Bulletin d'information en santé environnementale

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Les hydrocarbures aromatiques polycycliques, de la recherche à la prévention

C. Viau, Chaire d’analyse et de gestion des risques toxicologiques et Groupe de recherche interdisciplinaire en santé, Département de santé environnementale et santé au travail, Université de Montréal

Introduction

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) comptent parmi les substances les plus étudiées dans la littérature scientifique. Une recherche avec « polycyclic aromatic hydrocarbon » dans la base de données Pubmed donne environ 12 000 références entre les années 1960 et 2008. Le benzo(a)pyrène (BaP) lui-même génère plus de 10 000 notices bibliographiques. Dans la base TOXNET, les nombres correspondants sont de près de 20 000 et de plus de 26 000. Tout n’a-t-il donc pas déjà été dit ou écrit sur ces polluants ubiquistes? Il semble bien que non. Ce n’est d’ailleurs qu’à la fin de 2005 que le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a revu la classification du BaP de 2A à 1 notamment sur la base d’informations récentes sur les mécanismes d’action (International Agency for Research on Cancer, 2008).

Les outils d’analyse chimique permettent maintenant de mesurer des concentrations d'HAP de moins de 1 ng/m3 dans l’air et des concentrations de leurs métabolites urinaires inférieures au ng/L (Simon et al., 2000; Wauters et al., 2008). Les techniques d’étude in vivo et in vitro des mécanismes d’action ont fait des bonds prodigieux notamment avec le développement de la biologie moléculaire, des approches de génomique, de protéomique et de métabonomique. Ces avancées sont en train de redéfinir nos paradigmes toxicologiques (Committee on Toxicity Testing and Assessment of Environmental Agents - National Research Council, 2007).Les approches épidémiologiques se sont raffinées notamment avec la contribution des méta-analyses (Weed, 2002).

Admettons volontiers que l’exposition à ces polluants, autant dans les milieux de travail que dans l’environnement général, va globalement en décroissant pour le plus grand bien des populations concernées, du moins dans les pays industrialisés. Cependant, reconnaissons du même souffle qu’il convient de mettre l’ensemble de nos outils de recherche en oeuvre afin de poursuivre l’analyse des risques que courent les populations encore exposées à ces polluants et d’améliorer leur maîtrise. Sachons surtout créer des ponts entre la recherche sur les HAP et l’application de nos connaissances scientifiques à des fins de prévention des risques qui sont associés à leur exposition. Ainsi, au-delà de leur désir de produire de nouvelles connaissances, les scientifiques pourront-ils également remplir leur obligation de contribuer à l’amélioration de la santé comme les y invitent Brownson et al. (2006).

C’est dans cet esprit que la Chaire d’analyse et de gestion des risques toxicologiques de l’Université de Montréal, en collaboration avec l’Équipe EPSP, le Laboratoire TIMC (UMR 5525), le CHU de Grenoble, l'Université Joseph Fourier (France), a organisé le colloque qui a donné lieu à cette publication. Le présent article donne un aperçu des divers sujets traités. Par souci d’économie d’espace, les références seront données uniquement en mentionnant le nom de l’auteur qui a présenté la communication lors du colloque.

Le continuum exposition aux polluants - maladie

La figure 1 présente le continuum d’événements allant de l’exposition à des polluants jusqu’à la survenue éventuelle d’effets délétères et de maladie franche. La figure permet en même temps de définir les divers types de marqueurs qui sont utilisés pour évaluer l’exposition, les effets biologiques et les susceptibilités particulières. Les diverses présentations de ce colloque examineront les deux premiers types de marqueurs.

Figure 1. Continuum exposition aux polluants – maladie et modulation par des facteurs de susceptibilité.

L’exposition externe

Les HAP peuvent se retrouver en milieu de travail ou en environnement général sous forme gazeuse ou particulaire. Cette caractéristique a un impact non seulement sur les mécanismes d’absorption des composés, mais aussi sur la façon de les mesurer. A. Maître montre l’importance de la mesure des HAP dans les milieux de travail et de l’appréciation du danger que représentent les mélanges auxquels les travailleurs sont exposés. D. Drolet expose les surprises qui attendent parfois les métrologues. En effet, les formes mixtes solides/ gazeuses en plus des granulométries diverses font en sorte que les HAP se retrouvent parfois là où on ne les attend pas dans l’équipement de prélèvement. Y. Bonvalot rend compte d’une rare étude menée sur l’exposition aux HAP dans l’air intérieur en relation avec la présence d’équipement de chauffage au bois. C. K. Huynh expose le fait que le bois surchauffé produit des HAP qui pourraient être responsables de pathologies observées dans certaines industries. Enfin, la peau étant souvent une importante voie d’exposition, C. Viau présente les résultats d’une étude sur le développement d’un outil d’estimation de l’exposition cutanée aux HAP menée chez des volontaires.

