Biological monitoring of chemical exposure : toxicokinetic differences due to age and sex

Human biomonitoring is a widely used method in the assessment of occupational exposure to chemical substances and recommended biological limits are published periodically for interpretation and decision-making. However, it is increasingly recognized that a large variability is associated with biological monitoring, making interpretation less efficient than assumed. In order to improve the applicability of biological monitoring, specific factors responsible for this variability should be identified and their contribution quantified. Among these factors, age and sex are easily identifiable, and present knowledge about pharmaceutical chemicals suggests that they play an important role on the toxicokinetics of occupational chemical agents, and therefore on the biological monitoring results.The aim of the present research project was to assess the influence of age and sex on biological indicators corresponding to organic solvents. This has been done experimentally and by toxicokinetic computer simulation. Another purpose was to explore the effect of selected CYP2E1 polymorphisms on the toxicokinetic profile.Age differences were identified by numerical simulations using a general toxicokinetic model from a previous study which was applied to 14 chemicals, representing 21 specific biological entities, with, among others, toluene, phenol, lead and mercury. These models were runn with the modified parameters, indicating in some cases important differences due to age. The expected changes are mostly of the order of 10-20 %, but differences up to 50 % were observed in some cases. These differences appear to depend on the chemical and on the biological entity considered.Sex differences were quantified by controlled human exposures, which were carried out in a 12 m3 exposure chamber for three organic solvents separately: methyl ethyl ketone, 1-methoxy-2-propanol and 1,1,1-trichloroethane. The human volunteer groups were composed 12 of ten young men and fifteen young women, the latter subdivided into those with and without hormonal contraceptive. They were exposed during six hours at rest and at half of the threshold limit value. The kinetics of the parent compounds (organic volatiles) and their metabolite(s) were followed in blood, urine and expired air over time. Analyses of the solvent and their metabolites were performed by using headspace gas chromatography, CYP2E1 genotypes by using PCR-based RFLP methods. Experimental data were used to calibrate the toxicokinetic models developed for the three solvents. The results obtained for the different biomarkers of exposure mainly showed an effect on the urinary levels of several biomarkers among women due to the use of hormonal contraceptive, with an increase of about 50 % in the metabolism rate. The results also showed a difference due to the genotype CYP2E1*6, when exposed to methyl ethyl ketone, with a tendency to increase CYP2E1 activity when volunteers were carriers of the mutant allele. Simulations showed that it is possible to use simple toxicokinetic tools in order to predict internal exposure when exposed to organic solvents. Our study suggests that not only physiological differences but also exogenous sex hormones could influence CYP2E1 enzyme activity. The variability among the urinary biological indicators levels gives evidence of an interindividual susceptibility, an aspect that should have its place in the approaches for setting limits of occupational exposure.

Large-scale DNA sequencing in taxonomy and conservation : a case study with the mayfly family Heptageniidae (Ephemeroptera) in the Alps and Madagascar

