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Sep 06, 2023

Évaluation probabiliste des risques pour la santé humaine de 1,3

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22103 (2022) Citer cet article

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Les produits chimiques contenant des composés organiques volatils (COV) sont couramment utilisés dans la production de tapis de machines. Le 1,3-butadiène et le styrène sont les principaux composants de la colle de charpentier utilisée dans les usines de tapis. L'exposition à ces produits chimiques peut entraîner un certain nombre d'effets néfastes sur la santé. Il s'agit de la première étude d'évaluation des risques pour la santé humaine due à l'exposition par inhalation au 1,3-butadiène (BD) et au styrène (ST) réalisée chez les travailleurs des usines de tapis de la ville de Kashan, en Iran. L'importance de l'étude était liée au fait de la grande popularité de la production de tapis dans les pays d'Asie du Sud. L'exposition par inhalation au BD et au ST a été mesurée selon les méthodes 1024 et 1501 du National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), respectivement. Le risque cancérogène (CR) et le risque non cancérogène décrits comme valeurs du quotient de danger (HQ) ont été calculés sur la base de la méthode de l'Agence américaine de protection de l'environnement (USEPA). L'analyse de sensibilité et d'incertitude a été réalisée par la technique de simulation de Monte Carlo (MCS). La concentration moyenne mesurée de BD et de ST pendant les quarts de travail des employés était de 0,039 mg m−3 (0,017 ppm) et de 12,108 mg m−3 (2,84 ppm), respectivement. La valeur moyenne ± ET du risque cancérogène estimé dans l'exposition par inhalation à la BD et à la ST était égale à 5,13 × 10–3 ± 3,85 × 10–4 et 1,44 × 10–3 ± 2,36 × 10–4, dépassant respectivement le niveau de risque acceptable de 10–6 défini par l'USEPA. Les valeurs moyennes de risque non cancérogène (HQ) de BD et de ST étaient égales à 8,50 × 100 et 5,13 × 100, dépassant respectivement le niveau de risque acceptable de 1. Comme les résultats de nos études dépassaient les valeurs de risque cancérogène et non cancérogène, cela indique que les effets néfastes sur la santé dus à l'exposition par inhalation au BD et au ST pour les travailleurs de l'industrie des tapis mécaniques sont très probables. Pour éviter les effets négatifs sur la santé, des mesures de protection pour les employés des usines doivent être introduites immédiatement et des recherches plus approfondies sont recommandées.

Le développement de l'industrie, en plus d'améliorer et d'augmenter le niveau de bien-être de la vie humaine1, a également créé de nombreux problèmes pour les personnes aux niveaux mondial et régional2. Aujourd'hui, l'utilisation de produits chimiques dans la vie humaine est inévitable. L'utilisation de produits chimiques dans de nombreux aspects de la vie et des activités économiques a apporté des avantages significatifs et a changé la qualité de la vie humaine1. D'autre part, ces produits chimiques peuvent être problématiques pour la santé humaine et l'environnement1,2. La qualité de l'air dans les lieux de travail a été l'une des principales préoccupations suite à la croissance des industries au cours des dernières décennies3. La mauvaise qualité de l'air sur les lieux de travail a été liée à la présence de plusieurs produits chimiques dangereux, y compris les composés organiques volatils (COV) dans l'air4. Certains COV, comme le benzène, le 1,3-butadiène et le styrène, sont toxiques et peuvent avoir des effets nocifs sur la santé5. L'irritation des yeux, du nez, de la gorge et des poumons ainsi que les dommages au foie, aux reins et au système nerveux central sont des effets aigus de l'exposition aux COV4. L'asthme, les symptômes respiratoires, les maladies cardiovasculaires et différents types de cancers professionnels sont des effets chroniques de l'exposition aux COV5. L'exposition humaine importante à ces composés dans diverses industries à travers le monde est une préoccupation majeure pour la santé humaine6.

Le 1,3-butadiène (BD) est un gaz synthétique incolore de formule (CH2=CH)2. Le BD a été classé comme cancérogène pour l'homme par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) et l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (USEPA) depuis 2019 considère le BD comme une priorité élevée pour l'évaluation des risques7. Les fiches de données de sécurité8 indiquent que le BD est un gaz extrêmement inflammable, peut provoquer des effets génétiques et le cancer en cas d'exposition par inhalation, suspecté de nuire à la fertilité ou au fœtus. Les contrôles d'exposition pour les humains concernant les normes de BD ont été définis comme suit8 : ACGIH OEL TWA 2 ppm, OSHA PEL TWA 1 ppm, OSHA PEL STEL 5 ppm, NIOSH ILDH 2 000 ppm ; où ACGIH est American Conference of Governmental Industrial Hygienists, OSHA est Occupational Safety and Health Administration, NIOSH est National Institute for Occupational Safety and Health, OEL signifie limite d'exposition professionnelle, PEL signifie limite d'exposition admissible, TWA signifie moyenne pondérée dans le temps, STEL signifie limite d'exposition à court terme, ILDH signifie immédiatement dangereux pour la vie ou la santé. Sur la base des résultats d'une étude de cohorte, des associations entre l'exposition par inhalation au BD et la leucémie et le cancer de la vessie ont été trouvées7. Les maladies du système cardiovasculaire ont été décrites comme les effets chroniques de l'exposition au BD9. Certains métabolites du BD, tels que le monoépoxyde, le diépoxyde et l'époxydiol, sont soupçonnés de causer des dommages à l'ADN. Le diépoxybutane (DEB), qui est le métabolite le plus important du BD, provoque des effets néfastes sur l'ADN en générant des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et de la 8-hydroxydésoxyguanosine (8-OHdG). L'irritation des yeux, des voies nasales et du système respiratoire ainsi que la fatigue, avec des effets importants sur la pression artérielle, la fréquence cardiaque et des dommages au système nerveux central, ont été signalées comme effets à court terme du BD6,9.

