Comment le corps se protège-t-il des polluants environnementaux ?

Contrairement à ce que pensaient certains experts à une époque, le placenta ne constitue pas une barrière suffisamment protectrice contre de multiples substances chimiques étrangères. – Dr Laurent Chevallier

Certaines nanoparticules peuvent franchir les différentes barrières de protection des organismes vivants. – Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST)

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Bonjour à tous !Détoxification, enfants

Cet article fait partir d’une série d’articles portant sur la détoxification, cette capacité à neutraliser et à éliminer des substances toxiques. La détoxification est associée à de forts enjeux sanitaires, puisque l’absence d’exposition significative semble inatteignable dans le monde moderne.

Le premier article de la série se trouve ici : Détoxification des enfants : une nécessité

Le présent article apporte des éléments de réponse à la question suivante : quelles sont les principales barrières de protection corporelles ? Quelle est leur efficacité à protéger le corps lors d’expositions à des polluants environnementaux ?

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D’une manière générale, face à des dangers potentiellement présents dans l’environnement extérieur, le corps présente différentes « barrières biologiques » de protection : peau, intestins, poumons, etc. Plus précisément, le rôle de ces barrières se rapproche de celui d’un filtre [1-3] : elles visent à laisser passer les substances utiles et, en parallèle, à arrêter les substances inutiles ou dangereuses pour le corps. Ces barrières peuvent donc aussi être considérées comme des surfaces d’échanges sélectives [3], au service du bon fonctionnement de l’organisme.

Certains polluants environnementaux peuvent traverser les barrières de protection corporelles [1-3], donnant lieu aux principales voies d’exposition considérées en santé environnementale : exposition cutanée, par ingestion et par inhalation. D’autres voies d’exposition existent, bien que moins étudiées à ce stade ; par exemple :

  • le nerf olfactif, qui permet un accès direct vers le cerveau depuis le nez [4, 5] ;
  • la muqueuse se trouvant sous la langue (« muqueuse sublinguale ») [2].

La capacité d’un polluant environnemental à traverser les barrières biologiques dépend de plusieurs facteurs, incluant sa composition chimique et sa taille [1-3]. Les mécanismes impliqués sont spécifiques à chaque barrière biologique.

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Peau

La peau présente une surface d’environ 2 m2, ainsi qu’une épaisseur (2-3 mm) est bien plus élevée que celles des parois pulmonaires (0,3 micron) ou intestinales (10 microns) [2, 3]. La peau est structurée en trois couches : l’épiderme, le derme et l’hypoderme.

L’épiderme se trouve en surface et est constitué de différentes couches de cellules superposées, dont la plus superficielle est appelée « couche cornée ». La couche cornée est directement en contact avec l’extérieur ; elle est principalement composée de cellules mortes et son épaisseur varie selon la région du corps : par exemple, elle est très importante au niveau de la paume des mains et de la plante des pieds. La couche cornée assure une protection contre les sollicitations de l’environnement (chaleur, froid, sécheresse, déshydratation) et empêche la pénétration de certains éléments extérieurs (agents microbiens, poussières…) [1, 3].

La protection assurée par la peau est efficace pour de nombreux polluants environnementaux [6], en particulier ceux qui sont solubles dans l’eau [1]. Néanmoins :

  • la peau peut être lésée par des blessures, des brûlures ou des maladies de peau : eczéma, dermatite allergique de contact, psoriasis… Sa capacité de protection peut alors être réduite [1, 3] ;
  • la peau est peu efficace pour certains polluants, soit à cause de propriétés chimiques (substances lipophiles (ayant des affinités chimiques avec les graisses, solubles dans les liquides graisseux), substances ionisées…) leur permettant de traverser aisément l’épiderme, soit grâce aux chemins privilégiés que constituent les follicules pileux et les glandes (sudoripares, sébacées). Ainsi, la peau est considérée comme une voie d’exposition privilégiée pour les solvants (ex : éthers de glycol, acrylonitrile, hydrocarbures aromatiques (benzène, toluène, éthylbenzène, xylène), tétrachloroéthylène), les gaz lipophiles et, dans une moindre mesure, le mercure [3]. Plus généralement, des substances issues de cosmétiques, de parfums, de médicaments ou d’habits peuvent traverser la peau et pénétrer dans l’organisme [2].

