Le système respiratoire s'étend de la zone respiratoire juste à l'extérieur du nez et de la bouche à travers les voies respiratoires conductrices de la tête et du thorax jusqu'aux alvéoles, où l'échange de gaz respiratoire a lieu entre les alvéoles et le sang capillaire qui les entoure. Sa fonction principale est de fournir de l'oxygène (O2) à la région d'échange gazeux du poumon, où il peut diffuser vers et à travers les parois des alvéoles pour oxygéner le sang traversant les capillaires alvéolaires selon les besoins sur une large gamme de niveaux de travail ou d'activité. De plus, le système doit également : (1) éliminer un volume égal de dioxyde de carbone pénétrant dans les poumons à partir des capillaires alvéolaires ; (2) maintenir la température corporelle et la saturation en vapeur d'eau dans les voies respiratoires pulmonaires (afin de maintenir la viabilité et les capacités fonctionnelles des fluides de surface et des cellules) ; (3) maintenir la stérilité (pour prévenir les infections et leurs conséquences néfastes) ; et (4) éliminer les fluides de surface en excès et les débris, tels que les particules inhalées et les cellules phagocytaires et épithéliales sénescentes. Il doit accomplir toutes ces tâches exigeantes en continu tout au long de sa vie, et le faire avec une grande efficacité en termes de performances et d'utilisation de l'énergie. Le système peut être abusé et submergé par des agressions graves telles que des concentrations élevées de fumée de cigarette et de poussière industrielle, ou par de faibles concentrations d'agents pathogènes spécifiques qui attaquent ou détruisent ses mécanismes de défense, ou provoquent leur dysfonctionnement. Sa capacité à surmonter ou à compenser de telles insultes avec autant de compétence qu'il le fait habituellement témoigne de son élégante combinaison de structure et de fonction.
Transfert de masse
La structure complexe et les nombreuses fonctions des voies respiratoires humaines ont été résumées de manière concise par un groupe de travail de la Commission internationale de protection radiologique (ICRP 1994), comme le montre la figure 1. Les voies respiratoires conductrices, également connues sous le nom d'espace mort respiratoire, occupent environ 0.2 litre. Ils conditionnent l'air inhalé et le distribuent, par flux convectif (en vrac), aux quelque 65,000 XNUMX acini respiratoires partant des bronchioles terminales. À mesure que les volumes courants augmentent, le flux convectif domine les échanges gazeux plus profondément dans les bronchioles respiratoires. Dans tous les cas, dans l'acinus respiratoire, la distance entre le front de marée convectif et les surfaces alvéolaires est suffisamment courte pour qu'un CO efficace2-O2 l'échange se fait par diffusion moléculaire. En revanche, les particules en suspension dans l'air, avec des coefficients de diffusion plus petits par ordre de grandeur que ceux des gaz, ont tendance à rester en suspension dans l'air des marées et peuvent être exhalées sans dépôt.
Figure 1. Morphométrie, cytologie, histologie, fonction et structure des voies respiratoires et régions utilisées dans le modèle de dosimétrie CIPR de 1994.
Une fraction importante des particules inhalées se dépose dans les voies respiratoires. Les mécanismes expliquant le dépôt de particules dans les voies respiratoires pulmonaires pendant la phase inspiratoire d'un souffle courant sont résumés à la figure 2. Particules de plus d'environ 2 mm de diamètre aérodynamique (diamètre d'une sphère de densité unitaire ayant la même vitesse de sédimentation terminale (Stokes)) peut avoir un élan important et un dépôt par impact aux vitesses relativement élevées présentes dans les voies respiratoires plus larges. Les particules supérieures à environ 1 mm peuvent se déposer par sédimentation dans les petites voies respiratoires conductrices, où les vitesses d'écoulement sont très faibles. Enfin, les particules d'un diamètre compris entre 0.1 et 1 mm, qui ont une très faible probabilité de se déposer au cours d'une seule respiration de marée, peuvent être retenues dans les 15 % environ de l'air de marée inspiré qui est échangé avec l'air pulmonaire résiduel au cours de chaque cycle de marée. Cet échange volumétrique se produit en raison des constantes de temps variables pour le flux d'air dans les différents segments des poumons. En raison des temps de séjour beaucoup plus longs de l'air résiduel dans les poumons, les faibles déplacements intrinsèques de particules de 0.1 à 1 mm dans de tels volumes piégés d'air de marée inhalé deviennent suffisants pour provoquer leur dépôt par sédimentation et/ou diffusion au cours de respirations successives.