Le styrène est un produit chimique de formule C8H8. ST est un hydrocarbure aromatique dérivé du benzène et a une odeur sucrée. Les fiches de données de sécurité10 indiquent que la ST est un liquide et des vapeurs inflammables, provoque une irritation cutanée et une irritation oculaire grave, est nocive en cas d'inhalation, peut provoquer une irritation des voies respiratoires et de la somnolence ou des étourdissements, est suspectée de nuire au fœtus, est suspectée de provoquer le cancer. Les organes cibles définis en raison de l'exposition au BD sont le système respiratoire, les oreilles et le système nerveux central11. Les contrôles d'exposition pour les humains concernant les normes pour ST étaient les suivants10 : ACGIH TLV TWA 10 ppm, ACGIH TLV STEL 20 ppm, OSHA PEL TWA 50 ppm, OSHA PEL STEL 100 ppm, NIOSH ILDH 700 ppm ; où ACGIH est American Conference of Governmental Industrial Hygienists, OSHA est Occupational Safety and Health Administration, NIOSH est National Institute for Occupational Safety and Health, OEL signifie limite d'exposition professionnelle, PEL signifie limite d'exposition admissible, TWA signifie moyenne pondérée dans le temps, STEL signifie limite d'exposition à court terme, ILDH signifie immédiatement dangereux pour la vie ou la santé. L'exposition professionnelle à la ST affecte négativement la santé humaine, y compris les effets sur le système nerveux périphérique et central (avec des symptômes de somnolence, de maux de tête et de déséquilibre), le système respiratoire et des lésions hépatiques12. D'après l'évaluation, l'absorption de la ST est immédiate par contact avec la peau et par les poumons, principalement disséminée dans le tissu adipeux et largement métabolisée dans l'organisme12. Les résultats de Ruder et al. menées dans l'industrie de l'injection plastique ont présenté une augmentation de la survenue de leucémies et de lymphomes dus à l'exposition des travailleurs au ST13. Le styrène a été désigné comme groupe 2A (probablement cancérogène pour l'homme) par le CIRC en 201914 et également, le US National Toxicology Program (US NTP) a considéré la ST comme une substance cancérigène15.

Malgré leurs propriétés toxiques, les deux produits chimiques sont principalement utilisés comme monomères pour produire divers types de polymères et de copolymères tels que le copolymère styrène-butadiène et comme intermédiaire chimique dans la fabrication de certains produits chimiques industriels16. Le volume du marché mondial du BD est supérieur à 12 millions de tonnes par an17. Les travailleurs de la fabrication de tapis sont exposés au BD et au ST18,19.

Concernant la sécurité des travailleurs, l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) des États-Unis limite l'exposition au BD à pas plus de 1 ppm (2,21 mg m−3) pendant huit heures ou 5 ppm (11 mg m−3) pendant 15 min20. L'OSHA des États-Unis a déterminé que le niveau d'exposition admissible (PEL) pour ST était de 100 ppm et la Conférence américaine des hygiénistes industriels gouvernementaux (ACGIH) — la valeur limite d'exposition (TLV) était de 20 ppm21. La principale voie d'exposition pour le BD et le ST est l'inhalation en raison des propriétés volatiles de ces produits chimiques. L'une des méthodes les plus fiables pour mesurer l'exposition est la mesure directe de la concentration du contaminant dans la zone respiratoire d'une personne9. L'évaluation des risques est décrite comme déterminant les effets potentiellement défavorables sur la santé des dangers environnementaux22, ainsi qu'un outil pour déterminer les risques de dangers sur le lieu de travail en tenant compte des mesures de contrôle existantes et en décidant de les accepter ou non23.

Des estimations quantitatives du risque cancérogène et du risque non cancérigène de l'exposition par inhalation aux COV ont été élaborées par divers organismes, comme l'USEPA5. La méthode quantitative proposée par l'Agence américaine de protection de l'environnement (USEPA) est une méthode importante et courante dans le domaine de l'évaluation des risques chimiques6. Dans cette méthode, pour déterminer le niveau de risque cancérogène de l'exposition à des composés chimiques, l'indice de risque cancérogène (RC) est utilisé6. L'utilisation de méthodes quantitatives d'évaluation des risques est considérée par de nombreuses organisations internationales, dont l'Organisation mondiale de la santé (OMS)6 et l'USEPA23, comme la base de la législation sur les composés chimiques24.

De nombreuses études ont étudié le risque pour la santé de l'exposition à des composés chimiques nocifs dans diverses industries telles que la pétrochimie6 et la raffinerie de pétrole en Iran25, le cuir, les meubles en bois, l'impression, la teinture, la fabrication de vêtements en Chine24 et parmi les travailleurs hospitaliers en Malaisie26 (tableau 1). Wani et Jaiswal (2012) ont rapporté que le tissage de tapis au Cachemire, en Inde, était lié à divers risques pour la santé, non seulement à divers composés chimiques mais aussi à la poussière27Subedi et Banamala dans leurs recherches ont révélé que les ouvriers de l'usine de tapis au Népal étaient à plus de 50% des jeunes femmes et pour 44% des ouvriers de l'usine de tapis, leurs familles travaillaient dans la même profession28. En raison des conditions de travail préjudiciables en Inde, Wani et al. 2015 a souligné la nécessité d'introduire certaines dispositions pour protéger la santé des travailleurs, telles que des masques, des bouchons d'oreilles, des installations de premiers secours et des équipements de protection individuelle appropriés29. La recherche documentaire a révélé que davantage d'enquêtes étaient menées sur les produits de moquette prêts à l'emploi et leur impact sur les clients en raison des sols recouverts de moquette dans leurs bureaux, écoles, maisons, etc.30.

En outre, d'autres recherches ont indiqué que l'élimination de ces polluants de l'environnement nécessitait des technologies sophistiquées, comme la biofiltration34,35, car les polluants atmosphériques ne se produisent pas uniquement et la méthode d'élimination doit être suffisante pour une variété de produits chimiques en même temps36. Ainsi, sur la base de la revue de la littérature, nous avons indiqué qu'aucune étude n'avait été menée auparavant pour évaluer le risque sanitaire de BD et ST dans les usines de tapis.

