Microfibres de verre

Pathologie - Toxicologie

• Toxicocinétique - Métabolisme [13]

  D'une façon générale, le site de déposition des fibres varie selon les dimensions de ces dernières. Chez le rat, les fibres longues de diamètre inférieur à 1,5 µm et les fibres courtes de diamètre inférieur à 3 µm sont respirables et peuvent atteindre le compartiment alvéolaire. La biopersistance des microfibres de verre est variable selon la composition chimique et les dimensions des fibres. Les données relatives aux microfibres de type E et 475 suggèrent que ces fibres sont relativement biopersistantes comparativement aux laines de verre.

  Chez l'animal

  Toxicocinétique [1]

  Par inhalation, la dimension des fibres (diamètre et lon­gueur) est un des paramètres majeurs qui détermine la pénétration et le site de déposition dans les voies aérien­nes. Chez l’homme, on considère que les fibres de dia­mètre inférieur à 3,5 µm et de longueur inférieure à 200­-250 µm sont respirables et peuvent se déposer dans le poumon profond. Les fibres à usage spécial ont générale­ment un diamètre qui n’excède pas 3 µm [1] et des fibres de longueur respirable sont vraisemblablement produites lors de leur fabrication ou de leur manipulation.

  Une étude sur des microfibres radio-marquées de compo­sition non spécifiée (diamètre médian: 0,15 µm ; lon­gueur moyenne: 5,4 µm) a montré que 54 % de la dose inhalée se dépose dans les voies aériennes chez le chien. Après 4 jours, 77 % de cette dose sont excrétés, principale­ment dans les matières fécales, ce qui indique que cette fraction était vraisemblablement déposée dans la partie supérieure de l’appareil respiratoire d’où elle est éliminée par déglutition. 88 % de la dose non excrétée se retrouve dans les poumons et de faibles quantités de radioactivité sont détectées dans le sang, le foie et le tractus gastroin­testinal [11].

  Biopersistance - Durabilité [3]

  Plusieurs études se sont intéressées à la biopersistance des fibres à usage spécial dans le poumon du rat après inhalation ou instillation intratrachéale, et plus particuliè­rement à la biopersistance des fibres longues (l > 20 µm) qui est généralement corrélée au potentiel toxique de la fibre, bien que d’autres facteurs semblent aussi intervenir.

  Dans l’ensemble, ces données indiquent que les fibres à usage spécial testées sont relativement biopersistantes mais des différences apparaissent en fonction de la fibre testée, de sa taille mais aussi suivant les études. La plu­part des études indiquent que les fibres longues persis­tent plus longtemps que les fibres courtes dans les poumons, vraisemblablement car les macrophages alvéo­laires sont incapables de les phagocyter. L’étude de Hesterberg [12] rapporte des demi-vies pondérées de 79, 49 et 418 jours respectivement pour les fibres longues de verre E, 475 et l’amosite (amiante) ; dans la réglementa­tion européenne, le seuil utilisé pour qualifier une fibre de biopersistante est de 10 jours. Le temps de clairance de 90 % de ces fibres est respectivement de 371, 240 et 2095 jours. Un an après l’arrêt de l’exposition, 32 % des fibres 475 longues persistent dans le poumon (96 % pour l’amosite) par instillation trachéale initiale de 2 mg [13] ; 14 % des fibres E, 55 % des fibres 475 et 41 % des fibres d’amosite persistent par inhalation pendant un an [14]. Des changements morphologiques et de composition sont observés sur les fibres 475 mais pas sur les fibres E ou l’amosite.

  La durabilité des fibres à usage spécial a également été testée in vitro. La constante de dissolution est de 9 ng/cm²/h pour les fibres E et de 12 ng/cm²/h pour les fibres 475. Cette constante est inférieure à 1 ng/cm²/h pour les fibres d’amiante (amosite et crocidolite).

  Chez l'Homme

  Aucune donnée n'est disponible à la date de publication de la fiche toxicologique.