Figure 2. Mécanismes de dépôt de particules dans les voies respiratoires pulmonaires
L'air pulmonaire résiduel essentiellement exempt de particules qui représente environ 15 % du débit courant expiratoire a tendance à agir comme une gaine d'air propre autour du noyau axial de l'air courant se déplaçant distalement, de sorte que le dépôt de particules dans l'acinus respiratoire est concentré sur l'intérieur. surfaces telles que les bifurcations des voies respiratoires, tandis que les parois des voies respiratoires interbranches ont peu de dépôts.
Le nombre de particules déposées et leur distribution le long des surfaces des voies respiratoires sont, avec les propriétés toxiques du matériau déposé, les déterminants critiques du potentiel pathogène. Les particules déposées peuvent endommager les cellules épithéliales et/ou phagocytaires mobiles au niveau ou à proximité du site de dépôt, ou peuvent stimuler la sécrétion de fluides et de médiateurs dérivés des cellules qui ont des effets secondaires sur le système. Les matériaux solubles déposés sous forme, sur ou dans les particules peuvent diffuser dans et à travers les fluides de surface et les cellules et être rapidement transportés par la circulation sanguine dans tout le corps.
La solubilité aqueuse des matériaux en vrac est un mauvais indicateur de la solubilité des particules dans les voies respiratoires. La solubilité est généralement grandement améliorée par le très grand rapport surface/volume des particules suffisamment petites pour pénétrer dans les poumons. De plus, les contenus ioniques et lipidiques des fluides de surface dans les voies respiratoires sont complexes et très variables, et peuvent conduire soit à une solubilité améliorée, soit à une précipitation rapide de solutés aqueux. De plus, les voies de clairance et les temps de séjour des particules sur les surfaces des voies respiratoires sont très différents dans les différentes parties fonctionnelles des voies respiratoires.
Le modèle de clairance révisé du groupe de travail de la CIPR identifie les principales voies de clairance dans les voies respiratoires qui sont importantes pour déterminer la rétention de diverses matières radioactives, et donc les doses de rayonnement reçues par les tissus respiratoires et d'autres organes après la translocation. Le modèle de dépôt de la CIPR est utilisé pour estimer la quantité de matière inhalée qui entre dans chaque voie de clairance. Ces voies discrètes sont représentées par le modèle de compartiment illustré à la figure 3. Elles correspondent aux compartiments anatomiques illustrés à la figure 1 et sont résumées dans le tableau 1, ainsi que celles d'autres groupes fournissant des indications sur la dosimétrie des particules inhalées.
Figure 3. Modèle de compartiment pour représenter le transport de particules en fonction du temps à partir de chaque région dans le modèle ICRP de 1994
Tableau 1. Régions des voies respiratoires telles que définies dans les modèles de dépôt de particules
| Structures anatomiques incluses | Région ACGIH | Régions ISO et CEN | 1966 Région du groupe de travail CIPR | 1994 Région du groupe de travail CIPR |
| Nez, nasopharynx Bouche, oropharynx, laryngopharynx |
Voies respiratoires principales (HAR) | Extrathoracique (E) | Nasopharynx (NP) | Voies nasales antérieures (ET1 ) Tous les autres extrathoraciques (ET2 ) |
| Trachée, bronches | Trachéobronchique (TBR) | Trachéobronchique (B) | Trachéobronchique (TB) | Trachée et grosses bronches (BB) |
| Bronchioles (aux bronchioles terminales) | Bronchioles (bb) | |||
| Bronchioles respiratoires, conduits alvéolaires, sacs alvéolaires, alvéoles |
Échange de gaz (GER) | Alvéolaire (A) | Pulmonaire (P) | Alvéolaire-interstitiel (IA) |
Voies respiratoires extrathoraciques
Comme le montre la figure 1, les voies respiratoires extrathoraciques ont été partitionnées par la CIPR (1994) en deux régions de dégagement et dosimétriques distinctes : les voies nasales antérieures (ET1) et toutes les autres voies respiratoires extrathoraciques (ET2)—c'est-à-dire les voies nasales postérieures, le naso- et l'oropharynx, et le larynx. Particules déposées à la surface de la peau tapissant les voies nasales antérieures (ET1) sont supposés ne faire l'objet que d'un retrait par des moyens extrinsèques (mouchement, essuyage, etc.). La majeure partie du matériel déposé dans le naso-oropharynx ou le larynx (ET2) est sujet à une clairance rapide dans la couche de fluide qui recouvre ces voies respiratoires. Le nouveau modèle reconnaît que le dépôt par diffusion de particules ultrafines dans les voies respiratoires extrathoraciques peut être substantiel, contrairement aux modèles précédents.
