Introduction Anatomie fonctionnelle du système respiratoire

Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Introduction
La voie pulmonaire, est une des voies de pénétration des toxiques les plus importantes ce
qui fait du système respiratoire une des cibles privilégiées.
Anatomie fonctionnelle du système respiratoire
I.1. Les voies de conduction et les voies respiratoires :
Du point de vue fonctionnel, le système respiratoire est constitué d’une zone de conduction
et d’une zone respiratoire.
La zone de conduction comprend toutes les voies respiratoires, des conduits
relativement rigides qui acheminent l’air à la zone respiratoire. Les organes de la zone
de conduction ont aussi pour rôle de purifier, d’humidifier et de réchauffer l’air
inspiré. Parvenu dans les poumons, l’air contient beaucoup moins d’agents irritants
qu’à son entrée dans le système, et il est comparable à l’air chaud et humide des
climats tropicaux.
La zone respiratoire, le siège des échanges gazeux, est composée exclusivement de
structures microscopiques, soit les bronchioles respiratoires, les conduits alvéolaires
et les alvéoles.
Nez
Le nez, seule partie du système respiratoire visible extérieurement. Le nez fournit un
passage pour les gaz respiratoires, humidifie et réchauffe l’air inspiré, filtre l’air inspiré et
le débarrasse des corps étrangers, sert de caisse de résonnance à la voix et abrite les
récepteurs olfactifs.
Les structures externes du nez abritent les cavités nasales, où l’air pénètre par les narines.
Les cavités nasales sont séparées par le septum nasal, composé à l’avant par le cartilage
hyalin et à l’arrière par le vomer et par la lame perpendiculaire de l’ethmoïde. L’arrière des
cavités nasales communique avec le naso-pharynx par les choanes.
Le toit des cavités nasales est formé par les os ethmoïde et sphénoïde, tandis que leur
plancher, est constitué par le palais. La partie des cavités nasales située au dessus des
narines, le vestibule nasal, est tapissée de peau avec glandes sébacées et sudoripares ainsi
que de nombreux follicules pileux. Les poils, ou vibrisses, filtrent les grosses particules en
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
1
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
suspension dans l’air inspiré.
Le reste des cavités nasales est recouvert par la muqueuse nasale, qui présente deux
aspects selon la situation. La région olfactive de la muqueuse du nez recouvre la région
supérieure des cavités nasales et contient les récepteurs olfactifs. Le reste de la muqueuse
nasale, la muqueuse respiratoire est formée d’un épithélium pseudostratifié prismatique
cilié qui comprend des cellules calciformes éparses ; elle repose sur une lamina propria
riche en glandes muqueuses et séreuses. Chaque jour, ces glandes sécrètent environ 1L
d’un mucus collant contenant du lysozyme et antiprotéases. Ces enzymes antibactériennes
détruisent chimiquement les bactéries que le mucus a emprisonnées, en même temps que la
poussière et les débris. Les cellules épithéliales de la muqueuse respiratoire sécrètent
également des défensines, antibiotiques naturels qui permettent de détruire les microbes
envahissants.
Les cellules ciliées de la muqueuse respiratoire créent un léger courant qui, à une vitesse
pouvant aller jusqu’à une dizaine de mm par minute, achemine le mucus contaminé vers la
gorge, où il est avalé et digéré par les sucs gastriques. Cet important mécanisme passe
habituellement inaperçu. Lorsqu’il fait froid cependant, l’action des cils ralentit ; le mucus
s’accumule dans les cavités nasales et il dégoutte des narines.
L’air inspiré tourbillonne dans les anfractuosités des cavités nasales, tandis que les
particules non gazeuses, plus lourde, sont déviées vers les surfaces recouvertes de mucus
qui les captent. De la sorte, peu de particules dépassant 4 µm pénètrent plus loin que les
cavités nasales.
La muqueuse nasale contient de nombreuse terminaisons nerveuses, qui au contact de
particules irritantes, provoquent le réflexe d’éternuement.
Pharynx
Forme un entonnoir, relie les cavités nasales et la bouche au larynx et à l’œsophage. Il est
donc emprunté par l’air et les aliments. Le pharynx s’étale sur une longueur d’environ 13
cm.
Comprend 3 parties : oropharynx, nasopharynx et laryngopharynx.
Larynx
Il renferme les cordes vocales. Il fournit un passage à l’air, et il sert de mécanisme
d’aiguillage pour diriger l’air et les aliments dans les conduits appropriés.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
2
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
L’épiglotte empêche les aliments et les liquides d’entrer dans les conduits aériens au cours
de la déglutition.
Voies respiratoires supérieures
Trachée
La trachée s’étend du larynx aux broches principales. Elle est renforcée et maintenue
ouverte par des cartilages en forme d’anneaux, et sa muqueuse est ciliée.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
3
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Arbre bronchique :
Les bronches principales droite et gauche, ou bronches souches, sont formées par la
division de la trachée à la hauteur environ de la vertèbre T5. Chacune chemine obliquement
dans le médiastin avant de s’enfoncer dans le hile d’un poumon. La bronche principale
droite est plus large, plus courte et plus verticale que la gauche, et c’est généralement en
elle que se logent les corps étrangers inspirés. Quand l’air atteint les bronches il est
réchauffé, débarrassé de la plupart des impuretés et saturé de vapeur d’eau.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
4
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Une fois entrée dans les poumons, les bronches principales se subdivisent en bronches
lobaires, ou secondaires, trois à droite et deux à gauche, une pour chaque lobe pulmonaire.
Les bronches lobaires donnent naissance aux bronches segmentaires, ou tertiaires, qui
émettent des bronches de plus en plus petites. Les conduits aériens de moins de 1mm de
diamètre, appelés bronchioles, pénètrent dans les lobules pulmonaires. Les bronchioles se
subdivisent en bronchioles terminales, qui mesurent moins de 0,5mm de diamètre. Il y a en
tout 23 ordres de conduits aériens dans les poumons et l’on désigne l’ensemble par le terme
arbre bronchique, ou respiratoire.
La composition histologique des parois des bronches principales est analogues à celle de la
trachée mais, au fil des ramifications, on observe un certain nombre de changements
structuraux :
1. Les anneaux cartilagineux sont remplacés par des plaques irrégulière pour disparaitre
en fin de parcours n subsiste alors les fibres élastiques.
2. L’épithélium amincit passant de prismatique pseudostratifé à prismatique, cuboïde
dans les bronchioles terminales. Il n’y a ni cils ni cellules muqueuses.
3. Accroissement de la proportion de muscle lisse.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
5
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Structures de la zone respiratoire
La zone respiratoire commence à l’endroit où les bronchioles terminales se jettent dans les
bronchioles respiratoires à l’intérieur des poumons. Ces bronchioles, les plus fines de toutes
les ramifications bronchiques, donnent naissance aux alvéoles pulmonaires. Les bronchioles
respiratoires se prolongent par les conduits alvéolaires, des conduits sinueux dont les parois
sont constituées d’anneaux diffus de cellules musculaires lisses, de fibres élastiques et
collagènes ainsi que d’alvéole faisant saillie. Les conduits alvéolaires mènent ensuite à des
grappes d’alvéoles terminales appelées saccules alvéolaires. Les quelques 300 millions
d’alvéoles constituent la majeure partie du volume des poumons et offrent une aire
extrêmement étendue aux échanges gazeux.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
6
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Membrane alvéolo-capillaire : les parois alvéolaires sont principalement composées d’une
couche unique de cellules squameuses appelées épithéliocytes respiratoires, ou
pneumocytes de type I, apposée sur une fine lame basale. Ces parois sont si minces qu’un
mouchoir de papier semble épais à côté d’elles. Une trame dense de capillaire pulmonaires
recouvre les alvéoles, tandis que quelques fibres élastiques, sécrétée par des fibroblastes,
entourent leurs ouvertures. Les parois des alvéoles et des capillaires ainsi que leurs lames
basales fusionnées forment la membrane la membrane alvéolo-capillaire (barrière air-sang).
Les échanges gazeux se produisent par diffusion simple à travers la membrane alvéolocapillaire, l’oxygène passant des alvéoles au sang et la gaz carbonique du sang aux alvéoles.
De grands épithéliocytes, ou pneumocytes de type II, de forme cubique, sont disséminés
entre les épithéliocytes respiratoires. Les pneumocytes de type II sécrètent un surfactant
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
7
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
liquide qui tapisse la surface interne de l’alvéole exposée à l’air alvéolaire et qui contribue à
l’éfficacité des échanges gazeux.
