PARIS – L’ostéoporose associée à la pollution environnementale est un champ émergent de recherche. Ces dernières années, les études scientifiques sont de plus en plus nombreuses à explorer le retentissement de la pollution sur la santé osseuse, décrivant un contexte inflammatoire systémique associé à des perturbations du métabolisme osseux – une augmentation de la résorption et une diminution de la formation osseuse.
Deux facteurs de risque majeurs ressortent : l’exposition aux métaux lourds et l’inhalation de particules fines (particulate matter ; PM). Une inquiétude croissante qui pousse à revoir les niveaux d’exposition acceptables et les stratégies de réduction des risques.
Les explications du Pr Patrice Fardellone, rhumatologue au CHU d’Amiens Picardie, lors de la 39e Journée scientifique du Groupe de recherche sur les ostéoporoses (16/01/26, Paris) [1].
Une exposition importante au cadmium réduirait la densité osseuse
Les métaux lourds présentent trois caractéristiques principales : masse volumique élevée (>5 g/cm≥), persistance environnementale prolongée, et toxicité biologique. Elles s’accumulent dans les organismes, parfois même à très faibles doses (bioaccumulation) et le long des chaînes alimentaires (biomagnification).
Les métaux lourds les plus fréquemment cités dans la littérature incluent le plomb, le cadmium, l’arsenic, le cobalt et le molybdène, mais aussi le thallium ou encore le barium… Une étude américaine, à partir de la base de données NHANES [2], a analysé cinq périodes du 21ᵉ siècle (2005-2006, 2007-2008, 2009-2010, 2013-2014 et 2017-2018) chez 5 745 adultes d’âge moyen. Les concentrations de métaux lourds ont été dosés dans le sang et les urines, et 12 modèles de machine learning ont été appliqués pour évaluer leur association avec la densité minérale osseuse. La perte osseuse était définie par un T-score ≤ -1, comparé à un groupe « normal ».
Parmi les métaux lourds étudiés, le cobalt, le thorium, le plomb et encore plus le cadmium ont montré l’association la plus fréquente avec une DMO plus basse.
Le cadmium exerce ses effets délétères sur le tissu osseux par des mécanismes directs et indirects
Pr Fardellone
Le cadmium est absorbé par inhalation et ingestion. L’inhalation provient principalement du tabac (1 cigarette contient 0,1–0,2 µg de cadmium) et de diverses activités industrielles (production de batteries nickel-cadmium, colorants, stabilisants thermiques dans le PVC, plastiques, peintures antirouille, feux d’artifice, peintures fluorescentes, etc.).
L’ingestion de cadmium concerne de nombreux aliments, tels que végétaux, poissons, viandes, abats, fruits de mer et chocolat. L’OMS et la FAO (Food and Agriculture Organization) définissent une dose journalière acceptable de 60–70 µg et un apport tolérable de 0,4–0,5 mg par semaine. « Le cadmium exerce ses effets délétères sur le tissu osseux par des mécanismes directs et indirects », décrypte le Pr Fardellone.
Le cadmium favorise l’ostéoclastogenèse
Pr Fardellone
Concernant son action directe sur les cellules osseuses, le cadmium diminue l’ostéoformation. Vis-à-vis des ostéoblastes, il entraîne une baisse des marqueurs de différenciation (Runx2, ostéocalcine), des protéines de la matrice osseuse extracellulaire (collagène de type I), des phosphatases alcalines osseuses, ainsi qu’une augmentation de l’apoptose, avec fragmentation du cytosquelette et de l’ADN. »
A l’inverse, le cadmium favorise l’ostéoclastogenèse : « le cadmium favorise l’augmentation en nombre des ostéoclastes et leur activité cellulaire (élévation de la PTH et du RANKL). Indirectement, l’effet du cadmium passe par le rein avec une diminution de la synthèse de la forme active de la vitamine D (1,25(OH)₂D) et ses conséquences – une augmentation de la calciurie et une phosphaturie). »
Récemment, une étude (labellisée PROSPERO, garantie d’une qualité méthodologique), a analysé près de 8 000 femmes âgées de plus de 50 ans [3] et évalué l’exposition au cadmium : que celle-ci soit élevée ou faible, elle est associée à un doublement du risque d’ostéoporose définie par densitométrie (T-score ≤ -2,5 à n’importe lequel des sites classiques). Pour un niveau d’exposition élevé, le risque relatif était de 1,95 (IC 95 % : 1,39-2,73, p < 0,001) et pour un niveau faible, de 1,99 (IC 95 % : 1,04-3,82, p = 0,040).
Les particules ultrafines circulant dans le sang peuvent induire un état d’inflammation systémique, d’où un retentissement potentiel sur le tissu osseux.