Voies respiratoires thoraciques
Les matières radioactives déposées dans le thorax sont généralement réparties entre la région trachéobronchique (TB), où les particules déposées sont soumises à une clairance mucociliaire relativement rapide, et la région alvéolaire-interstitielle (AI), où la clairance des particules est beaucoup plus lente.
Aux fins de dosimétrie, la CIPR (1994) a divisé le dépôt de matière inhalée dans la région TB entre la trachée et les bronches (BB) et les petites voies respiratoires plus distales, les bronchioles (bb). Cependant, l'efficacité ultérieure avec laquelle les cils dans l'un ou l'autre type de voies respiratoires sont capables d'éliminer les particules déposées est controversée. Afin d'être certain que les doses aux épithéliums bronchiques et bronchiolaires ne seraient pas sous-estimées, le groupe de travail a supposé que jusqu'à la moitié du nombre de particules déposées dans ces voies respiratoires est sujette à une clairance mucociliaire relativement « lente ». La probabilité qu'une particule soit éliminée relativement lentement par le système mucociliaire semble dépendre de sa taille physique.
Le matériel déposé dans la région AI est subdivisé en trois compartiments (AI1, IA2 et IA3) qui sont chacun éliminés plus lentement que les dépôts de tuberculose, les sous-régions étant éliminées à des taux caractéristiques différents.
Figure 4. Dépôt fractionné dans chaque région des voies respiratoires pour le travailleur léger de référence (respirateur nasal normal) dans le modèle ICRP de 1994.
La figure 4 illustre les prédictions du modèle ICRP (1994) en termes de dépôt fractionnaire dans chaque région en fonction de la taille des particules inhalées. Il reflète le dépôt pulmonaire minimal entre 0.1 et 1 mm, où le dépôt est déterminé en grande partie par l'échange, dans le poumon profond, entre l'air courant et l'air pulmonaire résiduel. Le dépôt augmente en dessous de 0.1 mm à mesure que la diffusion devient plus efficace avec la diminution de la taille des particules. Le dépôt augmente avec l'augmentation de la taille des particules au-dessus de 1 mm à mesure que la sédimentation et l'impact deviennent de plus en plus efficaces.
Des modèles moins complexes de dépôt sélectif en fonction de la taille ont été adoptés par les professionnels et les agences de la santé au travail et de la pollution atmosphérique communautaire, et ceux-ci ont été utilisés pour développer des limites d'exposition par inhalation dans des plages de taille de particules spécifiques. Des distinctions sont faites entre :
- les particules qui ne sont pas aspirées dans le nez ou la bouche et ne présentent donc aucun danger d'inhalation
- l'inhalable (également appelé inspirant) masse particulaire (IPM) - celles qui sont inhalées et qui sont dangereuses lorsqu'elles se déposent n'importe où dans les voies respiratoires
- la masse particulaire thoracique (TPM) - celles qui pénètrent dans le larynx et sont dangereuses lorsqu'elles sont déposées n'importe où dans le thorax et
- la masse de particules respirables (RPM) - ces particules qui pénètrent à travers les bronchioles terminales et sont dangereuses lorsqu'elles se déposent dans la région d'échange gazeux des poumons.
Au début des années 1990, il y a eu une harmonisation internationale des définitions quantitatives de l'IPM, du TPM et du RPM. Les spécifications d'entrée sélectives en fonction de la taille des échantillonneurs d'air répondant aux critères de l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH 1993), de l'Organisation internationale de normalisation (ISO 1991) et du Comité européen de normalisation (CEN 1991) sont énumérées dans le tableau 2. Elles diffèrent des fractions de dépôt de la CIPR (1994), en particulier pour les particules plus grosses, car elles adoptent la position conservatrice selon laquelle une protection doit être fournie à ceux qui pratiquent l'inhalation orale, et contournent ainsi l'efficacité de filtration plus efficace des voies nasales.
