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Sur cette page : Les fibres minérales artificielles, Man-made vitreous fibers
 
FIBRES MINÉRALES ARTIFICIELLES (FMA)
 
Introduction :
 
Les fibres minérales artificielles (FMA) sont une classe de matières isolantes employées extensivement en milieu résidentiel et industriel; elles sont faites principalement à partir du verre, de la roche, du laitier ou de l'argile. Les trois catégories générales sont la fibre de verre, la laine minérale, et les fibres céramiques réfractaires.
Dans certaines situations, les matériaux en FMA peuvent libérer dans l'air de très fines particules de poussière , dont certaines sont assez petites pour être respirables. Ainsi, des ouvriers peuvent être exposés aux FMA par contact cutané et/ou par inhalation.
Les particules fibreuses ayant une géométrie longue et mince présente un problème spécial au système respiratoire; parce que les fibres étant minces, elles peuvent pénétrer dans la partie profonde du poumon et, parce qu'elles sont longues, les cellules mobiles du poumon peuvent avoir de la difficulté en les enlever.
 
 
Les trois catégories générales peuvent être divisées de la façon suivante :
 
A-Fibre de Verre :
1-Laine de Verre,
2-Filament Continu
 
B-Laine Minérale :
1-Laine de Roche,
2-Laine de Laitier.
 
C-Fibres Céramiques Réfractaires :
1-Oxydes Purs,
2-Kaolin.
 
Les FMA peuvent aider à contrôler les pertes de chaleur, à absorber l'énergie acoustique, à filtrer les impuretés dans les gaz et les liquides; et avec un coupe-vapeur, à contrôler la condensation.
 
Un attribut important de ces fibres est qu'elles ne se scindent pas longitudinalement comme les fibres d'amiante. Puisque les fibres d'amiante tendent à se dédoubler longitudinalement avec le temps dans le poumon, le nombre de fibres minces d'amiante peut réellement augmenter, ayant pour résultat une irritation pulmonaire croissante, même après que l'exposition à l'amiante
eut cessé.
En revanche, les FMA tendent à se briser tranversalement en segments plus courts, dont le poumon peut se débarrasser plus facilement que pour les fibres longues.
 
 
Fibres Minérales Artificielles :
 
A-Fibre de Verre :
 
La fibre de verre est produite sous deux formes, fibres de laine et fibres de textile.
 
1-Fibres de laine de verre :
Les principales utilisations actuelles sont l'isolation thermique en milieu résidentiel et commercial, la fabrication de produits pour le contrôle du bruit (acoustique), le revêtement des conduits d'air, l'isolation de la tuyauterie, les filtres à air, l'isolation des toitures; l'isolation des voitures, avions, maisons mobiles, refrigérateurs, cuisinières domestiques, et une grande variété d'autres
appareils et équipements.
Les fibres sub-microniques de laine de verre, aussi connues comme microfibres de verre, sont généralement utilisées dans les produits de haute technologie, tel les filtres à particules de haute efficacité, dans les papier-filtres spéciaux, comme composantes de batteries, et dans l'isolation en aérospatiale.
 
2-Fibres de verre de textile :
Aussi appelées filaments continus, elles sont utilisées dans les rideaux et draperies, le revêtement des fils électriques, le papier de toiture, les bardeaux, et les tissus industriels et comme renfort pour les plastiques, les papiers, le caoutchouc, et d'autres matériaux.
 
B-Laine Minérale :
 
Les laines minérales incluent les laines de roche ou de pierre et les laines de laitier.
Après formation, ces matériaux sont pulvérisés avec des huiles lubrifiantes et des liants pour réduire la production de poussière (les laines minérales contiennent généralement un taux très élevé de particules non fibreuses), et la rupture de ces fibres.
Les utilisations de la laine minérale sont très semblables à celles de l'isolation par la laine de fibre de verre, y compris la protection contre les incendies, et l'isolation acoustique.
Une grande partie de la laine minérale produite est utilisée pour souffler de l'isolation dans les greniers et des murs latéraux. Une autre utilisation populaire de la laine minérale est la fabrication de tuiles décoratives et acoustiques de plafond pour les bâtiments commerciaux.
 
C-Fibre Céramique Réfractaire :
 
La fibre en céramique réfractaire (FCR) est formulée pour aider le contrôle des pertes de chaleur dans les procédés industriels à hautes températures. Toutes les FCR sont des mélanges d'alumine et de silice et d'autres oxydes réfractaires.
 
Les trois catégories générales de FCR sont :
 
1-Produits à base de kaolin, pour lesquels l'argile est obtenu par exploitation minière.
2-Mélanges d'alumine, de silice et d'oxydes réfractaires ( e.g.oxyde chromeux et oxydes de zirconium)
3-Produits de haute pureté qui sont des mélanges d'alumine purifiée, de silice et d'autres matériaux.
 
Les applications pour les FRC varient, mais toutes sont utilisées dans des environnements industriels à haute température. Les nappes de FCR sont utilisées comme recouvrement intérieur des fours et fournaises, comme isolation supplémentaire (back-up) à la brique réfractaire, comme couverts de puits de trempage, et pour le recuit des soudures. Les FCR lâches sont utilisées comme remplissage dans les vides et dans les joints de dilatation.
Des formes en FCR moulées sur mesure sont beaucoup utilisées pour couler le métal, dans les convertisseurs catalytiques, et en tant que recouvrement intérieur de chambre de combustion dans les chaudières industrielles.
 
 
Effets sur la Santé
 
A-Irritation Cutanée :
 
Les FMA peuvent irriter la peau de certains ouvriers qui sont engagés dans la fabrication ou l'installation de ces produits. Cette irritation est une réaction mécanique due aux extrémités pointues et cassées des fibres qui frottent la peau ou deviennent encastrées dans la couche externe de cette dernière, et ne semble pas être une réponse allergique. Typiquement, l'irritation
ne persiste pas et peut être soulagée en lavant la peau exposée doucement avec de l'eau chaude et du savon doux.
 
 
B-Irritation des Voies Respiratoires Supérieures :
 
Si de grandes quantités de fibre fine aéroportée sont libérées pendant la fabrication ou la manutention des FMA, et si de mauvaises méthodes de travail causent l'inhalation de ces fibres, certains ouvriers peuvent éprouver de l'irritation respiratoire supérieure temporaire.
L'irritation consiste en un état respiratoire non spécifique et temporaire, qui se manifeste habituellement par de la toux ou du wheezing (sifflement thoracique). Elle est mécaniquement induite par les fibres pointues et ne semble pas être une réaction allergique. Elle diminue peu après que le travailleur ait été retiré de l'exposition et ne devrait pas avoir aucun impact
supplémentaire sur sa santé et son bien-être.

 

C-Mesures de Précaution :

 
Les professionnels de la santé occupationnelle recommandent trois niveaux de précautions pour protéger les personnes qui fabriquent ou manipulent des produits à base de FMA.
 
1-Lorsque possible, les produits à base de FMA devraient être conçus et fabriqués de façon à limiter le relâchement de poussière en suspension dans l'air.
 
2-Des procédés et contrôles de fabrication devraient être employés pour réduire au minimum les poussières en suspension dans l'air de l'environnement de travail.
 
3-Les gens devraient porter des équipements de protection respiratoire approuvée, et les vêtements devraient couvrir le plus de peau possible lorsqu'ils manipulent ou installent des FMA. Ces précautions réduisent effectivement l'exposition aérienne
aux FMA et empêchent l'irritation de la peau et des voies respiratoires supérieures.

 

Études Épidemiologiques :

 
A-Études de Mortalité chez les Travailleurs de la Laine de Fibre de Verre et de la Laine Minérale :
 
Deux études majeures de mortalité ont été entreprises sur d'importants groupes d'ouvriers impliqués dans la production de laine minérale et de verre, une en Europe et une aux États-Unis. Un troisième, plus limitée, a été conduite au Canada chez des ouvriers fabricant de la fibre de verre.
 