Comme tous les produits chimiques présents dans l'air sont potentiellement dangereux pour l'environnement, la pression est exercée pour contrôler leurs émissions37. Cela devient particulièrement important pendant l'exposition professionnelle, lorsque les concentrations chimiques et la durée d'exposition peuvent être beaucoup plus élevées. Dans certains pays, ces niveaux de COV autorisés ou recommandés dans l'industrie peuvent ne pas être en vigueur pour protéger les employés et certains pays peuvent ne pas avoir de législation du travail restrictive protégeant les employés33. En raison de ce qui précède, dans nos études, nous avons effectué une évaluation des risques pour la santé humaine (ERSH) basée sur la méthodologie de l'exposition par inhalation de l'USEPA afin d'évaluer le niveau général de risque et de déterminer si des mesures supplémentaires seront nécessaires concernant la sécurité sanitaire de la sous-population étudiée de travailleurs dans l'industrie du tapis mécanique. La nouveauté de notre recherche a été de réaliser l'ERSH basée sur les concentrations mesurées de contaminants dans l'air intérieur sur les lieux de travail dans les usines de l'industrie du tapis. Comme l'industrie du tapis est très populaire dans les pays d'Asie du Sud, comme l'Iran, il était important d'effectuer cette recherche préliminaire, d'autant plus qu'à notre connaissance, une telle recherche n'avait pas été effectuée auparavant. De plus, le processus de production de tapis traditionnel n'est pas effectué dans les ateliers d'usine avec des mesures modernes de protection des travailleurs, mais plus souvent dans des maisons familiales en Inde, en Chine, en Turquie, en Iran et au Pakistan, avec la participation de femmes et d'enfants38. Dans notre recherche, nous avons utilisé la méthode USEPA pour calculer le risque pour la santé car elle peut être utilisée pour divers scénarios d'exposition, pas seulement professionnelle comme c'est le cas des agences de sécurité au travail. Dans l'ERSH élaborée par l'USEPA, le principe d'évaluation prudente des risques est utilisé. Cela signifie que les moindres effets néfastes sur la santé sont en demande. L'évaluation des risques professionnels suppose des doses élevées et une exposition intensive des travailleurs. Dans l'industrie de la production de tapis, ces conditions ne doivent pas toujours être telles. Les travailleurs de la production de tapis en Asie du Sud ne sont souvent pas des employés typiques car des familles entières peuvent les produire dans des bâtiments ordinaires et sans mesures de protection individuelle. Ces conditions ressemblent davantage à l'exposition environnementale, qui, dans la méthode de l'USEPA après ajustement du scénario d'exposition, est également utilisée pour déterminer le risque professionnel. Ainsi, sur la base de nos recherches préliminaires dans cette étude, la même méthodologie peut être utilisée ultérieurement pour les enquêtes d'évaluation des risques pour la santé d'autres sous-populations sensibles, comme les femmes (enceintes), les enfants et les clients à l'avenir.

Ainsi, l'objectif de nos études était l'évaluation du risque cancérogène et non cancérogène pour les travailleurs de l'industrie des tapis mécaniques en Iran en raison de l'exposition par inhalation au 1,3-butadiène et au styrène en utilisant la méthodologie de l'USEPA. Les objectifs détaillés étaient les suivants : (1) déterminer les concentrations de BD et de ST aux postes de travail dans les usines de l'industrie des tapis mécaniques ; (2) pour étudier les niveaux d'exposition, les risques pour la santé et l'incertitude associée due à la présence de BD et de ST, et (3) pour déterminer les principaux facteurs d'exposition affectant la valeur du risque. Les résultats de la présente étude fourniront les données de base et le soutien scientifique nécessaires à la gestion de la pollution environnementale dans les usines de production de tapis mécaniques.

Cette étude a été menée dans la ville de Kashan, Iran en 2022 pour évaluer le risque sanitaire lié à l'exposition par inhalation aux BD et ST présents dans l'air sur le poste de travail dans les usines de moquettes mécaniques. Sur la base de notre étude précédente33, de la description du processus technologique et des connaissances des experts, il a été indiqué que l'exposition au BD et au ST s'est produite dans les ateliers de finition des usines de tapis. Au total, 75 employés travaillant dans des ateliers de finition d'usines de tapis ont été inclus dans les enquêtes par questionnaire. La recherche a été réalisée conformément aux principes éthiques de la Déclaration d'Helsinki et ils ont été approuvés par le Comité d'éthique de la recherche de l'Université des sciences médicales de Kashan, Iran (n° 180IR.KAUMS.NUHEPM.REC.1401.004) et le consentement éclairé a été obtenu de tous les sujets et/ou de leur(s) tuteur(s) légal(aux). Des entretiens en face à face ont été réalisés avec les employés pour collecter des données sur la démographie, les maladies passées et les antécédents professionnels.

Les tapis tissés à la machine et tissés sur un métier à tisser, sous leur forme brute, ne conviennent pas à la fourniture sur le marché et à la livraison au client. La présence de fils de velours morts flottant derrière certains tapis, la faiblesse des racines du fil de velours et la possibilité qu'ils sortent du tapis, l'inégalité de la surface du tapis, la laideur des côtés et des bâches du tapis tissé, le relâchement des fils de chaîne et de la trame des tiges et la possibilité qu'ils sortent de la texture du tapis, la surface sale et sale du tapis et la présence de défauts causés par différentes étapes de tissage sont parmi les défauts les plus importants qui peuvent être observé dans les tapis bruts (non finis). Pour éliminer l'un quelconque des défauts décrits ci-dessus, un processus de finition composé de plusieurs étapes doit être prévu lors de la production de tapis à la machine. Comme des produits chimiques contenant des COV sont utilisés à chaque étape du processus de finition de tapis à la machine, les vapeurs de BD et de ST affectent les travailleurs lorsque la colle contenant du copolymère styrène-butadiène est versée et déchargée dans la chaudière d'injection de colle, et lorsqu'en raison de la chaleur, les vapeurs du bac à colle de la partie d'encollage, des tapis collés et du séchoir sont rejetées sur les postes de travail des employés19.