Tableau 2. Critères de poussières inhalables, thoraciques et respirables de l'ACGIH, ISO et CEN, et PM10 critères de l'US EPA
| Inhalable | Thoracique | Respirant | PM10 | ||||
| Particule aéro- diamètre dynamique (mm) |
Inhalable Particules Masse (IPM) (%) |
Particule aéro- diamètre dynamique (mm) |
Thoracique Particules Masse (TPM) (%) |
Particule aéro- diamètre dynamique (mm) |
Respirant Particules Masse (RPM) (%) |
Particule aéro- diamètre dynamique (mm) |
Thoracique Particules Masse (TPM) (%) |
| 0 | 100 | 0 | 100 | 0 | 100 | 0 | 100 |
| 1 | 97 | 2 | 94 | 1 | 97 | 2 | 94 |
| 2 | 94 | 4 | 89 | 2 | 91 | 4 | 89 |
| 5 | 87 | 6 | 80.5 | 3 | 74 | 6 | 81.2 |
| 10 | 77 | 8 | 67 | 4 | 50 | 8 | 69.7 |
| 20 | 65 | 10 | 50 | 5 | 30 | 10 | 55.1 |
| 30 | 58 | 12 | 35 | 6 | 17 | 12 | 37.1 |
| 40 | 54.5 | 14 | 23 | 7 | 9 | 14 | 15.9 |
| 50 | 52.5 | 16 | 15 | 8 | 5 | 16 | 0 |
| 100 | 50 | 18 | 9.5 | 10 | 1 | ||
| 20 | 6 | ||||||
| 25 | 2 | ||||||
La norme de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA 1987) pour la concentration de particules dans l'air ambiant est connue sous le nom de PM10, c'est-à-dire des particules de moins de 10 mm de diamètre aérodynamique. Il a un critère d'entrée d'échantillonneur qui est similaire (fonctionnellement équivalent) au TPM mais, comme indiqué dans le tableau 2, des spécifications numériques quelque peu différentes.
Les polluants atmosphériques
Les polluants peuvent être dispersés dans l'air à des températures et pressions ambiantes normales sous forme gazeuse, liquide et solide. Les deux derniers représentent des suspensions de particules dans l'air et ont reçu le terme générique aérosols par Gibbs (1924) sur la base d'une analogie avec le terme hydrolat, utilisé pour décrire les systèmes dispersés dans l'eau. Les gaz et les vapeurs, qui sont présents sous forme de molécules discrètes, forment de véritables solutions dans l'air. Les particules constituées de matériaux à pression de vapeur modérée à élevée ont tendance à s'évaporer rapidement, car celles qui sont suffisamment petites pour rester en suspension dans l'air pendant plus de quelques minutes (c'est-à-dire celles dont la taille est inférieure à environ 10 mm) ont de grands rapports surface/volume. Certains matériaux avec des pressions de vapeur relativement faibles peuvent avoir simultanément des fractions appréciables sous forme de vapeur et d'aérosol.
Gaz et vapeurs
Une fois dispersés dans l'air, les gaz et vapeurs contaminants forment généralement des mélanges si dilués que leurs propriétés physiques (telles que la densité, la viscosité, l'enthalpie, etc.) sont indiscernables de celles de l'air pur. De tels mélanges peuvent être considérés comme suivant les relations de la loi des gaz parfaits. Il n'y a pas de différence pratique entre un gaz et une vapeur, sauf que cette dernière est généralement considérée comme la phase gazeuse d'une substance qui peut exister sous forme solide ou liquide à température ambiante. Lorsqu'elles sont dispersées dans l'air, toutes les molécules d'un composé donné sont essentiellement équivalentes dans leur taille et leurs probabilités de capture par les surfaces ambiantes, les surfaces des voies respiratoires et les collecteurs ou échantillonneurs de contaminants.
Aérosols
Les aérosols, étant des dispersions de particules solides ou liquides dans l'air, ont la variable supplémentaire très importante de la taille des particules. La taille affecte le mouvement des particules et, par conséquent, les probabilités de phénomènes physiques tels que la coagulation, la dispersion, la sédimentation, l'impact sur les surfaces, les phénomènes d'interface et les propriétés de diffusion de la lumière. Il n'est pas possible de caractériser une particule donnée par un seul paramètre de taille. Par exemple, les propriétés aérodynamiques d'une particule dépendent de la densité et de la forme ainsi que des dimensions linéaires, et la taille efficace pour la diffusion de la lumière dépend de l'indice de réfraction et de la forme.
