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Cardiovasculaire

15 juin 2020

Pollution de l’air : un facteur de risque cardiovasculaire majeur

Thomas BOURDREL*, Jean-François ARGACHA**, *département de radiologie, Imaging Medical Center Etoile-Neudorf, Strasbourg **Département de cardiologie, Universitair Ziekenhuis Brussel, VUB, Bruxelles, Belgique

La pollution de l’air est constituée à la fois de matières solides, les particules, et de gaz. Cet article fait le point sur les facteurs en cause, les données épidémiologiques et expérimentales et les mesures de santé publique.

Les particules sont appelées PM (pour l’acronyme anglais Particulate Matter), et sont classées fonction de leur taille en PM10 — qui regroupent les particules de diamètre inférieur ou égal à 10 μm (équivalent à la taille d’un pollen) —, les particules fines PM2,5— de diamètre ≤ 2,5 μm —, et enfin, les particules ultrafines qui ont un diamètre ≤ 0,1 μm (équivalent à la taille, d’un virus). Environ 90 % des particules émises par le trafic routier sont des particules ultrafines. En raison de leur petite taille, ces particules ultrafines sont particulièrement dangereuses, car elles peuvent pénétrer en profondeur dans l’organisme en franchissant les alvéoles pulmonaires, alors que les PM10 restent bloquées au niveau des voies respiratoires supérieures, les PM2,5 peuvent atteindre les voies aériennes inférieures. Les particules ultrafines sont également les plus toxiques en raison de leur composition, car ce sont essentiellement des particules de combustion issues de la combustion de matières carbonées (diesel, essence, bois, charbon, incinérateurs). Ces particules ultrafines de combustion sont constituées de carbone pur et surtout de nombreux hydrocarbures aromatiques (HAP) et de métaux. Ces HAP, en plus d’être cancérigènes, sont les principaux responsables de l’effet toxique de ces particules sur le système cardiovasculaire(1). Ces particules sont donc considérées comme bien plus toxiques que les particules non carbonées telles que les particules issues des poussières désertiques, des épandages agricoles…(2,3). En effet, à côté des particules de combustion, l’autre source principale de particules est représentée par des particules peu ou pas carbonées telles que les poussières désertiques – composées essentiellement de minéraux (silice), ainsi que par les particules agricoles particulièrement abondantes lors des épandages d’engrais ammoniaqués, et qui sont constituées essentiellement de nitrate d’ammonium et de sulfate d’ammonium. D’autres types de particules sont également présents dans l’air ambiant, notamment les particules de freinage que l’on va retrouver en ville, émises par le freinage de voiture, mais également dans l’air du métro. Ces particules de freinage sont de composition spécifique contenant quasiment exclusivement des métaux, notamment des dérivés du cuivre et du fer. La toxicité spécifique de ces particules de freinage est encore peu connue ; néanmoins quelques études ont démontré des dépôts de magnétite au niveau des structures cérébrales et également au sein de certaines cellules cardiaques(4,5). Concernant les polluants gazeux, certains sont bien connus, notamment le monoxyde de carbone (CO) qui est essentiellement un polluant de l’air intérieur, les hydrocarbures aromatiques monocycliques (benzène) et polycycliques (HAP, présents à la fois sous forme de gaz et sous forme solide, entrant dans la composition des particules ultrafines de combustion), d’autres tendent à diminuer tels que le dioxyde de soufre (SO2). Deux polluants gazeux ont un impact sanitaire particulièrement préoccupant et d’actualité : les oxydes d’azote (NOx) et l’ozone. Les oxydes d’azote (NOX) sont émis dans les villes à plus de 60 % par le trafic routier notamment diesel, et sont au cœur du scandale Dieselgate. Les oxydes d’azote regroupent le NO et le NO2. Outre la toxicité directe du NO2, les oxydes d’azote (NOx) sont également les principaux précurseurs de la formation de d’ozone et les principaux précurseurs de la formation de particules agricoles, particules composées de nitrate d’ammonium et de sulfate d’ammonium qui se forment dans l’atmosphère par interaction entre le NH3 et les oxydes d’azote. L’ozone atmosphérique — à ne pas confondre avec l’ozone stratosphérique (la couche d’ozone) — est un polluant gazeux qui se forme sous l’effet des rayons UV du soleil par photo oxydation de précurseurs gazeux tels que les oxydes d’azote. La formation de l’ozone nécessite donc soleil et chaleur, raison pour laquelle l’ozone est le polluant principal des journées ensoleillées d’été. Études épidémiologiques Elles sont de deux types : les études explorant les effets de la pollution de l’air sur le long terme, sur une à plusieurs années