Compte-rendu de congrès Schweiz Med Wochenschr 1999;129:468 74 M.-A. Boillat Institut universitaire romand de santé au travail (IST), Lausanne Fibres minérales artificielles 1 Summary Man-made mineral fibres The group of man-made mineral fibres includes slagwool, glasswool, rockwool, glass filaments and microfibres, as well as refractory ceramic fibres. The toxicity of mineral fibres is determined by several factors such as the diameter ( 3 3.5 µm) and the length of the fibres (<100 µm), their biopersistence, which is much shorter for man-made mineral fibres than for asbestos fibres, their physicochemical structure and surface properties, and the exposure level. The chemical composition of the various types of man-made mineral fibres depends directly on the raw material used to manufacture them. While naturally occurring fibres are crystalline in structure, most man-made mineral fibres are amorphous silicates combined with various metal oxides and additives. Observations using intracavitary administration have provided evidence that some types of man-made mineral fibres are bioactive in cellular and animal experiments and may induce lung tumours and mesothelioma. It is difficult to extrapolate these results to humans since they bypass inhalation, deposition, clearance and translocation mechanisms. Inhalation studies show more realistic results but differences are observed between animal species regarding their sensibility to tumours. There is no firm evidence that exposure to various wools is associated with lung fibrosis, pleural lesions or nonspecific respiratory disease in humans. A possible exception may be mentioned for refractory ceramic fibres. A slightly elevated standard mortality ratio for lung cancer has been documented in large cohorts of workers (USA, Europe and Canada) exposed to man-made mineral fibres, especially in the early technological phase. It is not possible to determine from these data whether the risk of lung cancer is due to the man-made mineral fibres themselves, in particular due to the lack of data on smoking habits. No increased risk of mesothelioma has been demonstrated in these cohorts. Epidemiological data are insufficient at this time concerning neoplastic diseases in refractory ceramic fibres. Keywords: man-made mineral fibres; asbestos substitutes; glasswool; microfibres; ceramic fibres; lung tumours; epidemiological studies Résumé Par fibres minérales artificielles on entend les laines de laitier, de verre et de roche, les filaments et les microfibres de verre ainsi que les fibres céramiques réfractaires. De manière générale, la toxicité des fibres dépend de plusieurs facteurs: leurs dimensions, leur biopersistance (beaucoup plus courte pour les fibres minérales artificielles que pour les fibres d amiante), leur structure physicochimique et leur propriétés de surface, leur niveau d exposition. Les fibres minérales artificielles sont constituées essentiellement de silicates amorphes, combinés à différents oxydes de métaux. L expérimentation animale par administration intracavitaire a mis en évidence des propriétés cancérigènes de certaines fibres minérales arti- 1 Communication principale présentée à l Assemblée annuelle commune de la Société Suisse de Pneumologie et de la Société Suisse de Médecine du travail (Zurich, 26 27 mars 1998). Correspondance: Dr Marcel-André Boillat, Prof. associé, IST, Rue du Bugnon 19, CH-1005 Lausanne 468
Schweiz Med Wochenschr 1999;129: Nr 12 Compte-rendu de congrès ficielles, mais l extrapolation à l homme est difficile. Chez l homme, il n y a pas d évidence que l exposition à différentes laines soit associée au développement de fibrose pulmonaire, de lésions pleurales ou de troubles respiratoires non spécifiques. Des études portant sur de grandes cohortes américaines, européennes et canadiennes montrent une légère élévation du SMR pour le cancer du poumon chez des travailleurs exposés à des fibres minérales artificielles, surtout dans la première phase technologique. L interprétation de ces résultats est difficile du fait d un certain nombre de facteurs confondants, le tabagisme notamment. Aucune augmentation de mésothéliomes n a été observée. Les données épidémiologiques concernant les fibres réfractaires céramiques sont encore insuffisantes à ce