La dose interne

Le biomarqueur d’exposition qui reste encore le plus utilisé à ce jour est le 1-hydroxypyrène (1-OHP). M.-C. Pham met en évidence une augmentation de l’excrétion de ce biomarqueur chez des ouvriers de l’industrie du caoutchouc. D’autres biomarqueurs d’exposition sont toutefois préférés dans certaines circonstances. Dans l’étude de Bonvalot, s’il n’y avait pas de différence dans le 1-OHP urinaire entre les utilisateurs et les non-utilisateurs d’appareils à combustion au bois, par contre les concentrations de 2-naphtol étaient doublées chez les premiers par rapport aux seconds. À l’opposé, M. Bouchard a observé des excrétions de 1-OHP plus élevées chez des personnes résidant à proximité d’une aluminerie comparativement à une région témoin, mais pas de différence dans les concentrations urinaires de 1- naphtol ou de 2-naphtol. On voit donc que les profils de métabolites urinaires peuvent parfois constituer une « signature » de la source de l’exposition.

On reconnaît au 3-OHBaP l’intérêt de mieux représenter l’exposition à un HAP majoritaire cancérogène, le BaP, plutôt qu’à un non cancérogène, le pyrène. Depuis les travaux initiaux de P. Simon sur le 3-hydroxybenzo(a)pyrène (3-OHBaP) urinaire, l’usage de ce biomarqueur commence à se répandre. Cet auteur expose son intéressante approche d’analyse de ce métabolite, approche par ailleurs également applicable à la mesure du 1-OHP. D. Barbeau propose une variante de cette approche qui, comme l’originale, permet l’atteinte de limites de détection suffisamment basses pour mesurer l’excrétion des deux métabolites chez des humains sans exposition professionnelle aux HAP.

La cueillette d’information sur les profils d’excrétion urinaire des biomarqueurs comme illustrée avec l’affiche d’I. Agbato permet le développement de modèles toxicocinétiques. M. Bouchard montre comment la toxicocinétique joue un rôle central dans l’interprétation des mesures faites en situation de terrain. De plus, les modèles développés aident à la détermination des valeurs repères, souvent appelées valeurs limites biologiques.

La dose efficace

On appelle généralement « dose efficace », la dose interne mesurée directement sur une cible moléculaire de l’organisme. Dans le cas des HAP, on y trouve typiquement les adduits à l’ADN provenant de diverses cellules. J.-L. Ravanat montre l’apport inestimable de la spectrométrie de masse à l’étude de tels biomarqueurs. C. Marie illustre l’usage qu’elle a fait de cet outil pour étudier la cinétique de formation et de réparation de ces adduits in vitro. Dans l’autre modèle in vitro de F. Fortin, c’est le recours à un immunoessai qui a permis la quantification des adduits. P. Ayotte a utilisé cette approche pour la mesure d’adduits dans les lymphocytes de femmes ménopausées alors que M. de Méo l’a utilisée pour mesurer les adduits dans des cellules endobuccales de travailleurs.

