Voies d’entrée dans l’organisme

L’homme peut entrer en contact de différentes manières avec les nanoparticules (Hervé- Bazin & Collectif 2007). La voie respiratoire est la voie la plus importante et par conséquent la voie la plus étudiée.

I.1.2.1.1.

Voie respiratoire

Définition des voies respiratoires

Les particules peuvent pénétrer par le nez ou par la bouche à l’intérieur du tractus respiratoire qui se compose schématiquement de trois parties (Figure 11):

- Les voies aériennes supérieures comprenant la bouche, le nez, le pharynx et le larynx.

- L’arbre trachéobronchique allant de la trachée aux bronches puis bronchioles.

- Le parenchyme pulmonaire comprenant les bronchioles terminales, les alvéoles et surtout la barrière alvéolo-capillaire.

Figure 12: Schéma et coupe transversale d’une terminaison bronchiale et d’un alvéole (http://fr.wikipedia.org)

Arbre trachéobronchique

Au niveau de l’arbre trachéobronchique a lieu la clairance mucociliaire. C’est le mécanisme par lequel les particules inhalées, de taille trop importante pour être absorbées par la voie pulmonaire, sont absorbées par la voie digestive. Ainsi, les particules ayant un diamètre de deux à cinq µm qui sont déposées dans la région trachéobronchique sont propulsées vers la bouche, par l'action combinée du mucus et des cils de la muqueuse respiratoire. Elles sont ensuite avalées et peuvent être absorbées par la voie digestive. Les particules peuvent aussi être exhalées par mouchage ou éternuement.

Chapitre I : Etude bibliographique

Le parenchyme pulmonaire

Figure 13: Coupe du parenchyme pulmonaire

Les alvéoles (Figure 12

correspondent à des petits sacs arrondis de 200µm de diamètre à paroi élastique permettant une adaptation aux mouvements respiratoires. Les derniers éléments de l’appa

sont appelés sacspulmonaires ou vésicules pulmonaires dans lesquels se produisent les échanges gazeux. Ils ont comme fonction principale l’hématose (transformation du sang pauvre en dioxygène et riche en dioxyde de carbone en sang réoxygé

poumons). Cette fonction se déroule précisément au niveau de la barrière alvéolo (Figures 13 et 14).

: Etude bibliographique

: Coupe du parenchyme pulmonaire (Welsch 2004)

) sont les derniers élements de l’appareil respiratoire et correspondent à des petits sacs arrondis de 200µm de diamètre à paroi élastique permettant une adaptation aux mouvements respiratoires. Les derniers éléments de l’appa

sont appelés sacspulmonaires ou vésicules pulmonaires dans lesquels se produisent les échanges gazeux. Ils ont comme fonction principale l’hématose (transformation du sang pauvre en dioxygène et riche en dioxyde de carbone en sang réoxygé

poumons). Cette fonction se déroule précisément au niveau de la barrière alvéolo (Welsch 2004)

les derniers élements de l’appareil respiratoire et correspondent à des petits sacs arrondis de 200µm de diamètre à paroi élastique permettant une adaptation aux mouvements respiratoires. Les derniers éléments de l’appareil respiratoire sont appelés sacspulmonaires ou vésicules pulmonaires dans lesquels se produisent les échanges gazeux. Ils ont comme fonction principale l’hématose (transformation du sang pauvre en dioxygène et riche en dioxyde de carbone en sang réoxygéné au niveau des poumons). Cette fonction se déroule précisément au niveau de la barrière alvéolo-capillaire

Figure 14: Schéma de la barrière alvéolo-capillaire(Nguyen 2009)

Il s’agit d’une zone fonctionnelle spécifique de la paroi inter-alvéolaire composée de 4 structures : le surfactant, le voile cytoplasmique du pneumocyte I, l’endothélium capillaire et la lame basale fusionnée des cellules endothéliales et épithéliales. Il s’agit d’une zone fonctionnelle particulièrement fine de l’ordre de 0,2 µm qui représente environ 30% de la surface alvéolaire (130m2), pour comparaison, le diamètre des globules rouges est de 7 µm. Ceci permet aux alvéoles d'assurer leur rôle, qui est de transmettre l'oxygène au sang et d'en extraire le dioxyde de carbone.

