Assessment of dermal exposure to metal(loid)s from contaminated soils using in vitro methods

La contamination des sols par les métaux (loïdes) générés par les activités anthropiques est un problème persistant, car elle peut constituer un risque pour la santé humaine. Ces contaminants peuvent être transmis à l'homme par ingestion, inhalation ou exposition cutanée. Cette dernière a reçu moins d'attention que les deux autres voies, ce qui justifie des études visant à améliorer la caractérisation de l'exposition cutanée aux sols contaminés. La fraction du contaminant qui est dissoute dans les liquides du film cutané de surface (sueur et sébum) et disponible pour la pénétration à travers la peau est la fraction bioaccessible par voie cutanée. Cette fraction peut être utilisée avec les données de perméation pour calculer la biodisponibilité. En outre, la bioaccessibilité in vitro devrait être préférée aux tests in vivo en raison de considérations éthiques et de coûts associés moins élevés. En outre, les évaluations des risques qui prennent en compte les concentrations bioaccessibles donneraient un résultat plus représentatif de l'exposition puisque la surestimation serait évitée et que l'interaction avec les fluides biologiques serait simulée. La composition des liquides du film cutané de surface (SSFL) est essentielle car elle peut affecter la bioaccessibilité, la toxicité, la mobilité et la perméabilité des métaux(loïdes). Il est donc nécessaire d'évaluer les performances des différentes compositions de SSFL utilisées dans les études d'exposition cutanée. Les objectifs de cette étude sont les suivants : i) évaluer la bioaccessibilité cutanée de l'arsenic (As), du chrome (Cr), du cuivre (Cu), du nickel (Ni), du plomb (Pb) et du zinc (Zn) présents dans les sols contaminés par l'arséniate de cuivre et de chrome (CCA) et dans les sols de référence certifiés par le biais d'essais in vitro utilisant diverses formulations de sueur et de sébum synthétiques ; ii) comparer les compositions de sueur synthétiques en tant que sources de bioaccessibilité cutanée pour les sols contaminés par l'arséniate de cuivre ; ii) comparer les compositions de sueur synthétique en tant que solutions donneuses et évaluer l'influence du sébum dans la diffusion des métaux(loïdes) à travers une membrane synthétique (agissant comme substitut de la peau) en utilisant la méthodologie de la cellule de Franz ; iii) effectuer une modélisation de l'équilibre chimique pour évaluer la spéciation de la fraction soluble des métaux(loïdes) dans les compositions synthétiques de sueur et évaluer son influence sur la bioaccessibilité et la perméation ; et iv) caractériser les risques pour la santé humaine associés aux métaux(loïdes) potentiellement toxiques présents dans le sol en utilisant une approche d'exposition à voies multiples, en tenant compte de la fraction bioaccessible des contaminants et de deux scénarios différents : des enfants jouant (exposition résidentielle) et une exposition typique d'un travailleur (exposition industrielle). Les résultats montrent que la bioaccessibilité cutanée des métaux(loïdes) dépend des propriétés du sol et de l'agent d'extraction. Les sols dont le pH, le carbone organique total et la capacité d'échange cationique sont plus élevés présentent généralement une bioaccessibilité cutanée plus faible. La bioaccessibilité est globalement faible dans le cas du sébum par rapport à la sueur (sauf pour le Zn), probablement en raison de la faible affinité des métaux pour les lipides non polaires. La bioaccessibilité des métaux(loïdes) dans la sueur synthétique était généralement inversement proportionnelle au pH. Seuls le chrome (Cr) et le cuivre (Cu) ont traversé la membrane synthétique. Les coefficients de perméation étaient plus élevés pour le Cr dans la sueur à pH élevé que dans la sueur à pH plus bas, en raison d'une teneur plus élevée en Cr(VI), qui est plus toxique, plus mobile et plus perméable que le Cr(III). Il est intéressant de noter que la composition de la sueur qui a produit une bioaccessibilité plus élevée pour le Cr a montré une perméation plus faible et vice versa. La présence de sébum déposé sur la peau synthétique pourrait interagir avec le Cr et favoriser la formation de composés plus perméables. La présence de sébum a augmenté les temps de latence pour la perméation du Cu. En revanche, l'As, le Ni, le Pb et le Zn n'ont pas pénétré la peau synthétique. Il est recommandé d'effectuer des tests supplémentaires pour évaluer l'influence du sébum sur la perméation des métaux(loïdes). L'analyse de l'équilibre chimique réalisée avec VMINTEQ montre que la composition de la sueur synthétique joue un rôle crucial dans la spéciation des métaux dans la sueur et influence la bioaccessibilité et la perméation des métaux. Des tests analytiques de spéciation sont suggérés pour valider les résultats. Enfin, le danger non cancérigène a été évalué pour les scénarios résidentiel et industriel. Les voies orale et cutanée ont donné un indice de danger supérieur à la recommandation de la ligne directrice de l'USEPA, avec et sans considérations de bioaccessibilité. Le danger par inhalation était inférieur à la recommandation de la ligne directrice. Pour la voie cutanée, le danger était plus élevé lorsque la bioaccessibilité était prise en compte dans le scénario industriel. En ce qui concerne le risque cancérogène, la voie orale est la plus importante, suivie de la voie cutanée. Le risque cancérogène global est supérieur au risque acceptable recommandé par la ligne directrice, avec ou sans prise en compte de la bioaccessibilité pour les voies orale et cutanée. Toutefois, étant donné que des valeurs Kp génériques ont été utilisées, une grande incertitude a été associée au calcul du risque par voie cutanée. Il est donc recommandé de mesurer la biodisponibilité pour les évaluations des risques. Bien que les outils et protocoles in vitro évalués dans cette étude se soient révélés utiles pour prédire l'exposition cutanée aux contaminants dans des études préliminaires, il est impératif de procéder à des essais supplémentaires, y compris des essais in vivo sur la peau humaine pour corréler et valider la bioaccessibilité, ainsi que des essais de perméation, afin que les résultats puissent être utilisés efficacement dans la caractérisation des risques.