jour. Keywords: fibres minérales artificielles; substituts de l amiante; laine de verre; microfibres; fibres céramiques; cancer du poumon; études épidémiologiques Introduction Lorsqu on a affaire à une substance dangereuse, un principe de base utilisé en hygiène du travail veut que celle-ci soit remplacée par un composé moins toxique. Le cas s est précisément posé pour l amiante [1]. Les fibres minérales artificielles, appelées en anglais «Man-made mineral fibres», font précisément partie des composés utilisés pour remplacer l amiante. Bien que ces fibres aient été employées depuis des décennies, la mauvaise expérience faite avec l amiante a conduit le monde scientifique et industriel à se demander si le même problème allait survenir avec l utilisation des fibres minérales artificielles. C est pourquoi, depuis plusieurs années déjà, on s est penché sur leur toxicité. L objectif de cette présentation est donc d essayer, à partir de la littérature abondante dans ce domaine, de faire un bilan sur l état des connaissances concernant la toxicité des fibres minérales artificielles et d en tirer les conséquences sur le plan de la prévention et des précautions à prendre lors de leur utilisation. Classification Selon une convention de l OMS [2], une fibre susceptible d avoir un effet sur la santé est une structure allongée, aux bords parallèles, dont le diamètre maximal est de 3 µm et la longueur minimale de 5 µm, le rapport longueur / diamètre étant au minimum de 3:1. Le tableau 1 présente une classification ainsi que quelques caractéristiques des fibres minérales artificielles. Il s agit donc de silicates amorphes, avant tout constitués de SiO 2 en combinaison avec d autres oxydes métalliques. La première production industrielle de fibres de laitier remonte à 1885 en Angleterre [3]. Les fibres de roche lui ont succédé dès la fin du siècle et, à partir de 1930, on voit apparaître la production industrielle de laine de verre. C est depuis 1940 que l on produit les fibres les plus fines, de diamètre d environ 1 µm et que sont également utilisées les premières fibres réfractaires céramiques. Dès 1950 apparaissent les fibres de verre ultra-fines de moins de 1 µm. Ces diverses fibres peuvent contenir un certain nombre d additifs, tels qu antistatiques, antifongiques, retardants anti-feu, agents hydrophobes ou agents mouillants. En outre, elles peuvent être enrobées de résine urée-formol, d époxy ou de bitume. Dans les premiers temps, notamment lorsqu on utilisait le laitier, on pouvait trouver des contaminants tels qu hydrocarbures polycycliques aromatiques, plomb, zinc, et arsenic. En ce qui concerne la production et l utilisation, environ 70000 tonnes de fibres de verre sont commercialisées en Suisse chaque année [4]. Tableau 1 Classification des fibres minérales artificielles. types de fibres filament continu laines d isolation fibres céramiques microfibres à fonction (textile) réfractaires spéciale matériau verre verre roche laitier céramique verre diamètre 6 15 µ 2 9 µ 1,2 3 µ 0,1 3 µ méthode de fabrication étirage centrifugation soufflage étirage soufflage étirage à la flamme pourcentage de la 10 15% >80% 1 2% <1% production (approximation) 469
Compte-rendu de congrès Schweiz Med Wochenschr 1999;129: Nr 12 Eléments susceptibles d expliquer la toxicité Tableau 2 Vitesse de dissolution d une fibre de 1 µm de diamètre (solution de Gamble). Pour comprendre la toxicité des fibres minérales artificielles, il convient de faire quelques parallélismes avec les fibres d amiante [3]. Lors de l inhalation de fibres, on constate que ce sont surtout le diamètre (<3 3,5 µm) et la longueur (<100 µm) qui déterminent la déposition des fibres dans le tissu pulmonaire. D après les études animales, les fibres les plus agressives sont celles qui ont un diamètre de moins de 0,25 µm et une longueur de plus de 8 µm. La pathogénie fibrogénique et carcinogénique, notamment des fibres d amiante, est étroitement liée à leur biopersistance [5 10]. Celle-ci est elle-même fonction des difficultés d évacuation mécanique, ainsi que des difficultés de dissolution physique ou chimique. Pour l amiante, les amphiboles persistent davantage que la chrysotile, ce qui peut être mis en parallèle avec le fait que le mésothéliome est plutôt rencontré lors d exposition