Des échantillons d'air de BD et de ST ont été prélevés dans la zone respiratoire du travailleur dans deux usines situées dans la ville de Kashan, en Iran. Les concentrations de BD et ST ont été déterminées en hiver et pendant un quart de travail de huit heures (8h00 à 16h00) sur la base des méthodes optimisées NIOSH 10246 et 150131. Au total, 247 échantillons d'air intérieur (3 échantillons pour chaque travailleur et 22 blancs) ont été prélevés à différents moments du quart de travail (début, milieu et fin) et ces résultats ont été moyennés pour d'autres calculs dans l'étude. Les échantillons ont été pompés par du charbon de coco activé (avant (400 mg) et arrière (200 mg) pour BD et avant (100 mg) et arrière (50 mg) pour ST) fabriqué par la société SKC qui était connecté au collier du travailleur (approximativement dans la zone respiratoire) à l'aide d'une pompe au débit recommandé de 0,2 L min−1. Une pompe d'échantillonnage personnelle du modèle AirChek TOUCH (5–5000 mL min-1, SKC, Inc.) a été utilisée. Le temps de prélèvement a été ajusté de 70 à 120 min en fonction du pré-test qui avait été réalisé pour contrôler le volume de percée. Dans l'étape suivante, afin d'éviter la perte d'échantillons lors du transfert au laboratoire, les deux côtés des tubes adsorbants ont été scellés avec des bouchons en plastique et placés dans une glacière.

Les échantillons collectés de BD et ST ont été déplacés vers des flacons d'extraction. La désorption a été effectuée en utilisant 4 ml de chlorure de méthylène (99,95 %) (Merck Inc., Allemagne) et CS2 pour BD et ST, respectivement. Les échantillons de BD et ST ont été soumis à des ondes ultrasonores pendant 30 min afin de compléter l'extraction. Un microlitre (1 μl) de l'échantillon extrait a été mesuré par GC-MS (chromatographe en phase gazeuse 7890 et spectromètre de masse 5975, Agilent technologies, CA, USA). L'hélium a été appliqué comme gaz porteur, à un débit de 1 mL min-1.

Dans la présente étude, les limites d'exposition professionnelle admissibles pour les vapeurs de BD et de ST ont été calculées à 1 ppm (2,21 mg m−3) et 100 ppm (425 mg m−3), respectivement, sur la base des valeurs rapportées par l'US OSHA. Étant donné que la quantité de TLV-TWA fournie suppose 8 h de travail par jour et 5 jours de travail par semaine. Dans les cas où les heures de travail dépassaient 40 h par semaine, le montant de TLV-TWA a été modifié à l'aide du modèle de correction Brief & Scala39, lequel modèle est utilisé pour ajuster les horaires de travail non habituels et considère des journées de travail plus longues et une période de récupération plus courte.

Dans la présente étude, la méthode d'évaluation quantitative des risques proposée par l'USEPA a été utilisée. Dans cette méthode, pour estimer le risque cancérogène de l'exposition aux vapeurs de BD et de ST, l'indice de risque cancérogène (CR) a été utilisé. La valeur de l'indice pour les compositions BD et ST au cours de la présente étude a été calculée à l'aide de l'équation. (1)6 :

où CDI est l'apport quotidien chronique (mg kg−1 jour−1) et SF est le facteur de pente (mg kg−1 jour−1)−1. Comme aucune valeur de risque unitaire par inhalation (IUR) n'était disponible pour ST, au lieu de la concentration d'exposition, nous avons utilisé l'apport quotidien chronique (CDI) pour avoir la méthodologie de calcul unifiée car pour nos valeurs de facteur de pente (SF) chimiques pour BD et ST étaient disponibles. SF est une plage acceptable dans laquelle il existe un potentiel de réponse par unité d'exposition chimique au cours d'une vie. Les valeurs de SF pour chaque composé cancérigène sont fournies à partir de bases de données toxicologiques. Dans nos calculs, nous avons utilisé des valeurs de SF égales à 6 × 100 (mg kg−1 jour−1)−1 pour BD40 et 5,7 × 10–4 (mg kg−1 jour−1)−1 pour ST41. L'apport journalier chronique (ICD) est la dose d'un polluant particulier prise quotidiennement en moyenne sur l'exposition exprimée en années. Les valeurs de CDI dans la présente étude ont été calculées à l'aide de l'Eq. (2)22 :

où C = concentration de polluant (mg m-3), IR = taux d'inhalation (m3 jour-1), ED est la durée d'exposition (années), EF est la fréquence d'exposition (jours an-1), BW est le poids corporel (kg), AT est le temps moyen (jours). Les paramètres d'exposition et toxicologiques utilisés dans l'étude sont présentés dans le tableau 2.

Selon les directives de l'USEPA31, dans notre étude, le risque cancérogène acceptable a été fixé à 1 × 10–6 (un risque de cancer supplémentaire sur 1 000 000 d'habitants).

Selon la méthodologie de l'USEPA pour le calcul de l'évaluation des risques non cancérigènes, le quotient de danger (HQ) est utilisé. Le quotient de danger (HQ) est le rapport entre l'exposition réelle au polluant et sa concentration de référence (RfC). RfC exprime la concentration d'exposition par inhalation continue qui n'entraînera pas d'effets nocifs sur la santé au cours d'une vie. Les valeurs HQ ont été calculées sur la base de l'Eq. (3):

où EC est la concentration d'exposition, concentration de référence RfC. La valeur cible du risque non cancérigène a été fixée à 1, ce qui signifie que les valeurs HQ ≥ 1 indiquent des niveaux de risque non acceptables43.

La concentration d'exposition est l'exposition quotidienne au polluant par voie d'exposition par inhalation. La concentration d'exposition a été calculée à l'aide de l'Eq. 422 :

où EC est la concentration d'exposition (mg m−3), ET est le temps d'exposition (heures jour−1), ED est la durée d'exposition (années), EF est la fréquence d'exposition (jours an−1), AT est le temps moyen (ED en années × 365 jours/an × 24 h/jour en heures). Pour les valeurs des paramètres, voir le tableau 2.