Dans certains cas particuliers, toutes les particules ont essentiellement la même taille. Ces aérosols sont considérés comme monodisperses. Des exemples sont les pollens naturels et certains aérosols générés en laboratoire. Plus généralement, les aérosols sont composés de particules de différentes tailles et sont donc appelés hétérodispersés ou polydispersés. Différents aérosols ont différents degrés de dispersion de taille. Il est donc nécessaire de spécifier au moins deux paramètres pour caractériser la taille des aérosols : une mesure de tendance centrale, telle qu'une moyenne ou une médiane, et une mesure de dispersion, telle qu'un écart-type arithmétique ou géométrique.
Les particules générées par une source ou un processus unique ont généralement des diamètres suivant une distribution log-normale ; c'est-à-dire que les logarithmes de leurs diamètres individuels ont une distribution gaussienne. Dans ce cas, la mesure de la dispersion est l'écart-type géométrique, qui est le rapport de la taille du 84.1 centile à la taille du 50 centile. Lorsque plus d'une source de particules est significative, l'aérosol mixte résultant ne suivra généralement pas une seule distribution log-normale, et il peut être nécessaire de le décrire par la somme de plusieurs distributions.
Caractéristiques des particules
Il existe de nombreuses propriétés des particules autres que leur taille linéaire qui peuvent grandement influencer leur comportement dans l'air et leurs effets sur l'environnement et la santé. Ceux-ci inclus:
Surface. Pour les particules sphériques, la surface varie comme le carré du diamètre. Cependant, pour un aérosol de concentration massique donnée, la surface totale de l'aérosol augmente avec la diminution de la taille des particules. Pour les particules non sphériques ou agrégées, et pour les particules présentant des fissures ou des pores internes, le rapport surface/volume peut être bien supérieur à celui des sphères.
Volume. Le volume des particules varie comme le cube du diamètre; par conséquent, les quelques particules les plus grosses d'un aérosol ont tendance à dominer sa concentration volumique (ou massique).
Forme. La forme d'une particule affecte sa traînée aérodynamique ainsi que sa surface et donc ses probabilités de mouvement et de dépôt.
Densité. La vitesse d'une particule en réponse à des forces gravitationnelles ou d'inertie augmente comme la racine carrée de sa densité.
Diamètre aérodynamique. Le diamètre d'une sphère de densité unitaire ayant la même vitesse terminale de sédimentation que la particule considérée est égal à son diamètre aérodynamique. La vitesse de sédimentation terminale est la vitesse d'équilibre d'une particule qui tombe sous l'influence de la gravité et de la résistance du fluide. Le diamètre aérodynamique est déterminé par la taille réelle des particules, la densité des particules et un facteur de forme aérodynamique.
Types d'aérosols
Les aérosols sont généralement classés en fonction de leurs processus de formation. Bien que la classification suivante ne soit ni précise ni exhaustive, elle est couramment utilisée et acceptée dans les domaines de l'hygiène industrielle et de la pollution de l'air.
Poussière. Aérosol formé par subdivision mécanique d'un matériau en vrac en fines en suspension dans l'air ayant la même composition chimique. Les particules de poussière sont généralement solides et de forme irrégulière et ont des diamètres supérieurs à 1 mm.
Fumée. Aérosol de particules solides formées par condensation de vapeurs formées par combustion ou sublimation à des températures élevées. Les particules primaires sont généralement très petites (moins de 0.1 mm) et ont des formes sphériques ou cristallines caractéristiques. Ils peuvent être chimiquement identiques au matériau d'origine ou peuvent être composés d'un produit d'oxydation tel qu'un oxyde métallique. Puisqu'ils peuvent être formés en concentrations élevées, ils coagulent souvent rapidement, formant des amas agrégés de faible densité globale.
Fumée. Aérosol formé par condensation de produits de combustion, généralement de matières organiques. Les particules sont généralement des gouttelettes liquides de diamètres inférieurs à 0.5 mm.
Brouillard. Aérosol de gouttelettes formé par cisaillement mécanique d'un liquide en vrac, par exemple, par atomisation, nébulisation, barbotage ou pulvérisation. La taille des gouttelettes peut couvrir une très large gamme, généralement d'environ 2 mm à plus de 50 mm.