Les alvéoles pulmonaires possèdent 3 autres particularités importantes :
1. Elles sont entourées de fibres élastiques fines du même type que celles qui recouvrent
l’ensemble de l’arbre respiratoire.
2. Des pores relient les alvéoles adjacentes entre elles. Ces pores du septum interalvéolaire, ou pores alvéolaire, permettent de régulariser la pression de l’air dans les
poumons et fournissent des voies de rechange aux alvéoles dont les bronches se sont
affaissées en raison d’une pathologie.
3. Les macrophagocytes alvéolaires en provenance des capillaires circulent librement à
la surface interne alvéoles. Communément appelées cellules à poussière ces
macrophagocytes libres possèdent une efficacité remarquable. En effet, les surfaces
alvéolaires sont le plus souvent stériles en dépit du très grand nombre de
microorganisme infectieux transportés dans les alvéoles.
4. Poumons et plèvres :
Anatomie macroscopique des poumons :
Les deux poumons occupent la partie de la cavité thoracique laissée libre par la médiastin,
l’espace abritant le cœur, les gros vaisseaux sanguins, les bronches, l’œsophage et d’autres
organes. Chaque poumon est suspendu dans sa cavité pleurale et est rattaché au médiastin
par les liens vasculaires et bronchiques formant la racine du poumon. Les faces antérieure,
latérale et postérieure des poumons sont en contact étroit avec les côtes et déterminent un
plan courbé appelé face costale du poumon. L’extrémité supérieure du poumon, en pointe
appelée apex du poumon, la face inférieure concave, base du poumon. La face interne de
chaque poumon porte une dépression appelée le hile du poumon.
Le poumon gauche est plus petit, en largeur, que le droit (mais ce dernier est un peu plus
court), et sa face interne est creusée d’une concavité appelée incisure cardiaque du poumon
gauche, qui épouse la forme du cœur. Le poumon gauche est divisé en deux lobes, tandis
que le poumon droit est divisé en trois lobes. Les lobes pulmonaires se subdivisent à leur
tour en segments pulmonaires possédant chacun leur artère, leur veine et leur bronche
segmentaire.
La plus petite subdivision du poumon observable à l’œil nu est le lobule. Les lobules
apparaissent à la surface du poumon sous forme d’hexagones. Chaque lobule est
approvisionné par une bronchiole de gros calibre et ses ramifications. Chez la plupart des
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
8
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
citadins et chez les fumeurs, le tissu conjonctif qui sépare les lobules est noirci par le
carbone.
La partie des poumons qui n’est pas occupée par les alvéoles est constituée par le stroma,
un tissu conjonctif élastique. Les poumons sont par conséquent des organes mous,
spongieux et élastiques dont la masse dépasse à peine 1kg.
Vascularisation et innervation des poumons :
Le sang est apporté aux poumons par les deux types de circulation : la circulation
pulmonaire et la circulation bronchique, qui diffèrent par leur taille, leur origine et leur
fonction. Le sang veineux est transporté par les artères pulmonaires, situées devant les
bronches principales et cheminent parallèlement à celle-ci. Une fois à l’intérieur des
poumons, les artères pulmonaires se ramifient abondamment avant de donner naissance aux
réseaux capillaires pulmonaires entourant les alvéoles. Le sang fraichement oxygéné est
transporté de la zone respiratoire des poumons au cœur par les veines pulmonaires.
Le volume important et la faible pression du sang veineux dans les artères pulmonaires
contrastent avec le faible volume et la pression élevée du sang dans les artères bronchiques.
Les artères bronchiques, sortent de l’aorte et entrent dans les poumons au niveau du hile.
Elles cheminent parallèlement aux ramifications bronchiques à l’intérieur du poumon,
irriguant tous les tissus pulmonaires à l’exception des alvéoles, lesquelles sont irriguées par
la circulation pulmonaire.
Les poumons sont innervés par les neurofibres motrices parasympathiques et par de rare
neurofibres motrices sympathiques ainsi que par des neurofibres viscérosensitives. Ces
neurofibres entrent dans chaque poumon par le plexus pulmonaire à la racine du poumon et
chminent le long des conduits bronchiques et des vaisseaux sanguins à l’intérieur des
poumons. Les neurofibres parasympathiques provoquent la constriction des conduits
aériens, tandis que les neurofinres sympathiques les dilatent.
Plèvre
La plèvre est une fine séreuse composée de deux feuillets ; chacun de ces feuillets recouvre
un poumon et délimite une étroite cavité appelée cavité pleurale. La plèvre tapisse la paroi
thoracique et la face supérieure du diaphragme. Elle se poursuit latéralement entre le
poumon et le cœur et enveloppe la racine du poumon. De là, la plèvre pariétale adhère à la
surface externe du poumon et forme la plèvre viscérale, qui s’enfonce dans les scissures.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
9
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Les feuillets de la plèvre produisent de liquide pleural, une sécrétion séreuse lubrifiante qui
remplit l’étroite cavité pleurale et qui réduit la friction des poumons contre la paroi
thoracique pendant la respiration. Les feuillets de la plèvre peuvent glisser l’un contre
l’autre, mais la tension superficielle du liquide pleural qu’ils enferment résiste fortement à
leur séparation. Par conséquent, chaque poumon adhère fermement à la paroi thoracique, et
il se dilate et se rétracte suivant les variations du volume de la cavité thoracique, lequel
augmente durant l’inspiration et diminue durant l’expiration.
Mécanisme de la respiration
La respiration, ou ventilation pulmonaire, comprend deux phases : l’inspiration, la période
pendant laquelle l’air entre dans les poumons, et l’expiration, la période pendant laquelle
les gaz sortent des poumons. La présente section porte sur les facteurs mécaniques qui
facilitent l’écoulement des gaz.
1. Pression de la cavité thoracique :
Pression intra-alvéolaire :
la pression intra-alvéolaire, ou intrapulmonaire, la pression qui règne à l’intérieur des
alvéoles, monte et descend suivant les deux phases de la respiration, mais elle deviendra
toujours égale à la pression atmosphérique.
Pression intrapleurale :
C’est la pression qui règne à l’intérieur de la cavité pleurale, fluctue aussi selon les phases
de la respiration. Toutefois, elle est toujours inférieure d’environ 4 mm Hg à la pression
intra-alvéolaire.
Deux forces tendent à éloigner les poumons (plèvre viscérale) de la paroi-thoracique (plèvre
pariétale), et donc à affaisser les poumons :
– la tendance naturelle des poumons à se rétracter : étant donné la grande élasticité que
leur confèrent les fibres élastiques, les poumons ont toujours tendance à prendre les plus
petites dimensions possibles.
– la tension superficielle de la pellicule de liquide dans les alvéoles : cette tension fait
prendre aux alvéoles les plus petites dimensions possibles.
Cependant, à ces forces s’oppose :
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
10
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
– la capacité d’expansion de la paroi thoracique : la capacité naturelle d’expansion de la
cage thoracique tend à pousser le thorax vers l’extérieur, ce qui entraîne une augmentation
du volume des poumons.
Chez une personne en bonne santé aucune des ces forces ne l’emporte, en raison de la
tension superficielle créée par la mince couche de liquide pleural.
1. Ventilation pulmonaire : inspiration et expiration
La ventilation pulmonaire, ou respiration, est un processus entièrement mécanique qui
repose sur des variations de volume se produisant dans la cavité thoracique.
Les variations de volume engendrent des variations de pression, les variations de pression
provoquent l’écoulement des gaz, et les gaz s’écoulent de manière à égaliser la pression.
La relation entre la pression et le volume des gaz est exprimée par la loi de Boyle-Mariotte,
aussi appelée loi des gaz parfaits, qui veut que, à température constante, la pression d’un
gaz soit inversement proportionnelle à son volume. Donc : P1V1 =P2V2
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
11
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Inspiration :
1. Action du diaphragme : en se contractant, le diaphragme, convexe, s’abaisse et
s’aplatit. De ce fait, la hauteur de la cavité thoracique augmente.
2. Action des muscles intercostaux : la contraction des muscles intercostaux externes
élève la cage thoracique et pousse le sternum vers l’avant. Comme les côtes sont
incurvées vers l’avant et vers le bas, les dimensions les plus grandes de la cage
thoracique sont normalement celles qui sont dirigées dans un plan oblique descendant.