d’exposition, et les études portant sur les effets à court terme à savoir l’effet de variations en polluants de quelques heures à quelques jours, telles qu’observées lors d’un pic de pollution. En l’absence actuellement de capteurs individuels, il est difficile d’estimer précisément l’exposition individuelle à la pollution de l’air. Pour approcher l’exposition, deux méthodes sont actuellement utilisées : une estimation de la pollution de l’air extérieur au domicile du patient (modélisation via un capteur situé à proximité) ou en tenant compte simplement de la distance de l’habitation par rapport à un gros axe routier. Ces techniques d’estimation de l’exposition sont critiquables, et sous-estiment vraisemblablement l’exposition, car elles ne tiennent pas compte du temps passé à l’extérieur, au travail ou dans le trafic routier. Impact de la pollution de l’air sur la mortalité cardiovasculaire Une métaanalyse de 15 études conclut qu’une augmentation annuelle de 10 μg/m3 en particules fines s’accompagne d’une augmentation de 11 % de la mortalité cardiovasculaire(2). Une augmentation annuelle de 10 μg/m3 en NO2 s’accompagne également d’un impact similaire sur la mortalité cardiovasculaire(6). L’impact de l’ozone sur la mortalité cardiovasculaire reste sujet à controverse(7). Impact sur les maladies coronariennes et l’athéromatose De très nombreuses études ont démontré l’impact de la pollution de l’air au long terme (sur plusieurs années) sur le développement de maladies coronariennes. À titre d’exemple, une étude prospective européenne sur plus de 100 000 participants dans 9 pays européens a démontré qu’une simple augmentation annuelle de 5 μg/m3 en particules fines s’accompagnait d’une augmentation du risque d’infarctus de 13 %, et ce, en tenant compte des autres facteurs de risque tel que tabagisme, indice de masse corporelle, taux de cholestérol, hypertension, niveau socio-éducatif et statut marital(8). Dans cette étude, les auteurs démontrent également qu’il s’agit d’un effet sans seuil. De nombreuses études ont également démontré que l’exposition à la pollution de l’air sur plusieurs années favorise le développement d’athéromatose avec un impact particulièrement néfaste des polluants du trafic routier tel que les particules ultrafines et le NO2. Cette majoration de l’athéromatose a été démontrée par échographie vasculaire, mais surtout par mesure du score calcique coronaire. Il a ainsi été démontré une corrélation entre le risque d’avoir un score coronaire calcique élevé et le fait d’habiter à moins de 200 m d’un gros axe routier(9,10). Récemment, une étude a également démontré que l’exposition aux polluants de l’air favorise le développement de plaques athéromateuses instables. Dans cette étude portant sur 300 personnes, une comparaison de corocanners a été réalisée à au moins 2 ans d’intervalle et en tenant compte du niveau de pollution au domicile des patients. Il a été démontré une corrélation significative entre le taux de particules fines au domicile et le risque de développement de plaques à haut risque (densité basse, classification éparse, remodeling positif), de plaques nécrotiques ainsi qu’avec une augmentation globale du volume des plaques d’athérome préexistantes(11). L’augmentation de concentration en polluant à court terme – de quelques heures à quelques jours – s’accompagne également d’une augmentation du risque d’infarctus de 3 à 5 % avec notamment une majoration des admissions aux urgences pour infarctus ou arrêts cardiaques extra-hospitaliers(12,13). Impact sur les accidents vasculaires cérébraux Selon l’OMS, 40 % des décès dans le monde imputables à la pollution de l’air sont des accidents vasculaires cérébraux. Une étude prospective européenne a par exemple démontré qu’une augmentation annuelle de 5 μg/m3 en particules fines augmente le risque d’accident vasculaire cérébral de 19 %(14). Plusieurs études ont également démontré que vivre à proximité d’un gros axe routier durant plusieurs années augmentait de 20-40 % le risque d’accidents vasculaires cérébraux, à facteurs de risque égaux(15,16). Les pics de pollution s’accompagnent également d’une augmentation de la survenue d’AVC et de mortalité par AVC(17,18). Cette augmentation du risque d’AVC par la pollution de l’air peut s’expliquer par les effets athérogènes et arythmogènes des polluants ainsi que par l’augmentation du risque d’hypertension. En effet, plusieurs études récentes ont démontré que l’exposition aux polluants de l’air majore le risque hypertensif, probablement médié par un arc réflexe pulmonaire-cérébral, conduisant à un déséquilibre de la balance orthoparasympathique(19,20). Pollution de l’air et insuffisance cardiaque Une métaanalyse sur 35 études a démontré une augmentation significative des hospitalisations