Lorsque la couche cornée est franchie, la pénétration des substances dans le derme et les vaisseaux sanguins est relativement aisée, car ces structures sont assez perméables. Les substances sont alors véhiculées par le sang et peuvent exposer tout l’organisme [3].

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D’une manière générale, plus la couche cornée est épaisse, plus le niveau de protection sera élevé. Dans les zones où la couche cornée est épaisse, par exemple au niveau de la paume des mains et de la plante des pieds, la pénétration potentielle de substances est réduite. Dans les zones où la couche cornée est plus fine (visage, organes génitaux, plis de l’aine et sous les bras, cou), la pénétration pourra être plus forte. Par exemple, les corticoïdes ont une pénétration cutanée multipliée par 10 sur le visage et jusqu’à 40 sur le scrotum par rapport à la peau de l’avant-bras [3].

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Concernant le cas spécifique des enfants, la peau en général, et la couche cornée en particulier, sont en développement dans les premières années de vie. Par conséquent, cette période correspond à une capacité de pénétration accrue [3], notamment pour des substances préoccupantes.

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barrière polluants corps détoxification2

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Intestins

Les intestins présentent une surface d’approximativement 40 m2, soit environ la moitié d’un terrain de badminton [2]. Concernant leur rôle de filtre, d’une manière générale, ils ont tendance à laisser passer plus facilement les petites molécules que les grosses, ce qui peut se comprendre par leur fonction de transformation des aliments et d’absorption des micronutriments correspondants. Cette tendance générale ne doit pas faire sous-estimer la complexité du fonctionnement global des intestins, notamment au regard des actions de la flore intestinale.

La surface de la paroi intestinale, composée de cellules épithéliales, est recouverte d’une couche de mucus. Ce mucus piège certains polluants et favorise leur excrétion avec les résidus de la digestion, les empêchant ainsi de pénétrer dans l’organisme [1, 7]. Néanmoins, certains contaminants alimentaires (phtalates, HAP, bisphénols…) peuvent traverser cette couche de mucus, puis pénétrer dans les cellules intestinales ou dans le flux sanguin, par les mêmes modes de transfert que les micronutriments [1]. Le taux de pénétration est plus élevé chez les personnes présentant une hyperperméabilité intestinale (« Leaky gut syndrome ») [8-13].

Une fois la paroi digestive traversée, les polluants vont être directement transférés vers le foie, où ils feront l’objet de premières phases de détoxification [2] ; ceci n’est pas le cas des polluants pénétrant à travers la peau, ou au niveau sublingual, ou encore par les poumons.

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Poumons

Les poumons présentent une surface de 40 à 80 m2 [2]. Classiquement, l’appareil respiratoire est divisé en trois zones :

  • voies respiratoires supérieures extrathoraciques : nez (cavités nasales), pharynx et larynx ;
  • région thoracique : trachée, bronches et bronchioles ;
  • région alvéolaire : bronchioles terminales, sacs alvéolaires et alvéoles. 85 % des échanges gazeux se produisent dans cette zone.

La voie respiratoire est la principale voie d’absorption des polluants présents sous forme de gaz, ou encore sous forme de petites particules en suspension (solides ou liquides). Par exemple : fumées, poussières d’amiante, métaux (plomb, arsenic, mercure, cadmium…), différents allergènes et substances biologiques (ex : bactéries, virus, pollens…) [3].