Les effets biologiques précoces

Les effets biologiques précoces nous informent des premières lésions moléculaires survenant sur l’ADN. Il peut s’agir de lésions oxydatives révélées par l’excrétion urinaire de 8-oxo-7,8-dihydro-2’- désoxyguanosine. Aucune variation de ce biomarqueur d’effet précoce n’a été observée par C. Marie chez des travailleurs exposés aux HAP. La formation de bases modifiées provenant de l’ADN isolé exposé au BaP et à de la lumière UV a été démontrée par T. Douki. Cette observation prend son importance quand on songe que la peau est une cible potentielle pour les cancers induits par les HAP. Des cassures de l’ADN peuvent être mises en évidence par le test dit « des comètes » en raison de l’aspect que prennent les plaques d’électrophorèse utilisées pour quantifier ces lésions. P. Ayotte a utilisé cette approche dans une enquête menée chez des femmes ménopausées exposées aux HAP par voie alimentaire. A. Tarantini a utilisé ce même test dans un modèle in vitro utilisant une lignée d’hépatocytes visant à apprécier la toxicité de mélanges environnementaux d'HAP. Dans un autre modèle in vitro sur des cellules rénales, intestinales et hépatiques, M. Audebert montre les cassures double brin de l’ADN observées après exposition à des HAP cancérogènes. Les lésions à l’ADN causées par les HAP peuvent se traduire par des modifications de l’expression génomique comme l’expose M. Boize. Ces mêmes lésions peuvent aussi causer l’apparition de micronoyaux dans les cellules urothéliales. Une astuce de coloration développée par F. Fortin permet de distinguer ces dernières des cellules squameuses retrouvées dans les échantillons urinaires. T. C. V. Pham a comparé l’intérêt de la mesure des micronoyaux et de celle des échanges entre chromatides soeurs dans l’appréciation des lésions à l’ADN de lymphocytes humains causées par les HAP dans un modèle in vitro. L’ensemble de ces outils a été mis à profit dans l’étude de F. Fortin sur la génotoxicité in vitro des HAP afin de mieux comprendre les mécanismes lésionnels.

Et la prévention dans tout ça?

R. Lapointe nous montre l’approche prise par une importante industrie de production de l’aluminium pour contrôler les expositions aux HAP à la source ou en utilisant des moyens de protection personnelle. La stratégie est complétée par les suivis périodiques de l’état de santé des travailleurs alors que l’utilisation de biomarqueurs n’est pas uniformisée dans l’entreprise. M. Lafontaine fait ressortir l’apport unique du recours aux biomarqueurs d’exposition dans une stratégie de prévention, en permettant notamment une personnalisation de l’appréciation des expositions. Ici, le 1-OHP et le 3-OHBaP trouvent une place de choix dans l’approche utilisée en entreprises. G. Talaska se demande si la valeur indicative proposée pour le 1-OHP urinaire par l’American Conference of Governmental Industrial Hygienists offre une protection suffisante aux travailleurs exposés aux HAP. Finalement, M. Camus nous montre les difficultés auxquelles sont confrontés les épidémiologistes qui, à l’aide de devis castémoins, partent de l’extrême droite du continuum exposition - maladie pour étudier l’impact sanitaire d’expositions passées aux HAP et à d’autres agents cancérogènes.

Conclusion

Le colloque « Les hydrocarbures aromatiques polycycliques, de la recherche à la prévention » a permis de montrer les points communs et les complémentarités de diverses équipes de recherche européennes et nord-américaines engagées dans la prévention à l’égard de ces polluants et dans la compréhension des mécanismes d’action toxique. Les participants ont pu constater que plusieurs outils, dont en particulier les biomarqueurs d’exposition, peuvent jouer un rôle essentiel dans l’établissement de stratégies de prévention. La réduction à la source des expositions en milieu de travail et en environnement général devra continuer d’être le leitmotiv des équipes de prévention, mais les biomarqueurs et les autres éléments de nos connaissances scientifiques apporteront un éclairage utile à cette démarche.

Bibliographie

  1. Brownson, R. C., Royer, C., Ewing, R. et McBride, T. D. (2006). Researchers and policymakers: travelers in parallel universes. Am. J. Prev. Med. 30, 164-172.
  2. Committee on Toxicity Testing and Assessment of Environmental Agents - National Research Council (2007). Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a Strategy, pp. 216. The National Academies Press, Washington, D.C.
  3. International Agency for Research on Cancer (2008). IARC Monographs, Some non heterocyclic polycyclic aromatic hydrocarbons and some related exposures, Lyon.
  4. Simon, P., Lafontaine, M., Delsaut, P., Morele, Y. et Nicot, T. (2000). Trace determination of urinary 3-hydroxybenzo[ a]pyrene by automated columnswitching high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. B 748, 337-348.
  5. Wauters, E., Van Caeter, P., Desmet, G., David, F., Devos, C., Sandra, P. (2008). Improved accuracy in the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in air using 24 h sampling on a mixed bed followed by thermal desorption capillary gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. A 1190, 286-293.
  6. Weed, D. L. (2002). Environmental epidemiology: basics and proof of cause-effect. Toxicology 181-182, 399-403.

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