1-Étude Européenne :
 
Les chercheurs ont trouvé un excès global de mortalité parmi les ouvriers produisant des FMA, avec un excès particulièrement évident parmi les ouvriers ayant travaillé moins d'un an. Parmi les causes de mort les plus fréquentes il y avait les néoplasmes
malins, les troubles mentaux, les maladies cardiovasculaires, les maladies respiratoires, les maladies digestives, et des causes externes.
 
a-Travailleurs de la Laine de Roche-Laine de Laitier :
Simonato et al. ont rapporté en 1987 un "excès de cancer du poumon parmi les ouvriers de la laine de roche-laine de laitier employés pendant une phase technologique passée avant l'introduction des agents suppresseurs de poussière", et ont conclu " que l'exposition aux fibres, seule ou en combinaison avec d'autres expositions, a pu avoir contribué à l'élévation du risque."
Dans leur dernière mise à jour, ils ont conclu que " l'ensemble de ces résultats n'est pas suffisant pour conclure que le risque accru de cancer de poumon est lié spécifiquement aux FMA; cependant, comme les fibres respirables étaient une composante significative de la pollution ambiante de l'environnement de travail, elles ont pu avoir contribué à l'élévation du risque."
 
b-Travailleurs de la Laine de Verre :
Pour ces ouvriers le rapport a conclu que les résultats " indiquent un certain excès de cancer du poumon, clairement réduit une fois que des facteurs d'ajustement local sont appliqués aux taux nationaux de mortalité, et sans relation avec la durée de
l'emploi ni avec le temps depuis le premier emploi ". Aucune anomalie n'a été trouvée chez les ouvriers de verre en filament continu.
 
c-Mésotheliome :
Cinq mésothéliomes ont été identifiés par certificat de décès, un dans la sous-cohorte de la laine de verre et quatre dans la sous-cohorte de la laine de roche-laine de laitier.
Aucun risque acccru clair de mésothéliome n'a été identifié, quoique les chercheurs ont conclu que " la possibilité d'une telle augmentation est suggérée par les résultats "
 
2-Étude Américaine :
 
Comme pour l'étude Européenne, l'étude des États-Unis a trouvé un taux plus élevé pour la mortalité générale parmi des ouvriers des FMA par rapport à la mortalité locale et nationale.
Pour les décès dûs au cancer ou aux maladies respiratoires non-cancéreuses, l'étude a montré qu'une preuve positive existait pour les ouvriers fabricant des microfibres de verre et de la laine minérale. Cependant, les chercheurs précisent que les données ne sont pas compatibles avec un lien causal parce que les excès de décès chez les travailleurs de microfibres de verre et de laine minérale n'étaient pas directement liés à la durée de l'exposition.
Le nombre de décès dûs au mésothéliome dans la cohorte étudiée est considéré comme étant dans les limites prévues pour la population générale. Dans la mise à jour de 1985, un petit excès statistiquement significatif pour les décès dûs aux cancers respiratoires a été rapporté chez les employés des usines de laine de verre et de laine minérale mais, les chercheurs ont
conclu que la preuve d'une association a semblée " en quelque sorte plus faible " que dans la mise à jour de 1982.
Dans la mise à jour de 1989, pour les ouvriers de la laine de roche et de la laine de laitier, la présentation des résultats était généralement en accord avec les résultats observés dans les mises à jour précédentes; aucune preuve confirmée ne demeure d'une association entre le cancer de poumon ou les maladies respiratoires non-malignes et n'importe laquelle des mesures de fibres respirables considérée.
 
3- Étude Canadienne :
 
C'est une étude plus limitée de mortalité. Les auteurs ont enregistré un excès statistiquement significatif pour la mortalité due au cancer du poumon parmi des ouvriers de production de la fibre de verre. Ils ont conclu que l'interprétation de cette trouvaille était difficile parce qu'aucun rapport n'existait entre l'excès de cancer de poumon et la durée du temps depuis la première
exposition à l'environnement de la production de fibre de verre.
 
Les chercheurs ont conclu que la relation entre le travail et la santé dans l'industrie des FMA devrait continuer à être explorée par d'autres recherches.
 
 
B-Études de Morbidité pour la Laine de Fibre de Verre et la Laine Minérale :
 
Dans l'étude de morbidité la plus citée sur les FMA, Weil et al. (1983-1984) ont rapporté que les populations étudiées étaient généralement en bonne santé, sans symptômes respiratoires et sans atteintes fonctionnelles pulmonaires défavorables en relation
avec l'exposition aux fibres.
On a observé une basse incidence de petites opacités pulmonaires sur les radiographies du thorax (zones opaques parfois observées dans les poumons des ouvriers de métiers potentiellement poussiéreux). En récapitulant leurs résultats ils ont noté que, en général, " l'évidence minimale d'effets respiratoires détectée dans cette recherche, qui ne peut pas actuellement être considérée comme médicalement significative, est encourageante au sujet de la question des effets potentiels sur la santé suite à
l'exposition aux FMA. "
Cette étude fut mise à jour et agrandie à la fin des années 80 et les auteurs ont conclu que les " résultats n'indiquent aucun signe clinique, fonctionnel, ou radiologique défavorable en tant qu'effets d'exposition aux FMA chez ces ouvriers ".
 
 
C-Étude de Morbidité pour la Fibre Céramique Réfractaire :
 
Il n'y qu'un seul rapport de publié dans la littérature médicale traitant des effets sur la santé de l'exposition professionnelle aux FCR. Les chercheurs ont rapporté une association entre les expositions aux FCR et la présence de plaques pleurales, qui sont habituellement provoquées par l'exposition aux fibres d'amiante. On a aussi démontré que l'association observée n'était pas due à l'exposition à des fibres d'amiante.
En outre, parmi les ouvriers de la FCR , aucune augmentation significative de changements parenchymareux compatible avec de la fibrose interstitielle n'a été détectée.
 
 
Études Toxicologique chez l'Animal :
 
 
A-Études chez l'Animal par Implantation :
 
Les études d'implantation injectent artificiellement des fibres dans les cavités du corps des animaux de laboratoire: dans la cavité pleurale (le thorax) ou la cavité péritonéale (abdominale) ou par instillation dans la trachée. Les expériences
d'implantation sont basées sur l'introduction de grandes quantités de fibres dans les animaux par des moyens artificiels qui contournent les défenses normales de l'organisme.
Les circonstances de l'exposition réelle sont totalement différentes chez l'homme.
Pour ces raisons, et parce que la toxicologie induite par l'implantation des fibres chez les rongeurs n'est pas en parallèle avec les résultats des études d'inhalation, les études d'implantation ne sont pas valides pour évaluer le risque ou pour conclure n'importe quoi au sujet du danger pour la santé de l'humain associé à l'inhalation des FMA en suspension dans l'air.
D' autre part, les études d'implantation ont fourni des informations utiles sur les mécanismes de toxicité des fibres. Par exemple, les fibres longues (plus longues que 10 à 20 µm ) sont les plus actives par implantation tout comme dans les études de culture de cellules, ainsi les scientifiques ont présumé que l'activité biologique est directement associée à la longueur des fibres.
 
 
B-Études par Inhalation chez l'Animal :
 
Le modèle animal par inhalation est actuellement la seule méthode de laboratoire valide pour évaluer le risque chez l'humain de l'exposition aux FMA en suspension dans l'air.Dans des études chroniques récentes, des tests avec FMA ayant des dimensions semblables mais différentes compositions ont induit des effets biologiques différents.Les effets biologiques étaient approximativent en parallèle avec la persistance biologique des fibres dans le poumon.
Les fibres qui sont plus bio-persistantes dans le poumon s'accumuleraient pendant l'exposition chronique et persisteraient plus longtemps après l'arrêt de l'exposition et causeraient, donc, plus d'irritation du poumon que les compositions qui se dissolvent ou se fragmentent transversalement en segments plus courts.
Des différences dans des effets biologiques ont pu également être liées à la réactivité de surface des fibres.
 
1-Fibre de Verre :
 
Dans les années 70 et les années 80, sept études différentes par inhalation chez les rongeurs n'ont indiqué aucune tumorigénèse pour plusieurs formes de fibre de verre.
Dans une étude récente chez les rats, la fibre de verre n'a pas induit de fibrose ou de tumeur, tandis que l'amiante crocidolite a induit ces deux types d'affections pulmonaires.
 
Dans une autre étude (résultats préliminaires) chez des hamsters conduite récemment, comparant l'amiante amosite, la laine isolante 901 et le verre durable 475 a démontré comme dans d'autres études qu'aucun changement permanent du poumon n'a été causé par la laine 901. Le verre 475 a induit un peu de fibrose pulmonaire et une tumeur, un mésothéliome.
L'amiante amosite a induit également de la fibrose, mais plus tôt et plus sévèrement que le verre 475, et une incidence basse à modérée de mésothéliomes. Des différences entre cette étude-ci et les études antérieures, en ce qui concerne les laines de verre, semblent être liées aux différences de conditions expérimentales.
Dans cette étude, la toxicité est en parallèle en quelque sorte avec la persistance biologique pulmonaire des fibres.
Après 12 mois d'exposition, le nombre par poumon de fibres plus longues que 20 µm était sept fois à huit fois plus élevé pour l'amosite à haute dose que pour le verre 475, qui était trois à quatre fois plus élevé que le verre 901.
En accord avec les résultats précédents, ces données joignent de nouveau la longueur de la de fibre et la persistance biologique avec la toxicité.
 
2-Laine Minérale :
 
Avant 1990, trois études par inhalation n'ont pas décrit de fibrose ni tumeur comme résultat de l'exposition chronique à la laine minérale. Une autre étude récente a démontré que des rats exposés à de la laine de roche ont présenté une fibrose minime tard dans la période d'inhalation.
 