Mais lorsque les côtes s’élèvent et se rapprochent, elles font aussi saillie vers
l’extérieur, ce qui augmente le diamètre du thorax tant en largeur qu’en profondeur.
Même si les dimensions du thorax n’augmentent que de quelques millimètres dans chaque
plan, cela suffit à accroitre le volume de la cavité thoracique d’environ 500 ml, soit le
volume d’air qui entre dans les poumons au cours d’une inspiration calme normale, Dans les
changements de volumes associés à l’inspiration calme normale, l’action du diaphragme a
beaucoup plus d’influence que celle des muscles intercostaux.
Expiration :
L’expiration, ou exhalation, calme chez l’individu sain est un processus passif qui repose
plus sur l’élasticité naturelle des poumons que sur la contraction musculaire. A mesure que
les muscle inspiratoires se relâchent et retrouvent leur longueur initiale, la cage thoracique
s’abaisse et les poumons se rétractent. Par conséquent, le volume thoracique et le volume
intrapulmonaire diminuent.les alvéoles sont comprimés, et la pression intra-alvéolaire
dépasse d’environ 1 mm Hg la pression atmosphérique, ce qui force le gaz à s’écouler hors
des poumons.
1. Facteurs physique influant sur la ventilation pulmonaire
Résistance des conduits aériens :
La principale source de résistance non élastique à l’écoulement gazeux est la friction, ou
frottement, entre l’air et la surface des conduits aériens. L’équation suivante exprime la
relation entre l’écoulement gazeux (E), la pression (P) et la résistance (R) :
Le volume de gaz circulant dans les alvéoles est directement proportionnel à , la différence
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
12
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
de pression entre l’atmosphère extérieure et la pression intra-alvéolaire. Normalement, de
très faible différence de pression suffisent à modifier considérablement le volume de
l’écoulement gazeux. Le gradient de pression moyen pendant la respiration calme est de 2
mm Hg ou moins, et pourtant il fait entrer et sortir 500 ml d’air à chaque respiration.
L’équation indique aussi que l’écoulement gazeux est inversement proportionnel à la
résistance ; autrement dit, l’écoulement des gaz diminue à mesure qu’augmente la
résistance. La résistance dépend principalement du diamètre des conduits. En règle
générale, la résistance des conduits aériens est insignifiante pour deux raisons :
– le diamètre des conduits aériens, toutes proportions gardées, énorme dans la partie
initiale de la zone de conduction ;
– l’écoulement des gaz s’arrête dans les bronchioles terminales (avant que la faiblesse du
diamètre commence à poser problème) et cède le pas à la diffusion. Par conséquent, la plus
grande résistance à l’écoulement gazeux se rencontre dans les bronches de dimensions
moyennes.
Compliance pulmonaire :
L’élasticité des poumons sains est extraordinaire. L’aptitude des poumons à se dilater, leur
extensibilité, est appelée compliance pulmonaire. Plus précisément, la compliance
pulmonaire mesure la variation du volume pulmonaire en fonction de la variation de la
pression transpulmonaire :
Plus l’expansion pulmonaire est grande à la suite d’une augmentation de la pression
transpulmonaire, plus la compliance est élevée.
La compliance pulmonaire dépend non seulement de l’élasticité du tissu pulmonaire
proprement dit et de celle de la cage thoracique, mais également de la tension superficielle
dans les alvéoles. Etant donné que l’élasticité des poumons est généralement élevée et que
la tension superficielle dans les alvéoles est basse grâce au surfactant.
La compliance est réduite par tout facteur qui :
– diminue l’élasticité naturelle des poumons. Ex : fibrose
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
13
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
– obstrue les bronches ou les bronchioles. Ex : mucus épais
– réduit la production de surfactant
– diminue la flexibilité de la cage thoracique ou sa capacité d’expansion.
Plus la compliance pulmonaire est faible, plus il faut dépenser d’énergie pour respirer.
Volumes respiratoires et épreuves fonctionnelles
Volumes respiratoires :
Les volumes respiratoires, ou pulmonaires, sont le volume courant, le volume de réserve
inspiratoire, le volume de réserve expiratoire et le volume résiduel. En indique les valeurs
normales pour un homme de 20 ans en bonne santé pesant environ 70 kg.
Normalement, à peu prés 500 ml d’air entrent dans les poumons et en sortent à chaque
respiration. Ce volume respiratoire est appelé volume courant (VC). La quantité d’air qui
peut être inspirée en plus avec un effort (de 2000 à 3200 ml) constitue le volume de réserve
inspiratoire (VRI).
Le volume de réserve expiratoire (VRE) est la quantité d’air (normalement 1000 à 1200 ml)
qui peut être évacuée des poumons après une expiration courante.
Même après l’expiration la plus vigoureuse, il reste encore quelque 1200 ml d’air dans les
poumons, une quantité appelée volume résiduel (VR). Le VR contribue à maintenir les
alvéoles libres (ouvertes) et à prévenir l’affaissement des poumons.
Les capacités respiratoires :
La capacité inspiratoire (CI) : quantité totale d’air qui peut être inspirée après une
expiration courante ; par conséquent elle équivaut à la somme du volume courant et du
volume de réserve inspiratoire.
La capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) : est la somme du volume résiduel et du volume
de réserve expiratoire, et elle représente la quantité d’air qui demeure dans les poumons
après une expiration courante.
La capacité vitale (CV) est la quantité totale d’air échangeable. Elle corresponde à la
somme du volume courant, du volume de réserve inspiratoire et du volume de réserve
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
14
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
expiratoire.
La capacité pulmonaire totale (CPT) : somme de tous les volumes pulmonaires.
Les espaces mort anatomiques : partie de l’air inspiré qui remplit les conduits de la zone de
conduction et ne participe pas aux échanges gazeux des alvéoles.
Epreuves fonctionnelles respiratoires :
Comme une pneumopathie se traduit souvent par une altération des divers volumes et
capacités pulmonaires, on procède souvent à leur évaluation. Un spirographe est un
instrument simple composé d’un embout buccal relié à une cloche vide renversée sur de
l’eau. La respiration du sujet déplace la cloche, et les résultats sont enregistrés sur un
cylindre rotatif.
L’évaluation de la vitesse de mouvements gazeux, la ventilation-minute est la quantité totale
de gaz (exprimée en litres) inspirés et expirés en une minute, au cours de mouvements
respiratoires d’amplitude normale. On obtient ce volume en multipliant le volume courant
par le nombre de respiration par minute. Lors d’une respiration calme normale 6 l/min , elle
peut atteindre 200 l/ min lors d’un exercice intense à cause de l’augmentation de la
fréquence et de l’amplitude respiratoire.
L’épreuve appelée de gaz, expulsée lorsqu’une personne fait une inspiration forcée
(maximale) suivie d’une expiration forcée aussi complète et rapide que possible ; le volume
total expiré correspond à la capacité vitale (CV) du sujet.
L’épreuve appelée volume expiratoire maximal-seconde (VEMS) détermine la quantité d’air
expulsée au cours d’intervalles précis de la capacité vitale forcée.
Régulation de la respiration
1. Mécanismes nerveux et établissement du rythme respiratoire
Centre respiratoire du bulbe rachidien :
Des amas de neurones situés dans les deux régions de la formation réticulaire du bulbe
rachidien semblent jouer un rôle essentiel dans la respiration :
1. Le groupe respiratoire dorsal (GRD) un amas de neurones situés sur la portion dorsale,
à la racine du nerf crânien IX
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
15
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
2. Le groupe respiratoire ventral (GRV), un réseau de neurones situés sur la portion
ventrale du tronc cérébral et qui s’étend de la moelle épinière jusqu’à la jonction du
bulbe rachidien et du pont.
Le GRD semble être le centre de la régulation du rythme respiratoire. Les influx émis par
ces neurones parcourent les nerfs phréniques et les nerfs intercostaux, qui stimulent
respectivement le diaphragme et les muscles intercostaux externes. Le thorax se dilate et
l’air s’engouffre dans les poumons. Ensuite, le GRD devient inactif. Le relâchement des
muscles inspiratoires a pour conséquences une diminution du volume de la cage thoracique;
la compression dos poumons et l’augmentation de la pression intra-alvéolaire fait sortir
l’air des poumons: c’est l’expiration. Cette activité cyclique des neurones inspiratoires est
incessante et produit de 12 à 15 respiration par minute. Les phases d’inspiration durent
environ 2 secondes, et les phases d’expiration environ 3 secondes. Cette fréquence
respiratoire normale est appelée eupnée. Dans les hypoxies graves les neurones du GRD
provoquent des halètements. L’inhibition complète des neurones inspiratoires.