au premier groupe. La structure des fibres ainsi que leur propriété de surface jouent un rôle important. La forme cristalline est particulièrement fibrogénique. Les fibres minérales artificielles présentent une biopersistance très différente des fibres d amiante. Alors que les fibres d amiante ont tendance à se fragmenter en longueur, les fibres minérales artificielles se fragmentent transversalement. Leur solubilité dépend notamment du ph. Elle est réduite dans un ph acide, ce qui fait que contrairement à l amiante, ce sont les fibres minérales artificielles longues qui sont le plus facilement dissoutes, le milieu laine de verre / pierre / laitier fibre céramique réfractaire microfibre de verre à fonction spéciale fibres naturelles (amiante) 2 ans ~5 ans 6,5 ans 100 ans extra-cellulaire étant plus alcalin que le liquide lysosomial des macrophages. Le tableau 2 donne un exemple de durée de vie d une fibre de 1 µm de diamètre [5]. On constate aisément la différence de comportement entre les fibres minérales artificielles et les fibres d amiante. La biopersistance réduite des fibres minérales artificielles apparaît également lors d analyses faites à partir d autopsies. En effet, dans une grande cohorte américaine de travailleurs exposés à de telles fibres, 131 cas d autopsies ont été examinés et comparés à 112 contrôles. Les résultats ont frappé par l absence de fibres minérales artificielles dans les tissus alors que l on trouvait parfois de nombreuses fibres d amiante. On relève toutefois deux études isolées où l on a décrit la présence de fibres céramiques réfractaires imitant une sorte de corps ferrugineux [3]. La pathogénie des fibres est certes liée à leur concentration dans l atmosphère de travail. Certaines données anciennes montrent que des travailleurs ont pu être exposés à des concentrations élevées de fibres dans le passé. Une publication récente de la SUVA [10] rapporte les taux de fibres que l on peut mesurer en fonction du type de travail en Suisse. Pour les laines isolantes, on constate, lors de leur fabrication, des taux allant de moins de 100000 fibres à 250000 fibres par m 3. Lors de l application de ces laines isolantes à l air libre, la concentration s abaisse à environ 60 000 fibres par m 3 à l extérieur et atteint 160000 fibres par m 3 à l intérieur des bâtiments. Pour la fabrication de fibres céramiques, le taux est nettement plus élevé, puisqu il peut atteindre 1,5 million de fibres par m 3 lors de la fabrication, 2 millions lors de la pause et plus 10 millions lors de la reconstruction des fours. Données expérimentales sur la toxicité des fibres minérales artificielles Les études in vitro permettent surtout de donner un certain nombre d éléments concernant les mécanismes d action au niveau cellulaire. Elles permettent en particulier d examiner l effet de la dimension, de la composition chimique, la durabilité des fibres, que l on peut comparer à l amiante. Plusieurs études ont montré que la cytotoxicité dépend fortement des dimensions des fibres, les plus fines et les plus longues étant les plus agressives, notamment sur le plan de leur génotoxicité et de la production de radicaux libres. Les études faites in vivo essentiellement chez des rongeurs, ont surtout fait appel à des instillations intra-péritonéales, intra-pleurales ou intra-trachéales. C est ainsi que l on a pu engendrer, notamment avec les fibres réfractaires céramiques, un certain nombre de tumeurs pulmonaires. Ces traitements par instillation permettent de fournir des renseignements importants concernant des paramètres tels que la dimension des fibres nécessaires à l induction d un mésothéliome. Malheureusement, elles 470
