution des concentrations d’acétone a été observée à la fin de l’exposition, mais pas dans les échantillons prélevés 2 h plus tard. Les concentrations sanguines des 3 solvants inhalés ont augmenté de 4 à 85 % à la fin de la période d’exposition à 30 °C du WBGT comparativement aux concentrations mesurées à la fin de la période d’exposition à 21 °C du WBGT. Ces augmentations semblent être non seulement en lien avec la diminution du taux de perfusion au foie, mais aussi être directement influencées par les caractéristiques corporelles des participants. Selon nos observations, les individus obèses pourraient être plus à risque de présenter des élévations marquées des concentrations sanguines de substances mères en présence d’un stress thermique. De plus, les concentrations sanguines mesurées à la fin des expositions sont fortement corrélées à la température d’exposition. La diminution des valeurs de ventilation alvéolaire en présence de chaleur est en opposition avec l’augmentation des concentrations sanguines. Ces valeurs ont donc été réévaluées en ajustant les VA à l’aide du modèle TCBP sur les concentrations sanguines de l’acétone.

De manière générale, le modèle TCBP développé prédit bien les concentrations moyennes expérimentales mesurées dans les différentes matrices biologiques. Selon ce modèle, une exposition de 8 h à la VEMP à 30 °C WBGT pour le toluène, le dichlorométhane et l’acétone entraînerait des augmentations des concentrations sanguines entre 20 et 28 % comparativement à une exposition à 21 °C WBGT. Dans l’urine, une faible augmentation (5,09 %) de l’excrétion de l’o-crésol est attendue, ainsi qu’une augmentation de l’acétone (environ 20 %). Cependant, aucune augmentation n’a été observée expérimentalement pour l’acétone urinaire. Ces valeurs demeurent cependant largement inférieures aux valeurs de référence. Des simulations ont montré que la répartition du travail dans un cycle travail/repos de 75 %, comme recommandé par l’American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) pour un individu acclimaté et effectuant un travail léger à 31 °C du WBGT, permet de contrer l’effet d’une coexposition à la chaleur et aux COV pour des substances faiblement accumulées dans l’organisme.

En résumé, l’interprétation des valeurs d’indices biologiques de l’exposition devrait tenir compte de la température d’exposition, plus particulièrement pour l’interprétation des concentrations sanguines. De futures études sont recommandées pour continuer d’approfondir l’impact du stress thermique chez des travailleurs, avec des cohortes de plus de trente volontaires, pour différentes catégories d’indice de masse corporelle, et ceci, afin d’obtenir des données statistiquement comparables. Ces études devraient être réalisées avec des COV faiblement solubles dans le sang afin de mieux apprécier l’impact d’un changement du débit cardiaque lors de stress thermique.