Étant donné que la santé humaine est suivie de certaines incertitudes, négliger ces incertitudes peut entraîner la perte d'informations importantes. Par conséquent, des décisions irréalistes et incorrectes peuvent être prises concernant la protection de la santé humaine. La simulation de Monte Carlo (MCS) est une théorie basée sur une approche probabiliste et statistique-mathématique appliquée pour étudier l'incertitude en utilisant un échantillonnage aléatoire de chaque paramètre. Cette technique peut réduire l'incertitude. En déterminant des indicateurs statistiques ou en identifiant sa fonction de distribution, le degré d'incertitude de la variable de sortie peut être décrit. La structure générale de détermination de l'incertitude par la technique de Monte Carlo est une combinaison de simulations. Les calculs ont été effectués avec 10 000 itérations, ce qui a finalement donné des résultats avec un degré de confiance compris entre 1 et 99 %44. Dans la présente étude, le logiciel Crystal Ball (version 11.1.2.4, Oracle, Inc., USA) a été utilisé.

Dans la présente étude, des échantillons vierges ont été testés lors d'échantillonnages sur le terrain et d'analyses en laboratoire pour vérifier les niveaux de contamination et les erreurs potentielles dans les étapes d'échantillonnage, de transfert et de mesure. Les résultats ont montré que la concentration des composés dans chaque échantillon blanc était inférieure à 1 % des valeurs mesurées dans les échantillons originaux. Les valeurs de concentration dans les échantillons blancs ont également été soustraites des valeurs trouvées dans les échantillons principaux. Pour déterminer le taux de récupération des analytes et pour déterminer la précision des mesures, le test d'échantillon de pointe a été utilisé. Les résultats de la précision des mesures ont montré que les pourcentages de récupération des analytes étaient de 87 % pour BD et de 89 % pour ST.

Tous les sujets avaient pleinement consenti à participer à l'étude en cours.

Une évaluation des risques cancérogènes et non cancérigènes pour la santé humaine a été réalisée dans nos études en raison de l'exposition individuelle par inhalation des employés des usines de tapis au BD et au ST. À notre connaissance, la présente étude était la première tentative d'évaluation du risque cancérogène et non cancérogène pour la santé dans l'exposition professionnelle aux BD et ST pour les employés de l'industrie du tapis en utilisant la méthode de l'USEPA.

Les résultats de cette étude ont révélé que l'exposition personnelle moyenne à la BD et à la ST était égale à 0,039 mg m−3 (0,017 ppm) et 12,108 mg m−3 (2,840 ppm), respectivement. Les concentrations de BD et de ST déterminées dans nos études étaient inférieures aux valeurs limites d'exposition professionnelle (OEL) recommandées par le Centre de santé environnementale et professionnelle d'Iran (EOHCI). La limite d'exposition professionnelle moyenne pondérée dans le temps [OEL-TWA] a été fixée à 4,42 mg m−3 (2 ppm) pour le BD6 et à 86 mg m−3 (20 ppm) pour le ST43. La température de la chaudière d'injection de colle et du séchoir et le pourcentage de copolymère styrène-butadiène entrant dans la chaudière ont eu un impact sur la concentration de BD et de ST. Par exemple, dans certains processus, la proportion de monomères de 70% à 75% de butadiène contre 20% à 25% de ST est généralement utilisée. Alors que, dans d'autres procédés, la proportion de monomères de 55% à 65% de butadiène contre 45% à 35% de ST est principalement utilisée. Ces différences pourraient influencer la concentration de BD et de ST émise par la source.

L'évaluation du risque cancérogène (CR) a été appliquée pour déterminer le risque de cancer dû à l'exposition à la BD et à la ST. D'après le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC), la BD est désignée comme cancérogène pour l'homme du groupe 1 (cancérigène pour l'homme) et la ST est répertoriée comme cancérogène pour l'homme du groupe 2A (probablement cancérigène pour l'homme)43. Les valeurs moyennes ± ET du risque estimé de cancer en cas d'exposition par inhalation à la BD et à la ST étaient respectivement de 5,13 × 10–3 ± 3,85 × 10–4 (5,13 cas supplémentaires de cancer pour 1 000 travailleurs exposés) et de 1,44 × 10–3 ± 2,36 × 10–4 (1,44 cas supplémentaires de cancer pour 1 000 travailleurs exposés) (tableau 3). Selon les résultats, le 95e centile des valeurs de risque cancérogène obtenues pour BD et ST (1,22 × 10–2 et 5,77 × 10–3, respectivement) dépassait le niveau de risque acceptable recommandé par l'USEPA (1 × 10−6), ce qui signifie un risque cancérogène important pour les employés exposés. Les distributions de probabilité du risque cancérogène pour les polluants (moyenne, médiane, 5e centile et 95e centile) sont illustrées à la Fig. 1. Les valeurs moyennes et médianes de BD et ST étaient supérieures au niveau acceptable de l'USEPA de 1 × 10–6. Les valeurs de risque cancérigène calculées pour 5 % de la population à haut risque de MB et ST étaient de 1,22 × 10–2 et 5,77 × 10–3, respectivement. Même pour BD les 5 % de la population à faible risque, les valeurs du risque cancérogène étaient de 1,66 × 10–3 (1,66 cas supplémentaires de cancer pour 1 000 personnes exposées). Ces résultats ont révélé que l'exposition professionnelle par inhalation à la BD et à la ST présentait des risques potentiels de cancer pour les travailleurs des ateliers de finition des usines de tapis.

Le risque cancérogène pour (A) 1,3-butadiène (BD), (B) Styrène (ST).