Centre respiratoires du pont :
Bien que le centre inspiratoire du bulbe rachidien engendre le rythme respiratoire
fondamental, les centres du pont influent sur l’activité des neurones du bulbe rachidien. Par
exemple, les centres du pont semblent adoucir les transitions de l’inspiration à l’expiration,
et vice versa; en présence de lésions du centre pneumatoxique, les inspirations deviennent
très longues.
Le centre pneumatoxique, situé dans la partie supérieure du pont, semble essentiellement
inhiber les centres respiratoires du bulbe rachidien. Le second centre présumé du pont est
le centre apneustique.
Longtemps perçu comme l’instigateur de l’inspiration (il stimulerait constamment le GRD
sauf en cas d’inhibition), le centre apneustique est, au mieux, un concept fonctionnel utile.
Pneumotoxicité
Définition : ensemble des altérations fonctionnelles et structurales du système
respiratoire, induites directement ou indirectement par les xénobiotiques ou leurs
métabolites, quelle que soit la voie de pénétration.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
16
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Mécanismes de toxicité respiratoire
1. Toxiques inhalés :
Le système respiratoire est une grande porte d’entrée pour les différents toxiques, qui vont
soit exercer leur toxicité in-situ soit être absorbé. L’absorption facile reliée à l’importance
de la surface alvéolaire, au débit sanguin élevé et à la proximité du sang et de l’air
alvéolaire.
Les différents types de toxique selon leur état physique sont :
Les gaz et les vapeurs :
Leur site de déposition définie la toxicité qui peuvent engendrer. La profondeur de la
pénétration est inversement proportionnelle à l’hydrosolubilité.
Des gaz très soluble comme le dioxyde de soufre(SO2) ne pénètre pas plu s loin que le
nez, à moins qu’il soit concentré.
Des gaz à solubilité faible comme l’ozone (O3) et le dioxyde d’azote (NO2) pénètrent
profondément dans les poumons atteignant les plus petits conduits aériens et les
alvéoles, où ils exercent leurs effets toxiques.
Des gaz insolubles, tel que le monoxyde de carbone (CO) le sulfure d’hydrogène (H2S),
les vapeurs de solvants apolaires pénètrent profondément et traversent la barrière airsang et rejoignent la circulation systémique.
Les aérosols et les particules en suspension :
Le facteur déterminant la pénétration et la disposition des particules est la taille des
particules.
Les particules dont le diamètre moyen est supérieur à 5µm sont en général sont
piégées au niveau des voies aériennes supérieures par impact
Les particules plus petites avec un diamètre de 1à 5 µm se retrouvent des les conduits
aériens plus profonds ou ils sédimentent
Les particules de diamètre inférieur à 1µm arrivent au niveau des alvéoles, se
dissolvent, ces petites molécules peuvent être éliminées dans l’air expiré.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
17
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Prédiction de la déposition des particules selon
leur diamètre
Elimination des particules :
La clearance des particules déposées est un moyen important de défense du système
respiratoire. Une élimination rapide réduit le temps de présence, un temps nécessaire au
toxique pour causer des dommages. Une élimination du système respiratoire n’est pas
forcément synonyme d’élimination de l’organisme.
Clearance nasale : la clearance des particules déposées au niveau du naso-pharynx
dépend de leur site de déposition et de leur solubilité dans le mucus. Les particules
déposées dans la portion antérieure du nez sont éliminés par une expiration ou
éternuement. Les autres régions du nez sont abondamment tapissées d’un épithélium
muco-cilié qui déplace les vers la glotte, où elles seront dégluties.
Clearance trachéo-bronchiale : la couche de mucus qui couvre l’arbre bronchique est
déplacée vers le haut par le mouvement des cils. Ceci sert d’ascenseur pour les
particules déposées et des particules emprisonnées dans les macrophages vers
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
18
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
l’oropharynx où elles seront dégluties. Chez une personne en bonne santé la clearance
prend ente 24 à 48 heures.
Clearance pulmonaire : différentes voies par lesquelles les particules sont éliminées :
– par l’ascenseur muco-ciliaire
– par l’ascenseur muco-ciliaire après phagocytose par les macrophages.
– par le système lymphatique après phagocytose par les macrophages alvéolaires.
– par dissolution à partir de la surface des particules et élimination par le sang.
– les petites particules peuvent pénétrer la membrane épithéliale.
– les particules insolubles, surtout les fines et longues fibres peuvent rester séquestrée
dans les poumons un période assez longue.
1. Toxiques par voie systémique : un nombre de pneumotoxiques passe par d’autres voies
mais exerce sont effet sur le poumon
2. Pathologies respiratoires toxiques aiguë :
3. Irritation :
Parmi les atteintes les plus fréquentes et communes, elle est causée par un nombre varié
d’agents :
Des acides : HCL, HNO3, SO2, H2SO4 … (provoquent coagulation des protéines tissulaires).
Des bases : NaOH, KOH, NH3, NH4OH … (provoquent saponification des lipides)
Des oxydants : Cl2
Solvants
Substances électrophiles : formaldéhyde, glutaraldéhyde, acroléine)
Symptomatologie
Les premiers signes d’irritation apparaissent quelques secondes à quelques heures après le
début de l’exposition.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
19
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
– irritation des voies aériennes supérieures : provoque rhinorrhée, sensation de brûlure
pharyngée, avec un risque d’œdème laryngé.
– irritation bronchiques : toux rauque, douloureuse, risque de bronchospasme sévère.
– irritation oculaire : brûlure, larmoiement
– irritation digestive : douleurs épigastriques
2. Suffocation :
L’irritation simultanée des premières voies supérieures et profondes entraine deux actions
reflexes antagonistes : l’une qui tend à freiner la respiration l’autre à l’accélérer :
Avant la glotte :
irritation de la muqueuse nasale et l’arrière gorge déclenche un reflexe d’arrêt
respiratoire (apnée) avec un ralentissement cardiaque et vasoconstriction générale. Le
besoin en O2de cellules se faisant sentir il s’en suit une inspiration profonde.
Après la glotte :
Après l’inspiration, l’arrivée massive du toxique et l’O2 dans les poumons et les
bronches il y a irritation du parenchyme alvéolaire, provoquant une expiration
brusque et polypnée (rythme respiratoire désordonnée, anarchique, spasmodique et
convulsif).
On parle de suffocation : apnée suivie de polypnée. Celle-ci peut être suivie en absence de
traitement d’un OAP.
3. L’œdème pulmonaire aigu :
Il s’agit d’envahissement liquidien des alvéoles suite à la lésion de la barrière alvéolocapillaire. En effet la lésion de la barrière provoque une augmentation de la perméabilité,
avec accumulation de fluide plasmatique dans les espaces interstitiels, puis dans les
espaces alvéolaires.
Conséquences :
radiologiquement, l’œdème accumulé est responsable d’opacités bilatérales et diffuses
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
20
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
du fait de la présence de liquide dans les espaces aériens, l’hématose est perturbée. Il
en résulte une hypoxémie sévère ;
accumulation d’œdème dans les espaces aériens, associée à une réaction
inflammatoire du poumon (afflux alvéolaire de polynucléaires neutrophiles,
normalement quasi absents), aboutissant rapidement à l’accumulation interstitielle, et
même alvéolaire, de matériel fibrotique (collagène notamment), conduisant à une
réduction importante des alvéoles disponibles pour l’hématose, Il ne reste donc qu’une
petite fraction de poumon fonctionnel.
Syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA)
Cliniques
Apparition des symptômes tardive (48h) et brutale : dyspnée, toux incessante plus ou moins
productive selon l’importance de l’œdème, râles crépitant inspiratoires, hypoxémie donnant
une cyanose.
Evolution :
le plus souvent vers la régression, avec résorption en 24 à 72 heures, la guérison sans
séquelles en quelques jours à quelques semaines.
