Pénétration dans l’organisme des particules ultra-fines

Poumons

Les particules qui forment un aérosol dans l’air des lieux de travail peuvent constituer un risque pour la santé si elles sont inhalées. Par contre l’ensemble des études ne permet pas de conclure avec certitude si oui ou non certaines PUF étudiées peuvent pénétrer dans l’organisme par la peau.

Inhalation, dépôt dans les voies respiratoires
Pénétration des particules ultra-fines par voie cutanée
Pénétration au cerveau par la voie nasale

 

Inhalation, dépôt dans les voies respiratoires

5 mécanismes de dépôt dans les voies respiratoires

Seules les particules inhalées peuvent éventuellement se déposer dans les voies respiratoires.
Les particules inhalées peuvent être exhalées ou bien se déposer dans les différentes régions de l’arbre respiratoire par l’action combinée de 5 mécanismes:
Sédimentation, impaction, interception, diffusion, effets électrostatiques

  • Sédimentation
    • Action de la gravité sur les particules.
    • L’effet de la sédimentation augmente avec la taille des particules, leur densité, ainsi que le temps de résidence dans les voies respiratoires:
    • Le temps de résidence dans les voies respiratoires augmente quand la respiration ralentit.
  • Impaction
    • Elle est liée à l’inertie des particules qui ne peuvent pas suivre fidèlement l’écoulement de l’air, du fait des changements de direction brusques imposés par la géométrie des voies respiratoires et les vitesses de l’air.
    • Son effet augmente avec la taille et la densité des particules et la vitesse de l’air ( qui augmente quand la respiration devient plus forte).
  • Interception
    • Quand l’extrémité d’une particule entre en contact avec la paroi d’un conduit, elle se dépose.
  • Diffusion ou mouvement brownien
    • Mouvement quasi aléatoire des particules causés par les chocs des molécules de l’air sur la particule:
    • C’est un mécanisme important quand la vitesse de l’air est proche de zéro et que les particules sont caractérisées par un coefficient de diffusion élevé en raison de leur très petite taille:
    • Le dépôt par diffusion est le mécanisme prédominant pour les particules inférieures à 200-300 nm.
  • Effets électrostatiques
    • 2 mécanismes peuvent être à l’origine du dépôt des particules électriquement chargées:
    • Attraction vers la surface par la charge image induite par la particule.
    • Ou bien répulsion mutuelle des particules quand elles sont chargées de façon unipolaire et présentes en très grand nombre.

Devenir des particules déposées dans les voies respiratoires

La toxicité des particules inhalées dépend de leur dépôt dans les voies respiratoires mais également de la capacité des voies respiratoires à les éliminer totalement ou partiellement.

La particule inhalée et déposée dans l’arbre respiratoire peut être dissoute dans les fluides biologiques (mucus…), conduisant à l’absorption locale et éventuellement systémique des constituants solubilisés: hydrocarbures aromatiques polycycliques, métaux…)

  • Particules déposées au niveau des voies aériennes supérieures
    • Le système mucociliaire les transporte au niveau du nasopharynx (système digestif) ou vers l’extérieur: éternuement, mouchage.
  • Particules déposées dans l’arbre trachéobronchique
    • Elles sont éliminées par le transport mucociliaire en direction de l’oropharynx:
    • Le temps nécessaire pour éliminer les particules plus fines est plus long car elles se déposent plus profondément dans les voies respiratoires.
    • On admet chez l’homme que 99% des particules déposées dans l’arbre trachéobronchique sont éliminées après 48 heures.
  • Particules déposées dans la région alvéolaire
    • Les macrophages prennent en charge la majeure partie des particules déposées au niveau des alvéoles pulmonaires, ce processus est rapide mais saturable.
    • Les macrophages chargés de particules peuvent quitter la région pulmonaire selon plusieurs voies pour aboutir dans la circulation sanguine.
    • De très fines fibres d’amiante peuvent également migrer vers les espaces pleuraux.

Pénétration des particules ultra-fines par voie cutanée

La population générale est exposée aux PUF
En effet de nombreux cosmétiques comporte par exemple TiO2, dioxyde de titane et ZnO, oxyde de zinc: crèmes solaires, déodorants, antitranspirants, produits pour rasage, dentifrice.
.Ainsi les crème solaires correspondantes ne laissent pas de traînées blanchâtres sur la peau tout en conservant leurs propriétés protectrices;

L’importance d’une possible pénétration cutanée des PUF tient à la surface considérable de la peau et à l’ubiquité des PUF dans notre environnement.

Facteurs pouvant influencer une éventuelle pénétration cutanée

  • Taille
    Une nanoparticule a une taille inférieure à 100 nm, elle est donc de petite taille à l’échelle cellulaire: Un globule rouge mesure 7 µm, soit 7 000 nm, une bactérie environ 1 000 nm.
    On peut donc imaginer que la nanoparticule pénètre dans le réseau lipidique de la cornée.
  • Propriétés de surface de la particules
    Les particules utilisées dans les cosmétiques sont généralement traitées en surface pour limiter la formation de radicaux libres, l’agrégation.
    Un revêtement hydrophobe pourrait favoriser la pénétration cutanée grâce à une affinité plus marquée pour les lipides de la couche cornée.
  • «Défauts de cuirasse»,
    C’est à dire existence de pores: ils constituent une voie de pénétration
    ou bien présence de sueur qui peut modifier la surface des particules ( formulation d’espèces chimiques nouvelles…)

Pénétration au cerveau par la voie nasale

Le passage d’espèces chimiques vers le cerveau peut se produire:

  • soit grâce aux nerfs afférents à la muqueuse nasale ( nerf olfactif):
    Les neurones olfactifs sont directement au contact des polluants externes dans la muqueuse olfactive, ce qui fait d’eux une porte d’entrée privilégiée.
  • soit par le sang, à travers la barrière hémato-encéphalique.

Une espèce chimique soluble a toujours la possibilité de passer des fosses nasales au cerveau par simple diffusion le long du nerf olfactif.

Pour les PUF, non totalement dissoutes : leur solubilité dépend entre autres facteurs de la granolomètrie.
La vitesse de dissolution est d’autant plus grande que la surface offerte est grande donc que la granulomètrie est faible.

Les informations figurant dans cet article sont extraites du livre:
«Les nanoparticules: un enjeu majeur pour la santé au travail?»
Sous la direction de Benoît Hervé-Bazin
INRS, édition EDP sciences, 2007.

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