Les larves aquatiques d'éphémères (Ephemeroptera) colonisent toutes les eaux douces du monde et sont couramment utilisées comme bio-indicateurs de la qualité de l'eau. Le genre Rhithrogena (Heptageniidae) est le deuxième plus diversifié chez les éphémères, et plusieurs espèces européennes ont une distribution restreinte dans des environnements alpins sensibles. Les espèces de Rhithrogena ont été classées en "groupes d'espèces" faciles à identifier. Cependant, malgré leur importance écologique et en terme de conservation, beaucoup d'espèces présentent des différences morphologiques ambiguës, suggérant que lataxonomie actuelle ne refléterait pas correctement leur diversité évolutive. De plus, aucune information sur leurs relations, leur origine, le taux de spéciation ou les mécanismes ayant provoqué leur remarquable diversification dans les Alpes n'est disponible. Nous avons d'abord examiné le statut spécifique d'environ 50% des espèces européennes de Rhithrogena en utilisant un large échantillonnage de populations alpines incluant 22 localités typiques, ainsi qu'une analyse basée sur le modèle général mixte de Yule et de coalescence (GMYC) appliqué à un gène mitochondrial standard (coxl) et à un gène nucléaire développé spécifiquement pour cette étude. Nous avons observé un regroupement significatif des séquences coxl en 31 espèces potentielles, et nos résultats ont fortement suggéré la présence d'espèces cryptiques et de fractionnements taxonomiques excessifs chez les Rhithrogena. Nos analyses phylogénétiques ont démontré la monophylie de quatre des six groupes d'espèces reconnus présents dans notre échantillonnage. La taxonomie ADN développée dans cette étude pose les bases d'une future révision de ce genre important mais cryptique en Europe. Puis nous avons mené une étude phylogénétique multi-gènes entre les espèces européennes de Rhithrogena. Les données provenant de trois gènes nucléaires et de deux gènes mitochondriaux ont été largement concordantes, et les relations entre les espèces bien résolues au sein de la plupart des groupes d'espèces dans une analyse combinant tous les gènes. En l'absence de points de calibration extérieurs tels que des fossiles, nous avons appliqué à nos données mitochondriales une horloge moléculaire standard pour les insectes, suggérant une origine des Rhithrogena alpins à la limite Oligocène / Miocène. Nos résultats ont montré le rôle prépondérant qu'ont joué les glaciations du quaternaire dans leur diversification, favorisant la spéciation d'au moins la moitié des espèces actuelle dans les Alpes. La biodiversité et le taux d'endémisme à Madagascar, notamment au niveau de la faune des eaux douces, sont parmi les plus extraordinaires et les plus menacés au monde. On pense que beaucoup d'espèces d'éphémères sont restreintes à un seul bassin versant (microendémisme) dans les zones forestières, ce qui les rendrait particulièrement sensibles à la réduction et à la dégradation de leur habitat. Mis à part deux espèces décrites, Afronurus matitensis et Compsoneuria josettae, les Heptageniidae sont pratiquement inconnus à Madagascar. Les deux genres ont une distribution discontinue en Afrique, à Madagascar et en Asie du Sud-Est, et leur taxonomie complexe est régulièrement révisée. L'approche standard pour comprendre leur diversité, leur endémisme et leur origine requerrait un échantillonnage étendu sur plusieurs continents et des années de travaux taxonomiques. Pour accélérer le processus, nous avons utilisé des collections de musées ainsi que des individus fraîchement collectés, et appliqué une approche combinant taxonomie ADN et phylogénie. L'analyses GMYC du gène coxl a délimité 14 espèces potentielles à Madagascar, dont 70% vraisemblablement microendémiques. Une analyse phylogénique incluant des espèces africaines et asiatiques portant sur deux gènes mitochondriaux et quatre gènes nucléaires a montré que les Heptageniidae malgaches sont monophylétiques et groupe frère des Compsoneuria africains. L'existence de cette lignée unique, ainsi qu'un taux élevé de microendémisme, mettent en évidence leur importance en terme de conservation. Nos résultats soulignent également le rôle important que peuvent jouer les collections de musées dans les études moléculaires et en conservation. - Aquatic nymphs of mayflies (Ephemeroptera) colonize all types of freshwaters throughout the world and are extensively used as bio-indicators of water quality. Rhithrogena (Heptageniidae) is the second most species-rich genus of mayflies, and several European species have restricted distributions in sensitive Alpine environments and therefore are of conservation interest. The European Rhithrogena species are arranged into "species groups" that are easily identifiable. However, despite their ecological and conservation importance, ambiguous morphological differences among many species suggest that the current taxonomy may not accurately reflect their evolutionary diversity. Moreover, no information about their relationships, origin, timing of speciation and mechanisms promoting their successful diversification in the Alps is available. We first examined the species status of ca. 50% of European Rhithrogena diversity using a widespread sampling scheme of Alpine species that included 22 type localities, general mixed Yule- coalescent (GMYC) model analysis of one standard mitochondrial (coxl) and one newly developed nuclear marker. We observed significant clustering of coxl into 31 GMYC species, and our results strongly suggest the presence of both cryptic diversity and taxonomic oversplitting in Rhithrogena. Phylogenetic analyses recovered four of the six recognized species groups in our samples as monophyletic. The DNA taxonomy developed here lays the groundwork for a future revision of this important but cryptic genus in Europe. Then we conducted a species-level, multiple-gene phylogenetic study of European Rhithrogena. Data from three nuclear and two mitochondrial loci were broadly congruent, and species-level relationships were well resolved within most species groups in a combined analysis. In the absence of external calibration points like fossils, we applied a standard insect molecular clock hypothesis to our mitochondrial data, suggesting an origin of Alpine Rhithrogena in the Oligocene / Miocene boundary. Our results highlighted the preponderant role that quaternary glaciations played in their diversification, promoting speciation of at least half of the current diversity in the Alps. Madagascar's biodiversity and endemism are among the most extraordinary and endangered in the world. This includes the island's freshwater biodiversity, although detailed knowledge of the diversity, endemism, and biogeographic origin of freshwater invertebrates is lacking. Many mayfly species are thought to be restricted to single river basins (microendemic species) in forested areas, making them particularly sensitive to habitat reduction and degradation. The Heptageniidae are practically unknown in Madagascar except for two described species, Afronurus matitensis and Compsoneuria josettae. Both genera have a disjunct distribution in Africa, Madagascar and Southeast Asia, and a complex taxonomic status still in flux. The standard approach to understanding their diversity, endemism, and origin would require extensive field sampling on several continents and years of taxonomic work. Here we circumvent this using museum collections and freshly collected individuals in a combined approach of DNA taxonomy and phylogeny. The cox/-based GMYC analysis revealed 14 putative species on Madagascar, 70% of which potentially microendemics. A phylogenetic analysis that included African and Asian species and data from two mitochondrial and four nuclear loci indicated the Malagasy Heptageniidae are monophyletic and sister to African Compsoneuria. The observed monophyly and high microendemism highlight their conservation importance. Our results also underline the important role that museum collections can play in molecular studies, especially in critically endangered biodiversity hotspots like Madagascar.