Schweiz Med Wochenschr 1999;129: Nr 12 Compte-rendu de congrès court-circuitent le processus complexe d inhalation, de déposition, d épuration, de rétention et de transport des fibres à l intérieur de l appareil pulmonaire. Néanmoins, des études faites à partir d inhalation de fibres céramiques réfractaires en concentrations élevées ont conduit à l apparition de fibrose, de tumeurs pulmonaires et de mésothéliomes. Aucun effet biologique significatif (fibrose, tumeur) n a été rapporté pour la laine de verre ou la laine de laitier. Quelques signes de fibrose pulmonaire ont été mis en lien avec l inhalation de laine de pierre. Etudes épidémiologiques chez l homme Une bonne revue de la question est faite par plusieurs auteurs [11, 12]. Fibrose pulmonaire (pneumoconiose) Weill et Hughes [13] ont récemment repris un collectif exposé aux fibres minérales artificielles chez qui des lésions minimes avaient été décrites et n ont pas pu confirmer la présence de pneumoconiose. De plus, chez ces personnes suivies pendant plusieurs années, ils n ont pas assisté à une progression des lésions discrètes constatées dans leur premier bilan. Kilburn et al. [14] ont décrit chez 15% de travailleurs exposés à des fibres minérales artificielles la présence de modifications radiologiques de faible importance (jusqu au degré 1/1 dans la classification du BIT). Selon De Vuyst et al., ce type de modification ne correspond pas obligatoirement à une pneumoconiose. Selon Weill et Hughes, qui présentent une revue concernant la morbidité liée à l exposition aux fibres minérales artificielles, on ne peut pas conclure au développement de pneumoconiose lors de telles expositions [12]. Plaques pleurales En l absence d exposition à l amiante, il n y a pas d évidence d un lien entre l exposition à de la laine de verre, de roche [15] ou de laitier et le développement d anomalie pleurale. Une étude intéressante faite chez une série de travailleurs impliqués dans la fabrication de fibres céramiques réfractaires révèle que 3,4% d entre eux ont des modifications pleurales sous forme de plaques. La prévalence atteignait 11,4% dans le groupe exposé depuis plus de 20 ans [16]. Troubles respiratoires non spécifiques Plusieurs études ont cherché à mettre en évidence une éventuelle présence de syndrome obstructif chronique, d emphysème, de bronchite chronique ou d asthme. Moulin et al. [17] ont interrogé 2024 travailleurs de la fibre de verre et de la fibre de pierre en France et n ont trouvé qu un lien entre les symptômes respiratoires, l âge et le tabagisme. Des études plus récentes ont permis de confirmer l absence de troubles respiratoires et de la fonction pulmonaire chez les personnes exposées aux fibres minérales artificielles. Il semble néanmoins que les effets du tabagisme puissent être aggravés dans ce contexte. Il convient toutefois de rappeler que d autres substances présentes à la place de travail peuvent entraîner des pathologies spécifiques, en particulier le fait qu on trouve parfois du formaldéhyde, du talc, des fumées d asphalte ou des résines. Des cas d alvéolite allergique extrinsèque ont été rapportés en relation avec des contaminations bactériennes ou fongiques des systèmes de conditionnement d air. Effets irritants des fibres de verre Dans la morbidité classiquement mentionnée lors de travail avec des fibres de verre, il convient de rappeler le pouvoir irritant de telles fibres, notamment celles de plus grand diamètre, sur la peau, créant des dermites irritatives [4]. Cancer pulmonaire C est dans ce domaine que le plus grand nombre d études épidémiologiques a été effectué. De nombreux articles de revues relatent ces différentes recherches [18 24]. Les plus importantes études de cohortes concernent les travaux de Marsh et al. [25] aux USA portant sur 16 665 travailleurs, de Boffetta et al. en Europe [26] portant sur 22 002 travailleurs ainsi que de Shannon et al. au Canada [27] portant sur 2557 travailleurs. Le résultat regroupé de ces études de cohorte est présenté dans le tableau 3. Le taux de mortalité standardisé s avère 471
Compte-rendu de congrès Schweiz Med Wochenschr 1999;129: Nr 12 Tableau 3 Rapport de mortalité standardisé par cancer pulmonaire (SMR) après regroupement de trois cohortes (USA, Europe, Canada) de travailleurs suivis pendant 20 ans (15 ans pour le Canada) (avec intervalle de confiance à 95%). Aspects législatifs 472 ensemble des fibres minérales artificielles 117,1 (107 128) laine de laitier (± roche) 148,9 (116 182) laine de roche uniquement 90,9 (45 153) ensemble des fibres de verre 113,6 (102 125) microfibres de verre spéciales 106,9 (62 164) laine de verre (± filaments) 115,4 (103 128) filaments uniquement 108,3 (84 133) légèrement augmenté dans les deux premières études et un peu plus nettement dans l étude canadienne. L interprétation de ces résultats n est pas facile. En faveur d une relation causale, on peut