Brouillard. Aérosol aqueux formé par condensation de vapeur d'eau sur des noyaux atmosphériques à des humidités relatives élevées. Les tailles de gouttelettes sont généralement supérieures à 1 mm.
smog Terme populaire désignant un aérosol polluant dérivé d'une combinaison de fumée et de brouillard. Il est maintenant couramment utilisé pour tout mélange de pollution atmosphérique.
Brume. Aérosol de taille inférieure au micromètre de particules hygroscopiques qui absorbent la vapeur d'eau à des humidités relatives relativement faibles.
Aitken ou noyaux de condensation (CN). Très petites particules atmosphériques (généralement inférieures à 0.1 mm) formées par des processus de combustion et par conversion chimique à partir de précurseurs gazeux.
Mode d'accumulation. Terme donné aux particules dans l'atmosphère ambiante allant de 0.1 à environ 1.0 mm de diamètre. Ces particules sont généralement sphériques (ayant des surfaces liquides) et se forment par coagulation et condensation de particules plus petites qui dérivent de précurseurs gazeux. Trop gros pour une coagulation rapide et trop petits pour une sédimentation efficace, ils ont tendance à s'accumuler dans l'air ambiant.
Mode particules grossières. Particules d'air ambiant d'un diamètre aérodynamique supérieur à environ 2.5 mm et généralement formées par des processus mécaniques et la remise en suspension des poussières en surface.
Réponses biologiques du système respiratoire aux polluants atmosphériques
Les réponses aux polluants atmosphériques vont de la nuisance à la nécrose et à la mort des tissus, des effets systémiques généralisés aux attaques très spécifiques sur des tissus uniques. Les facteurs hôtes et environnementaux servent à modifier les effets des produits chimiques inhalés, et la réponse ultime est le résultat de leur interaction. Les principaux facteurs d'accueil sont :
- l'âge - par exemple, les personnes âgées, en particulier celles dont la fonction cardiovasculaire et respiratoire est chroniquement réduite, qui peuvent ne pas être en mesure de faire face à des contraintes pulmonaires supplémentaires
- état de santé - par exemple, maladie ou dysfonctionnement concomitant
- l'état nutritionnel
- statut immunologique
- le sexe et d'autres facteurs génétiques - par exemple, les différences liées aux enzymes dans les mécanismes de biotransformation, telles que les voies métaboliques déficientes et l'incapacité à synthétiser certaines enzymes de détoxification
- état psychologique – par exemple, stress, anxiété et
- facteurs culturels - par exemple, le tabagisme, qui peut affecter les défenses normales ou peut potentialiser l'effet d'autres produits chimiques.
Les facteurs environnementaux comprennent la concentration, la stabilité et les propriétés physicochimiques de l'agent dans l'environnement d'exposition ainsi que la durée, la fréquence et la voie d'exposition. Les expositions aiguës et chroniques à un produit chimique peuvent entraîner différentes manifestations pathologiques.
Tout organe ne peut répondre que d'un nombre limité de façons, et il existe de nombreuses étiquettes de diagnostic pour les maladies qui en résultent. Les sections suivantes traitent des grands types de réponses du système respiratoire qui peuvent survenir à la suite d'une exposition à des polluants environnementaux.
Réponse irritante
Les irritants produisent un modèle d'inflammation tissulaire généralisée et non spécifique, et une destruction peut en résulter au niveau de la zone de contact avec le contaminant. Certains irritants ne produisent aucun effet systémique car la réponse irritante est beaucoup plus importante que tout effet systémique, tandis que certains ont également des effets systémiques importants après absorption - par exemple, le sulfure d'hydrogène absorbé par les poumons.
À fortes concentrations, les irritants peuvent provoquer une sensation de brûlure dans le nez et la gorge (et généralement aussi dans les yeux), des douleurs dans la poitrine et une toux produisant une inflammation des muqueuses (trachéite, bronchite). Des exemples d'irritants sont des gaz tels que le chlore, le fluor, le dioxyde de soufre, le phosgène et les oxydes d'azote ; brouillards d'acides ou d'alcalis; fumées de cadmium; poussières de chlorure de zinc et de pentoxyde de vanadium. Des concentrations élevées d'irritants chimiques peuvent également pénétrer profondément dans les poumons et provoquer un œdème pulmonaire (les alvéoles sont remplies de liquide) ou une inflammation (pneumonie chimique).
Des concentrations très élevées de poussières qui n'ont pas de propriétés chimiques irritantes peuvent également irriter mécaniquement les bronches et, après avoir pénétré dans le tractus gastro-intestinal, peuvent également contribuer au cancer de l'estomac et du côlon.