Sadeghi-Yarandi et al. ont mené une étude sur l'évaluation des risques pour la santé de l'exposition par inhalation au 1,3-butadiène dans une usine pétrochimique. Leurs résultats ont montré que le risque cancérogène dû au 1,3-butadiène dans toutes les unités étudiées était supérieur au niveau acceptable6. Le risque pour la santé de l'exposition aux ST dans la zone respiratoire des travailleurs d'une industrie électronique évalué par Mohammadyan et al.45 a révélé une valeur CR moyenne égale à 1,4 × 10−3, ce qui était supérieur au niveau de risque cancérigène acceptable. En outre, des valeurs de risque cancérogène dans l'exposition par inhalation de ST dépassant le niveau acceptable ont été signalées dans les autres industries : automobiles et motocyclettes, services de réparation, construction navale et navale, fabrication de produits chimiques et plastiques de base15, industrie pétrochimique43 et environnement urbain46.

Le risque non cancérogène dans l'exposition par inhalation à la BD et à la ST a été calculé et présenté sous forme de valeurs de quotient de danger (HQ) dans le tableau 4. Nos recherches ont révélé que toutes les valeurs de risque non cancérogène calculées pour la BD et la ST étaient supérieures au niveau de risque acceptable de 1, à l'exception de la concentration minimale de ST. Les distributions de probabilité du risque non cancéreux pour les polluants (moyenne, médiane, 5e centile et 95e centile) sont présentées à la Fig. 2. Les valeurs de risque moyenne et médiane pour BD et ST étaient supérieures à la valeur de risque non cancérigène acceptable (HQ = 1). Les valeurs de risque non cancérigène calculées pour 5 % de la population à haut risque de MB et de ST étaient égales à 2,15 × 101 et 2,01 × 101, respectivement.

Le risque non cancérogène pour (A) 1,3-butadiène (BD), (B) Styrène (ST).

Mohammadyan et al., dans l'évaluation des risques d'exposition à la ST dans une industrie électronique en Iran45, ont révélé que les valeurs de risque non cancérigène pour la ST étaient supérieures au niveau acceptable de 1 dans toutes les unités industrielles45, ce qui est cohérent avec les résultats de la présente étude. Les recherches de Yimrungruang et al.47 sur l'évaluation des risques pour la santé des travailleurs des stations-service à l'exposition aux COV ont indiqué que la concentration moyenne de ST était égale à 2,4 × 10–3 mg m−3 et que la valeur de risque non cancérogène calculée était < 147, ce qui est différent de cette étude. Comme une relation directe existe entre la valeur du risque non cancérogène pour un produit chimique particulier et sa concentration, il pourrait s'agir du facteur le plus important des variations de calcul dans ces études. Par exemple, l'exposition moyenne par inhalation à la ST dans l'étude actuelle était de 12,108 mg m-3, ce qui est beaucoup plus élevé que dans l'étude de Yimrungruang et al. études rapportées comme étant de 2,4 × 10–3 mg m−347. Il en est résulté que dans la présente étude, les valeurs moyennes de risque non cancérogène étaient tellement plus élevées que dans l'étude de Yimrungruang et al. étude47.

Sadeghi-Yarandi et al. ont rapporté une valeur HQ élevée pour l'exposition au BD dans une usine pétrochimique6. En outre, des études sur l'exposition industrielle aux BD et aux ST dans des microenvironnements tels que les maisons résidentielles, les bureaux, les véhicules9, les moteurs et les motos, les services de réparation, la construction de navires et de bateaux, la fabrication de produits chimiques et plastiques de base15 et l'industrie pétrochimique43, ont fait état d'un risque existant. Par conséquent, l'application de méthodes de contrôle technique pour réduire l'exposition professionnelle aux BD et aux ST semble nécessaire.

L'analyse de sensibilité par le logiciel Crystal Ball a été appliquée pour identifier les facteurs influençant le plus les valeurs de risque calculées.

Le paramètre influençant le plus les valeurs de risque cancérogène dans la voie d'exposition par inhalation s'est révélé être la concentration en polluant. La concentration de polluants a affecté les valeurs de risque calculées dans 54,9 % pour BD et dans 81,2 % pour ST (Fig. 3). Le deuxième facteur important s'est révélé être la fréquence d'exposition avec des valeurs de 8 % pour BD et 3,4 % pour ST. Le troisième facteur important était la durée d'exposition avec des valeurs de 5 % pour BD et 2,8 % pour ST. Le poids corporel s'est révélé avoir un impact négatif sur le calcul des valeurs de risque cancérigène. Dans le cas des valeurs de risque non cancérigène dans l'exposition par inhalation à BD et ST, les variables les plus significatives étaient : la concentration en polluant (92,2 % pour BD et 74,4 % pour ST), le temps d'exposition (6,2 % pour BD et 16,5 % pour ST), la durée d'exposition (1,5 % pour BD et 5,5 % pour ST) et la fréquence d'exposition (0,2 % pour BD et 3,6 % pour ST) (Fig. 4).

Analyse de sensibilité du risque de cancer (CR) pour (A) 1,3-butadiène, (B) styrène.

Analyse de sensibilité du risque non cancéreux (HQ) pour (A) 1,3-butadiène, (B) styrène.

Sur la base des résultats obtenus, il convient de souligner que les concentrations de BD et de ST doivent être contrôlées sur les lieux de travail car ce sont des facteurs d'influence majeurs du risque potentiel. En outre, l'exposition par inhalation à la BD et à la ST doit être contrôlée par des mesures de contrôle technique et la durée d'exposition des travailleurs doit être réduite par des contrôles de gestion. Aussi, la biosurveillance des métabolites de ces polluants dans les fluides biologiques est suggérée pour les recherches futures.