Evaluation of respiratory and dermal occupational exposures to monoethanolamine during cleaning

Professional cleaning is a basic service occupation with a wide variety of tasks carried out in all kind of different sectors and workplaces by a large workforce. One important risk for cleaning workers is the exposure to chemical substances that are present in cleaning products.Monoethanolamine was found to be often present in cleaning products such as general purpose cleaners, bathroom cleaners, floor cleaners and kitchen cleaners. Monoethanolamine can injure the skin, and exposure to monoethanolamine was associated to asthma even when the air concentrations were low. It is a strong irritant and known to be involved in sensitizing mechanisms. It is very likely that the use of cleaning products containing monoethanolamine gives rise to respiratory and dermal exposures. Therefore there is a need to further investigate the exposures to monoethanolamine for both, respiratory and dermal exposure.The determination of monoethanolamine has traditionally been difficult and analytical methods available are little adapted for occupational exposure assessments. For monoethanolamine air concentrations, a sampling and analytical method was already available and could be used. However, a method to analyses samples for skin exposure assessments as well as samples of skin permeation experiments was missing. Therefore one main objective of this master thesis was to search an already developed and described analytical method for the measurement of monoethanolamine in water solutions, and to set it up in the laboratory. Monoethanolamine was analyzed after a derivatisation reaction with o-pthtaldialdehyde. The derivated fluorescing monoethanolamine was then separated with high performance liquid chromatography and detection took place with a fluorescent detector. The method was found to be suitable for qualitative and quantitative analysis of monoethanolamine. An exposure assessment was conducted in the cleaning sector to measure the respiratory and dermal exposures to monoethanolamine during floor cleaning. Stationary air samples (n=36) were collected in 8 companies and samples for dermal exposures (n=12) were collected in two companies. Air concentrations (Mean = 0.18 mg/m3, Standard Deviation = 0.23 mg/m3, geometric Mean = 0.09 mg/m3, Geometric Standard Deviation = 3.50) detected were mostly below 1/10 of the Swiss 8h time weighted average occupational exposure limit. Factors that influenced the measured monoethanolamine air concentrations were room size, ventilation system and the concentration of monoethanolamine in the cleaning product and amount of monoethanolamine used. Measured skin exposures ranged from 0.6 to 128.4 mg/sample. Some cleaning workers that participated in the skin exposure assessment did not use gloves and had direct contact with the solutions containing the cleaning product and monoethanolamine. During the entire sampling campaign, cleaning workers mostly did not use gloves. Cleaning workers are at risk to be regularly exposed to low air concentrations of monoethanolamine. This exposure may be problematic if a worker suffers from allergic reactions (e.g. Asthma). In that case a substitution of the cleaning product may be a good prevention measure as several different cleaning products are available for similar cleaning tasks. Currently there are no occupational exposure limits to compare the skin exposures that were found. To prevent skin exposures, adaptations of the cleaning techniques and the use of gloves should be considered. The simultaneous skin and airborne exposures might accelerate adverse health effects. Overall the risks caused by exposures to monoethanolamine are considered as low to moderate when the cleaning products are used correctly. Whenever possible, skin exposures should be avoided. Further research should consider especially the dermal exposure routes, as very high exposures might occur by skin contact with cleaning products. Dermatitis but also sensitization might be caused by skin exposures. In addition, new biomedical insights are needed to better understand the risks of the dermal exposure. Therefore skin permeability experiments should be considered.