et de décès par insuffisance cardiaque lors de pics de pollution notamment aux particules fines(21). Une étude portant sur 1 million d’individus a également confirmé une association significative entre l’exposition à la pollution de l’air au long terme et le développement d’insuffisance cardiaque ischémique(22). Pollution de l’air et troubles du rythme De nombreuses études ont démontré que l’exposition à la pollution de l’air à court terme et à long terme s’accompagne d’une altération de la fréquence de variabilité cardiaque qui se trouve abaissée. Cette altération de la fréquence de variabilité cardiaque est considérée comme un facteur de risque cardiovasculaire(23). De nombreuses études, notamment chez les patients porteurs de défibrillateur ont également démontré une augmentation des arythmies ventriculaires lors d’augmentation de la concentration en polluant de l’air(24). Une étude prospective sur 300 patients a également confirmé un effet pro-arythmique de la pollution de l’air sur les arythmies ventriculaires, les auteurs de cette étude concluent que les patients arythmiques doivent donc être suivis étroitement, notamment lors de pics de pollution et qu’il convient de recommander aux patients présentant des arythmies de limiter autant que possible l’exposition à la pollution de l’air(25). Concernant les troubles du rythme supraventriculaire, certaines études ont démontré une association entre l’exposition aux polluants de l’air et les des admissions hospitalières pour fibrillation atriale(26). Pollution de l’air et stress oxydatif La pollution de l’air engendre un stress oxydatif quantifiable dans les études épidémiologiques en mesurant par exemple les métabolites oxydatifs de l’ADN, des lipides et lipoprotéines circulantes ou en mesurant également les marqueurs inflammatoires tels que l’interleukine 1, interleukine 6, la CRP. Ces études ont ainsi démontré que chez les garagistes, les conducteurs de bus ou les policiers de la circulation, ces métabolites du stress oxydatif étaient significativement plus élevés et bien corrélés à l’exposition aux polluants de l’air, à tabagisme égal. À noter également que ces mêmes études ont démontré lors d’exposition à la pollution de l’air une baisse de la méthylation de l’ADN traduisant donc une interférence avec l’expression de certains gènes(27,28). Études expérimentales Chez l’homme Les études les plus intéressantes chez l’homme ont été réalisées en chambre d’exposition. Il s’agit d’études randomisées en double aveugle lors desquelles le patient est exposé pendant 1 à 2 heures soit à de l’air ambiant filtré soit à du diesel. Les études parues dans les plus grandes revues médicales internationales tel que le NEJM ont reçu l’accord des comités d’éthique hospitalière, car, lorsque les patients sont exposés durant 1-2 heures à du diesel, la concentration en particules est de 300 μg/m3 ce qui équivaut, étalée sur 24 heures, à ce que pourra respirer un citadin en une journée lors d’un pic de pollution. Dans ces chambres d’exposition, les patients font 2 x 15 minutes de vélos d’intensité modérée suivie de périodes de repos. Ces études ont démontré chez les patients coronariens stables, une majoration de l’ischémie à l’effort lorsque ces patients pédalent dans l’air pollué(29). Chez les patients coronariens stables et également chez des patients jeunes sains et non tabagiques, ces études ont démontré une diminution de la libération de l’activateur tissulaire du plasminogène(29). Cet effet pro-thrombotique du diesel a été appuyé par d’autres études en chambre d’exposition qui ont démontré que lorsque le plasma des patients était transféré au contact de valves aortiques de porc, on observait une augmentation statistiquement significative du nombre de thrombus lorsque les patients ont été préalablement exposés à du diesel. L’analyse par cytométrie de flux démontrait également une activation plaquettaire significativement plus marquée lorsque les patients, jeunes et sans facteur de risque, avaient pédalé dans de l’air pollué au diesel(30). Outre ce risque thrombotique majoré par le diesel, l’une des principales conclusions de ces études a été de démontrer une atteinte une altération de la vasodilatation endothéliale après que les patients ont été exposés pendant 1 heure à du diesel. Ces études — qui mesurent le flux artériel au niveau de l’artère brachiale après injection de vasodilatateurs « NO-médiés » (acétylcholine, bradykinine et nitroprussiate de sodium) — démontrent que la vasodilatation physiologique qui suit l’injection de ces vasodilatateurs est diminuée de façon significative après que les patients ont été exposés au diesel. À l’inverse après injection de vasodilatateurs « NO-indépendant » de type inhibiteur calcique (Verapamil®), aucune différence