3-Fibres Céramiques Réfractaires :
 
Deux études d'inhalation de FCR ont été publiées avant 1990, avec des résultats contradictoires. La première étude (Davis et al, 1984) a rapporté 5% de fibrose pulmonaire et 17% les tumeurs pulmonaires chez les rats après 8 mois d'inhalation.
La deuxième étude (Smith et al, 1987) a rapporté chez le rat de la fibrose pulmonaire associée aux FCR mais aucune tumeur; aucune fibrose et seulement un mésothéliome chez les hamsters.
Dans des études plus récentes chez les rats exposés aux FCR on a rencontré de la fibrose pulmonaire, des tumeurs pulmonaires (13% dans le groupe exposé aux FCR fabriquées avec du kaolin) et un mésothéliome pleural.
Des hamsters exposés aux FCR (exposés seulement aux FCR fabriquées à partir du kaolin) ont developpé de la fibrose pulmonaire mais aucun cancer du poumon, cependant 42 de 112 animaux ont développé des mésothéliomes. Cette étude présente une différence frappante entre les réponses du rat et les réponses du hamster au même essai de fibre, ce qui pose des questions sur les différences liées à l'espèce et aussi, à savoir quelle espèce est la plus représentative de l'humain.
 
 
C-Études sur Culture de Cellules :
 
Un certain nombre d'études in vitro ont prouvé que la toxicité des fibres pour les cellules cultivées était liée directement à la longueur de la fibre et peut-être indirectement au diamètre de la fibre. Les études in vitro ont également contribué beaucoup à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires du dommage induit par la fibre.
Les fibres induisent une réponse inflammatoire de la part du poumon et les cellules inflammatoires activées, afin d'essayer de détruire les envahisseurs étrangers, libèrent des agents biologiquement destructifs qui blessent également le tissu pulmonaire.
Les réponses de réparation et de prolifération cellulaire au dommage s'ensuivent.
Si les fibres qui initient la réaction sont biologiquement persistantes, la cascade continue et augmente et pourrait avoir comme conséquence du dommage pulmonaire croissant, une augmentation de l'action des mécanismes de réparation, et probablement,
du dommage pulmonaire permanent tel que la fibrose ou même des tumeurs.
 
 
Persistance Biologique et Biotransformation des Fibres :
 
 
A-Études In Vivo :
 
La persistance biologique des fibres est la capacité des fibres de demeurer dans le poumon après qu'elles aient été inhalées.
La biotransformation est n'importe quel changement de dimension, de composition, ou de morphologie de surface qui se produit chez une fibre pendant son séjour dans le poumon.
Les chercheurs ont commencé tout récemment à scruter les mécanismes de la bio-persistance et de la bio-transformation des fibres et leurs rôles dans les atteintes du poumon. Dans le passé, le modèle simple offert était que les fibres qui entrent dans le poumon et qui se dissolvent rapidement sont inofensives, celles qui ne se dissolvent pas rapidement sont pathogènes.
Maintenant, la situation semble plus complexe que ceci selon des études expérimentales récentes sur les fibres de verre E, 475, 901 et les fibres de laine de roche.
 
 
B-Études In Vitro :
 
Les études in vitro ont démontré des taux de dissolution considérablement variables pour différentes compositions de fibre. Ces études ont identifié deux types différents de dissolution:
Les fibres peuvent se dissoudre de façon congruente (c.-à-d., toutes les composantes se dissolvent à la même vitesse) ou incongruente (c.-à-d., certaines composantes se dissolvent plus rapidement que d'autres, laissant un résidu pauvre en fibre; également appelé lixiviation).
Alors que la dissolution congruente peut mener à la dissolution complète et disparition des fibres fines, la lixiviation noncongruent peut affaiblir l'infrastructure de la fibre et déclencher de ce fait la fragmentation transversale, ayant pour résultat des segments courts de fibre qui sont biologiquement moins actifs et plus aisément éliminés du poumon par les cellules phagocytaires.
Les changements dans la chimie de la fibre par la lixiviation ont pu également avoir un impact sur la réactivité biologique de la surface des fibres.
Ainsi, les fibres qui subissent une bio-transformation rapide peuvent être moins toxiques et causer moins de tumeurs du poumon parce que leurs dimensions ou chimie modifiées augmentent leur élimination et peuvent également diminuer leur réactivité biologique.
 
 
Mécanismes d'Induction de la Pathogénicité de la Fibre :
 
 
A-Déposition Pulmonaire :
 
La taille et la forme déterminent si une fibre est respirable. Ces deux facteurs plus la gravité spécifique (densité) déterminent où dans le poumon la fibre se déposera. Le diamètre aérodynamique est un concept qui combine chacun de ces trois caractéristiques.
Les fibres plus longues que 5 µm et moins de 1,5 µm de diamètre ont le plus grand potentiel pour atteindre les zones cibles du poumon et les plèvres. Les fibres plus longues que 20 µm peuvent être trop longues pour être éliminées du poumon par les macrophages alvéolaires.
Quoique le diamètre aérodynamique de la fibre contrôle l'entrée et le site final du dépôt dans le poumon, la longévité (durabilité) de la fibre sert de base critique à l'accumulation d'une charge pulmonaire en fibres. D'autres facteurs qui peuvent affecter le destin des fibres sont leur rigidité, leurs propriétés de surface, et l'architecture de leurs extrémités (lisse, bords en forme de spicule, etc.).
 
 
B-Réponse Inflammatoire :
 
La réponse initiale au dépôt de corps étrangers, y compris les fibres, dans la région bronchio-alvéolaire est une inflammation (alvéolite), qui est amorcée par les macrophages du poumon (une des fonctions exécutées par ce type de cellule est la phagocytose ou " ingestion " de matière particulaire).
Les macrophages activés migrent vers le site du dépôt des fibres et phagocytent (ingérent) les fibres. Individuellement, les macrophages semblent engloutir complètement les fibres courtes, mais plusieurs macrophages peuvent se fusionner pour engloutir les fibres les plus longues.
Les fibres très longues peuvent ne pas être ingérées complètement, ayant pour résultat la production d'une variété de messagers cellulaires, d'espèces d'oxygène réactif, et de protéases provenant des macrophages.
Les messagers cellulaires signalent l'afflux et l'activation de plus de macrophages et d'autres cellules inflammatoires.
 
 
C-Fibrose :
 
Les agents biologiquement destructifs qui sont libérés par les cellules du poumon pendant l'inflammation attaquent les parois pulmonaires, ayant pour résultat de la nécrose tissulaire.
Le dommage tissulaire stimule les processus de réparation tissulaire, y compris la prolifération de cellules et le dépôt de collagène par les fibroblastes à l'intérieur de la paroi du poumon. Pendant les processus prolongés de réparation tissulaire,
la morphologie normale du poumon est détruite et remplacée par du tissu cicatriciel qui se caractérise par une accumulation de collagène dans l'interstitium du poumon.
Cette cicatisation pulmonaire s'appelle "fibrose pulmonaire".
 
La cicatisation fibrotique peut également se produire dans les membranes mésothéliales (plèvres) qui entourent les poumons et couvrent la cavité thoracique. Les lésions fibrotiques du poumon et des membranes mésothéliales réduisent l'efficacité de l'échange des gaz, laissant l'individu avec un excès de dioxyde de carbone et un déficit en oxygène.
 
 
D-Réponse Néoplasique Tissulaire :
 
Il y a peu de temps, des études par inhalation chez les rongeurs ont démontré pour la première fois que l'inhalation chronique de certaines FMA durables (FCR, microfibres de verre E) à une dose 300 fois plus élevée que le niveau d'exposition
typique des travailleurs pourrait être associée à de la fibrose pulmonaire et des cancers de la sphère thoracique. Les microfibres de verre durable 475 peuvent également induire des mésothéliomes chez les hamsters pour un même niveau
d'exposition.
 
 
E-Cancer du Poumon :
 
Le cancer du poumon pourrait se développer comme sous-produit de la fibrose chronique qui résulte de l'irritation chronique du poumon causée par les fibres durables.
Ce mécanisme exigerait que la fibre soit biologiquement très persistante dans le poumon.
Il est suggéré que la fumée de tabac soit un facteur crucial dans le développement des cancers liés à l'exposition aux fibres. Un deuxième mécanisme possible est que les fibres inorganiques peuvent agir par action génotoxique directe pour induire des néoplasmes.
 
 
F-Mésotheliome :
 
Le mésothéliome malin est un cancer des membranes mésotheliales qui couvrent les organes internes et les surfaces intérieures des cavités abdominales et thoraciques. Suite à l'inhalation chronique de concentrations élevées de FCR, 42% des hamsters mais seulement 1-3% des rats ont développé des mésothéliomes thoraciques.
Comme pour le cancer du poumon, les mécanismes d'induction du mésothéliome par les fibres ne sont pas bien compris. Après inhalation et déposition des fibres, la prochaine étape dans le développement du mésothéliome associé aux fibres peut être
la translocation des fibres au travers de la paroi pulmonaire dans les membranes pleurales.
Les étapes ultérieures peuvent comporter le développement et l'augmentation de la fibrose pleurale de la même manière que la fibrose du poumon est en théorie réputée être un mécanisme dans le développement du cancer du poumon.
Comme avec les mécanismes du cancer du poumon, un deuxième mécanisme potentiel du développement de mésothéliome serait la génotoxicité directe des fibres dans l'espace pleural.
 