citer les similitudes observées entre les SMR pour le cancer pulmonaire des principales études de cohorte et le fait que ceux-ci sont trouvés augmentés uniquement pour le cancer pulmonaire. Un certain parallélisme est aussi observé entre ces taux et la concentration de fibres dans l air. Contre l évidence d une relation causale, il y a le fait qu on ne constate pas une augmentation du nombre de cancers avec la prolongation de l exposition. En outre, le taux le plus élevé s observe surtout chez les travailleurs qui produisaient de la laine à partir de laitier dans les phases précoces de production où l on peut trouver d autres contaminants, par exemple l arsenic. D autres agents étaient également présents à la place de travail, tels que, dans certains cas, de l amiante et des hydrocarbures polycycliques aromatiques. Finalement, plusieurs auteurs mentionnent la difficulté qu il y a à interpréter ces études de cohorte du fait qu elles n ont pas été ajustées au tabagisme. De plus, des études faites sur des collectifs mieux ciblés, où l on a En 1988, l IARC a classé les fibres minérales artificielles dans la catégorie 2B, c est-à-dire agent carcinogène possible pour l homme, ceci pour l ensemble des fibres à l exception des filaments continus de verre [18]. Cette prise de position a été contestée par la suite par certains groupes, notamment Brown et al. qui considèrent que l évidence de carcinogénicité est limitée à des cas d exposition à des fibres de verre très résistantes destinées à des applications spéciales et ceci seulement sur une base expérimentale lors d instillation directement dans la plèvre ou la cavité péritonéale. Pour eux, la catégorie 3 (non classable en tant que carcinogène humain) devrait être appliquée. Si l on examine la transposition des données expérimentables et épidémiologiques dans quelques législations nationales, on constatera que pu tenir compte du tabagisme, n ont pas pu confirmer ces chiffres. Boffetta et al. [24] ont récemment repris les données de l étude européenne. La mortalité par cancer pulmonaire montrait un SMR de 1,05 pour l ensemble des travailleurs en activité depuis plus d une année. Il était de 1,34 pour les travailleurs dans le domaine de la laine de pierre et de laitier et de 1,27 parmi les travailleurs de la laine de verre. Selon ces auteurs, le fait de fumer ainsi que d autres facteurs liés à la classe sociale ne permettaient pas d expliquer les différences par rapport au groupe de comparaison, de même que l éventuel rôle d une exposition à de l amiante, à du bitume ou à d autres composés. Toutefois, ils affirment que ces résultats ne sont pas suffisants pour conclure à un risque accru de cancer pulmonaire tout en disant que les fibres respirables étaient tout de même un élément contaminant de l air ambiant de ces travailleurs. En ce qui concerne le mésothéliome, on trouve un consensus général selon lequel il n y a aucune augmentation de son taux parmi les travailleurs de la laine de verre, de la laine de roche et de la laine de laitier. Cela correspond aussi à l absence de plaques pleurales dans ces collectifs. En particulier, on relèvera que dans les grandes études de cohorte, le taux de mésothéliome était tout à fait comparable à la population générale. Les articles de revue de ces travaux épidémiologiques mentionnent que les données concernant les fibres réfractaires céramiques manquent pour déterminer si celles-ci présentent un risque cancérigène pour l homme. l Allemagne a classé les fibres de céramique en catégorie «IIIA2», c est-à-dire données positives de cancérogénicité sur la base d études animales par inhalation. Les fibres de verre et les fibres de pierre ont été classées en catégorie «semblable à IIIA2», c est-à-dire données expérimentales indiscutablement positives sur la base d application intrapéritonéale, intrapleurale ou intratrachéale et la laine de laitier en catégorie «IIIB», c est-à-dire résultat douteux obtenu par inhalation ou par instillation intrapéritonéale, intrapleurale ou intratrachéale, ou absence de données [28]. L association des hygiénistes américains [29] établit une valeur limite d exposition à une fibre par cm 3 et du point de vue de la cancérogénicité considère les filaments de verre comme non classables en tant que carcinogène humain.