significative n’est observée, que le patient ait respiré du diesel ou de l’air filtré. Cette altération de la vasodilatation endothéliale — également appelée dysfonction endothéliale — est considérée comme un facteur de risque cardiovasculaire, et est considérée comme un marqueur fiable et précoce du risque d’athérosclérose(31). Cette altération de la vasodilatation endothéliale s’explique par les radicaux libres induits par le stress oxydatif qui vont piéger consommer le NO sécrété par l’endothélium, en diminuer sa biodisponibilité et donc l’empêcher de jouer son rôle de vasodilatateurs. Une étude a bien démontré cela en incubant le plasma des patients exposés avec des cellules endothéliales ombilicales (cellules UVEC) sur lesquelles a pu être mesurée la production d’anion superoxyde, un puissant radical libre. Il a été ainsi démontré une nette augmentation de la production d’anions superoxydes lorsque les patients viennent d’être exposés au diesel. Dans cette étude le taux de production d’anions superoxydes par les cellules endothéliales était bien corrélé au taux de particules fines inhalées par les patients(32). Ces mêmes études ont également démontré sur des patients jeunes et sans antécédents, une augmentation des résistances des artères pulmonaires lors d’échographie de stress sous dobutamine, réalisées après 1 heure d’exposition au diesel(33). Chez l’animal Notamment chez le rat, des études ont également exposé pendant 6 mois des rats soit à de l’air ambiant soit à de l’air filtré et ont démontré que les rats exposés pendant 6 mois à de l’air chargé en particules fines présentaient une athérosclérose précoce(34). Chez les rats, l’exposition la pollution de l’air entraîne également la production de HDL dysfonctionnels, de LDL oxydés, une augmentation de l’expression des molécules d’adhésion (ICAM), une augmentation de l’apoptose de cellules endothéliales, une augmentation des taux circulants de cellules-souches endothéliales et une augmentation des taux circulants de produits de dégradation des « tight junctions » présents entre les cellules endothéliales, et traduisant donc une altération-agression endothéliale(12). Au final, comme résumé dans la figure 1, les effets cardiovasculaires de la pollution de l’air sont maintenant bien compris : les particules ultrafines et leurs composés de surface — notamment les hydrocarbures aromatiques polycycliques — vont créer un stress oxydatif local à l’échelle pulmonaire à l’origine d’un arc réflexe conduisant à un déséquilibre de la balance ortho/parasympathique pouvant expliquer la baisse de la fréquence de variabilité cardiaque et l’hypertension artérielle. Des alvéoles pulmonaires, les particules ultrafines et leurs composés vont pouvoir passer dans le sang, engendrer une réponse inflammatoire, un stress oxydatif responsable d’une dysfonction endothéliale — et donc d’une altération de l’autorégulation du débit coronaire et cérébral. Activation des globules blancs, oxydation des LDL, activation plaquettaire et de leucocytes, altération des capacités de fibrinolyse pourront expliquer la formation de thrombus. À ces facteurs de risque athérothrombotiques, s’ajoutent l’hypertension et les troubles du rythme vraisemblablement expliqués — comme la baisse de la fréquence de variabilité cardiaque — par un arc réflexe pulmonaire conduisant à une dérégulation de la balance ortho/parasympathique. Figure 1. Conséquences cardiovasculaires liées à la pollution. Abréviations : PM : matière particulaire, PUF : particules ultrafines, NO2 : dioxyde d’azote, O3 : ozone, HAP : hydrocarbures aromatiques polycycliques, Rec Sens : récepteur sensitif, TA : tension artérielle, HRV : variabilité du rythme cardiaque, SCA : syndrome coronarien aigu, AVC : accident vasculaire cérébral, Ins card : Insuffisance cardiaque, NO : monoxyde d’azote, Ortho/Para Σ : système ortho- et parasympathique. Efficacité des mesures de santé publique et individuelles Parmi les mesures de santé publique, l’exemple de Tokyo fait office de référence. En effet à Tokyo dès le début des années 2000 une politique d’éviction des véhicules les plus polluants notamment des véhicules diesels a été conduite, moyennant d’importantes aides financières aux propriétaires de véhicules, et a permis dès 2003, de réduire drastiquement le nombre de véhicules diesels circulants. Une étude a pu démontrer qu’entre 2003 et 2012, le taux de particules fines du trafic routier avait baissé de 44 % à Tokyo. Dans le même intervalle de temps, entre 2003 et 2012, la mortalité cardiovasculaire a baissé à Tokyo de 11 % et la mortalité respiratoire de 22 %. Ces baisses de mortalité ont été calculées après avoir été pondérées avec l’évolution dans le même temps de la mortalité d’une ville témoin, Osaka, qui présente les mêmes