Identification of the pathological alterations underlying respiratory failure in myotonic dystrophy transgenic mice

AbstractMyotonic dystrophy type 1 (DM1), also known as Steinert's disease, is an inherited autosomal dominant disease. DM1 is characterized by myotonia, muscular weakness and atrophy, but it has a multisystemic phenotype. The genetic basis of the disease is the abnormal expansion of CTG repeats in the 3' untranslated region of the DM protein kinase (DMPK) gene on chromosome 19. The size of the expansion correlates to the severity of the disease and the age of onset.Respiratory problems have long been recognized to be a major feature of the disease and are the main factor contributing to mortality ; however the mechanisms are only partly known. The aim of our study is to investigate whether respiratory failure results only from the involvement of the dystrophic process at the level of the respiratory muscles or comes also from abnormalities in the neuronal network that generates and controls the respiratory rhythm. The generation of valid transgenic mice displaying the human DM1 phenotype by the group of Dr. Gourdon provided us a useful tool to analyze the brain stem respiratory neurons, spinal phrenic motoneurons and phrenic nerves. We examined therefore these structures in transgenic mice carrying 350-500 CTGs and displaying a mild form of the disease (DM1 mice). The morphological and morphometric analysis of diaphragm muscle sections revealed a denervation of the end-plates (EPs), characterized by a decrease in size and shape complexity of EPs and a reduction in the density of acetylcholine receptors (AChRs). Also a strong and significant reduction in the number of phrenic unmyelinated fibers was detected, but not in the myelinated fibers. In addition, no pathological changes were detected in the cervical motoneurons and medullary respiratory centers (Panaite et al., 2008). These results suggest that the breathing rhythm is probably not affected in mice expressing a mild form of DM1, but rather the transmission of action potentials at the level of diaphragm NMJs is deficient.Because size of the mutation increases over generations, new transgenic mice were obtained from the mice with 350-500 CTGs, resulting from a large increase of CTG repeat in successive generations, these mice carry more than 1300 CTGs (DMSXL) and display a severe DM1 phenotype (Gomes-Pereira et al., 2007). Before we study the mechanism underlying the respiratory failure in DMSXL mice, we analyzed the peripheral nervous system (PNS) in these mice by electrophysiological, histological and morphometric methods. Our results provide strong evidence that DMSXL mice have motor neuropathy (Panaite et al., 2010, submitted). Therefore the DMSXL mice expressing severe DM1 features represent for us a good tool to investigate, in the future, the physiological, structural and molecular alterations underlying respiratory failure in DM1. Understanding the mechanism of respiratory deficiency will help to better target the therapy of these problems in DM1 patients. In addition our results may, in the future, orientate pharmaceutical and clinical research towards possible development of therapy against respiratory deficits associated with the DM1.RésuméLa dystrophic myotonique type 1 (DM1), aussi dénommée maladie de Steinert, est une maladie héréditaire autosomique dominante. Elle est caractérisée par une myotonie, une faiblesse musculaire avec atrophie et se manifeste aussi par un phénotype multisystémique. La base génétique de la maladie est une expansion anormale de répétitions CTG dans une région non traduite en 3' du gène de la DM protéine kinase (DMPK) sur le chromosome 19. La taille de l'expansion est corrélée avec la sévérité et l'âge d'apparition de DM1.Bien que les problèmes respiratoires soient reconnus depuis longtemps comme une complication de la maladie et soient le principal facteur contribuant à la mortalité, les mécanismes en sont partiellement connus. Le but de notre étude est d'examiner si l'insuffisance respiratoire de la DM1 est dû au processus dystrophique au niveau des muscles respiratoires ou si elle est entraînée aussi par des