Les complications possibles, surinfection bactérienne, surtout si la brûlure chimique
est étendue
Les séquelles possibles sont l’asthme et les bronchiolites oblitérantes
La mort dans certains cas si l’OAP est massif, ou secondaire aux infections
Remarque : un autre mécanisme est possible :
Œdèmes pulmonaires médicamenteux (non cardiogéniques) : Ce sont des œdèmes
pulmonaires à pression capillaire normale, liés aux bêta-2-mimétiques (salbutamol) utilisés
comme tocolytiques à fortes doses, à l’aspirine prise à fortes doses et de façon chronique
chez le sujet âgé, aux thiazidiques, à la nitrofurantoïne, aux produits de contraste iodés, à
l’interleukine-2, à l’amiodarone. Dyspnée, voire détresse respiratoire, opacités alvéolaires
bilatérales (associées parfois à des pleurésies) sont caractéristiques par la rapidité de leur
apparition et de leur disparition à l’arrêt du traitement.
4. Fièvres d’inhalation :
Syndromes fébriles transitoires. Intoxications aiguës provoquées par l’inhalation récente de
fumées et de poussières métalliques, se produit plus souvent chez des ouvriers de l’industrie
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
21
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
des métaux (soudeurs et fondeurs) Les plus fréquemment cités : zinc, cuivre, magnésium et
fer, mais aussi : aluminium, antimoine, argent, arsenic, béryllium, cadnium, cobalt, chrome,
étain, manganèse, nickel, plomb, sélénium et vanadium. Syndrome connu sou le nom de la
fièvre des métaux, ou par inhalation de produits de dégradation thermique (chauffage au
dessus de 300°) des polymères fluorés (polytétrafluoroéthylène ou PTEF =Téflon, Halon,
Fluon…) syndrome connu sous le nom de fièvre des polymères ou fièvre du Téflon.
Mécanisme :
Il y a activation des macrophages, donc libération de cytokines pyrogènes : TNF, IL-6 et
IL-8.
Clinique :
Les symptômes débutent 4 à 8 heures parés le début d’exposition, en début de
semaine « fièvre du lundi »
Syndrome pseudo-grippal : goût métallique, céphalées, asthénie, myalgies,
hyperthermie (39 – 40°), hypersudation.
Auscultation pulmonaire normale, ainsi que le reste de l’examen clinique
NFS : hyperleucocytose à PN (9 à 12 heures après exposition).
Signes négatifs : radio thoracique normale, recherche de précipitines sériques
négative, exam bactériologique et virologiques négatifs.
Evolution :
Rémission spontanée sans séquelles en 24 à 48 heures.
5. La réactivité des voies aériennes
De larges portions des voies aériennes sont entourées par des muscles lisses, qui,
maintiennent le diamètre des voies durant l’expansion et la contraction. Le tonus des
muscles lisses est assuré par le système nerveux autonome.
La bronchoconstriction peut être causée par des irritants comme la fumée de cigarettes et
des polluants atmosphériques, et bien sûre par les cholinergiques. Les cholinergiques
agissent sur des récepteurs membranaires et induisent l’augmentation de GMPc qui facilite
la contraction du muscle lisse. L’action du GMPc peut être antagonisée par l’AMPc, qui, a
une activité bronchodilatatrice augmentée par les beta-adrénergiques. D’autres médiateurs
sont l’histamine, prostaglandines, leucotriènes …
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
22
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
6. Actions sur les centres de la respiration :
Les centres respiratoire au niveau du tronc cérébral peuvent subir une action déprimante
par certains xénobiotiques, notamment les morphiniques.
1. Pathologies respiratoires toxiques chronique:
2. La fibrose :
La pneumoconiose est un ensemble de maladies pulmonaires définies par des altérations
causées par l’inhalation et la fixation dans le poumon de particules solides, une grande
partie de ces maladies provoque une fibrose du poumon mais d’autres non.
Les pneumoconioses résultent d’un déséquilibre entre la déposition des particules dans le
poumon profond et leur épuration. La taille et la forme des particules conditionnent leur site
de déposition dans l’appareil respiratoire. Schématiquement seules les particules dont le
diamètre aérodynamique est inférieur à 5 µm sont susceptibles d’atteindre les alvéoles
pulmonaires. Le risque d’apparition d’une pneumoconiose dépend de la quantité de
particules inhalées, elle-même liée à la concentration de poussières au poste de travail et à
la durée d’exposition. L’hyperventilation induite par un travail physiquement dur majore ce
risque. Dans les conditions normales, les processus d’épuration pulmonaire sont suffisants
pour débarrasser le tissu pulmonaire des particules qui y pénètrent. Ce n’est plus le cas
lorsque l’empoussiérage est massif et prolongé, surtout si les capacités d’épuration sont
altérées par des affections acquises antérieurement (bronchopneumopathies chroniques
obstructives post-tabagiques, séquelles de tuberculose, etc). Il existe, par ailleurs, des
facteurs constitutionnels, encore mal connus, indépendants de tout contexte pathologique,
qui prédisposent certains individus au développement des pneumoconioses.
En fonction de leur nature, les particules accumulées peuvent induire différents types de
réaction tissulaire :
certaines particules, dites inertes, sont dénuées d’effets toxiques sur les macrophages
alvéolaires. La réaction tissulaire se limite à une prolifération des macrophages, sans
remaniement du tissu conjonctif. Des expositions prolongées à ces particules, en
particulier métalliques, déterminent des pneumoconioses dites de surcharge. Sans
conséquence notable pour la fonction respiratoire, elles ont une traduction
essentiellement radiologique. Une régression des images est possible après arrêt de
l’exposition au risque ;
certaines particules altèrent la vitalité cellulaire et provoquent la sécrétion ou la
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
23
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
libération de médiateurs chimiques inducteurs de lésions de fibrose. Elles déterminent
des pneumoconioses dites sclérogènes, irréversibles, comme la silicose et l’asbestose.
Certains métaux, béryllium, cobalt, carbures métalliques frittés (carbure de tungstène) sont
parfois responsables de réactions inflammatoires susceptibles d’évoluer vers une fibrose
pulmonaire diffuse, dont le mécanisme est vraisemblablement immunoallergique. Dans ce
cas particulier la susceptibilité individuelle des sujets paraît jouer un rôle plus important
que la quantité de poussières retenues ;
les empoussiérages mixtes, associant plusieurs types de particules de nocivité
variable, sont fréquents sur les lieux de travail. Ils sont responsables de
pneumoconioses dites mixtes ou complexes, comme la pneumoconiose du mineur de
charbon ou la pneumoconiose des prothésistes dentaires.
2. Emphysème :
L’emphysème est communément défini comme « d’un élargissement anormal des voies
aériennes distales (en aval des bronchioles terminales) par destruction de la paroi (septa).
Il est souvent associé à la catégorie des BPCO (bronchopathies chroniques obstructives). A
l’imagerie, on distingue 4 types d’emphysème :
centrolobulaire ou centrale atteignant le centre des lobules secondaires,
panlobulaire atteignant la totalité du lobe secondaire
paracicatriciel au décours de lésion pulmonaire
paraseptal qui est sous pleural.
Etiologies toxiques:
La fumée de cigarettes est de loin la plus importante des causes, les études chez les
fumeurs conduisent à l’hypothèse que l’élastase des neutrophiles et peut être des
macrophages alvéolaires peut détruire l’élastine des poumons ce qui est à l’origine de
l’emphysème. (Normalement, les élastases sont neutralisées par l’alpha1-antiprotéase qui
diffuse vers les poumons à partir du sang). Les actions protéolytiques répétées sont à
l’origine de la perte de l’élasticité et donc l’élargissement des voies. Donc les toxiques qui
causent un flux de cellules pro-inflammatoires et l’hyper-neutrophilie pulmonaire accélèrent
le processus.
Clinique :
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
24
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Bronchite chronique avec toux productive qui persiste plus de trois mois, une dyspnée à
l’effort et une dyspnée au repos pour les formes graves.
Evolution :
Si le diagnostic est précoce, et après un arrêt du tabac il y a stabilisation et possible une
inversion du processus.
Si l’exposition continue les complications sont de type, insuffisance respiratoire,
insuffisance cardiaque, infections …
3. Manifestation allergiques :
L’asthme comme maladie professionnelle
Maladie pulmonaire professionnelle la plus fréquente. Le nombre d’allergènes déclenchant
est très important et ils sont présents dans des environnements professionnels très variés:
les principaux sont les farines et les adjuvants pour cuissons ainsi que les isocyanates. Ces
derniers sont employés pour la synthèse de polyuréthanes utilisés pour la production de
plastiques, de laques, de colles et de durcisseurs. Il existe en outre un grand nombre de
poussières animales et végétales, de liaisons chimiques médicamenteuses et de bas poids
moléculaire pouvant agir comme haptènes. Ce sont surtout les allergènes professionnels
inhalés de haut poids moléculaire qui peuvent déclencher une réaction immunologique par
IgE lors de prédisposition correspondante. Les mécanismes pathophysiologiques impliqués
avec les allergènes de faible poids moléculaire sont par contre encore mal compris.