En fonction de leur taille, et dans une moindre mesure de leur masse et de leur composition chimique, les particules inhalables peuvent pénétrer plus ou moins profondément dans l’appareil respiratoire [1-3, 6, 19]. Les ordres de grandeur varient selon les auteurs ; voici ceux que je retiens en première approche :

  • les plus grosses (typiquement les « PM100», < 100 µg/m3 – « PM » pour Particulate Matter, la matière particulaire) sont arrêtées au niveau du nez ;
  • celles de taille moyenne (typiquement les « PM10», < 10 µg/m3), de même que les gaz les plus solubles (ex : SO2), sont piégées dans la région thoracique. Ces particules peuvent être piégées par le mucus qui tapisse les parois de cette zone, puis transportées vers l’extérieur, par le mouvement de translation du mucus créé par  l’action des cellules ciliées. Ces particules seront ensuite évacuées par la toux et par la déglutition.
  • Les particules fines (typiquement les « PM2.5», < 2,5 µg/m3), de même que les gaz peu solubles (O3, NO2), peuvent pénétrer jusqu’aux alvéoles, dépourvues de mucus et de cellules ciliées. A ce niveau, l’élimination des particules se fait par des mécanismes moins performants que le tapis-roulant de mucus :
    • certaines particules sont isolées et détruites par des macrophages ;
    • d’autres peuvent être amenées au niveau du tapis roulant de la région supérieure, grâce à des mouvements de matière propres au fonctionnement des alvéoles.

Ces mécanismes de neutralisation et d’évacuation ne traitent qu’une partie des gaz et des particules inhalées. Concernant les expositions résiduelles, la surface entre les alvéoles et le flux sanguin (« barrière alvéolo-capillaire ») permet les échanges gazeux ; elle peut aussi laisser passer dans la circulation sanguine une partie des particules les plus fines (typiquement de taille inférieure à 1 µg/m3, incluant les particules ultrafine (les « PM0,1 », < 0,1 µg/m3) et nanométrique) et certaines fibres comme l’amiante [1], générant une potentielle exposition de l’ensemble de l’organisme [2].

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barrière polluants corps détoxification

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Barrières intérieures

A l’intérieur même du corps, d’autres barrières protègent certaines zones présentant des forts enjeux pour son bon fonctionnement et pour sa survie. Par exemple, des barrières internes se trouvent au niveau du cerveau (barrière « hémato-encéphalique »), des testicules (barrière « hémato-testiculaire ») et du fœtus (placenta, barrière « fœto-placentaire ») [1, 3].

De même que les barrières en contact avec l’extérieur du corps, présentées ci-dessus, ces barrières internes fournissent une protection efficace pour de nombreuses substances et agents (virus, bactéries…) mais elles peuvent aussi laisser passer certains polluants [1]. Par exemple, le placenta est partiellement perméable à certains métaux (plomb, arsenic, mercure…), à certains médicaments (la thalidomide est un exemple tristement célèbre), à certains pesticides (DDT…), à certains PCB, etc. [1-3, 14]. Pour certaines substances, des concentrations plus élevées chez le fœtus que chez la mère ont pu être observées [15].

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Membranes des cellules

Les membranes cellulaires constituent aussi un type de barrière interne, protégeant le contenu des cellules, notamment l’ADN du noyau. Ces membranes sont principalement composées d’une double couche de lipides et de protéines. La disposition des lipides, avec une extrémité hydrophile (attirée par l’eau), tournée vers l’extérieur, et une autre extrémité hydrophobe (repoussée par l’eau), tournée vers l’intérieur, rend la membrane hydrophobe et lipophile (ayant une affinité pour les graisses). Par conséquent, une fois dans l’organisme, un polluant lipophile peut pénétrer assez facilement dans les cellules, alors que ce sera plus difficile pour un polluant hydrophile [2, 3, 16].

. polluants distribution corps

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Au global, ces différentes barrières de protection s’avèrent perméables à une partie des polluants auxquels elles sont exposées. L’approche ancestrale apporte une explication à ce constat : cette protection imparfaite résulte du fait que les barrières corporelles ont été façonnées par des millions d’années d’évolution, pendant lesquelles l’exposition aux polluants environnementaux actuels étaient très faible où inexistante : le temps et la pression de sélection naturelle n’ont probablement pas été suffisants pour qu’elles s’adaptent à ces substances, très récentes dans l’histoire de l’évolution humaine.