Comme l'incertitude est une composante inhérente de l'évaluation quantitative des risques dans nos études, nous avons considéré ses trois composantes. Concernant la partie environnementale, l'incertitude était liée aux mesures effectuées. Le premier aspect était le nombre d'échantillons prélevés dans la zone respiratoire du travailleur dans l'industrie de la production de tapis pour établir la plage de concentrations par inhalation de BD et de ST. Deuxièmement, les échantillons ont été prélevés uniquement pendant la saison hivernale, donc on ne sait pas à ce stade de la recherche si ces concentrations étaient uniquement saisonnières ou pourraient être représentatives pour toute l'année. En ce qui concerne la partie population, nous avons interrogé 75 employés masculins travaillant dans des ateliers de finition et sur la base de ces résultats, des données de population pour les calculs HHRA ont été obtenues, comme la masse corporelle et les taux d'exposition : durée, fréquence et temps. En ce qui concerne la partie toxicologique, pour les calculs de risque non cancérogène dans notre recherche, nous avons utilisé les voies d'exposition par inhalation exprimées par le paramètre de concentration d'exposition (EC) car les valeurs RfC étaient disponibles dans les bases de données toxicologiques pour SD et ST. Dans le cas du risque cancérigène, nous avons utilisé le paramètre d'apport quotidien chronique (CDI) au lieu de EC, car pour le risque unitaire par inhalation (IUR) nécessaire dans les calculs ultérieurs, les valeurs manquaient pour ST. Dans l'analyse des risques cancérigènes, comme les valeurs du facteur de pente (SF) étaient disponibles pour BD et ST (la valeur IUR n'était disponible que pour BD), nous avons utilisé la voie d'exposition exprimée en calculant le CDI pour avoir la cohérence entre BD et ST dans les calculs de risque cancérigène. Cependant, nous avons utilisé la valeur SF disponible la plus basse pour ST obtenue à partir de la littérature scientifique41 conformément au principe d'évaluation prudente des risques. La valeur SF pour ST utilisée dans nos études n'apparaissait pas dans les bases de données toxicologiques en raison de l'absence d'accord sur la valeur SF et/ou IUR confirmée pour ST. Conformément au principe d'évaluation prudente des risques utilisé, nos résultats de risque pourraient être surestimés car ils étaient susceptibles d'être utilisés à des fins de protection de la santé humaine. Des recherches futures élargies et plus détaillées permettraient un calcul de risque plus fiable basé sur un nombre plus élevé de participants, un sexe et un âge différents des participants, une fréquence plus élevée et une durée plus longue des mesures des polluants atmosphériques dans les études futures.

Comme il a été souligné précédemment, à notre connaissance, il s'agissait des premières études d'évaluation des risques pour la santé au cours du processus de production de tapis. Ainsi, la comparaison de nos résultats avec les autres recherches est plutôt limitée. Selon les résultats d'une étude de Yarandi et al.6, le risque cancérogène (CR) moyen de BD parmi les travailleurs des usines pétrochimiques était de 2,71 × 10–3, ce qui dépassait la valeur de risque acceptable (10–6) recommandée par l'USEPA43. La valeur moyenne du risque cancérogène de ST pour les travailleurs de l'industrie électronique en Iran était égale à 1,4 × 10–3, dépassant le niveau acceptable de l'USEPA45. Les résultats des études d'Ahmadi-Moshiran et al.43 en Iran, ont indiqué que les valeurs de risque cancérogène (CR) pour BD et ST dans une industrie pétrochimique étaient également supérieures au niveau acceptable de 10–6 ainsi que les valeurs HQ moyennes de risque non cancérogène pour BD et ST étaient de 4,04 et 0,19, dépassant respectivement le niveau de risque acceptable de 1. automobile, l'entretien des motocyclettes, les services de réparation, la construction de navires et de bateaux, les industries de fabrication de produits chimiques de base et de produits en plastique étaient supérieurs au niveau de risque acceptable de 1 recommandé par l'USEPA.

En ce qui concerne les données toxicologiques dans le cas de BD, les valeurs RfC et SF étaient disponibles dans la base de données du système intégré d'information sur les risques (IRIS)40. Dans le cas de ST, seule la valeur RfC a été confirmée dans les bases de données toxicologiques. Dans le cas de la valeur SF pour ST, nous avons utilisé la valeur disponible dans d'autres recherches41, en gardant à l'esprit qu'il n'y a pas encore de valeur convenue. Banton et al. 201948 ont rapporté que la valeur RfC pour ST pour la population générale basée sur l'ototoxicité était estimée à 6 ppm (environ 25 mg m3). Cependant, comme cette valeur RfC proposée n'a pas été ajustée dans le temps à partir de la limite d'exposition professionnelle des travailleurs de 20 ppm, il faut tenir compte du fait que d'autres paramètres pourraient se produire à une durée d'exposition inférieure si elle est basée sur les données des travailleurs48. Les valeurs toxicologiques extrapolées à partir des paramètres non ototoxiques des études animales peuvent identifier des valeurs sanitaires inférieures à celles estimées sur l'ototoxicité professionnelle lorsque des ajustements dose-durée, en particulier lorsque l'application d'AF appropriés est nécessaire48. De plus, en gardant à l'esprit qu'en ce qui concerne l'évaluation du risque cancérogène de ST, les chercheurs se penchent sur l'approche de la marge d'exposition (MOE) au lieu du modèle dose-réponse48, dans cette étude, nous avons utilisé la valeur SF existante pour ST pour avoir la cohérence avec la méthodologie de calcul du risque appliquée. Nous avons ce point à l'esprit et dans les recherches futures, il est prévu d'appliquer d'autres modèles d'évaluation des risques utilisant la marge d'exposition (MOE), le point de départ (POD) ou le mode d'action (MOA), selon les tendances des méthodes d'évaluation des risques de nouvelle génération49. Comme l'objectif de l'ERSH est d'indiquer l'exposition la plus faible à laquelle le risque d'effets néfastes sur la santé pourrait survenir selon le principe d'évaluation prudente des risques, dans nos calculs, nous avons utilisé la valeur de SF la plus faible disponible à partir de la recherche pour avoir une idée des valeurs de risque, en particulier parce que cette recherche n'a pas été effectuée auparavant. Banton et al.48 ont également signalé que dans l'industrie des composites de polymères renforcés de fibres, les valeurs HQ pour les travailleurs dans les procédés à moule ouvert sans aucune protection respiratoire dépassaient le niveau de risque acceptable de 1. Les valeurs de risque non cancérigène étaient réduites < 1 lorsque des mesures de protection respiratoire appropriées étaient utilisées dans les procédés de moulage à ciel ouvert, ce qui indique que la protection respiratoire devrait être exigée par la mesure de gestion des risques pour les expositions élevées sur le lieu de travail48.