• Mode d'actions
• Toxicité expérimentale

  Toxicité aiguë

  Les fibres minérales artificielles (dont les microfibres de verre) sont généralement considérées comme irritantes pour la peau du fait de leur action mécanique. 

  Les fibres minérales artificielles dans leur ensemble (dont les microfibres de verre) sont généralement considérées comme irritantes pour la peau dans les tests de frottement du fait de leur action mécanique (pénétration cutanée de particules brisées par pression, friction ou abrasion). Chez l’animal, les tests conventionnels d’irritation cutanée sont négatifs [4].

  Toxicité subchronique, chronique

  Sur la base d'études sur animaux par inhalation et comparativement aux fibres 475, les fibres de verre E induisent une réaction plus marquée des macrophages, une fibrose alvéolaire et une hyperplasie qui peuvent faire suspecter une voie progressive de transformation néoplasique des cellules respiratoires.

  Cullen et al [20] ont exposé des rats par inhalation à des fibres 475 ou d’amosite pendant 1 à 14 jours (7h/j) sur une période de 3 semaines à une concentration de 1000 fibres OMS/mL. L’analyse du liquide de lavage broncho-alvéolaire montrait des signes d’inflammation pulmonaire (augmentation du nombre de cellules, du pourcentage de granulocytes, de la quantité de protéines) mais sans relation avec la durée d’exposition. Cette exposition ne provoquait pas d’augmentation de la prolifération cellulaire dans les bronchioles terminales contrairement à l’amosite.

  L’étude subchronique de Bellmann et al [21] consistait à exposer des rats par inhalation à des fibres de verre de type E pendant 3 mois (6h/j, 5j/s) à 2,4, 7,0 et 17,3 mg/m³ suivis d’une période de 14 semaines d’observation. Des effets croissants dépendant de la concentration ont été observés sur le poids des poumons, l’infiltration de polynucléaires neutrophiles dans le liquide de lavage broncho-alvéolaire (réponse inflammatoire) ; ces effets étaient réversibles au moins partiellement après 14 semaines sans exposition. La prolifération cellulaire de l’épithélium des bronchioles terminales et une fibrose interstitielle étaient aussi dose dépendant ; après 14 semaines sans exposition, la fibrose restait stable pour les concentrations de 2, 4 et 17,3 mg/m³ et augmentait pour la concentration intermédiaire.

  Cullen et al [19] ont étudié le pouvoir fibrogène des fibres de verre E (code 104/E) et des microfibres (code 100/475), avec l'amiante comme référence. Des rats Wistar ont été exposés par inhalation 7 h par jour, cinq jours par semaine pendant un an, à du verre E (1022 fibres OMS /cm³, 72 fibres/cm³ de longueur > 20 μm), des microfibres 100/475 (1119 fibres/cm³, 38 fibres/cm³ > 20 μm) et de l’amosite (981 fibres OMS/cm³, 89 fibres/cm³ > 20 μm ). Un an après la fin de l'exposition, le niveau moyen de fibrose a été déterminé (pourcentage en surface de la région pulmonaire atteinte). Les résultats, significatifs pour le verre E et pour l’amosite, étaient les suivants : contrôles (0,08%), verre 104/E (8,0%), microfibres 100/475 (0,2%) et amosite (7,6%). Les animaux exposés aux fibres 100/475 avaient un niveau de fibrose légèrement plus élevé que les animaux témoins non exposés, bien que ce ne soit pas statistiquement significatif. Les auteurs ont attribué leurs résultats au nombre plus élevé de fibres longues de verre E et à leur plus grande biopersistance par rapport à d'autres types de fibres. Au niveau des bronchioles terminales, l’exposition aux fibres E induit une réaction macrophagique et un épaississement des parois alvéolaires ; la comparaison avec des rats ayant survécu un an après l’exposition, montre une extension de la fibrose.