 
G-Sommaire des Mécanismes :
 
Quoique pas complètement compris, les mécanismes des effets biologiques induits par les fibres sont censés inclure ce qui suit:
 
1-Les fibres inhalées entrent profondément dans le poumon..
2-Les fibres résistent à des mécanismes d'élimination et de dégradation de la part du poumon.
3-Les fibres sont transférées dans l'interstitium du poumon et, probablement, aussi dans les membranes pleurales.
4-Les fibres stimulent le relâchement cellulaire de médiateurs inflammatoires.
5-Les médiateurs initient la fibrose et la prolifération de cellules épithéliales.
 
En outre, les fibres peuvent également induire des changements néoplasiques directement dans le matériel génétique de la cellule. Affectant également la pathogénie potentielle, il y a d'autres facteurs qui compromettent la santé pulmoniare :
la(les) maladie(s) antérieure(s) ou actuelle(s), l'exposition à des cofacteurs toxiques comme la fumée de cigarette, les autres poussières ou fumées industrielles.
 
Il est important de noter que les mécanismes de défense du poumon peuvent être débordés par des concentrations expérimentales extrêmes d'exposition, ayant pour résultat du dommage pulmonaire qui n'est pas spécifique du type de particule.
Ainsi, aux concentrations de surcharge, des lésions pulmonaires peuvent être induites par des poussières inoffensives qui, aux niveaux d'exposition normaux, seraient éliminées du poumon avant qu'elles ne puissent s'accumuler suffisamment pour infliger
des lésions.
Beaucoup d'études récentes chez les rongeurs ont été entreprises à des niveaux d'exposition 300 fois plus élevés que les aérosols de fibre auxquels sont soumis les travailleurs des FMA (Research and Consulting Co. Suisse).
 
 
Exposition Professionnelle aux Fibres en Suspension dans l 'Air :
 
A-Études d'Hygiène Industrielle :
 
Tous les ans, les hygiénistes industriels analysent plus de 1,000 échantillons d'exposition professionnelle dans au moins 20 usines fabricant des FMA en Amérique du Nord et en Europe. Des échantillons d'air sont également pris pendant l'installation d'isolation et, dans des bâtiments où des produits d'isolation et de filtration d'air en FMA sont en service.
La méthode 7400 de NIOSH et la méthode de référence de l'OMS ont établi les procédures pour déterminer au microscope le nombre de fibres respirables par centimètre cube d'air.
 
 
B-Niveaux d'Exposition aux Fibres Minérales Artificielles :
 
En général, l'exposition aux FMA pendant la fabrication, l'installation et l'utilisation finale a été très basse ou indétectable. Dans les lieux de travail où sont fabriquées les FMA, les niveaux d'exposition aux fibres en suspension dans l'air ont typiquement été inférieurs à 0,2 fibre par centimètre cube, alors que les poussières totales étaient inférieurs à 1,0 mg/m3.
 
Pendant l'installation de fibre de verre, les niveaux d'exposition aux fibres étaient en moyenne inférieurs à 0,5 fibre par centimètre cube, avec un intervalle variant de 0 à 20 fibres par centimètre cube, et les poussières totales se chiffraient en moyenne en bas de 4,2 mg/m3, avec un intervalle de 0,04 à 114,00 mg/m3.
Des échantillons d'air ont été analysés dans un certain nombre de bâtiments publics dans lesquels des filtres à air en fibre de verre étaient en service ou dans lesquels de l'isolation en fibre de verre avait été installée; ces analyses n'ont démontré aucune
exposition significative au fibre de verre chez les occupants des bâtiments.
 
Aux États-Unis, les concentrations de poussières et de fibres en suspension dans l'air dans les usines de laine minérale sont généralement plus élevées que dans les usines de laine de verre. Les niveaux d'exposition pendant l'application ou l'installation sont également typiquement plus élevés pour les produits de laine minérale que pour les produits semblables en laine de verre.
 
Les données obtenues de façon régulière à partir des études d'hygiène industrielle réalisées aux emplacements où sont produits les FMA nous indiquent que les niveaux d'exposition sont généralement inférieurs à 1,0 fibre par centimètre cube et souvent
inférieurs à 0,2 fibre par centimètre cube.
Pendant l'installation de produits en FMA, les niveaux d'exposition peuvent varier de 1 à 5 fibres par centimètre cube ou être plus élevés si les contrôles d'ingénierie et les bonnes méthodes de travail ne sont pas appliqués.
 
 
C-Limites d'Exposition Professionnelle :
 
Une fibre peut être définie comme particule allongée dont le rapport longueur/diamètre est égal ou plus grand que 3. Afin d'atteindre la région alvéolaire du poumon chez l'homme, une fibre doit avoir un diamètre aérodynamique de moins de 10 µm.
 
Lors des études d'exposition professionnelle aux fibres minérales artificielles, seules les fibres considérées dangereuses pour les travailleurs vu leurs propriétés granulométriques, sont considérées :
1-Longueur supérieure à 5 µm
2-Diamètre inférieur à 3 µm
3-Rapport longueur/diamètre >3
 
 
 
LIMITES D'EXPOSITION AU QUEBEC

Substance

VEMP
Notations et remarques

1-Fibre de laine isolante, laine de laitier

1 fibre/cm³
C2, EM

2-Fibre de laine isolante, laine de roche

1 fibre/cm³
C2, EM

3-Fibre de laine isolante, laine de verre

2 fibres/cm³
C3

4-Fibres de verre en filament continu

10mg/m³
Pt.

5-Fibres réfractaires (céramique ou autres)

1 fibre/cm³
C3

6-Microfibres de verre

1 fibre/cm³
-
 
C2 : un effet cancérogène soupçonné chez l'humain.
C3 : un effet cancérogène démontré chez l'animal.
EM : une substance dont l'exposition doit être réduite au minimum.
Pt : poussière totale.
 
 
D-Exposition Professionnelle à d'Autres Composés :
 
Pour exactement évaluer le potentiel toxicologique d'une substance dans le milieu de travail, toutes les autres substances présentes dans l'environnement doivent être considérées. Beaucoup de produits chimiques peuvent être présents dans les fibres synthétiques, ce qui n'est pas le cas pour des fibres d'amiante.
Pendant le processus de fabrication beaucoup de produits chimiques peuvent être ajoutés et peuvent compter jusqu'à 25 % du poids de ces fibres.
 
Les produits chimiques ajoutés peuvent être :
1-Agents antistatiques
2-Agents antifongiques
3-Agents hydrophobes
4-Agents anti-poussière (Huiles minérales, propylène glycol)
5-Liants (Urée-formaldehyde et résines époxydes, bitume)
La présence de ces additifs peut rendre la recherche sur la toxicologie de ces fibres plus compliquée.
 
Les effets cumulatifs potentiels de l'exposition à tous ces matériaux doivent être considérés dans toute démarche pour développer un plan adéquat pour les employés et la santé/sécurité au travail.
 
 
Évaluation des Fibres Minérales Artificielles :
 
A- Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) :
 
En 1971, le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC), Lyon, France, a inité un programme pour évaluer les données concernant le risque cancérigène des produits chimiques chez l'humain. En 1987, le CIRC a formé un groupe de travail de 20 scientifiques pour évaluer le risque cancérigène de l'exposition aux FMA.
 
Classification du CIRC :
 
Groupe 1 : substance cancérigène pour l'être humain
Groupe 2A : substance probablement cancérigène pour l'être humain
Groupe 2B : substance possiblement cancérigène pour l'être humain
Groupe 3 : substance non classifiable comme cancérigène chez l'humain
Groupe 4 : substance vraisemblement non cancérigène chez l'humain
 
La laine de verre a été classée dans le groupe 2B.
Le filament continu (textile de verre) a été classé dans le groupe 3.
La laine de roche a été classée dans le groupe 2B.
La laine de laitier a été classée dans le groupe 2B.
La FCR (fibre céramique réfractaire) a été classée dans le groupe 2B.
 
 
B- Programme International sur l'Évaluation de la Sécurité Chimique(IPCS) :
 
L'IPCS est un programme conjoint des Nations Unis (Programme Environnemental), de l'Organisation Mondiale du Travail et de l'OMS.
 
Leur rapport de1988 , " Man-made Mineral Fibres", conclue ce qui suit :
1-Possibilité d'effets passagers sur la peau et d'irritation respiratoire supérieure.
2-Considérant tous les résultats des études chez l'animal, ils concluent qu'un risque accru de cancer du poumon dans certains secteurs de l'industrie des FMA est biologiquement plausible.
 
Ils ont également recommandé le port d'équipements de protection pour prévenir une potentielle élévation du risque de cancer du poumon chez les travailleurs impliqués dans des activités où des niveaux élevés d'exposition aux fibres en suspension dans l'air sont possibles.
Pour les FMA en général l'IPCS a conclue que, " l'image globale indique que le risque possible de cancer du poumon parmi le grand public est très bas, s' il y en a un, et ne devrait pas être un sujet d'inquiétude si les niveaux d'exposition actuellement bas
persistent".
 