Schweiz Med Wochenschr 1999;129: Nr 12 Compte-rendu de congrès Tableau 4 Valeurs limites d exposition aux postes de travail appliqués en Suisse (Suva, 1997). fibres minérales artificielles = tous les types 0,5 fibre / ml (longueur >5 µm diamètre <3 µm rapport longueur / diamètre 3:1) N.B. Les fibres céramiques sont considérées comme cancérigènes. amiante (actinolite, amosite, antophyllite, chrysotile, crocidolite, 0,25 fibre / ml (mêmes définitions que ci-dessus) trémolite) N.B. Elles sont toutes considérées comme cancérigènes. Les autres, laine de verre, laine de roche et laine de laitier, ainsi que les fibres à fonctions spéciales sont classées dans la catégorie A3, c està-dire carcinogène animal (carcinogène dans les expériences avec des doses relativement élevées et des voies d administration qui ne sont pas comparables à ce qui se passe lors d exposition professionnelle. Les données épidémiologiques ne confirment pas de prévalence élevée de cancer chez les personnes exposées. Ceci suggère que l agent n est pas susceptible d induire un cancer chez l homme à l exception de situations très particulières d exposition). Le tableau 4 résume la législation suisse (VME, Suva) où les fibres minérales sont classées comme non cancérigènes avec une valeur limite de 0,5 fibre par cm 3, à l exception des fibres céramiques qui sont classées comme cancérigènes [30]. Conclusions Sur la base des données actuelles, épidémiologiques et expérimentales, on peut affirmer que l exposition à des fibres minérales artificielles ne conduit pas au même risque que l exposition à l amiante. Le modèle animal évoquant un risque carcinogène dans certains cas n est pas uniforme. On trouve de grandes variations dans les résultats publiés. Du point de vue biologique, on sait que les fibres de verre et les fibres minérales artificielles ont une bio-persistance nettement plus faible que les fibres d amiante. Sur le plan épidémiologique, on peut considérer que l on a déjà un bon recul en ce qui concerne l exposition et que nous n avons pas affaire à des situations nouvelles et inconnues. De plus, des études épidémiologiques très sérieuses ont été effectuées déjà depuis plusieurs années et leurs auteurs euxmêmes sont très prudents quant aux conclusions, ce qui fait que l on ne peut pas confirmer sur la base de telles études le risque cancérigène chez l homme. Les législations qui ont inclus certaines clauses dans ce domaine se basent donc essentiellement sur l expérimentation animale. On doit donc considérer qu à l état actuel de nos connaissances, nous n avons pas de meilleur produit de substitution de l amiante et que le risque posé par l utilisation de ces fibres est bien calculé, compte tenu des avantages qu elles apportent. Une certaine prudence s impose néanmoins pour les fibres céramiques et des microfibres qui auraient une bio-persistance élevée. En ce qui concerne les valeurs moyennes d exposition, notamment celles appliquées en Suisse, on constate que le législateur a été prudent puisqu elles ne sont pas très éloignées des concentrations admises pour l amiante. En effet, dans ce dernier cas, on limite l exposition professionnelle à 0,25 fibre par ml, alors qu elle est de 0,5 fibre par ml pour les fibres minérales artificielles. Il convient aussi de rappeler les mesures préventives d hygiène classique à appliquer lors d exposition à des fibres, notamment l utilisation bien dirigée des différents types de fibres, en particulier les fibres céramiques, dont la concentration peut être parfois très élevée [10]. Les travaux en milieux empoussiérés nécessitent bien entendu l utilisation de protections respiratoires, notamment des masques à caractéristiques P2 ou P3 et autres vêtements adaptés à chaque situation donnée. Références 1 Guillemin M. Par quoi remplacer l amiante? Cahiers médicosociaux 1992;36:147 52. 2 WHO. Man-made Mineral Fibres. EHC 77. Geneva: World Health Organization; 1988. 3 De Vuyst P, Dumortier P, Swaen GMH, Pairon JC, Brochard P. Respiratory health effects of man-made vitreous (mineral) fibres. Eur Respir J 1995;8:2149 73. 4 Rüegger M. Fibres minérales artificielles: un substitut de l amiante sans risque pour la santé? Informations médicales N o 68, Caisse nationale suisse d assurance en cas d accidents. Lucerne: SUVA; 1995. 5 Scholze H, Conradt R. An in vitro study of the chemical durability of siliceous fibres. Ann Occup Hyg 1987;31:683 92. 6 Morgan A, Davis JA, Mattson SM, Morris KJ. Effect of chemical composition on the solubility of glass fibres in vivo and in vitro. Ann Occup Hyg 1994;38 Suppl 1:609 17. 473
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