Alvéolite allergique exogène
L’alvéolite allergique exogène est une maladie professionnelle rare de réaction
hyperergique de type III et IV. Une exposition prolongée à l’antigène peut provoquer une
fibrose pulmonaire se traduisant cliniquement par un syndrome restrictif. Son corrélat
anatomopathologique est le tableau d’une pneumonie interstitielle caractérisée par un
infiltrat lympho-plasmocytaire avec des éosinophiles, de multiple petits foyers de
granulomes et une bronchiolite oblitérante. De nombreuses étiologies sont possibles avec
des allergènes tant végétaux, animaux que microbiens. Les exemples les mieux connus sur
le plan des maladies professionnelles sont le poumon du fermier dû aux spores des
actinomycètes thermophiles et des aspergilles présents dans le foin et les colonisations
microbiennes des climatiseurs et des humidificateurs.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
25
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
4. Tumeurs malignes
La corrélation entre les mésothéliomes pleuraux et l’exposition à l’asbeste est établie. Les
cancers dus à l’asbeste sont les cancers professionnels les plus fréquents. Les
mésothéliomes sont des tumeurs malignes qui forment un manchon sur un ou les deux
poumons et qui peuvent infiltrer tant le parenchyme pulmonaire que les structures
avoisinantes comme le diaphragme, le péricarde ou la paroi thoracique. La distinction avec
des métastases pleurales plus fréquentes peut être difficile, mais l’on dispose aujourd’hui de
plusieurs colorations immuno-histochimiques permettant une distinction du diagnostic
différentiel dans la majorité des cas. Un mésothéliome peut être induit par une quantité
d’asbeste significativement plus faible que celle nécessaire au développement d’une
asbestose.
Mais une exposition professionnelle est également présente dans la plupart des cas. Les
cancers pulmonaires sont plus fréquents dans les régions industrielles. L’incidence de
cancers du poumon est plus élevée après l’exposition aux sels de chromes, aux arsenics, au
radon et aux minéraux radioactifs (mines d’uranium).
On admet aussi une corrélation entre l’asbeste et le cancer du poumon. Mais il est accepté
comme maladie professionnelle en Suisse qu’en présence simultanée d’une pathologie
pulmonaire due à l’asbeste. Il suffit pour cela qu’elle puisse être mise en évidence
histologiquement (les dites «asbestoses minimes»).
Exemples d’agents pneumotoxiques :
1. Asbeste ou amiante :
Le terme « amiante » désigne un groupe de minéraux (silicates) constitués de fibres
microscopiques. L’amiante a longtemps été utilisé industriellement et commercialement, en
raison de ses propriétés physico-chimiques : résistance au feu, faible conductivité
thermique, acoustique et électrique, résistance mécanique ( asbestos = indestructible),
résistance aux agressions chimiques, élasticité.
On distingue deux groupes minéralogiques, les serpentines et les amphiboles :
1. le chrysotile ou amiante blanc est la variété la plus courante, la seule du groupe
serpentine.
2. les amphiboles comprennent cinq variétés :
les amphiboles sodiques comme la crocidolite (amiante bleu ou riebeckite )
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
26
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
les amphiboles calciques comme la trémolite et l’actinolite
l’anthophyllite
les ferroanthophyllites comme l’amosite ou amiante brun
Physiopathologie :
La dangerosité associée à l’amiante dépend :
La longueur des fibres :
L’asbestose est associée aux fibres de 2µm de long.
Les mésothéliomes associés aux fibres de 5 µM de long.
Les cancers du poumon associé au x fibres de longueur > 10µm
Le diamètre des fibres est aussi déterminant dans la toxicité :
Les fibres avec un diamètre supérieur à 3 µm ne pénètrent pas facilement.
Les fibres à l’origine des mésothéliomes on un diamètre inférieur à 0,5 µm.car seul les fines
fibres peuvent subir une translocation vers d’autres organe y compris les plèvres via la
lymphe.
Une fois les fibres déposées, elles peuvent être phagocytées par les macrophages
alvéolaires, tandis que les fibres courtes sont phagocytées en totalité et éliminées par
l’ascenseur muco-ciliaire, les fibres longues ne le sont que partiellement, ce qui rend les
macrophages inaptes à quitter les alvéoles. Les macrophages, activés par les fibres, libèrent
des médiateurs tels que des lymphokines et des facteurs de croissances qui, vont attirer des
cellules immunocompétentes et/ou stimuler la production de collagène. L’asbestose et ses
complication s peuvent aussi être dus à l’entretien de l’inflammation, ou par des
changements qui conduisent à l’initiation (l’altération de l’ADN par les espèces réactives
d’oxygène) ou la promotion du processus cancérigène.
Les propriétés de surfaces des fibres d’amiante joueraient un rôle important dans le
mécanisme de toxicité. Il y aurait génération peroxyde d’hydrogène et de radicaux
hydroxyle ceci par interaction du fer de surface avec l’oxygène.
Méthodes de détection et de détermination dans l’air
Les concentrations en milieu de travail sont déterminées par microscopie optique en
contraste de phase, et exprimées en fibre / cm3.
Les teneurs dans l’atmosphère des immeubles bâtis et dans l’environnement sont
déterminées par microscopie électronique à transmission, et exprimées en fibre / litre.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
27
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Valeurs limites d’exposition
pour les activités de confinement et de retrait de l’amiante et pour les interventions
sur des matériaux ou appareils susceptibles d’émettre des fibres d’amiante, la
concentration moyenne en fibres d’amiante dans l’air ne doit pas dépasser 0,1 fibre /
cm3 sur 1 heure de travail.
Pour l’application de ces dispositions, seules sont prises en compte les fibres de plus de 5 m
de longueur, de 3 m au plus de largeur et dont le rapport longueur / largeur excède 3. Les
mesures se font en microscopie optique par un organisme agréé.
Les résultats des prélèvements atmosphériques en microscopie électronique ( M.E. ) ne
peuvent être comparés aux résultats en microscopie optique ( M.O. ). En effet, les méthodes
ne sont pas similaires et les fibres comptées ne sont pas les mêmes :
la M.E. compte les fibres d’amiante de diamètre supérieur à 0,02 m
la M.O. compte toutes les fibres de diamètre supérieur à 0,2 m, le pouvoir de
résolution étant plus faible
2. Silice :
La terminologie de silice SiO2 s’applique a plusieurs composés chimiques solides, naturels et
synthétiques dont l’unité structurelle est le tétraèdre SiO4-. C’est l’organisation spatiale des
tétraèdres qui va définir la structure amorphe ou cristalline des composés responsable en
partie de la nocivité des différents composés.
L’inhalation de dioxyde de silice peut donner deux manifestations l’une chronique et l’autre
en aigue.
La silicose aigue ne se manifeste que si le sujet inhale des aérosols renfermant un taux élevé
de particules de silice le plus souvent de quartz, assez petits pour être respirables (en
général moins de 5µm). Le patient présente une dyspnée, fièvre, toux et une importante
perte de poids. Aucun traitement connu n’arrête le cours implacable de la silicose aigue.
La silicose chronique a une grande période de latence environ 10 ans, peu compliquée
pratiquement asymptomatique. Peu de modifications dans les testes de fonction pulmonaire
même après apparitions des signes à la radiologie. Apparaissent des nodules fibrotiques,
généralement dans la partie apicale du poumon. Les ganglions lymphatiques hilaires
montrent des calcifications en coquille d’œuf. La complication se traduit par l’apparition de
nodules conglomérés d’une taille supérieure à 1 cm.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
28
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Après l’oxygène le silicium est l’élément le plus abondant. Comme un minéral pur le silicium
existe sous forme de dioxyde de silice. Les trois formes isomères cristallins les plus
répandus sont le quartz, tridymite et cristobalite. Le potentiel fibrogènique est lié à la
conformation tétraédrique. La stishovite, une variante cristalline rare est inerte
biologiquement.
En plus de leur conformation, parmi les caractères qui conditionnent la pathogènicité des
fibres de silices est leur taille et leur concentration. Dans les études faites chez les humains,
les fibres les plus fibrinogène ont une taille autour de 1µm (0,5-3 µm).