  Sur la base d'études sur animaux par inhalation et comparativement aux fibres 475, les fibres de verre E induisent une réaction plus marquée des macrophages, une fibrose alvéolaire et une hyperplasie qui peuvent faire suspecter une voie progressive de transformation néoplasique des cellules respiratoires [1 ; 22].

  Effets génotoxiques

  Les fibres se déposent dans les poumons où elles sont phagocytées par les macrophages, complètement ou incomplètement, en fonction de la longueur de la fibre. La phagocytose incomplète est un puissant stimulus pro-inflammatoire pour la libération d'une cascade de médiateurs et d'espèces réactives de l'oxygène et de l'azote, conduisant à la génotoxicité et à la prolifération des cellules pulmonaires. In vitro, l'entrée directe de fibres dans les cellules, suivie ou associée à la division cellulaire, peut produire des anomalies chromosomiques et des modifications génétiques pouvant entraîner une transformation cellulaire et une prolifération dérégulée. Des études chez l'animal ont montré une gamme de sévérité d'inflammation et de fibrose qui a été associée à des fibres plus biopersistantes dans les poumons. Il existe une relation établie entre l'inflammation persistante, la fibrose et le développement de tumeurs dans les modèles animaux.

  In vitro, des effets génotoxiques ont été démontrés sur plusieurs types de cellules en culture, y compris des cellules humaines exposées à des fibres de verre à usage spécial : cassures de l'ADN, aberrations chromosomiques, aneuploïdie et transformation cellulaire. Les effets dépendaient globalement de la taille des fibres, les fibres longues étant plus actives que les fibres plus courtes. De nombreuses études se sont concentrées sur la production d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) par les macrophages alvéolaires de rongeurs ou les leucocytes polymorphonucléaires humains traités avec des fibres de verre. Ces effets ne sont pas nécessairement associés à la génotoxicité ; cependant les ERO peuvent endommager l'ADN d'autres cellules cibles du poumon [24]. Toutes les études ont rapporté la production d'espèces réactives de l'oxygène après exposition à des fibres de verre dont les JM-100. Dans une étude plus récente, Padmore et al [25] ont exposé des macrophages alvéolaires immortalisés de souris à des fibres longues ou courtes de JM-100 ; la production intracellulaire d'espèces réactives de l’oxygène (ERO) en réponse aux fibres longues ou courtes est globalement faible ; une production accrue de ERO (non significative) a été notée après exposition aux fibres longues.

  Les fibres JM-100 et JM-110 se sont révélées négatives dans le test de mutagenèse sur Salmonella typhimurium pour les souches TA1535 et TA1538 ou sur Escherichia coli B/r, WP2, WP2 uvrA et WP2 uvrA polA [26].

  Plusieurs études ont été menées sur différents types de fibres de verre (dont la longueur et le diamètre variaient), afin d’évaluer si les fibres de verre pouvaient endommager l’ADN. La plupart de ces études ont montré des dommages à l’ADN par le test des comètes. Le lien entre la formation de micronoyaux, les dommages chromosomiques et la taille des fibres a été soulignée par de nombreuses études indépendantes et sur différents types cellulaires (V79, cellules épithéliales humaines, macrophages alvéolaires de rat...). Plusieurs études ont montré que les fibres JM-475 et des fibres AAA induisaient la formation de micronoyaux ; la présence de kinétochores indiquait un mécanisme aneuploïde par perturbation du fuseau cellulaire mais pas de cassures chromosomiques. La formation de micronoyaux a été observée dans des cellules d'embryon de hamster syrien exposées à 1 μg/cm² de fibres de code 100. Le traitement de fibroblastes pulmonaires de hamster V79 avec des fibres de AAA-10* (longueur 2 μm ; diamètre médian 0,18 μm) et JM-100 (longueur 3,5 µm ; diamètre médian 0,2 μm) ont induit une aneuploïdie significativement liée à la dose d’exposition [27].