Nos recherches ont révélé la nécessité de poursuivre cette étude. Nous n'avons étudié que certains COV, à savoir BD et ST. Cependant, dans notre recherche, seuls les hommes ont été étudiés, tandis que les femmes et même les enfants, qui travaillent souvent dans de telles industries dans les pays asiatiques, n'ont pas été étudiés. En ce qui concerne la nature chimique des substances utilisées dans l'industrie du tapis, les clients semblent également être affectés par les vapeurs qui peuvent être dégagées par les nouveaux produits de tapis50. Les recherches récentes indiquent la nécessité de recherches intensives dans le contexte de la sécurité sanitaire des consommateurs, car les tapis sont présumés être une source d'exposition à de nombreux composés tels que les contaminants émergents, les substances perfluoroalkylées (PFAS), les composés organiques volatils (COV) et les composés organiques semi-volatils (SVOC), en particulier les mécanismes tels que l'abrasion, la diffusion, la séparation des particules en suspension dans l'air et la poussière déposée ne sont pas bien connus51. La recherche de biosurveillance sur la population exposée constituerait une partie importante des investigations ultérieures52.

Nos recherches ont été les premières études sur l'exposition professionnelle par inhalation au 1,3-butadiène (BD) et au styrène (ST) dans les ateliers de finition de l'industrie de production de tapis dans la ville de Kashan, en Iran. À l'aide de la méthodologie d'évaluation des risques pour la santé humaine de l'USEPA, les valeurs des risques cancérogènes (CR) et non cancérogènes (HQ) ont été calculées. Les concentrations de BD et ST dans la zone respiratoire des employés étaient inférieures aux limites d'exposition professionnelle admissibles, 4,42 mg m−3 (2 ppm) pour BD (6) et 86 mg m−3 (20 ppm), et étaient égales à 0,039 mg m−3 (0,017 ppm) et 12,108 mg m−3 (2,840 ppm), respectivement. Les valeurs de risque non cancérogène (HQ) pour BD et ST étaient supérieures au niveau acceptable de 1 indiquant la possibilité que des effets néfastes sur la santé se produisent. Les valeurs moyennes de HQ pour les travailleurs de l'industrie du tapis étaient égales à 8,67 × 100 pour SD et 5,13 × 100 pour ST. Les valeurs des risques cancérogènes (CR) calculées pour BD et ST étaient supérieures au niveau acceptable de 10–6. Les valeurs moyennes de CR pour les employés étaient égales à 5,13 × 10–3 pour SD et 1,44 × 10–3 pour ST. L'analyse de sensibilité a révélé que les concentrations de BD et de ST mesurées dans la zone respiratoire des employés étaient le paramètre le plus significatif dans la valeur totale du risque cancérogène et non cancérigène. L'application de mesures de contrôle techniques et d'ingénierie est recommandée pour réduire les risques des employés, y compris la réduction du temps d'exposition effectuée par les contrôles de gestion. Des recherches plus détaillées, y compris d'autres populations sensibles et des analyses de biosurveillance des métabolites de la BD et de la ST dans les fluides biologiques sont nécessaires et justifiées pour de futures recherches basées sur nos enquêtes préliminaires.

Les ensembles de données analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Conférence américaine des hygiénistes industriels gouvernementaux

Temps moyen

Société thoracique américaine

1,3-butadiène

Poids

Concentration de polluant

Apport journalier chronique

Risque cancérigène

diépoxybutanes

Acide désoxyribonucléique

Concentration d'exposition

Durée d'exposition

Fréquence d'exposition

Évaluation des risques pour la santé humaine

Quotient de risque

Agence internationale pour la recherche sur le cancer

Danger immédiat pour la vie ou la santé

Taux d'inhalation

Système intégré d'information sur les risques

Risque unitaire par inhalation

Mode d'action

Marge d'exposition

Simulation de Monte-Carlo

Institut national pour la sécurité et la santé au travail

Limite d'exposition professionnelle

Administration de la sécurité et de la santé au travail

95e centile

Limite d'exposition admissible

Substances perfluoroalkylées

Point de départ

Contrôle qualité/assurance qualité

Concentration de référence

Les espèces réactives de l'oxygène

Écart-type

Fiche de données de sécurité

Facteur de pente

Styrène

Limite d'exposition à court terme

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Les auteurs tiennent à souligner la participation des employés et des gestionnaires des usines de fabrication de tapis à cette étude. Nous tenons à remercier le Dr Jianfeng li pour ses précieux commentaires visant à améliorer le document.

L'étude est soutenue par l'Université des sciences médicales de Kashan.

Département d'ingénierie de la santé au travail, École de la santé, Université des sciences médicales de Kashan, Kashan, Iran

Amir Hossein Khoshakhlagh

Département de la protection de l'environnement, Faculté de géologie, de géophysique et de protection de l'environnement, Université des sciences et technologies AGH, Al. Mickiewicza 30, 30-059, Cracovie, Pologne

Agnieszka Gruszecka-Kosowska

Département de chimie et de technologie chimique, Université nationale du Lesotho, PO Roma 180, Lesotho, Afrique du Sud

Abiodun Olagoke Adeniji

Institut de médecine du travail, Édimbourg, EH14 4AP, Royaume-Uni

Lang Tran

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AHK : conceptualisation, analyse formelle, collecte d'échantillons, administration de projet, méthodologie. AG-K. : révisé, réécrit, révisé et édité. AOA : réécriture - révision et édition. Lang Tran : réécriture - révision et édition.

Correspondance à Amir Hossein Khoshakhlagh.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

khoshakhlagh, AH, Gruszecka-Kosowska, A., Adeniji, AO et al. Évaluation probabiliste des risques pour la santé humaine de l'exposition au 1,3-butadiène et au styrène à l'aide de la technique de simulation de Monte Carlo dans l'industrie de la production de tapis. Sci Rep 12, 22103 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26537-9

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Reçu : 13 septembre 2022

Accepté : 15 décembre 2022

Publié: 21 décembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-26537-9

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