Physiopathologie :
La phagocytose de la silice par les macrophages alvéolaires a été identifiée comme élément
initiateur de la fibrose. Apparemment en réponse à l’ingestion de la silice, les macrophages
sécréteraient des cytokines et des facteurs qui stimulent la réplication des fibroblastes et la
synthèse du collagène.
3. Bléomycine :
La bleomycine est un mélange de nombruex composés structurellement similaires.
Largement utilisé dans les chimiothérapies. La fibrose pulmonaire, souvent mortelle est l’un
des ses effets toxiques les plus important. Les altérations comprennent la nécrose des
endothéliums capillaires et des cellules de type I. formation d’œdème et hémorragies après
une à deux semaines, prolifération des cellules de type II et éventuellement l’épaississement
de la paroi alvéolaire.
Dans de nombreux tissus, la bleomycine est inactivée par une enzyme la bleomycine
hydrolase. Au niveau du poumon et de la peau deux organes cibles de la bleomycine,
l’enzyme a une activité diminuée. La bleomycine stimule la production de collagène dans les
poumons. Avant l’augmentation des taux de collagène, on remarque des taux élevés
d’ARNm codant pour la fibronectine et le procollagène en réponse à une libération de
cytokine tels que TGF beta et TNF alpha, libération induite par la bleomycine. La
bleomycine réagit avec le fer Fe(II) et l’oxygène moléculaire donnant naissance à des
radicaux libres, qui provoquent des cassures de l’ADN simple et double brin.
4. Monocrotaline :
La monocrotaline est un alcaloïde du groupe pyrrolizidines, retrouvé dans le genre Senecio
et de nombreuses autres plantes toxiques. Les animaux sont empoisonnés dans les
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
29
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
paturages, les humains sont exposés par consommation de tisanes à base d’herbes, de
graines et de lait contaminés.
La monocrotaline,la plus étudiée et celle retrouvées dans les feuilles et les graines de
Crotalaria spectabilis.
Après une activation hépatique, la métabolite réactif cause provoque une atteinte
hépatique, et altération de l’endothélium pulmonaire.
Paraquat :
paraquat : 1,1 diméthyl 4,4’bipyridilium
Herbicide très utilisé (7° rang mondial)
Exposition : Le plus souvent : ingestion volontaire (tentative de suicide) Mais on peut
assister a une ingestion accidentelle ou encore une pénétration cutanée.
Mécanisme : [PQ] poumon > 10 x [PQ] sang
La cible principale du paraquat étant les pneumocytes donc atteinte alvéolaire 2 étapes :
réduction PQ++ en radical libre (PQ+°) par NADPH cytochrome P450 réductase
puis réduction O2 en O2 °- è peroxydation lipidique
Clinique comprend 3 phases :
Atteinte initiale = lésions caustiques (digestives) : gastrite, oesophagite perforation
digestive (rare), douleurs abdominales.
A partir h12 : lésions hépatiques è cytolyse
Lésions rénales è néphropathie tubulaire aigue
Entre j4 et j10 : fibrose pulmonaire, progressive et irréversible syndrome de détresse
respiratoire aigue.
Évolution : Il n’existe aucun traitement efficace
Dans la majorité des cas, l’intoxiqué évolue vers le décès mais rarement vers une
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
30
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
insuffisance respiratoire chronique
Evaluation
III.1. Les essais de toxicité pulmonaire :
Effets locaux et systémiques des toxiques résultant de l’exposition par les voies respiratoires
sont généralement étudiés en mélangeant ou en suspendant les toxiques dans l’air inhalé
par l’organisme test. Dans quelques rares cas, le matériau à tester est déposé sous forme
liquide ou solide dans les voies respiratoires.
1. In vivo :
2. Installations expérimentales :
Pour être mis en évidence, les effets des toxiques administrés par les voies respiratoires
demandent en général des installations appropriées. L’animal test peut être placé
entièrement dans une enceinte confinée ; dans d’autres cas, c’est seulement la tête ou le
nez qui seront exposés. Des systèmes ont été élaborés pour étudier les effets des toxiques
par exposition complète ou partielle du poumon seul.
Enceinte confinée
Un tel système est formé classiquement d’une enceinte fermée dans laquelle l’animal est
maintenu. Cette enceinte, connectée à des entrées et des sorties d’air, est équipée de
fenêtres pour l’observation. Le toxique, sous forme de vapeur ou d’aérosol, est introduit par
l’arrivée d’air ; en général, un filtre est placé sur la sortie pour adsorber le toxique et éviter
de le libérer dans l’atmosphère, Schreck et coll. (1981) ont décrit les principes, les
caractéristiques et le fonctionnement d’une enceinte de grande taille pour des études
d’inhalation chronique, avec 4 cellules de 12,6 m3 chacune.
MacFarland (1976) a suggéré que l’enceinte devait avoir au moins 20 fois le volume de
l’animal qui y est enfermé. Des enceintes plus petites tendent à diminuer significativement
la concentration du toxique et à augmenter la température intérieure. Il a insisté aussi sur
la conception de l’enceinte qui doit assurer une distribution uniforme du toxique
atmosphérique et sur la nécessité d’employer pour les parois des matériaux peu absorbants
et faciles à nettoyer (acier inoxydable ou verre).
Systèmes d’exposition limités au nez ou la tête
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
31
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Ces systèmes ont l’avantage d’éviter l’absorption du toxique déposé sur les poils des
animaux, soit directement par passage transcutané, soit indirectement quand l’animal se
nettoie, et de nécessiter une quantité plus faible de matériel à tester ; en contrepartie, les
animaux devant être nécessairement contenus, l’ajustement de l’appareillage sur la tête ou
les narines demande en général du temps et un certain entraînement. La plupart de ces
systèmes ont été conçus pour étudier les effets de la fumée de cigarette sur différentes
espèces animales, y compris l’âne.
1. Choix des animaux.
Les animaux expérimentaux les plus utilisés sont les rats, les chiens et les singes,
quelquefois les souris, les hamsters, les cobayes, les lapins, les porcs miniatures et les ânes.
Le choix est basé sur plusieurs critères, comme les ressemblances anatomiques entre le
système respiratoire de l’homme et celui de l’animal : on remarquera que les singes sont
nettement différents des humains en dépit de leur proximité phylogénétique, alors que les
chevaux et probablement les ânes s’en rapprochent beaucoup plus. D’autres facteurs, peutêtre plus importants, sont la similitude des réponses biochimiques et physiologiques avec
celles de l’homme et l’abondance de résultats expérimentaux qui permettent la
comparaison des toxicités de différents produits chimiques.
Il a été bien établi par les études épidémiologiques que les individus avec des maladies
cardiopulmonaires pré-existantes présentent des risques particuliers pendant les périodes
de pollution atmosphérique . Pour simuler cet état, des animaux rendus emphysémateux par
la papaïne ont été utilisés.
1. Doses
Définition de la dose :
En général, la dose est la quantité de substance administrée à un organisme. Cette quantité
est facilement déterminée quand le composé est administré par voie orale, sous-cutanée,
intraveineuse ou intrapéritonéale. La définition ne s’applique pas aux expositions par
inhalation, parce que la quantité retenue par l’animal dépend non seulement de la
concentration dans l’air inhalé, mais aussi de la durée de l’exposition : en d’autres termes,
la dose peut être exprimée comme le produit de la concentration (C) et du temps (0 ; il a été
établi que pour un produit C x t constant, la réponse est la même, mais cette règle ne se
vérifie pas si C et t ont des valeurs extrêmes : par exemple si C est trop petit, il n’y aura pas
de réponse quelle que soit la durée de l’exposition.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
32
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Des procédures ont été proposées pour mesurer la dose retenue , mais de grandes
variations ont été constatées, particulièrement chez les rongeurs, en partie par leur plus ou
moins grande capacité à éviter l’absorption de substances nocives .
Dans la plupart des études d’inhalation, les doses retenues ne sont pas déterminées, mais la
durée d’exposition est maintenue constante pendant que les animaux sont exposés à
différentes concentrations du toxique ; par exemple, dans des études de toxicité aiguë, les
animaux sont exposés en règle, générale pendant 4 heures. Pour des études plus longues le
schéma d’exposition adopté est soit continu (23 heures/jour), soit intermittent (8
heures/jour, 5 jours/semaine), le premier simulant au mieux l’exposition aux polluants
environnementaux, le second les expositions en milieu de travail.
