Remodelage pulmonaire après exposition à des micro et nanoparticules de silice chez des travailleurs du bâtiment et des travaux publics - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2022

Pulmonary remodeling after exposure to silica micro- and nanoparticles in construction workers

Remodelage pulmonaire après exposition à des micro et nanoparticules de silice chez des travailleurs du bâtiment et des travaux publics

Résumé

Nowadays, in France, building construction and public works sectors employ about 1 million workers potentially exposed by inhalation to aerosols containing micrometric and/or nanometric silica particles. Silicon dioxide or silica (SiO2) exists in crystalline or amorphous spatial structures, and is emitted during the use of high energy rotary tools on many nanostructures nanostructured or non-nanostructured building materials containing silica. Nevertheless, very few metrological data are currently available concerning the nanometric fraction of generated silica aerosols. Previously, in vivo experimental studies have shown that micrometric crystalline silica induces pulmonary effects, but these studies often used single and very high doses of silica. In contrast, micrometric amorphous silica was considered to have very low toxicity. Recently, toxicological studies have also shown that amorphous silica nanoparticles (NP) could also induce similar lung toxic effects to those observed with crystalline silica at micrometric scale.My PhD thesis objective was to study pulmonary remodeling and inflammation of crystalline or amorphous silica at micro- or nanometric scale after exposure to repeated and realistic doses. For this, the strategy consisted first of characterizing micro- and nanometric crystalline silica aerosols in the workplace. Then, inflammation and pulmonary remodeling were studied in the lungs of construction workers exposed to crystalline silica, using a tissue library that had already been established. Finally, an experimental study also investigated inflammation and pulmonary remodeling in mice after repeated exposure (up to 6 months) to realistic doses of neosynthesized crystalline/amorphous silica micro- and nanoparticles.Our metrological analysis allowed us to improve the knowledge in real-life as requested by the 1.12 Action of the French Plan Santé Travail 3 "Carry out a measurement campaign on nanomaterials in order to identify the most exposed sectors, with specific targeting in the construction sector". Metrological analyses carried out on different pre-recognized tasks showed the existence of genuine crystalline silica nanoparticles produced unintentionally after using high-energy rotary tools on non-nanostructured materials containing crystalline silica. In humans, peribronchiolar fibrosis was found in silica-exposed and unexposed patients, but peribronchiolar fibrosis severity was significantly higher in silica-exposed patients compared to unexposed patients. Furthermore, Silicium was ubiquitously found in fibrosis areas in human lungs, as well as among crystalline silica-exposed patients as among unexposed patients. Neutrophilic and macrophagic lung inflammation and biological pro-fibrotic process, but without histological lesion, have been found in mice weekly exposed to 50 µg micro- or nanoparticles of crystalline silica during 3 and 6 months. The study of silanols on the surface of neosynthetic silica should lead to a better understanding of silica toxicity in our results.PURESNOW program (PUlmonary REmodeling after exposure to Silica Nanoparticles in cOnstruction Workers) was founded by the French Agency for food environmental and occupational health & safety (ANSES - APR EST 2018/1/094). V Marques Da Silva was a fellow of the French occupational health PhD course of École des Hautes Etudes en Santé Publique (Paris, France).
Le secteur du Bâtiment et des Travaux Publics (BTP) emploie actuellement en France, environ 1 million d’ouvriers potentiellement exposés par inhalation à des aérosols contenant des particules de silice micrométrique et/ou nanométrique. Le dioxyde de silicium ou silice (SiO2) de structure spatiale cristalline ou amorphe, est émis par exemple lors de l’emploi d’outils rotatifs à haute énergie à partir de nombreux matériaux de construction nanostructurés ou non contenant de la silice. Néanmoins, très peu de données métrologiques sont actuellement disponibles concernant la fraction nanoparticulaire des aérosols de silice générés dans le secteur du BTP. Par le passé, les études toxicologiques chez l’animal ont montré que la silice cristalline micrométrique induit des effets pulmonaires chroniques, mais en employant très souvent des doses uniques et très fortes. A l’inverse, la silice amorphe micrométrique était considérée par le passé comme très peu toxique. Récemment, des études toxicologiques ont également montré que des nanoparticules (NP) de silice amorphe pouvaient être l’origine également d’effets toxiques similaires à ceux rencontrés avec la silice cristalline micrométrique.L’objectif de cette thèse est d’étudier les effets pulmonaires en matière de remodelage tissulaire et d’inflammation pulmonaire de la silice cristalline ou amorphe de taille micro- ou nanométrique à des doses répétées et réalistes. Pour cela, la stratégie a consisté tout d’abord à caractériser des aérosols de silice cristalline micro- et nanométrique en milieu de travail. Ensuite, l’inflammation et le remodelage pulmonaire a été étudié dans des poumons de travailleurs du BTP exposés à la silice cristalline à partir d’une tissuthèque déjà constituée. Enfin, une étude expérimentale a permis d’étudier également l’inflammation et le remodelage pulmonaire chez la souris après des expositions répétées (jusqu’à 6 mois) à des doses réalistes de micro- et nanoparticules de silice cristalline/amorphe néosynthétisées.Nos analyses métrologiques ont permis d’améliorer les connaissances sur le terrain en vue de répondre à l’action 1.12 du Plan Santé Travail 3 « Réaliser une campagne de mesurage sur les nanomatériaux en vue d’identifier les filières les plus exposées, comportant un ciblage spécifique dans le secteur du BTP ». Les métrologies réalisées sur différentes tâches pré-repérées ont montré l’existence d’authentiques NP de silice cristalline produites de façon non intentionnelle après usage d’outils rotatifs à haute énergie sur des matériaux non-nanostructurés comportant de la silice cristalline. Chez l’Homme, les résultats mettent en évidence une fibrose péribronchiolaire retrouvée aussi bien chez les patients exposés à la silice que chez les sujets non exposés, mais avec une sévérité plus importante chez les sujets exposés à la silice par rapport aux sujets témoins. Par ailleurs, l’élément Silicium est retrouvé de façon ubiquitaire dans les zones de fibrose chez les sujets exposés à la silice cristalline et chez les sujets témoins dans le poumon. Par ailleurs, une inflammation neutrophilique et macrophagique pulmonaire et un processus biologique pro-fibrosant, mais sans lésion histologique, ont été retrouvés chez des souris exposées aux micro- ou nanoparticules de silice cristalline à la dose hebdomadaire de 50 µg après 3 et 6 mois d’exposition. L’étude approfondie des silanols à la surface des silices néosynthétisées devrait permettre de mieux comprendre la toxicité de la silice dans nos résultats.Le programme PURESNOW a été financé par l'Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l'Alimentation, de l'Environnement et du Travail (ANSES - APR EST 2018/1/094). V Marques Da Silva a obtenu une bourse doctorale du Parcours National Doctoral en Santé au Travail de l'École des Hautes Études en Santé Publique (Paris, France).
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04860615 , version 1 (01-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04860615 , version 1

Citer

Vanessa Marques da Silva. Remodelage pulmonaire après exposition à des micro et nanoparticules de silice chez des travailleurs du bâtiment et des travaux publics. Médecine humaine et pathologie. Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12, 2022. Français. ⟨NNT : 2022PA120072⟩. ⟨tel-04860615⟩
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