anomalies dans le réseau neuronal qui génère et contrôle le rythme respiratoire. La production par le groupe du Dr. Gourdon de souris transgéniques de DM1, manifestant le phénotype de DM1 humaine, nous a fourni un outil pour analyser les nerfs phréniques, les neurones des centres respiratoires du tronc cérébral et les motoneurones phréniques. Par conséquence, nous avons examiné ces structures chez des souris transgéniques portant 350-500 CTG et affichant une forme légère de la maladie (souris DM1). L'analyse morphologique et morphométrique des sections du diaphragme a révélé une dénervation des plaques motrices et une diminution de la taille et de la complexité de la membrane postsynaptîque, ainsi qu'une réduction de la densité des récepteurs à l'acétylcholine. Nous avons aussi détecté une réduction significative du nombre de fibres nerveuses non myélinisées mais pas des fibres myélinisées. Par ailleurs, aucun changement pathologique n'a été détecté pour les neurones moteurs médullaires cervicaux et centres respiratoires du tronc cérébral (Panaite et al., 2008). Ces résultats suggèrent que le iythme respiratoire n'est probablement pas affecté chez les souris manifestant une forme légère du DM1, mais plutôt que la transmission des potentiels d'action au niveau des plaques motrices du diaphragme est déficiente.Comme la taille du mutation augmente au fil des générations, de nouvelles souris transgéniques ont été générés par le groupe Gourdon; ces souris ont plus de 1300 CTG (DMSXL) et manifestent un phénotype sévère du DM1 (Gomes-Pereira et al., 2007). Avant d'étudier le mécanisme sous-jacent de l'insuffisance respiratoire chez les souris DMSXL, nous avons analysé le système nerveux périphérique chez ces souris par des méthodes électrophysiologiques, histologiques et morphométriques. Nos résultats fournissent des preuves solides que les souris DMSXL manifestent une neuropathie motrice (Panaite et al., 2010, soumis). Par conséquent, les souris DMSXL représentent pour nous un bon outil pour étudier, à l'avenir, les modifications physiologiques, morphologiques et moléculaires qui sous-tendent l'insuffisance respiratoire du DM1. La connaissance du mécanisme de déficience respiratoire en DM1 aidera à mieux cibler le traitement de ces problèmes aux patients. De plus, nos résultats pourront, à l'avenir, orienter la recherche pharmaceutique et clinique vers le développement de thérapie contre le déficit respiratoire associé à DM1.

Des maux et des cures : les transformations du champ thérapeutico-religieux en Suisse romande

Cette thèse présente les pratiques sociales et les parcours d'apprentissage d'un corps de spécialistes rituels, qui se donnent le nom générique de « médiums guérisseurs », à partir d'une ethnographie des modes de résolution des crises existentielles et des dispositifs de production de croyance permettant les moyens d'objectivation d'une « autre réalité », proposés par trois configurations en Suisse romande. L'enquête explore d'abord la structuration du champ thérapeutico-religieux en Suisse romande pour en révéler les niches favorisant les inscriptions sociales des médiums guérisseurs. Elle s'est portée ensuite sur la manière dont ces praticiens inscrivent les différents épisodes de leur vie dans un cursus de reconnaissance de compétences particulières. Et comment ces moments de vie s'articulent et s'enchaînent pour construire l'autobiographie de la métamorphose de leur personnalité en celle d'un « médium guérisseur » apaisant les souffrances des vivants et les âmes des « morts ». L'enquête a pris en compte les discours de ces médiums guérisseurs et aussi les modalités de transmissions de ces savoirs en ce qu'elles contribuent à leur construction et à leur développement. Cette recherche participe d'une interrogation plus générale, en contexte de modernité et de globalisation, sur l'« émiettement du religieux », tout en proposant de nuancer cette assertion en regard d'une stratégie d'enquête ethnographique qui met l'accent sur les logiques d'action plutôt que de représentations et privilégie l'apprentissage dialogique et la co-construction des données afin de cerner les modalités d'un travail symbolique et syncrétique.