Considérations en Santé Occupationelle :
 
A-Prévention et Protection :
 
Toutes les fois qu'il existe un potentiel pour que des employés soient exposés à des substsnces qui sont réputées être nocives ou pour n'avoir pas été complètement évaluées, la première étape est de réduire au minimum l'exposition au niveau le plus bas practicable.
Dans les endroits de travail où se rencontrent les FMA, des modifications à la conception des produits peuvent parfois réduire la quantité de poussière libérée pendant la fabrication ou l'installation.
La ventilation peut extraire les poussières à leurs points d'origine.
Des méthodes de travail appropriées peuvent également limiter la quantité de poussière produite; par exemple, le nettoyage par aspirateur est meilleur que le balayage à sec ou avec de l'air comprimé.
Les ouvriers des FMA peuvent se protéger davantage en portant des verres de sécurité ou des lunettes pour empêcher le contact oculaire, des chemises à manches longues et des pantalons longs pour réduire au minimum le contact cutané, et la protection respiratoire pour réduire au minimum l'inhalation de poussière.
Une évaluation soigneuse du milieu de travail devrait être effectuée pour déterminer les dispositifs appropriés à utiliser dans une situation particulière.
 
 
B-Surveillance de l'Exposition et Surveillance Médicale :
 
Toutes les fois que des employés sont exposés à des substances potentiellement nocives, un programme devrait être établi pour surveiller leurs niveaux d'exposition et de santé de façon régulière. D'abord, des intervalles et moyennes d'exposition devraient être déterminés pour chaque opération ou tâche.
Ensuite, le type approprié de matériel de protection personnel devrait être déterminé pour chaque tâche.
Un programme de surveillance médicale devrait être établi, y compris un examen de santé générale, anamnèse professionnelle, examen physique, examens sanguins, épreuves de fonction pulmonaire, radiographie pulmonaire de départ, et tout autre
test qui serait indiqué par l'anamnèse professionnelle.
Pour les travailleurs des FMA, l'attention devrait être portée sur la santé respiratoire et dermatologique. L'exposition et la surveillance de la santé devrait se faire de façon régulière (par exemple, annuellement) ou toutes les fois que les procédés ou produits changent. Les résultats de ces examens devraient être passés en revue régulièrement, pour les individus et pour les groupes.
 
 
Sommaire des Effets sur la Santé :
 
 
 
Le bannissement de l'amiante a conduit à utiliser de plus en plus largement des matériaux de substitution dans de nombreuses utilisations industrielles et notamment les fibres minérales artificielles (FMA).
 
Chez les rongeurs, des études par inhalation ont démontré que les laines d'isolation en verre et la laine de laitier n'ont pas produit aucun dommage permanent, même après 2 ans d'exposition à des concentrations élevées (au moins 300 fois les
concentrations auxquelles les travailleurs des FMA sont typiquement exposés).
Dans des études plus récentes par inhalation chez les rongeurs, deux FMA de composition durable ont été associées à du dommage pulmonaire permanent :
la laine de roche (MMVF21) a induit de la fibrose tard dans l'étude, et les FCR ont induit de la fibrose et des tumeurs.
D'autres fibres durables sont pathogènes pour les animaux: la microfibre de verre E peut également induire de la fibrose et des tumeurs chez le rat, la fibre de verre 475 induit de la fibrose et probablement des mésothéliomes chez les hamsters mais pas chez les rats.
 
 
Chez l'homme, l'essentiel des effets connus sur la santé provient des données recueillies chez des travailleurs de l'industrie de production de ces fibres, où les niveaux d'exposition ont été faibles, inférieurs à ceux rencontrés dans de nombreuses situations professionnelles par les utilisateurs du produit fini.
Même si la relation avec l'exposition aux fibres de laine de roche/laine de laitier n'est pas clairement établie, l'observation d'un excès de cancer broncho-pulmonaire chez les ouvriers de production de ces fibres doit inciter à la vigilance et à une maîtrise des niveaux d'exposition à ces fibres en milieu de travail. Les SMR pour le cancer broncho-pulmonaire sont moins élevés chez les ouvriers de production de laine de verre que chez les ouvriers de production de laine de roche/laine de laitier.
Compte tenu des données observés expérimentalement (excès de tumeurs) et des informations préliminaires obtenus chez l'homme (suspicion d'un excès de pathologies pleurales bénignes et d'un retentissement fonctionnel respiratoire de type obstructif), une attitude encore plus prudente s'impose vis-à-vis des fibres céramiques réfractaires.
Ces fibres ont été classées en catégorie 2 (substances assimilées à des substances cancérigènes pour l'homme) par les Communautés Européennes.
Rien ne permet actuellement d'affirmer qu'un risque de pathologie respiratoire non maligne existe chez l'homme avec les fibres de verre, roche et laitier.
Néanmoins, les données expérimentales ont démontré un réel effet pathogène pour les niveaux d'exposition de l'ordre de ceux qui entraînent les mêmes effets avec l'amiante.
Certaines fibres comme certaines de verres paraissent suffisamment solubles pour ne pas avoir d'effets irréversibles. D'autres comme les fibres de céramique sont plus suspectes.
 
L'absence de recul suffisant doit nous inciter à la poursuite d'études épidémiologiques et expérimentales, et à la mise en place d'une politique de prévention efficace.
 
 
 
 
 
 
 
 
Edouard Bastarache M.D. (Médecin du Travail et de l'Environnement)
Auteur de " Substitutions de Matériaux Céramiques Complexes "
edouardb@sorel-tracy.qc.ca
http://www.sorel-tracy.qc.ca/~edouardb/
Sorel-Tracy
Québec
Canada
 
 
Références :
 
1-Clinical Environmental Health and Toxic Exposures, Sullivan J.B. & Krieger G.R., 2001
2-Effets sur la santé des fibres minérales artificielles;Toxicologie, Pathologie Professionnelle, De Vuyst P., Brochard P., Poiron J.C., Encyclopédie Médico-Chirurgicale, Paris, 2000.
3-Les maladies respiratoires d'origine professionnelle, Martinet, Antoine et Petiet, Paris, 1999.
4-Règlement sur la santé et la sécurité du travail, décret 885-2001, Province de Québec.
 
 

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Sommaire---- Ce qu'il faut Savoir ----Version Française
 
 
 
On this page : Les fibres minérales artificielles, Man-made vitreous fibers
 
MAN-MADE VITREOUS FIBERS (MMVF)
 
Introduction :
 
Man-made vitreous fibers (MMVF) or synthetic vitreous fibers (SVFs) are a class of insulating materials used widely in residential and industrial settings; they are made primarily from glass, rock, slag or clay. The three general categories are fiberglass, mineral wool , and refractory ceramic fibers.
In some situations, SVF materials can release fine, airborne dust particles, some of which are small enough to be respirable. Thus, workers may be exposed to SVF fibers by dermal contact and/or by inhalation.
Fibrous particles having long, thin geometry present a special problem to the resiratory tract; because fibers are thin, they can penetrate into the deep lung and, because they are long, mobile lung cells may have difficulty in removing them.
 
The three general categories may be divided in the following manner :
 
A-Fiber Glass :
1-Glass Wool,
2-Continuous Filament
 
B-Mineral Wool :
1-Rock Wool,
2-Slag Wool.
 
C-Refactory Ceramic Fibers :
1-Pure Oxides
2-Kaolin.
 
SVFs can help to control heat flow, absorb acoustic energy, filter impurities from gases and liquids, and with a vapor barrier, control condensation.
 
An important attribute of these fibers is that they do not split longitudinally as do asbestos fibers. Because asbestos fibers tend to split longitudinally, over time in the lung, the number of lung, thin asbestos fibers can actually increase, resulting in increasing lung irritation even after exposure to asbestos has stopped.
In contrast, SVFs tend to break tranversely into shorter segments, which the lung can clear more readily than it can long fibers.
 
Synthetic Vitreous Fibers :
 
A-Fiberglass :
 
Fiberglass is produced in two basic forms, wool fibers and textile fibers.
 
1-Glasswool fibers :
The current major uses of glass wool are in commercial and residential thermal insulation, noise-control (acoustic) products, linings for air-handling ducts, pipe insulation, air filters, roof insulation, and insulation for automobiles, aircraft, mobile homes, refrigerators, domestic cooking appliances, and a wide variety of other appliances and equipment.
Submicron glass wool fibers, also known as glass microfibers , are generally used in high-technology products, such as high-efficiency particulate air filters, specialty filter papers, battery components, and aerospace insulation.
 
2-Glass textile fibers :
Also called continuous filament, they are used in curtains and draperies, screening, electrical yarns, roofing paper, shingles, and industrial fabrics and as reinforcement for plastics, papers, rubber, and other materials.
 
B-Mineral Wool :
 
Mineral wools include rock or stone wool and slag wool. After formation, the materials are sprayed with lubricating oils and binders to reduce dustiness (mineral wools generally contain a very high ratio of nonfibrous particles, or shot) and fiber breakage.
Mineral wool applications are very similar to those of glass wool-thermal insulation, including fire protection, and acoustic insulation. Much of the mineral wool produced is used for blown-in insulation in attics and side walls. Another popular use of mineral wool is in the manufacture of decorative and acoustic ceiling tiles for commercial building.
 