Sélection des doses
Dans les études de toxicité aiguë, une des concentrations est prévue pour causer la mort
d’environ 50% des animaux ; au moins deux autres concentrations sont sélectionnées, l’une
d’elles entraînant la mort de plus de 50% et de moins de 90% des animaux, et l’autre tuant
10 à 50% des animaux. Pour des études de longue durée, au moins trois concentrations
devraient être sélectionnées, la plus forte provoquant quelques effets toxiques-et lés plus
faibles aucun effet toxique.
Maintien des concentrations choisies
La concentration nominale est déterminée en divisant la quantité de produit injecté dans le
système générateur par le débit d’air dans l’enceinte. La concentration réelle – qui n’est pas
équivalente à la concentration nominale est déterminée par l’analyse d’échantillons d’air
collectés dans l’enceinte près des zones où l’animal respire. Comme la concentration réelle
varie au cours de la période d’exposition, il est nécessaire d’analyser plusieurs échantillons
collectés à divers intervalles de temps. L’installation expérimentale doit être agencée pour
minimiser l’étendue des variations.
Durée de l’exposition
Pour des déterminations de CL50 aiguës (la CL50 est la concentration qui provoque la mort
de 50% des animaux pour une durée d’exposition déterminée), la durée d’exposition est
généralement comprise entre 1 et 4 heures. Pour les études à court terme, la durée est
généralement de 30 ou 90 jours et pour les études à long ternie, d’une année ou plus.
La durée de chaque exposition est généralement mesurée à partir du moment où le toxique
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
33
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
est introduit dans l’enceinte, jusqu’à l’arrêt du générateur, l’animal étant maintenu dans
l’enceinte avec le même débit d’air non pollué. La durée d’exposition représentée figure ,
démarre à l’instant ta et finit à tc,
Temps
Augmentation et diminution de la concentration dans un système fermé.
L’exposition débute au temps ta et s’arrête au temps tC mais l’arrivée de toxique est
stoppée au temps tb ; la période d’exposition s’étend de ta à tc l’exposition
supplémentaire de tb à tc est prévue pour compenser la croissance exponentielle du
toxique de ta à t99 (d’après MacFarland, 1976).
La durée entre ta et t99 dépend du rapport volume de l’enceinte/débit d’air à travers
l’enceinte. Si ce rapport est de 1, t99 est égal à 4,6 minutes ; si ce rapport est de 5, t99 est de
5 x 4,6 = 23 minutes.
1. Examens
Examens généraux
Ils comprennent le poids du foie, la consommation de nourriture, des observations
générales, des tests de laboratoire et des examens post mortem.
Fonctions respiratoires
Les explorations fonctionnelles sont souvent plus sensibles et plus aptes à détecter des
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
34
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
effets indésirables que les examens morphologiques ; par conséquent, elles sont souvent
utilisées dans les études humaines. Des tests identiques chez l’animal permettraient une
comparaison plus valable entre les animaux expérimentaux et l’homme en relation avec la
sensibilité relative aux effets toxiques de la substance testée.
– La fréquence respiratoire est un indicateur sensible d’irritation locale et elle est souvent
corrélée à la concentration en toxique ; certains gaz comme l’ozone et le dioxyde d’azote
augmentent la fréquence, tandis que d’autres comme le dioxyde de soufre ou le formol la
diminuent.
– La mécanique respiratoire peut être mesurée en termes de résistance dynamique et de
compliance. Des difficultés respiratoires accrues peuvent provenir de bronchoconstriction,
d’œdème de la muqueuse respiratoire ou d’augmentation de la sécrétion muqueuse. La
compliance diminue en cas de fibrose et augmente en cas d’emphysème en raison de la
destruction du tissu conjonctif.
– Inefficacité respiratoire peut être estimée en mesurant les taux d’oxygène et de dioxyde de
carbone dans le sang ou le taux de fixation sanguine du monoxyde de carbone.
Changements morphologiques et biochimiques
Divers changements morphologiques sont la conséquence de l’inhalation des toxiques :
irritations locales, lésions cellulaires, œdèmes, fibroses et néoplasmes, ainsi que des
phénomènes d’inflammation, d’hyperplasie et d’emphysème « .
Certains examens semblent particulièrement appropriés ; par exemple l’accroissement du
poids du poumon est un indicateur de congestion des vaisseaux, d’œdème ou de
prolifération du tissu conjonctif. Le lavage broncho-alvéolaire peut fournir des informations
sur le nombre, le type et la morphologie des cellules ainsi que sur des constituants noncellulaires, particulièrement des teneurs en enzymes. La teneur en collagène peut être
estimée en déterminant l’hydroxyproline ou la prolylhydroxyla.se dans les tissus
pulmonaires.
1. Evaluation
L’analyse des données reliant les effets et la dose sont essentiellement les mêmes que pour
d’autres voies d’administration.
Il est possible d’estimer la dose réellement absorbée par inhalation, mais la pratique
habituelle est d’utiliser plutôt la concentration et d’exprimer les résultats des études de
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
35
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
toxicité aiguë sous forme de CL50. Les valeurs de CL50 peuvent être comparées entre elles
dans la mesure où des durées d’exposition identiques ont été utilisées.
Les relations dose-réponse peuvent s’exprimer de façon conventionnelle en utilisant des
concentrations à la place des doses.
Si cette concentration est facile à déterminer avec les gaz et les vapeurs, dans le cas des
aérosols la concentration effective est influencée par la taille des particules qui module
fortement le dépôt, la pénétration et l’absorption du matériel ; dans un compte-rendu
d’études d’inhalation, il est donc nécessaire d’inclure des informations sur la taille moyenne
des particules et les écarts statistiques.
1. Tests in vitro
Divers systèmes in vitro ont été développés pour étudier de façon plus approfondie les effets
des toxiques sur le système respiratoire.
1. Poumon perfusé
Les poumons isolés de lapin ou de rat sont perfusés à pression constante avec du sang
héparine et ventilés par une pression positive dans la trachée ou par une dépression
extérieure. Un flux sanguin constant peut être maintenu pendant plusieurs heures. Le
système est particulièrement utile pour déterminer les fonctions non-respiratoires du
poumon. Par exemple les niveaux d’hormones endogènes et d’aminés vaso-actives peuvent
être facilement déterminés dans l’exsudat ; le métabolisme pulmonaire d’un toxique peut
être démontré en l’ajoutant au fluide de perfusion et en analysant la teneur de l’exsudat en
toxique et en métabolites.
1. Explants trachéens et cultures de tissu pulmonaire
Les effets des gaz toxiques et des vapeurs peuvent être caractérisés sur des trachées isolées
d’animaux (rats) exposés aux toxiques : incubée dans un milieu de culture cellulaire, la
trachée continuera à sécréter des mucoglycoprotéines. Le taux de sécrétion pourra être
modifié par exposition à des toxiques ; par exemple des explants trachéens provenant de
rats exposés à 0,8 ppm d’ozone ont montré une sécrétion accrue, mais l’exposition à 0,5
ppm d’ozone ou 1,1 mg/mm3 d’acide sulfurique a été sans effet ; l’exposition au mélange
des deux a eu par contre un effet positif.
1. Cellules isolées
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
36
Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura
Divers types de cellules du système respiratoire ont été isolés et cultivés : cellules
épithéliales de la trachée et du tissu pulmonaire et cellules endothéliales. Les cellules
isolées en culture montrent des potentialités intéressantes ‘en toxicologie des voies
respiratoires. Par exemple, Reiser et Last (1979) ont souligné l’importance des
macrophages alvéolaires pulmonaires et des fibroblastes dans le développement de la
fibrose au cours de la silicose chronique ; ils mentionnent aussi l’implication très probable
d’autres types cellulaires, mais ces résultats demandent à être confirmés avec des cellules
isolées.
1. Nouvelles méthodes : nanotoxicologie
2. Nanohybrides multimodales et fonctionnels pour la cartographie de
l’inhalation :
Synthèse de nanotraceurs fluorescents et/ou radioactifs et/ou sensible au pH.
De nouveaux modèles anatomiques :
Evolution d’une technique de conservation anatomique et topographique descriptive vers
une génération de modèles tridimensionnels pour l’étude de l’écoulement nasal et de la
déposition des aérosols.
Analytical Toxicology - Procédé d’Extraction de l’Atropine à partir des graines de Datura |
37