Identités littéraires en construction : la mise en scène de la "persona" auctoriale chez Ausone, Paulin de Nole et Claudien

Lorsque des poètes comme Ausone, Paulin de Noie et Claudien s'expriment en leur propre nom, une telle prise de parole n'est pas anodine et vise à générer certains effets sur le public. De manière générale, la première personne autobiographique ne doit pas être considérée comme un miroir de la personnalité du poète, mais comme une stratégie rhétorique destinée à soutenir la diffusion d'un message. Pour comprendre comment l'auteur se met en scène dans son oeuvre, il faut tenir compte d'au moins quatre paramètres : les influences génériques, la mise en scène de l'énonciation, les jeux intertextuels contribuant à façonner cette représentation auctoriale et les liens de celle- ci avec d'autres images que le poète donne de lui-même à l'intérieur d'un plus large corpus de textes. En comparant les personae mises en scène par ces trois écrivains de l'Antiquité tardive dans différentes formes littéraires (lettres versifiées, discours à visée didactique, exordes, éloges d'autrui), cette thèse de doctorat démontre que l'emploi du « je » est généralement lié à la recherche de persuasion et que ces figures littéraires ont en commun plusieurs traits caractéristiques qui offrent un point de départ à des développements variés.

Les pavés fleuris de la bibliothèque

Quatre références de poids (dans tous les sens du terme!) en santé au travail et un utile répertoire des cancérigènes. Ces ouvrages peuvent être consultés à la bibliothèque de l'IST.

Fähigkeit von Kondensationskeimzählern, Nanopartikel mit hydrophober und hydrophiler Oberfläche zu messen

Heute werden Nanopartikel zwar noch in relativ wenigen Produkten eingesetzt und meist kommen die Partikel im Produkt selbst als gebundene Partikel vor. Eine Exposition Endverbrauchers kann nicht ausgeschlossen werden, sie wird aber heute angesichts der geringen Verbreitung als eher unwahrscheinlich betrachtet. Was hingegen heute schon vermehrt vorkommen kann ist eine Exposition eines Arbeiters während des Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses eines Produkts. Auf diesen Bereich muss man daher ein grösseres Augenmerk legen. Um zu bestimmen, ob ein Arbeiter einer Nanopartikel-Exposition ausgesetzt ist, stehen heute verschiedene Messmethoden zur Verfügung. Die meisten Methoden fokussieren sich auf die Messung von Nanopartikel in der Luft, da die Aufnahme von Nanopartikel vor allem über die Atemwege stattfindet. Die heutige Technik erlaubt eine quantitative Ermittlung dieser Konzentration. Da die Technik mit dem Fokus auf Diesel- und Umweltpartikel entwickelt wurde, muss die Vertrauenswürdigkeit dieser Messgeräte für neue Industrie-Partikel mit spezifischen Eigenschaften erneut überprüft werden. Die Effizienz von drei CPC-Messgeräte (Condensation-Particle-Counters) Typen zum Nachweis der Luftkonzentration von Nanopartikel-Pulvern wurde miteinander verglichen. Als Resultat der Studie kann gefolgert werden, dass alle CPCs gleichermassen für die Abschätzung der Nanopartikel-Konzentration an Arbeitsplätzen in der Industrie verwendet werden können. Hierbei spielt es keine wesentliche Rolle, ob das Pulver eine hydrophile oder hydrophobe Oberfläche aufweist. Nur eines der drei hydrophilen Pulvern konnte mit dem Wasser CPC besser nachgewiesen werden als mit den anderen CPC desselben Herstellers.