C-Refractory Ceramic Fiber :
 
Refractory ceramic fiber (RCF) is formulated to help control heat flow in high-temperature, industrial situations. All RCFs are blends of alumina and silica and other refractory oxides.
 
The three general categories of RCFs are :
 
1-Kaolin clay based products, for which the clay is obtained by mining.
2-Blends of alumina, silica,and refractory oxides (e.g. chromous and zirconia oxides)
3-High-purity products that are a blend of purified alumina and silica and other materials.
 
Applications vary for RCFs, but all are used in high-temperature, industrial environments.
RCF blankets are used as furnace and kiln liners, as backup insulation to refractory brick, as soaking pit covers, and in annealing welds. Loose RCF is used as a filler in packing voids and in expansion joints. Custom-molded shapes of RCF are used widely in metal molding, in catalytic converters, and as combustion chamber liners in industrial furnaces.
 
Health effects :
 
A-Skin Irritation :
 
SVFs may irritate the skin of some workers who are engaged in manufacturing, fabricating, or installing SVF products. This irritation is a mechanical reaction to sharp, broken ends of fibers that rub or become embedded in the outer layer of the skin and does not appear to be an allergic response. Typically, irritation does not persist and can be relieved by washing exposed skin gently with warm water and mild soap.
 
B-Upper Respiratory Tract Irritation :
 
If large amounts of airborne fine fiber are released during manufacturing or handling of SVF products, and improper work practices permit inhalation of the fibers, some workers may experience temporary upper respiratory irritation.
The irritation consists of a nonspecific, temporary respiratory condition, usually manifested by coughing or wheezing. It is mechanically induced by sharp fibers and does not appear to be an allergic reaction. It subsides soon after the worker is removed from exposure and should have no further impact on his or her health and well-being.
 
C-Safety Precautions :
 
Occupational health professionals recommend three levels of precautions for protecting people when they are manufacturing or handling SVF materials.
 
1-Whenever possible, SVF products should be engineered and designed to limit their release of airborne dust.
 
2-Manufacturing processes and controls should be used to minimize airborne dust in the work environment.
 
3-People should wear approved respiratory protection and clothing that covers the skin as much as possible when handling or installing SVFs.
These precautions effectively reduce airborne SVF exposure and prevent skin and upper respiratory irritation.
 
 
Epidemiologic studies :
 
A-Fiberglass and Mineral Wool Mortality Studies :
 
Two major mortality studies have been conducted on large groups of workers engaged in the production of either glass or mineral wool, one in Europe and one in the USA.
A third one, more limited, was conducted in Canada on fiberglass production workers.
 
1-European study :
 
The researchers found an overall mortality excess among the SVF workers, with the excess particularly evident among workers with less than 1 year of employment.
Among the causes of death that were more numerous were malignant neoplasms, mental disorders, cardiovascular diseases, respiratory diseases, digestive diseases, and external causes.
 
a-Rock wool-slag wool workers :
Simonato et al. reported in 1987 an " excess of lung cancer among rock wool-slag wool workers employed during an early technological phase before the introduction of dust-suppressing agents ", and concluded that " fiber exposure, either alone or in
combination with other exposures, may have contributed to the elevated risk ".
In their latest update, they concluded that "the ensemble of these results is not sufficient to conclude that the increased lung cancer risk is related specifically to MMVF( SVF); however, insofar as respirable fibres were a significant component of the ambient pollution of the working environment, they may have contributed to the increased risk "
 
b-Glass wool workers :
For these workers the report stated that the findings " indicate some excess of lung cancer , clearly reduced once local adjustment factors are applied to national mortality rates, and with no relation to duration of employment nor time since first employment ".
No anomalies were found for the continuous glass filament workers.
 
c-Mesothelioma :
Five mesotheliomas have been identified by death certificate, one in the glass wool sub-cohort and four in the rock wool-slag wool sub-cohort. No clear increased risk of mesothelioma has been identified, altough the researchers have concluded that
" the possibility of such increase is suggested by the results. "
 
 
2-American study :
 
As with the European study, the U.S. study found a higher overall mortality rate among SVF workers as compared to local and national mortality.
For deaths due to cancer or nonmalignant respiratory disease, the study reported that a positive evidence existed for fine glass and mineral wool production workers.
However, the researchers point out, the data are not consistent with a causal relationship because the excesses in mineral wool and glass microfiber deaths were not directly related to duration of exposure.
The number of deaths from mesothelioma in the study cohort is considered to be within the expected range for the general population.
In the 1985 update, a small but statistically significant excess in respiratory cancer deaths was reported for workers employed in glass wool and mineral wool plants but, the researchers concluded that the evidence of an association appeared " somewhat weaker " than in the 1982 update.
In the 1989 update for the rock wool and slag wool workers, the pattern of findings was generally consistent with findings obseved in previous updates; no consistent evidence remains of an association between lung cancer or non-malignant respiratory diseases and any of the respirable fiber measures considered.
 
 
3- Canadian study :
 
It is a more limited mortality study. The authors reported a statistically significant excess in mortality due to lung cancer among fiberglass production workers. They concluded that the interpretation of this finding was difficult because no relationship existed berween the excess of lung cancer and the lenght of time since first exposure to the fiberglass production environment.
 
It is concluded that the relationship between work and health in the SVF industry should continue to be explored.
 
B-Fiberglass and Mineral Wool Morbidity Studies :
 
In the most widely cited SVF morbidity study, Weil et al.(1983-1984) reported that the study populations were generally healthy, with no respiratory symptoms and no adverse lung functions related to the fiber exposure.
A low incidence of small lung opacities was observed in the chest radiographs (opaque areas sometimes observed in the lungs of workers in potentially dusty trades).
In summarizing their findings they noted that, in general, " the minimal evidence of respiratory effects detected in the investigation , which cannot, at present, be considered clinically significant, is encouraging concerning the question of potential health effects of exposure to MMFV ".
This study was updated and enlarged at the end of the 1980s and the authors concluded that the " results indicate no adverse clinical, functional, or radiographic signs of effects of exposure to MMVFs in these workers ".
 
C-Refractory Ceramic Fiber Morbidity Studies :
 
Only one known published report is found in the medical literature on health effects of occupational exposure to RCFs. The researchers reported an association between exposures to RCF and the occurrence of pleural plaques, which are usually caused by exposure to asbestos fibers. It was demonstrated that asbestos fibers exposure did not account for the observed association.
Also, among the RCF workers, no significant increase was seen in parenchymal changes consistent with interstitial fibrosis.
 
Animal Toxicological Studies :
 
A-Animal Implantation Studies :
 
Implantation studies artificially inject fibers into the body cavities of laboratory animals : into the pleural (chest) cavity or peritoneal (abdominal) cavity or by instillation into the trachea.
Implantation experiments are based on introducing large amounts of fiber into animals by artificial means that bypass normal body defenses. The circumstances of actual exposure are totally different in humans. For these reasons, and because the toxicology induced by implantation of fibers into rodents does not parallel the findings from inhalation studies, implantation studies are not valid for risk assessment or for concluding anything about the human health hazard associated with the inhalation of airborne SVFs.
On the other hand, implantation studies have provided useful information on the mechanisms of fiber toxicity. For example, long fibers (longer than 10 to 20 µm) are most active in implantation as well as in cell culture studies, so scientists have hypothesized that biological activity is directly associated with fiber length.
 
B-Animal Inhalation Studies :
 
The animal inhalation model is currently the only valid laboratory method for assessing the hazard to humans of exposure to airborne SVFs.
In recent chronic studies, test SVFs having similar dimensions but different compositions have induced different biological effects. Biological effects approximately parallel fiber biological persistence in the lung. Fiber compositions that are more lung-persistent would accumulate during a chronic exposure and persist longer after termination of exposure and would, therefore, cause more lung irritation than compositions that dissolve or fragment transversely into shorter segments.
Differences in biological effects could also be related to fiber surface reactivity.
 
1-Fiberglass :
 
In the 1970s and 1980s, seven different rodent inhalational studies reported no tumorigenesis for several forms of fiberglass. In a recent study in rats fiberglass did not induce fibrosis or tumors, whereas crocidolite asbestos induced both types of lung disease.
 
In an other study (preliminary results) in hamsters conducted recently comparing amosite fibers, 901 insulation wool and durable 475 glass demonstrated, as in other studies, that no permanent lung changes were caused by 901 wool. 475 fiberglass induced minimal lung fibrosis and one tumor, a mesothelioma. Amosite asbestos also induced fibrosis, but an earlier and more severe case than that induced by 475 glass, and a low to moderate incidence of mesothelioma. Differences between this study and earlier ones, as far as glass wools are concerned, seem to be related to differences in experimental conditions.
In this study, toxicity somewhat parallels lung biological persistence of fibers. After 12 months of exposure, the number per lung of fibers longer than 20 µm was seven times to eight times higher for high-dose amosite than for 475 glass, which was three to four times higher than for 901 glass.
In agreement with previous findings, these data once again link fiber lenght and biological persistence to toxicity.
 