  Plusieurs études in vitro ont montré que les JM-100 altéraient la ségrégation chromosomique en bloquant la cytokinèse conduisant à des cellules bi- ou polynuclées dans les modèles de cellules d'embryon de hamster syrien, de cellules mésothéliales humaines, de cellules épithéliales de singe, de cellules ovariennes de hamster chinois et de fibroblastes pulmonaires V79 de hamster chinois.

  Un des mécanismes probables de la cancérogenèse induite par les fibres -  dont l’amiante -  comprend la mutation et/ou l'activation de proto-oncogènes, l'inhibition des gènes suppresseurs de tumeurs et l'activation de facteurs de transcription contrôlant la production de cytokines, la transformation cellulaire et la croissance cellulaire. Un certain nombre d’études se sont révélées positives pour ces paramètres avec les fibres AAA-10 et JM-100 [28]. Johnson et al [29] ont traité pendant 20h des cellules A549 (lignée cellulaire épithéliale alvéolaire de type II, tumorale) avec des fibres JM-100 qui n’ont pas induit, contrairement à la crocidolite, l’expression de gènes induits (dont le p53) en cas de dommage à l’ADN.

   

  In vivo, Donaldson et al [30] ont exposé des rats par inhalation de fibres de verre à usage spécial JM-104/475 (912 f/mL pendant 7h) suivie d’une injection de BrdU 16 h après l’inhalation et 2h avant sacrifice. Les auteurs ont conclu que ces fibres induisaient une réponse de prolifération cellulaire mais moins puissante que l’amosite.

  Enfin, la transformation cellulaire (test de cancérogénicité potentielle in vitro ; changement prénéoplastique précoce) a également été observée sur cultures in vitro de cellules SHE [31] :

  • les fibres fines de code 100 (diamètre moyen 0,13 µm) induisaient 20 fois plus de transformation cellulaire que les fibres plus épaisses de code 110 (diamètre moyen 0,8 µm) ;
  • les fibres courtes obtenues par broyage (longueur moyenne 1,7 µm) induisaient 10 fois moins de transformation cellulaire que les fibres de l’échantillon initial (longueur moyenne 9,5 µm). Les fibres broyées à une longueur moyenne de 0,95 µm n’induisaient pas de transformation cellulaire. La réduction de la longueur de la fibre JM-100 par broyage, sans affecter le diamètre de la fibre, a aussi diminué le pouvoir de transformation cellulaire des fibres sur cellules BALBc-3T3.

  En résumé, les effets génotoxiques identifiés (induction de micronoyaux, cassures de l’ADN, transformation cellulaire) sont en partie dus au paramètre dimensionnel des fibres et à leur capacité à perturber la division cellulaire. Une atteinte directe de l’ADN imputable aux propriétés chimiques des fibres est également suspectée par l’intermédiaire de la formation d’espèces réactives de l’oxygène.

   

  *Note : Les fibres AAA-10 correspondent à une dénomination du Naval Research Laboratory (NRL) pour les microfibres de verre[4].

  Effets cancérogènes [24, 26]

  Les mécanismes de la cancérogénicité induite par les fibres ne sont pas complètement compris, mais plusieurs hypothèses ont été proposées notamment sur la taille des fibres, leur capacité à induire un stress oxydant, la localisation du dépôt des fibres dans l’arbre trachéo-bronchique, leur biopersistance, la capacité de phagocytose par les macrophages ou d'autres cellules cibles, la migration dans l'interstitium et la plèvre pulmonaire et l'induction d'une inflammation persistante susceptible de conduire à une génotoxicité et une prolifération cellulaire. En considérant l’ensemble des données disponibles, certaines microfibres de verre sont des fibres biopersistantes qui ont un potentiel génotoxique et cancérogène.

