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Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2007. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 132-142).

De nombreux travailleurs utilisent le captan et le folpet comme fongicides en agriculture, mais leur exposition n’est pas toujours mesurée de manière spécifique et précise. La surveillance biologique est un excellent outil à cet effet puisqu’elle permet de quantifier l’exposition réelle. Toutefois, la majorité des connaissances toxicologiques pour ces fongicides proviennent d’études sur les animaux, et les données chez l’humain sont limitées. Le but du présent projet est donc de développer des outils de surveillance biologique pour évaluer l’exposition de travailleurs au captan et au folpet. Dans cette perspective, le projet a été subdivisé en trois parties complémentaires, soit i) de développer des méthodes analytiques spécifiques pour quantifier les biomarqueurs d’intérêt du captan, à savoir le tétrahydrophtalimide (THPI), et du folpet, à savoir le phtalimide (PI) et l’acide phtalique, dans le plasma et l’urine; ii) de déterminer la toxicocinétique des deux fongicides en exposant des volontaires de façon aigüe à de faibles doses de captan ou de folpet par voie orale et cutanée dans des conditions semi-contrôlées et en quantifiant les biomarqueurs dans chacune des deux matrices, excepté l’acide phtalique qui a été mesuré seulement dans l’urine; iii) de valider les biomarqueurs d’exposition sélectionnés et d’évaluer l’exposition réelle des travailleurs et les voies prédominantes d’exposition au captan et au folpet en collectant des données biologiques chez des travailleurs en arboriculture et en viticulture lors d’activités de traitement et d’effeuillage pendant sept jours consécutifs. Selon ces travaux, le THPI et le PI sont deux biomarqueurs valides et spécifiques pour quantifier l’exposition au captan et au folpet, respectivement, chez l’humain. En effet, les méthodes développées pour ces deux métabolites sont robustes avec des limites de détection plus sensibles que celles rapportées dans la littérature, un taux de recouvrement de 90% pour le THPI et de 75% pour le PI, une très bonne linéarité (R2>0,99) et une bonne stabilité avec des variations intra- et inter-journalières faibles (RSD<15%). Elles ont permis de déterminer les profils cinétiques des deux métabolites chez les volontaires et chez les travailleurs. Ces derniers indiquent d’ailleurs une élimination rapide, avec une demi-vie d’élimination dans l’urine de 11,7 h et 18,7 h pour le THPI et de 27,3 h et 28,8 h pour le PI, respectivement après une absorption par voie orale et cutanée, ainsi qu’une faible absorption cutanée lorsque les valeurs sont comparées pour les deux voies d’exposition. Des profils parallèles sont aussi observés entre le PI et l’acide phtalique pour les volontaires et les agriculteurs, mais le folpet se retrouve davantage métabolisé sous forme d’acide phtalique que de PI. Quant à l’étude des agriculteurs, elle montre que la voie principale d’exposition de ces travailleurs est la voie cutanée. Il est aussi souligné qu’il est important 1) de favoriser les collectes d’urines complètes sur 24 h au urines ponctuelles, 2) de mesurer plusieurs métabolites, et 3) d’associer les données de surveillance biologique à la toxicocinétique. Ainsi, les connaissances acquises par cette étude peuvent s’appliquer à d’autres fongicides, voire d’autres substances. / Several workers use captan and folpet as fungicides in agriculture, but their exposure has yet to be measured specifically and precisely. Biomonitoring is an excellent tool for this purpose since it allows to quantify internal exposure. However, the majority of toxicological data on these fungicides come from animal studies and data in humans are limited. The aim of this project was thus to develop biological monitoring tools in order to assess exposure to captan and folpet in humans. In this perspective, the project was divided into three complementary parts: i) to develop specific and accurate analytical methods in order to quantify captan and folpet metabolites in urine and blood, namely tetrahydrophthalimide (THPI) for captan and phthalimide (PI) and phthalic acid for folpet; ii) to determine the toxicokinetics of the two fungicides in humans by exposing volunteers acutely to low-doses of captan or folpet by oral and dermal routes under semi-controlled conditions and by quantifying the biomarkers in plasma and urine, except phthalic acid which was only measured in urine; iii) to validate the use of the selected biomarkers of exposure to captan and folpet and estimate actual exposures of workers and main exposure routes to these fungicide in the context of a field biomonitoring study in farmers during treatment and harvest activities over seven consecutive days. This study showed that THPI and PI are both valid and specific biomarkers of exposure to captan and folpet, respectively, in humans. Indeed, the developed methods for these two metabolites are accurate showing more sensitive detection limits than those reported in the literature, good recovery rate (90% for THPI and 75% for PI), linearity (R2>0.99) and stability (RSD<15% for intra-and inter-day precision and accuracy). They allowed determining the kinetic profiles of the two metabolites in healthy volunteers and in workers. These profiles indicate a rapid elimination of both metabolites, since the urinary elimination half-life of THPI was 11.7 h and 18.7 h following an oral and dermal absorption, respectively, and 27.3 h and 28.8 h for PI. They also evidence a low dermal absorption for both fungicides when oral and dermal route are compared. In addition, parallel profiles were observed between PI and phthalic acid, but the administrated dose of folpet was mostly recovered as phthalic acid rather than PI. As for the study of farmers, it showed that the dermal route was the main route of exposure. It also pointed out that it is important 1) to perform 24-h complete urine collections rather than collect spot urines, 2) to measure several metabolites to better assess actual exposure, and 3) to rely on the toxicokinetics to help interpret biomonitoring data. Overall, knowledge acquired from this study may be applied to other fungicides or even to other substances.