2-Mineral Wool :
 
Before 1990 three inhalation studies reported no fibrosis or tumors as a result of chronic exposure to mineral wool. One more recent study showed that rats exposed to rock wool developed minimal fibrosis late in the inhalation period.
 
3-Refractory Ceramic Fibers :
 
Two inhalation studies of RCFs were published before 1990, with conflicting results.
The first study (Davis et al.,1984) reported 5% pulmonary fibrosis and 17% pulmonary tumors in rats after 8 months of RCF inhalation.
The second study (Smith et al.,1987) reported RCF-associated fibrosis but no tumors in rats; no fibrosis and only one mesothelioma in hamsters .
In more recent studies rats exposed to RCF developed lung fibrosis, pulmonary tumors (13% in the kaoalin-based RCF group) and pleural mesothelioma. Hamsters exposed to RCF(exposed only to kaolin-based RCF) developed lung fibrosis but no lung cancers but, 42 of 112 animals developed mesotheliomas.
This study presents a striking difference between rat and hamster responses to the same test fiber that opens questions of species-related differences and which species, if either, is representative of humans.
 
C-Cell Culture Studies :
 
A number of in vitro studies have shown that fiber toxicity to cultured cells is related directly to fiber lenght and perhaps indirectly to fiber diameter. In vitro studies have also contributed much to a better understanding of the molecular mechanisms of fiber-induced injury.
Fibers induce an inflammatory response on the part of the lung and the activated inflammatory cells, in an attempt to destroy foreign invaders, release biologically destructive agents that also injure lung tissue. Repair and cell proliferative responses to injury ensue. If the initiating fibers are biologically persistent, the cascade continues and expands and could result in increasing lung injury, repair mechanisms, and possibly, permanent lung damage such as fibrosis or even tumorigenesis.
 
Fiber biological persistence & biotransformation :
 
A-In Vivo Studies :
 
Biological persistence of fibers is the ability of fibers to persist in the lung after they have been inhaled.
Biotransformation is any change in dimension, composition, or surface morphology that occurs in a fiber during lung residence.
Researchers have only recently begun to scrutinize the mechanisms of fiber biological persistence and biotransformation and their roles in lung injury. In the past, the simple model offered was that fibers that enter the lung and rapidly dissolve are innocuous, those that do not rapidly dissolve are pathogenic.
Now, the situation appears more complex that this according to recent experimental studies on E, 475, 901 glass fibers and rock wool fibers.
 
B-In Vitro Studies :
 
In vitro studies have demonstrated widely varying dissolution rates for different fiber compositions. These studies have identified two different types of dissolution :
Fibers can dissolve congruently (i.e., all components dissolve at the same rate) or noncongruently (i.e., certain components dissolve more rapidly than others, leaving a depleted fiber residuum; also called leaching).
Whereas congruent dissolution can lead to the total dissolution and disappearance of fine fibers, noncongruent leaching can weaken the infrastructure of the fiber and thereby trigger transverse fragmentation, resulting in short fiber segments that are biologically less active and more readily removed from the lungs by phagocytic cells.
Leaching-induced changes in fiber chemistry could also have an impact on the biological reactivity of the fiber surface.
So, fibers that undergo rapid biotransformation may be less toxic and less likely to cause lung tumours because their altered dimensions or chemistry enhances their clearance and may also decrease their biological reactivity.
 
Mechanisms of fiber-induced pathogenicity :
 
A-Lung Deposition :
 
Size and shape determine whether a fiber is respirable. These two factors plus specific gravity (density) determine where in the lung the fiber will deposit. Aerodynamic diameter is a term that combines all three of these characteristics.
Fibers longer than 5 µm and less than 1.5 µm in diameter have the greatest potential to reach the target areas of the lung and pleura. Fibers longer than 20 µm may be too long to be removed from the lung by alveolar macrophages.
Altough fiber aerodynamic diameter controls the entry and final site of deposition in the lung, fiber durability is the critical basis for the accumulation of a lung burder of fibers.
Other factors that may affect the intrapulmonary fate of fibers are their rigidity, their surface properties, and the architecture of their ends (smooth, spicule-shaped edges, ect.)
 
B-Inflammatory Response :
 
The initial response to deposition of foreign agents, including fibers, into the bronchio-alveolar region is inflammation (alveolitis), which is initiated by lung macrophages (one of the functions performed by this type of cell is phagocytosis or " ingestion " of particulate matter ).
Activated macrophages migrate to the site of fiber deposition and phagocytize (ingest) the fibers. Individual macrophages appear to engulf short fibers completely, but many macrophages may fuse as they engulf longer fibers. The very long fibers may frustrate complete ingestion, resulting in the release of a variety of cell messengers, reactive oxygen species, and proteases from the cell macrophages.
The cell messengers signal the influx and activation of more macrophages and other inflammatory cells.
 
C-Fibrosis :
 
Biologically destructive agents that are released from lung cells during inflammation attack the lung walls, resulting in tissue necrosis. Tissue injury stimulates tissue repair processes, including cell proliferation and deposition of collagen by fibroblasts within the lung wall. During prolonged tissue repair processes, normal lung morphology is destroyed and replaced by scar tissue that is characterized by an accumulation of collagen in the lung interstitium. This lung scarring is called " lung fibrosis ".
Fibrotic scarring can also occur in the mesothelial membranes (pleura) that enclose the lungs and line the thoracic cavity.
Fibrotic lesions in the lung and surrounding membranes reduce the efficiency of gas exchange, leaving the individual with an excess of carbon dioxide and a deficit of oxygen.
 
D-Neoplastic Tissue Response :
 
Very recently, rodent inhalation studies demonstrated for the first time that chronic inhalation of some durable SVF types (RCF, E glass microfibers) at a dose 300-fold greater than typical worker exposure could also be associated with fibrosis and thoracic cancers.
475 durable glass as microfibers may also induce mesothelioma in hamsters at the same level of exposure.
 
E-Lung Cancer :
 
Lung cancer could develop as a by-product of the chronic fibrosis that results from the chronic lung irritation and caused by durable lung fibers. This mechanism would require that the fiber be very biologically persistent in the lung. Tobacco smoke is suggested to be a crucial factor in the development of fiber-related cancers.
A second possible mechanism is that inorganic fibers may act by direct genotoxic action to induce neoplams.
 
F-Mesothelioma :
 
Malignant mesothelioma is cancer of the mesothelial membranes, which cover the internal organs and line the inner surfaces of the abdominal and thoracic cavities.
After chronic inhalation of high concentrations of RCF, 42% of hamsters but only 1-3% of rats developed thoracic mesotheliomas. As with lung cancer, the mechanisms of fiber induction of mesothelioma are not well understood.
After inhalation and deposition of fibers, the next step in the development of fiber-associated mesothelioma may be the translocation of fibers through the lung wall into the pleural membranes.
Subsequent steps may involve the development and advancement of pleural fibrosis in the same way that lung fibrosis is theorized to be a mechanism in the development of lung cancer.
As with lung cancer mechanisms, a second potential mechanism of mesothelioma development would be direct genotoxicity of the fibers in the pleural space.
 
G-Summary of Mechanisms :
 
Altough not completely understood, the mechanisms of fiber-induced biological effects are believed to include the following :
1-Inhaled fibers enter the deep lung.
2-Fibers resist lung clearance and degradation mechanisms.
3-Fibers are translocated into the lung interstitium and, possibly, also the pleural membranes.
4-Fibers stimulate the cellular release of inflammatory mediators.
5-The mediators initiate fibrosis and epithelial cell proliferation.
 
In addition, fibers may also induce neoplastic changes directly in the genetic material of the cell.
Also affecting the potential pathogenesis are other factors that compromise pulmonary health, including previous or current disease or exposure to toxic cofactors such as cigarette smoke, other dusts, or industrial fumes.
 
It is important to note that lung defense mechanisms can be overwhelmed by extreme experimental exposure concentrations, resulting in lung injury that is not specific to the particle type.
So, at overload concentrations, lung injuries can be induced by innocuous dusts that, at normal exposure levels, would be cleared from the lung before they are able to accumulate sufficiently to inflict injury.
Many recent rodent studies were conducted at exposure levels 300 times greater than fiber aerosols typically experienced by SVF workers (Research and Consulting Co.Switzerland).
 
Occupational exposure to airborne fibers :
 
A-Industrial Hygiene Studies :
 
Each year, industrial hygienists analyze more than 1,000 occupational exposure samples in at least 20 SVF manufacturing plants in North America and Europe. Air samples are also taken during insulation installation and in buildings where SVF insulation and air filtration products are in use.
NIOSH method 7400 and the WHO reference method established procedures for microscopically determining the number of respirable fibers per cubic centimeter of air.
 
B-Synthetic Vitreous Fiber Exposure Levels :
 
In general, exposure to SVFs during manufacture, installation and final use has been very low or undetectable.
In SVF manufacturing workplaces, airborne fiber exposures have typically been less than 0.2 fiber per cubic centimeter, with total particulate matter less than 1.0 mg/m3.
 