  Dans son évaluation, l’IARC [1]concluant qu'il existait des preuves suffisantes de cancérogénicité chez l’animal pour les fibres de verre à usage spécial dont le verre E et les fibres 475, les a classées comme potentiellement cancérogènes pour l'homme (groupe 2B). Des différences de cancérogénicité ont été observées entre les fibres de verre 475 et de verre E : dans sa revue de la littérature, Bernstein[32] estimait que les fibres 475 ne présentaient pas d’indications claires de cancérogénicité chez le rat exposé par inhalation contrairement aux fibres E. La fibrose induite par les fibres de verre E (code 104/E) comparée aux microfibres (code 100/475) de Cullen et al. [19]étaient vraisemblablement due au nombre plus élevé de fibres longues de verre E et à leur plus grande biopersistance par rapport aux autres types de fibres. Les fibres de verre E montrent un potentiel cancérogène par inhalation, induisent une réaction marquée des macrophages, une fibrose alvéolaire et une hyperplasie qui peuvent faire suspecter une voie progressive de transformation néoplasique des cellules respiratoires.

  Les informations clés utilisées dans le dossier d’enregistrement REACH [22] concluant à la classification Carc. 1B (H350 inhalation) sont basées sur les études de Searl et al. ([ 18]; biopersistence fibre 100/475) et de Cullen et al. ([19] ; fibre 104E et JM-100/475). Cullen et al [19] montrent que les microfibres de verre de type E induisent au niveau pulmonaire : une fibrose, des carcinomes, des adénomes et des mésothéliomes (à des niveaux comparables à ceux de l’amosite et malgré une biopersistance plus faible). Globalement, il est conclu que les fibres de verre E sont présumées cancérogènes pour l'homme et doivent être classées dans la catégorie Carc. 1B (H350 inhalation) en vertu du règlement CLP.

  Dans l’étude d'inhalation chronique de Cullen et al [19], des rats Wistar mâles ont été exposés à une microfibre de verre 104/E, 100/475 ou à l’amosite à la concentration d’environ 1000 fibres/mL de longueur > 5 μm pendant 7 h par jour, cinq jours par semaine et 12 mois. Après une période de récupération post-traitement de 12 mois, la charge pulmonaire retenue (en fibres de toutes longueurs) était d'environ 30% par rapport à celle immédiatement après traitement. L'amosite et les microfibres 100/475 étaient respectivement retenues à 44% et 28%. La composition chimique des fibres 104/E n'a pas été altérée pendant leurs 24 mois de séjour dans les poumons, contrairement à celle des microfibres 100/475. L’exposition de rats aux microfibres 104/E ou à l’amosite par inhalation a nettement accru l’incidence des tumeurs pulmonaires (carcinomes et adénomes), induisaient des mésothéliomes pleuraux et provoquaient une fibrose pulmonaire. En revanche, chez les animaux traités avec les fibres de type 100/475, une faible fibrose, quelques adénomes pulmonaires, aucun carcinome et aucun mésothéliome n’ont été observés ; à noter qu’il y avait environ deux fois moins de fibres longues > 20µm dans cet aérosol.

  Des microfibres de verre ont été testées par instillation intratrachéale dans deux expériences chez le rat (fibres 475) et deux chez le hamster (JM/104) avec des résultats contrastés [1]. Chez le rat, une augmentation significative des tumeurs du poumon a été observée dans une des 2 études mais avec peu d’animaux par groupe et était négative pour l’autre. Chez le hamster, a été observée une augmentation des tumeurs pulmonaires et des mésothéliomes dans une seule des 2 études.

  Effets sur la reproduction

  Il n’existe pas de données sur la toxicité pour la reproduction.

  Aucune étude n’a exploré le potentiel toxique pour la reproduction de ces fibres. Seule une faible partie des fibres inhalées est solubilisée en sels (borates par exemple) qui peuvent circuler vers d’autres organes à distance. Néanmoins, la capacité de ces fibres à migrer sous leur forme d’origine ou sous forme résiduelle dans les tissus à distance du site de contact n’est pas connue.