L'exposition à des irritants peut entraîner la mort si des organes critiques sont gravement endommagés. D'autre part, les dommages peuvent être réversibles ou entraîner une perte permanente d'un certain degré de fonction, telle qu'une capacité d'échange de gaz altérée.
Réponse fibrotique
Un certain nombre de poussières entraînent le développement d'un groupe de troubles pulmonaires chroniques appelés pneumoconioses. Ce terme général englobe de nombreuses affections fibrotiques du poumon, c'est-à-dire des maladies caractérisées par la formation de cicatrices dans le tissu conjonctif interstitiel. Les pneumoconioses sont dues à l'inhalation puis à la rétention sélective de certaines poussières dans les alvéoles, à partir desquelles elles sont soumises à une séquestration interstitielle.
Les pneumoconioses sont caractérisées par des lésions fibrotiques spécifiques, qui diffèrent en type et en forme selon la poussière impliquée. Par exemple, la silicose, due au dépôt de silice non cristallisée, se caractérise par une fibrose de type nodulaire, tandis qu'une fibrose diffuse est retrouvée dans l'asbestose, due à l'exposition aux fibres d'amiante. Certaines poussières, comme l'oxyde de fer, ne produisent qu'une radiologie altérée (sidérose) sans atteinte fonctionnelle, tandis que les effets d'autres vont d'une incapacité minimale au décès.
Réponse allergique
Les réponses allergiques impliquent le phénomène connu sous le nom de sensibilisation. L'exposition initiale à un allergène entraîne l'induction de la formation d'anticorps ; l'exposition ultérieure de l'individu désormais « sensibilisé » entraîne une réponse immunitaire, c'est-à-dire une réaction anticorps-antigène (l'antigène est l'allergène en combinaison avec une protéine endogène). Cette réaction immunitaire peut se produire immédiatement après l'exposition à l'allergène, ou il peut s'agir d'une réponse retardée.
Les réactions allergiques respiratoires primaires sont l'asthme bronchique, les réactions dans les voies respiratoires supérieures qui impliquent la libération d'histamine ou de médiateurs de type histamine suite à des réactions immunitaires dans la muqueuse, et un type de pneumonite (inflammation pulmonaire) connue sous le nom d'alvéolite allergique extrinsèque. En plus de ces réactions locales, une réaction allergique systémique (choc anaphylactique) peut suivre l'exposition à certains allergènes chimiques.
Réponse infectieuse
Les agents infectieux peuvent causer la tuberculose, l'anthrax, l'ornithose, la brucellose, l'histoplasmose, la maladie du légionnaire, etc.
Réponse cancérigène
Le cancer est un terme général désignant un groupe de maladies apparentées caractérisées par la croissance incontrôlée des tissus. Son développement est dû à un processus complexe d'interaction de multiples facteurs dans l'hôte et l'environnement.
L'une des grandes difficultés à tenter de relier l'exposition à un agent spécifique au développement du cancer chez l'homme est la longue période de latence, généralement de 15 à 40 ans, entre le début de l'exposition et la manifestation de la maladie.
L'arsenic et ses composés, les chromates, la silice, les particules contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques et certaines poussières contenant du nickel sont des exemples de polluants atmosphériques pouvant provoquer le cancer des poumons. Les fibres d'amiante peuvent provoquer des cancers bronchiques et des mésothéliomes de la plèvre et du péritoine. Les particules radioactives déposées peuvent exposer les tissus pulmonaires à des doses locales élevées de rayonnements ionisants et être à l'origine de cancers.
Réponse systémique
De nombreux produits chimiques environnementaux produisent une maladie systémique généralisée en raison de leurs effets sur un certain nombre de sites cibles. Les poumons ne sont pas seulement la cible de nombreux agents nocifs, mais le site d'entrée de substances toxiques qui passent à travers les poumons dans la circulation sanguine sans aucun dommage aux poumons. Cependant, lorsqu'ils sont distribués par la circulation sanguine à divers organes, ils peuvent les endommager ou provoquer des intoxications générales et avoir des effets systémiques. Ce rôle du poumon en pathologie professionnelle ne fait pas l'objet de cet article. Cependant, il convient de mentionner l'effet des particules finement dispersées (fumées) de plusieurs oxydes métalliques qui sont souvent associées à un syndrome systémique aigu connu sous le nom de fièvre des fondeurs.