During installation of fiberglass, fiber exposures averaged less than 0.5 fiber per cubic centimeter, with a range of 0 to 20 fibers per cubic centimeter, and total particulate matter averaged less than 4.2 mg/m3, with a range of 0.04 to 114.00 mg/m3.
Air samples were analyzed from a number of public buildings in which fiberglass air filters were in use or in which fiberglass insulation had been installed; these analyses demonstrated no significant fiberglass exposure to the building occupants.
 
Airborne concentrations of dust and fibers in U.S. mineral wool plants are generally higher than in U.S.glass wool facilities. Exposures during application or installation are also typical higher for mineral wool products than for similar glass wool products.
 
Industrial hygiene monitoring data obtained on a regular basis at locations where RCF products are manufactured show that exposures are generally less than 1.0 fiber per cubic centimeter and often lower than 0.2 fiber per cubic centimeter. During installation of RCF products, exposures can be 1 to 5 fibers per cubic centimeter or higher if appropriate engineering controls and work practices are not followed.
 
 
C-Occupational Exposure Limits :
 
A fiber may be defined as a lenghty particle whose lenght/diameter ratio is equal or larger than 3. In order to reach the lung alveolar region in man, a fiber must have an aerodynamic diameter of less than 10 µm.
 
When conducting occupational exposure studies to man-made fibers, only fibers considered hazardous to workers due to their granulometric properties, are considered :
1-Lenght greater than 5 µm
2-Diameter less than 3 µm
3-Lenght/diameter ratio >3
 
 
 
QUEBEC'S EXPOSURE LIMITS

Substance

VEMP
Notes

1-Insulating wool fiber, slag wool

1 fiber/cm³
C2, EM

2-Insulating wool fiber, rock wool

1 fiber/cm³
C2, EM

3-Insulating wool fiber, glass wool

2 fibers/cm³
C3

4-Fiberglass, continuous filaments

10mg/m³
Total dust

5-Refractory fibers, (ceramic or others)

1 fiber/cm³
C3

6-Glass microfibers

1 fiber/cm³
-
 
C2 : suspected carcinogen to humans
C3 : confirmed carcinogen to animals
EM : substance that should be kept at the lowest practicable level
 
 
D-Occupational Exposure to Other Compounds :
 
To accurately assess the toxicologic potential of a substance in the workplace, all other substances present in the environment must be considered.
Many chemicals may be present in man-made fibers, which is not the case for asbestos fibers.
During the fabrication process many chemicals may be added and account for up to 25 % of the weight of these fibers, which may also be termed inorganic non-metallic artificial fibers.
 
The chemicals added may be:
1-Antistatic agents
2-Antifungic agents
3-Hydrophobic agents
4-Anti-dust agents( mineral oils, polypropylene glycol)
or
5-Binders(urea-formaldehyde and epoxy resins, bitumen)
The presence of these additives may make research on the toxicology of these fibers more complicated.
 
The potential cumulative effects of exposure to all these materials must be considered in any operation to develop a sound plan for employee and environmental health and safety.
 
Evaluation of synthetic vitreous fibers :
 
A-International Agency for Research on Cancer Evaluation (IARC) :
 
In 1971, the International Agency for Reserach on Cancer (IARC) iniated a program by which to evaluate data regarding the carcinogenic risk of chemicals to humans.
In 1987, the IARC appointed a working group of 20 scientists to evaluate the carcinogenic risk of exposure to SVFs.
 
IARC classification :
 
*Group 1 : sufficient evidence of human carcinogenicity
*Group 2A : probably carcinogenic to humans
*Group 2B : possibly carcinogenic to humans
*Group 3 : not classifiable as to human carcinogenicity
*Group 4 : probably not carcinogenic to humans
 
Glass wool was designated in group 2B.
Continuous filament (glass textile) was designated as group 3.
Rock wool was clasified as group 2B.
Slag wool was classified as group 2B.
RCF(refractory ceramic fiber) was designated as a group 2B substance.
 
B-International Program on Chemical Safety Evaluation (IPCS) :
 
The IPCS is a joint venture of the United Nations Environment Program, the International Labor Organization and the WHO.
 
The1988 report, " Man-made Mineral Fibres ", concluded the following :
1-Possibility of transient effects of skin and upper respiratory irritation.
2-Considering all results of animal studies, that an increased risk of lung cancer in some sectors of the SVF industry is biologically plausible.
They also recommended protective equipment to guard against a potential elevation in lung cancer risk for workers engaged in activities in which elevated airborne exposure levels are possible.
 
For SVF in general the IPCS stated, " The overall picture indicates that the possible risk of lung cancer among the general public is very low, if there is any at all, and should not be a cause for concern if the current low levels of exposure continue ".
 
Occupational Health Considerations :
 
A-Prevention and Protection :
 
Whenever there exists a potential for employees to be exposed to substsnces that either are known to be harmful or have not been completely evaluated, the first step is to mini-mize exposure to the lowest practicable level.
In SVF occupational settings, modifications to the product design can sometimes reduce the amount of dust that it releases during manufacture or installation.
Exhaust ventilation can remove dusts at their points of origin.
Appropriate work practices can also limit the amount of dust generated; for exemple, vacuum cleaning is better than dry-sweeping with a broom or with compressed air.
SVF workers can further protect themselves by wearing safety glasses or goggles to prevent eye exposure, long-sleeved shirts and long pants to minimize skin exposure, and respiratory protection to minimize dust inhalation.
A careful evaluation of the workplace should be conducted to determine the appropriate devices to be used in an individual situation.
 
B-Monitoring Exposure and Health :
 
Whenever employees are exposed to potentially harmful substances, a program should be established to monitor their exposure levels and health routinely.
First, exposure ranges and averages should be determined for each operation or task.
Next, the appropriate type of personal protective equipment should be determined for each task.
A medical surveillance program should be established, including a review of general health, occupational history, physical examination, clinical chemistries and blood count, pulmonary function testing, a baseline chest radiograph, and other testing as indicated by the occupational history.
For SVF workers, the focus should be on respiratory and dermatologic health.
Exposure and health monitoring should continue on a regular basis (e.g., yearly) or whenever processes or products change. Findings should be reviewed regularly, both for individuals and groups.
 
 
Health effects summary :
 
 
The ban on the use of asbestos resulted in a larger and larger use of substitution materials in many industrial processes and in particular the use of man-made vitreous fibers (MMVF).
 
In rodents, inhalational studies show that glass insulation wools and slag wool produced no permanent injury, even after 2 years of exposure to high concentrations (at least 300-fold the concentrations to which human SVF workers typically are exposed). In recent rodent inhalational studies, two durable SVFcompositions were associated with permanent lung injury : rock wool (MMVF21) induced fibrosis late in the study, and RCF induced fibrosis and tumorigenesis. Other durable fibers are pathogenic to animals : glass microfiber E may also induce fibrosis and tumorigenesis in rats, fiber glass 475 induces fibrosis and mesothelioma in hamsters but not in rats.
 
In man, the main part of known health effects comes from data collected among workers of industries producing these fibers, where the levels of exposure were low, much lower than those encountered in many professional situations by the finished product users.
Even if the relationship to the exposure to rockwool fibers/slag wool fibers is not clearly established, the observation of an excess of bronchopulmonary cancers among workmen producing these fibres must prompt us to be vigilant and to control levels of exposure to these fibers in the work environment. The SMRs for bronchopulmonary cancer are lower among workmen of glass wool production than among workmen of rockwool/slag wool production.
Taking into account data observed in experiments (excess of tumours) and preliminary information obtained from man (suspicion of an excess of benign pleural pathologies, and of respiratory functional impairment of the obstructive type), an attitude even more careful is essential with respect to refractory ceramic fibres.
These fibres were classified in category 2 (similar substances to cancerogenic substances for man) by the European Communities.
Nothing currently makes it possible to affirm that a risk of nonmalignant respiratory pathology exists for man with rock, glass, and slag fibers. Nevertheless, experimental data showed a real pathogenic effect for levels of exposure close to those producing the same effects with asbestos. Certain fibers, as some made from glass, appear sufficiently soluble to have no irreversible effects.Others like ceramic fibers are more suspicious.
 
The absence of sufficient experience must prompt us to pursue epidemiologic and experimental studies, and to introduce an effective prevention policy.
 
 
 
 
 
Edouard Bastarache M.D. (Occupational & Environmental Medicine)
Author of " Substitutions for Raw Ceramic Materials "
edouardb@sorel-tracy.qc.ca
http://www.sorel-tracy.qc.ca/~edouardb/
Sorel-Tracy
Québec
Canada
 
 
References :
 
1-Clinical Environmental Health and Toxic Exposures, Sullivan J.B. & Krieger G.R., 2001
2-Effets sur la santé des fibres minérales artificielles;Toxicologie, Pathologie Professionnelle, De Vuyst P., Brochard P., Poiron J.C.,Encyclopédie Médico-Chirurgicale, Paris, 2000.
3-Les maladies respiratoires d'origine professionnelle, Martinet, Antoine et Petiet, Paris, 1999.
4-Règlement sur la santé et la sécurité du travail, décret 885-2001, Province de Québec.

 

 

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