À ce niveau se trouvent deux types de cellules épithéliales alvéolaires : les pneumocytes I composant la barrière alvéolo-capillaire et les pneumocytes II qui sécrètent le surfactant (film endoalvéolaire protecteur permettant de résister à la pression des gaz notamment). La présence de ce dernier est donc essentielle, dans la mesure où il permet de diminuer la tension superficielle en permettant ainsi une distension pulmonaire plus facile.

Au niveau alvéolaire il n’y a plus d’appareil mucociliaire mais un épithélium alvéolaire avec les pneumocytes et les macrophages alvéolaires libres à la surface. Ce sont eux qui

Chapitre I : Etude bibliographique

soit elles migrent dans l’interstitium conjonctif pour gagner les vaisseaux lymphatiques et activer des lymphocytes.

Devenir des particules inhalées

Seule une fraction des particules initialement inhalées va pouvoir se déposer dans les différentes parties du tractus respiratoire. Différents mécanismes interviennent lors du dépôt des nanoparticules (Figure 15):

- L’impaction : phénomène lié à l’inertie des particules. Lors d’un changement de direction dans le mouvement du fluide, les particules rencontrent un obstacle et ne peuvent donc suivre fidèlement l’écoulement de l’air. Cet effet est plus important pour les plus grosses particules.

- La sédimentation : action de la gravité sur les particules, cet effet augmente avec la taille, la densité de la particule et la durée de résidence des particules dans les voies respiratoires.

- L’interception : elle se produit lorsque l’extrémité d’une particule, sans se dévier de la trajectoire du fluide, entre en contact avec la paroi d’un conduit où elle se dépose. Ce phénomène peut être significatif pour les particules de formes allongées comme les fibres ou les agglomérats de particules mais négligeable dans le cas de particules sphériques.

- La diffusion : celui-ci est dû au mouvement brownien des particules, mouvement aléatoire causé par le choc des molécules de l’air sur des particules. Ce mécanisme est prédominant pour les particules inférieures à environ 200-300nm.

- Les effets électrostatiques : ceux-ci apparaissent lorsque les particules sont fortement chargées, elles induisent alors une charge de signe contraire sur les voies aériennes, et se sentent donc attirées par celles-ci, tout en étant soumises à une répulsion avec les particules voisines (dans le cas où celles-ci ont des charges du même signe).

Figure 15:Illustration des différents mécanismes de dépôts des particules inhalées dans les voies respiratoires

Selon un modèle développé et publié en 1994 par la Commission Internationale de Protection Radiobiologique (CIPR, publication 66

inhalées sous forme de particules bien individualisées à une taille déterminée et non sous formes d’agrégats, le dépôt des nanoparticules inhalées dans le tractus respiratoire dépendrait essentiellement de leur diamètre aérodynamique, ce qui pourrait avoir des conséquences sur leurs effets potentiels. Ce modèle est le plus reconnu dans le domaine de l’évaluation des doses de radioprotection et est repris comme modèle de référence dans la bibliograph

la nanotoxicologie (G. Oberdorster et al. 1994)

La Figure 16 montre le pourcentage de particules déposées dans chacune des trois régions. Les particules de 1 à 10 µm ont un comportement inertiel assez important

déposer dans les différentes parties du tractu

impaction dans les voies aériennes supérieures (fosses nasales et cavité buccale). Ce comportement inertiel augmente avec la taille des particules mais au

devient trop grande et les particules commencent à être exhalées.

llustration des différents mécanismes de dépôts des particules inhalées dans les voies respiratoires (Hervé-Bazin & Collectif 2007)

Selon un modèle développé et publié en 1994 par la Commission Internationale de (CIPR, publication 66 1994) et s’appliquant aux particules inhalées sous forme de particules bien individualisées à une taille déterminée et non sous des nanoparticules inhalées dans le tractus respiratoire dépendrait de leur diamètre aérodynamique, ce qui pourrait avoir des conséquences sur leurs effets potentiels. Ce modèle est le plus reconnu dans le domaine de l’évaluation des doses de radioprotection et est repris comme modèle de référence dans la bibliograph

(G. Oberdorster et al. 1994).