Comme conséquence de cette protection imparfaite, de nombreuses substances toxiques pénètrent dans l’organisme [17, 18]. Le corps va alors mettre en œuvre plusieurs mécanismes de neutralisation et d’élimination, globalement désignés sous le terme de « détoxification ». Ce sont ces mécanismes que nous allons découvrir dans le prochain article de la série : Comment le corps se dépollue : détoxification, phase 1

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Références

  1. Marano F et al. Toxique ? – Santé et environnement : de l’alerte à la décision. Buchet-Chastel 2015.
  2. Slama R. Le mal du dehors – L’influence de l’environnement sur la santé. Éditions Quæ 2017.
  3. Coumoul X. Toxicologie. Dunod 2017.
  4. Wang J et al. Time-dependent translocation and potential impairment on central nervous system by intranasally instilled TiO2 nanoparticles. Toxicology, 2008. 254(1-2): p. 82-90.
  5. Lenglet R. Nanotoxiques – une enquête. ACTES SUD 2014.
  6. Harvard Health Publishing – Harvard Health Medical School – Harvard Women’s Health Watch. The dubious practice of detox. 2008. https://www.health.harvard.edu/staying-healthy/the-dubious-practice-of-detox [Consulté le : 04/04/2019]
  7. Thevaranjan N et al. Age-Associated Microbial Dysbiosis Promotes Intestinal Permeability, Systemic Inflammation, and Macrophage Dysfunction. Cell Host & Microbe, 2017. 21(4): p. 455-466.e4.
  8. Luch A et al. Degradation of benzo[a]pyrene by bacterial isolates from human skin. FEMS Microbiology Ecology, 2014. 88(1): p. 129-139.
  9. Seignalet J. L’alimentation ou la troisième médecine – édition revue et augmentée. Éditions du Rocher 2012.
  10. Shade C. Diverses conférences diffusées sur Internet : Chemical & Heavy Metal Detoxification-How to Successfully Navigate Difficult Terrain (AutismOne) – The Human Detoxification System (Silicon Valley Health Institute) – Detoxification Protocol to Cleanse Mercury and Other Toxins (Natural Medicine Journal) – Reversing Chronic Disease with Detoxification (Functional Forum) – The quantify body podcast episode 13 / Quantifying Your Mercury Burden and Detoxification. 2015-2018. https://www.youtube.com/watch?v=gITuONNWWK8 [Consulté le : 30/03/2018]
  11. Berthelot L, Warnet J. Les secrets de l’intestin, filtre de notre corps. Albin Michel 2011.
  12. Lemon KP et al. Microbiota-targeted therapies: an ecological perspective. Sci Transl Med, 2012. 4.
  13. Sowada J et al. Toxification of polycyclic aromatic hydrocarbons by commensal bacteria from human skin. Archives of toxicology, 2017. 91(6): p. 2331-2341.
  14. Lim CC et al. Dietary fibres as « prebiotics »: implications for colorectal cancer. Mol Nutr Food Res, 2005. 49(6): p. 609-19.
  15. Chevallier L, Aubert C. Le Guide antitoxique de la grossesse. Hachette Livre (Marabout) 2016.
  16. Chevallier L. Le Livre antitoxique. Fayard 2013.
  17. Ministère en charge de la santé. Biosurveillance. 2016. https://solidarites-sante.gouv.fr/sante-et-environnement/activites-humaines/article/biosurveillance 13/12/2016 [Consulté le : 11/12/2019]
  18. Institut de veille sanitaire (InVS) – aujourd’hui intégré à Santé publique France. Biosurveillance. 2011. http://invs.santepubliquefrance.fr/Dossiers-thematiques/Environnement-et-sante/Biosurveillance/Etudes-nationales-multipolluants 07/12/2016 [Consulté le : 13/11/2018]
  19. Loumé L, Marano F. Notre air est-il respirable ? – Le vrai du faux sur la pollution intérieure et extérieure. Éditions Quæ 2018.

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Photos par j-m Jideuxhemme et Thierry Baboulenne ; graphique très inspiré de celui présent dans Coumoul X. Toxicologie. Dunod 2017.

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4 Commentaires

  1. Fx

    Tres didactique et tres utile, Merci!

    Répondre
    1. Guillaume (Auteur de l'article)

      ok super 🙂

      Répondre
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