• Toxicité sur l’Homme [1-3]

  Chez l'homme, les données sont très limitées et n'apportent pas d'informations suffisantes pour conclure, notamment sur de possibles effets cancérogènes.

  Toxicité aiguë

  Les fibres de verre sont connues pour être irritantes pour la peau et les muqueuses (oculaires et respiratoires) par action mécanique (pénétration cutanée de particules brisées par pression, friction ou abrasion). Ce type de réaction est généralement rapportée pour les fibres dont le diamètre est supérieur ou égal à 4 µm environ [Inserm 1999].

  Toxicité chronique

  Une dyspnée et des symptômes cutanés (sans précision) ont été rapportés de façon plus fréquente chez les travailleurs d’une usine de production de microfibres de verre en comparaison à d’autres travailleurs de cette usine ne travaillant pas dans les zones de production (après ajustement, OR de 4,46 IC 95 % [1,68–11,86] pour la dyspnée et de 3,89 IC 95 % [1,70–8,90] pour les symptômes cutanés). Une augmentation significative de ces symptômes était observée entre les groupes faiblement exposés et fortement exposés (pour la dyspnée, OR ajusté de 3,94 IC 95 % [1,33-11,71] et 5,08 IC 95 % [1,69-15,23], respectivement ; pour les symptômes cutanés, OR ajusté de 2,99, [1,13-7,91] et 4,82, [1,89-12,33]), respectivement), suggérant une relation dose-réponse. Les concentrations atmosphériques en microfibres étaient comprises entre 0,07 et 1,70 mg/m³ [33].

  Des réactions allergiques ont été observées chez l’homme avec des fibres de verre classiques mais sont attribuées aux additifs (résines) [4].

  Effets génotoxiques

  Il n’a pas été retrouvé de données à la date de publication de la fiche toxicologique.

  Effets cancérogènes

  Dans son évaluation, l’IARC concluant qu’il existait des preuves suffisantes de cancérogénicité chez l’animal pour les fibres de verre à usage spécial, les a classées comme potentiellement cancérogènes pour l'homme (groupe 2B)[1].

  Seules deux études épidémiologiques s’intéressant de façon spécifique à la cancérogénicité des fibres de verre à usage spécial ont été retrouvées.

  Les travailleurs de deux usines produisant des fibres de verre à usage spécial ont été inclus dans une large étude de cohorte historique américaine sur les fibres de verre. Dans la cohorte totale, un excès de mortalité par cancers respiratoires a été observé (874 cas) : SMR=1,06 IC 95 % [1,00-1,14] en comparaison au taux local, SMR=1,16 IC 95 % [1,08-1,24] p<0,01 en comparaison au taux national. Il n’a pas été observé d’excès significatif de mortalité par cancers respiratoires pour les travailleurs des deux usines produisant des fibres de verre à usage spécial (SMR=1,09 IC 95 % [0,87-1,36] en comparaison au taux local), mais le nombre de cas était limité (n=81) [34 ; 1 ; 22].

  Une étude cas-témoin portant sur les cas de cancer du larynx et de l'hypopharynx provenant de 15 hôpitaux français n'a pas révélé d'association entre ce type de cancer et l'exposition à des microfibres (pour le cancer du larynx : OR=1,28 IC 95 % [0,51-3,22] pour 16 cas comparés à 9 témoins non exposés ; pour le cancer de l’hypopharynx : OR=0,78 IC 95 % [0,26-2,38] pour 7 cas comparés à 9 témoins non exposés), mais cette exposition ne concernait qu'un nombre limité de sujets [35 ; 1 ; 22].

  Dans l’ensemble, ces deux études sont insuffisantes pour conclure sur de possibles effets cancérogènes des fibres de verre à usage spécial chez l’homme [22].

  Effets sur la reproduction

  Il n’a pas été retrouvé de données à la date de publication de la fiche toxicologique.

• Interférences métaboliques
• Cohérence des réponses biologiques chez l'homme et l'animal