Suivi biologique de l’exposition aux composants métalliques lors d’activités de soudage

Abstract

L'exposition aux fumées de soudage peut poser un risque pour la santé des soudeurs, y compris les apprentis. Les fumées de soudage et leurs composants métalliques sont associés à diverses maladies, dont le cancer du poumon. La biosurveillance est largement utilisée pour l’évaluation de l'exposition professionnelle et pour fournir une indication des niveaux internes de métaux. Plusieurs facteurs, y compris la durée d'exposition, peuvent contribuer à augmenter les niveaux de métaux absorbés dans l’organisme. L’objectif général de cette recherche était d’établir le niveau d’exposition aux composants métalliques lors d'activités de soudage au Québec, ainsi que les facteurs influençant l’exposition, en effectuant un suivi longitudinal par des mesures d’éléments multiples dans diverses matrices biologiques chez les apprentis soudeurs. Une cohorte de 116 apprentis soudeurs a fait l’objet d’un suivi longitudinal tout au long de leur formation en soudage dans trois écoles de la région de Montréal, en ciblant les techniques de soudage les plus couramment utilisées, soit le soudage à l'arc avec électrode enrobée (SMAW), le soudage à l'arc sous gaz avec fil plein (GMAW) et le soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW). Le suivi biologique de l’exposition a inclus la mesure de 21 éléments dans l’urine, les cheveux, ainsi que dans les ongles des mains et des pieds, prélevés au début du programme, à la fin du module SMAW, ainsi qu'au début et à la fin des modules GMAW et FCAW. L’analyse des concentrations des métaux dans les matrices biologiques observées chez les apprentis tout au long de leur formation a fait l’objet de trois articles. Le premier article a porté sur les résultats biologiques observés à la fin du module SMAW. Les concentrations de manganèse (Mn), de fer (Fe) et de nickel (Ni) dans l'urine, ainsi que celles de Mn dans les cheveux, étaient plus élevées dans les échantillons prélevés à la fin du module SMAW par rapport au début de la formation. Cependant, au cours d’une journée de pratique de soudage, aucune différence n’a été observée dans les niveaux urinaires de Fe entre le début et la fin d’un quart de travail. Le deuxième article a porté sur les résultats biologiques observés à la fin du module GMAW. La mesure des concentrations de métaux dans les cheveux a montré une augmentation des niveaux d'arsenic (As), de chrome (Cr), de Fe et de Mn, ainsi qu’une légère hausse des niveaux de Ni à la fin du procédé GMAW. La mesure des concentrations de métaux dans les ongles des mains et des pieds a montré une augmentation des niveaux de Fe, de Mn et de Ni, et une légère hausse des niveaux de cobalt (Co) en fonction du temps. Dans l'urine, une augmentation significative des niveaux de Fe a été observée entre le début et la fin du quart de travail. Le troisième article s'est concentré sur l'analyse des facteurs influençant les niveaux biologiques, y compris la durée d'exposition pendant la formation en soudage. Des associations significatives entre la variable « temps » et les niveaux de métaux dans les cheveux, les ongles des mains et des pieds ont été observées pour le Fe, le Mn, le Cr et le Ni. Des associations significatives ont également été notées en fonction du « temps » pour les niveaux d’As dans les cheveux et les ongles, ainsi que pour les niveaux de baryum (Ba), de Co et de vanadium (V) dans les ongles des mains et des pieds. La variable « temps » s'est révélée être le principal prédicteur des niveaux de métaux absorbés tout au long du programme de soudage. La réduction des espaces de travail et les activités de soudage simultanées dans la même salle pourraient être associées à des concentrations plus élevées dans les matrices biologiques. Les facteurs personnels et démographiques, tels que l'âge, l'origine ethnique et le revenu annuel du ménage, doivent également être considérés comme des facteurs de confusion potentiels. Dans l’ensemble, cette recherche a montré que même une exposition aux fumées de soudage dans un environnement d'apprentissage contrôlé peut entraîner une augmentation significative des doses absorbées de plusieurs métaux. Nous pouvons conclure que les concentrations des métaux dans l’urine, les cheveux et les ongles mesurés simultanément sont pertinentes comme biomarqueurs d’exposition aux fumées de soudage dans certaines conditions. Exposure to welding fumes has been identified as a potential health risk for welders, including apprentices. Welding fumes and their metal constituents are associated with various diseases, including lung cancer. Biomonitoring is widely used to assess occupational exposure and provide an indication of internal metal levels. Several factors, including the duration of exposure, can contribute to increase absorbed metal levels. The main objective of this research was to establish the level of exposure to metal components during welding activities in Quebec, as well as the factors influencing exposure, by conducting a longitudinal study that measures multiple metals in various biological matrices in apprentice welders. A cohort of 116 apprentice welders was followed throughout their welding training in three schools of the Montreal area, focusing on the most used welding techniques: Shielded Metal Arc Welding (SMAW), Gas Metal Arc Welding (GMAW), and Flux Core Arc Welding (FCAW). The biological monitoring of exposure included the measurement of 21 elements in urine, hair, fingernails and toenails, collected at the beginning of the program, at the end of the SMAW module, and at the beginning and end of the GMAW and FCAW modules. The analysis of metal concentrations in the biological matrices observed in the apprentices during their welding training was the subject of three articles. The first article focused on the biological results observed at the end of the SMAW module. Levels of manganese (Mn), iron (Fe), and nickel (Ni) in urine, as well as Mn in hair, were higher in samples taken at the end of the SMAW module compared to the beginning of training. However, during a welding practice day, no differences were observed in urinary levels of Fe between pre- and post-shift samples. The second article focused on the biological results observed at the end of the GMAW module. Serial measurements of metal concentrations in hair showed an increase in arsenic (As), chromium (Cr), Fe, Mn, and, to a lesser extent, in Ni levels at the end of the GMAW process. Metal concentrations in fingernails and toenails showed a time-dependent increase in Fe, Mn, Ni, and, to a lesser extent, in cobalt (Co) levels. In urine, significant differences in Fe levels were observed between pre- and post-shift samples. The third article focused on the analysis of factors influencing biological levels, including exposure time during welding training. Significant associations between the “time” variable and metal levels in hair, fingernails, and toenails were found for Cr, Fe, Mn and Ni. Significant associations with “time” were also noted for As levels in hair and fingernails, and for barium (Ba), Co and vanadium (V) levels in fingernails and toenails. The increasing time of exposure throughout the welding program was the predominant predictor of absorbed metal levels. Reduced spaces and simultaneous activities such as oxyfuel-cutting and welding in the same welding room were suspected to contribute to higher metal levels. Age, ethnicity, and annual house income exerted an effect on metal levels and were considered as confounders. Overall, this research demonstrated that even exposure to welding fumes in a controlled learning environment can lead to a significant increase in the absorbed doses of several metals. We can conclude that metal concentrations measured simultaneously in urine, hair, and nails are relevant biomarkers of exposure to welding fumes under certain conditions.