De nombreux travailleurs utilisent le captan et le folpet comme fongicides en agriculture, mais leur exposition n’est pas toujours mesurée de manière spécifique et précise. La surveillance biologique est un excellent outil à cet effet puisqu’elle permet de quantifier l’exposition réelle. Toutefois, la majorité des connaissances toxicologiques pour ces fongicides proviennent d’études sur les animaux, et les données chez l’humain sont limitées. Le but du présent projet est donc de développer des outils de surveillance biologique pour évaluer l’exposition de travailleurs au captan et au folpet. Dans cette perspective, le projet a été subdivisé en trois parties complémentaires, soit i) de développer des méthodes analytiques spécifiques pour quantifier les biomarqueurs d’intérêt du captan, à savoir le tétrahydrophtalimide (THPI), et du folpet, à savoir le phtalimide (PI) et l’acide phtalique, dans le plasma et l’urine; ii) de déterminer la toxicocinétique des deux fongicides en exposant des volontaires de façon aigüe à de faibles doses de captan ou de folpet par voie orale et cutanée dans des conditions semi-contrôlées et en quantifiant les biomarqueurs dans chacune des deux matrices, excepté l’acide phtalique qui a été mesuré seulement dans l’urine; iii) de valider les biomarqueurs d’exposition sélectionnés et d’évaluer l’exposition réelle des travailleurs et les voies prédominantes d’exposition au captan et au folpet en collectant des données biologiques chez des travailleurs en arboriculture et en viticulture lors d’activités de traitement et d’effeuillage pendant sept jours consécutifs. Selon ces travaux, le THPI et le PI sont deux biomarqueurs valides et spécifiques pour quantifier l’exposition au captan et au folpet, respectivement, chez l’humain. En effet, les méthodes développées pour ces deux métabolites sont robustes avec des limites de détection plus sensibles que celles rapportées dans la littérature, un taux de recouvrement de 90% pour le THPI et de 75% pour le PI, une très bonne linéarité (R2>0,99) et une bonne stabilité avec des variations intra- et inter-journalières faibles (RSD<15%). Elles ont permis de déterminer les profils cinétiques des deux métabolites chez les volontaires et chez les travailleurs. Ces derniers indiquent d’ailleurs une élimination rapide, avec une demi-vie d’élimination dans l’urine de 11,7 h et 18,7 h pour le THPI et de 27,3 h et 28,8 h pour le PI, respectivement après une absorption par voie orale et cutanée, ainsi qu’une faible absorption cutanée lorsque les valeurs sont comparées pour les deux voies d’exposition. Des profils parallèles sont aussi observés entre le PI et l’acide phtalique pour les volontaires et les agriculteurs, mais le folpet se retrouve davantage métabolisé sous forme d’acide phtalique que de PI. Quant à l’étude des agriculteurs, elle montre que la voie principale d’exposition de ces travailleurs est la voie cutanée. Il est aussi souligné qu’il est important 1) de favoriser les collectes d’urines complètes sur 24 h au urines ponctuelles, 2) de mesurer plusieurs métabolites, et 3) d’associer les données de surveillance biologique à la toxicocinétique. Ainsi, les connaissances acquises par cette étude peuvent s’appliquer à d’autres fongicides, voire d’autres substances. / Several workers use captan and folpet as fungicides in agriculture, but their exposure has yet to be measured specifically and precisely. Biomonitoring is an excellent tool for this purpose since it allows to quantify internal exposure. However, the majority of toxicological data on these fungicides come from animal studies and data in humans are limited. The aim of this project was thus to develop biological monitoring tools in order to assess exposure to captan and folpet in humans. In this perspective, the project was divided into three complementary parts: i) to develop specific and accurate analytical methods in order to quantify captan and folpet metabolites in urine and blood, namely tetrahydrophthalimide (THPI) for captan and phthalimide (PI) and phthalic acid for folpet; ii) to determine the toxicokinetics of the two fungicides in humans by exposing volunteers acutely to low-doses of captan or folpet by oral and dermal routes under semi-controlled conditions and by quantifying the biomarkers in plasma and urine, except phthalic acid which was only measured in urine; iii) to validate the use of the selected biomarkers of exposure to captan and folpet and estimate actual exposures of workers and main exposure routes to these fungicide in the context of a field biomonitoring study in farmers during treatment and harvest activities over seven consecutive days. This study showed that THPI and PI are both valid and specific biomarkers of exposure to captan and folpet, respectively, in humans. Indeed, the developed methods for these two metabolites are accurate showing more sensitive detection limits than those reported in the literature, good recovery rate (90% for THPI and 75% for PI), linearity (R2>0.99) and stability (RSD<15% for intra-and inter-day precision and accuracy). They allowed determining the kinetic profiles of the two metabolites in healthy volunteers and in workers. These profiles indicate a rapid elimination of both metabolites, since the urinary elimination half-life of THPI was 11.7 h and 18.7 h following an oral and dermal absorption, respectively, and 27.3 h and 28.8 h for PI. They also evidence a low dermal absorption for both fungicides when oral and dermal route are compared. In addition, parallel profiles were observed between PI and phthalic acid, but the administrated dose of folpet was mostly recovered as phthalic acid rather than PI. As for the study of farmers, it showed that the dermal route was the main route of exposure. It also pointed out that it is important 1) to perform 24-h complete urine collections rather than collect spot urines, 2) to measure several metabolites to better assess actual exposure, and 3) to rely on the toxicokinetics to help interpret biomonitoring data. Overall, knowledge acquired from this study may be applied to other fungicides or even to other substances.