caractéristiques que Tokyo au niveau climatique, densité de population, mais qui, à la différence de Tokyo, n’avait pas introduit de mesures limitant la circulation des véhicules diesel. Les auteurs de cette étude concluent que cette baisse de mortalité est donc directement attribuable à la réduction des émissions diesel(35). De nombreuses études ont démontré l’impact bénéfique d’espaces verts en ville qui permettent à la fois de réduire les îlots de chaleur en période de canicule, mais également de réduire, en absorbant les particules fines, les taux de polluants dans l’air. Plusieurs études ont démontré en ville une corrélation inverse entre espaces verts et mortalité cardiovasculaire. Concernant les mesures individuelles qu’un médecin peut proposer à son patient : Éviter tout sport intensif en période de pollution, éviter la pratique du sport le long d’un axe routier pollué. Éviter si possible d’habiter à proximité directe d’un axe routier. Si tel est le cas, conseiller au patient d’aérer très tôt le matin ou tard le soir, utilité également de purificateur d’air, néanmoins il n’y a encore suffisamment d’études scientifiques. Utilité également d’installer des filtres à particules (HEPA) sur les aérations des fenêtres donnant sur l’axe routier associé ou non à une VMC. Des études aux États-Unis ont démontré qu’il y avait significativement moins d’accidents cardiovasculaires dans les salles de sport équipées de ces types de filtres à particules au niveau des aérations. Une étude de la Mayo clinique recommande de préférer le sport indoor lors de pics de pollution(36). Une attention toute particulière sera également à porter sur les patients coronariens ou arythmiques lors de pics de pollution. Concernant les masques respiratoires, les masques tissus et coton ne sont d’aucune utilité. Les masques à haut pouvoir filtrant classés FFP 1, 2, 3, ont, en laboratoire, une certaine efficacité sur la filtration des particules y compris jusqu’à 1 μm, néanmoins ils n’arrêtent pas les plus petites particules ultrafines et leur efficacité sur les gaz, en l’absence de cartouches de charbon actif, est également limitée. Enfin, si ses masques donnent des résultats satisfaisants en laboratoire, en conditions réelles leur efficacité reste à démontrer. Le facteur limitant des masques est également la sensation de difficultés à respirer, raison pour laquelle il ne semble pas pertinent de les conseiller à des patients en difficulté respiratoire tels que les asthmatiques ou les patients insuffisants cardiaques. Par contre pour les coronariens stables, certaines études conduites en Chine, en double aveugle avec des patients coronariens qui devaient faire 2 heures de marche dans les rues de Pékin, soit un masque classique, soit un masque FSP 1, ont démontré un impact-bénéfice de ces masques à haut pouvoir filtrant sur les marqueurs cardiovasculaires tels que la fréquence de variabilité cardiaque, l’hypertension et les marqueurs inflammatoires(37). Diesel versus essence : les principales différences entre diesel et essence modernes se situent au niveau des émissions de NO2 puisqu’un véhicule Diesel récent émet 6 à 8 fois plus de NO2 qu’un véhicule essence. Le problème de la pollution Diesel se majore également en ville puisque la circulation en ville (arrêts fréquents et redémarrage) ne permet pas une bonne montée en température du moteur et des systèmes de dépollution, notamment des oxydes d’azote entraînant une relative inefficacité des systèmes de dépollution et donc d’importante émission oxydes d’azote. Essence et Diesel émettent des particules ultrafines de taille similaire ; néanmoins leur composition va différer. On trouve plus de HAP cancérigènes à la surface des particules Diesel. En pratique Les Sociétés européenne et nord-américaine de cardiologie considèrent désormais la pollution de l’air comme un facteur de risque majeur et indépendant de maladies cardiovasculaires. Parmi les polluants de l’air, les particules ultrafines de combustion (trafic routier, industries de type incinérateur, chauffage au bois) sont les plus toxiques, notamment en raison de leur taille et de leur surface tapissée d’hydrocarbures aromatiques polycycliques. Le NO2, gaz émis en ville essentiellement par le trafic routier notamment diesel, est également à l’origine d’une augmentation du risque de maladies cardiovasculaires, notamment d’infarctus cérébraux et d’accidents vasculaires cérébraux. Si des mesures individuelles permettent au cas par cas de limiter l’exposition, seules des mesures ambitieuses de santé publique permettront de réduire l’exposition de la population générale à ce « nouveau » facteur de risque cardiovasculaire. Références sur demande à la rédaction : biblio@axis-sante.com

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