montre le pourcentage de particules déposées dans chacune des trois régions. Les particules de 1 à 10 µm ont un comportement inertiel assez important

déposer dans les différentes parties du tractus respiratoire en fonction de leur taille par impaction dans les voies aériennes supérieures (fosses nasales et cavité buccale). Ce comportement inertiel augmente avec la taille des particules mais au-dessus de 10 µm la taille

rticules commencent à être exhalées.

llustration des différents mécanismes de dépôts des particules inhalées dans les voies

Selon un modèle développé et publié en 1994 par la Commission Internationale de ) et s’appliquant aux particules inhalées sous forme de particules bien individualisées à une taille déterminée et non sous des nanoparticules inhalées dans le tractus respiratoire dépendrait de leur diamètre aérodynamique, ce qui pourrait avoir des conséquences sur leurs effets potentiels. Ce modèle est le plus reconnu dans le domaine de l’évaluation des doses de radioprotection et est repris comme modèle de référence dans la bibliographie pour

montre le pourcentage de particules déposées dans chacune des trois régions. Les particules de 1 à 10 µm ont un comportement inertiel assez important ; elles vont se s respiratoire en fonction de leur taille par impaction dans les voies aériennes supérieures (fosses nasales et cavité buccale). Ce dessus de 10 µm la taille

Chapitre I : Etude bibliographique

Figure 16: Pourcentage des particules déposées dans l’ensemble de l’appareil respiratoire et dans les différentes régions en fonction de la taille (Witschger O., Fabries J-F. 2005)

Les particules dont le diamètre aérodynamique est de 10 à 100 nm se déposent principalement dans la région alvéolaire. Les particules de moins de 10 nm quant à elles vont se déposer par diffusion dans les différentes parties du tractus respiratoire. Nous constatons aussi que les particules (diamètre aérodynamique) de 200 à 500 nm ne se déposent que très peu dans les voies respiratoires car aucun mécanisme ne s’applique sur cette gamme de taille. Les particules sont alors inhalées puis exhalées sans qu’elles ne se déposent dans chacune des trois régions du tractus respiratoire.

Le dépôt des particules est donc dépendante du diamètre aérodynamique, de la densité de celles-ci mais aussi des facteurs inter individuels : du sexe de l’individu, de son âge, de l’activité qu’il est en train de réaliser et de sa façon de respirer. En effet nous constatons sur la Figure 16 que les résultats sont différents si les particules sont respirées par le nez ou par la bouche (Brown et al. 2002; G. Oberdorster et al. 2005; Witschger O., Fabries J-F. 2005).

I.1.2.1.2.

Voie digestive

Les nanoparticules peuvent pénétrer de deux façons différentes à l’intérieur du tube digestif. L’ingestion involontaire des nanoparticules peut avoir lieu lorsque le mucus du système respiratoire contient des nanoparticules. Les particules peuvent être éliminées de

l’appareil respiratoire grâce au fonctionnement de l’appareil mucociliaire respiratoire qui permet de ramener les particules captées au niveau du

seront ensuite dégluties puis transportées par

Figure 17: Système digestif de l’homme (http://fr.wikipedia.org)

Cependant les principales source

médicaments (où les nanoparticules sont de p peut aussi intervenir lorsd’un

la première a des nanoparticules déposées sur sa peau particules ultrafines peuvent passer dans le sa Oberdorster et al. 2005).

I.1.2.1.3.

Voie cutanée

Définition de la peau

La peau est constituée de trois tissus conjonctifs : l'épiderme, le derme et l'hypoderme 2008)(Figure 18).

l’appareil respiratoire grâce au fonctionnement de l’appareil mucociliaire respiratoire qui permet de ramener les particules captées au niveau du carrefour aéro-digestif où celles

dégluties puis transportées par la voie digestive (Afsset 2006)

: Système digestif de l’homme (http://fr.wikipedia.org)

sources d’ingestion pour la voie digestive sont les aliments, les médicaments (où les nanoparticules sont de plus en plus utilisées) ou l’eau. La voie digestive

contact main – bouche (exemple typique de la cigarette) re a des nanoparticules déposées sur sa peau (Aitken et al. 2004)

particules ultrafines peuvent passer dans le sang lorsqu’elles atteignent les intestins