L’exposition chronique aux particules fines : une majoration de la perte osseuse
Les particules fines sont des particules solides ou liquides en suspension dans l’air, de taille inférieure à 10 µm. Les PM10 (diamètre ≤ 10 µm) pénètrent dans les voies respiratoires supérieures, les PM2,5 (diamètre ≤ 2,5 µm) atteignent les alvéoles pulmonaires, et les PM0,1 ou ultrafines (diamètre ≤ 0,1 µm) peuvent passer dans la circulation sanguine.
Ces particules proviennent de sources naturelles, comme les poussières désertiques, les embruns, les volcans et les pollens, mais également de sources anthropiques, principalement les véhicules et le chauffage au bois, suivis par l’industrie pour le phénomène de combustion, l’agriculture (ammoniac) et le tabagisme.
La taille des particules détermine leur localisation dans le tractus respiratoire : les plus grosses entraînent des complications respiratoires telles que l’asthme et la bronchite, tandis que les particules ultrafines circulant dans le sang peuvent induire un état d’inflammation systémique, d’où un retentissement potentiel sur le tissu osseux.
L’exposition aux PM2,5 est associée à une diminution significative de la densité minérale osseuse au col fémoral et au rachis lombaire.
Sur ce sujet des PM, une étude italienne conduite par l’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale a évalué l’exposition aux particules fines chez 59 950 femmes sur une période de près de quatre ans, de juin 2016 à janvier 2020 [4]. La répartition géographique des concentrations de PM2,5 montre, sans surprise, une pollution plus élevée autour des grandes agglomérations et dans le nord industriel de l’Italie, par rapport au sud plus rural. L’analyse révèle que l’exposition aux PM2,5 – mais non aux PM10 – est associée à une diminution significative de la densité minérale osseuse au col fémoral et au rachis lombaire.
Effets délétères des polluants gazeux sur l’os, signal discordant de l’ozone
Une analyse menée chez 9 041 femmes de la cohorte WHI (âge moyen 63,3 ± 7,4 ans) a évalué l’exposition aux particules fines (PM10) et aux polluants gazeux (NO, NO2, SO2) sur des périodes de 1, 3 et 5 ans précédant la mesure de densité minérale osseuse (DMO)[5]. L’exposition à ces polluants sur toutes les périodes considérées est négativement corrélée à la DMO à l’ensemble des sites étudiés.
« Cela illustre le fait qu’au-delà des particules fines, d’autres polluants atmosphériques sont impliqués, tels que le dioxyde de soufre, l’ozone, le monoxyde d’azote et le dioxyde d’azote, souligne le Pr Fardellone. Ces composés ont montré des effets défavorables sur le tissu osseux dans plusieurs travaux. »
Des synergies entre certains polluants ont été mises en évidence
Pr Fardellone
Et en particulier l’ozone (O3), comme c’est le cas dans une étude menée à Taïwan [6]. Deux bases de données ont été combinées : la Taiwan Biobank, incluant 4 595 volontaires âgés de 30 à 70 ans sans antécédent de cancer, et la Taiwan Air Quality Monitoring Database, avec 74 stations de mesure des polluants atmosphériques.
L’analyse a montré que plusieurs polluants étaient négativement corrélés à la densité minérale osseuse. Les PM2,5 et PM10 n’ont pas montré d’association significative avec le T-score tandis que l’ozone présentait une association positive (coeff. non standardisé β = 0,015, IC 95 % : 0,004 à 0,026, p = 0,008).
Le monoxyde de carbone (-0,809, IC 95 % : -1,043 à -0,576, p < 0,001), le dioxyde de soufre (-0,050, IC 95 % : -0,085 à -0,015, p = 0,005) ainsi que le dioxyde d’azote et d’autres oxydes d’azote étaient négativement corrélés à la DMO (T-score).
De plus, « des synergies entre certains polluants ont été mises en évidence, ajoute le spécialiste. L’association entre les oxydes d’azote et le monoxyde de carbone, ainsi que celle entre le dioxyde d’azote et le dioxyde de soufre, montre que l’effet délétère sur la densité minérale osseuse n’est pas simplement additif, mais multiplicatif ».
Impact direct de la pollution liée au trafic automobile sur la masse osseuse
Une étude américano-mexicaine [7]a montré que la proximité d’une autoroute influence la densité minérale osseuse. Chez des adultes d’âge moyen 34 ans, ceux résidant à moins de 500 m d’une autoroute présentaient une DMO inférieure par rapport à ceux habitant à plus de 500 m. La différence était de 0,02 g/cm² pour le corps entier et de 0,03 g/cm² pour le bassin.
« Ces résultats suggèrent que la pollution liée au trafic automobile aurait un effet direct et proportionnel sur la densité minérale osseuse de la population », indique le rhumatologue.
L’impact des PM sur la DMO, mais aussi sur les fractures osseuses
Voici pour le lien entre PM et ostéoporose. A propos des fractures, une étude coréenne portant sur plus de 44 000 femmes âgées de plus de 50 ans a évalué l’association entre l’exposition aux particules fines (PM2,5) et le risque de fracture.
L’analyse, ajustée sur l’âge et l’index de comorbidité de Charlson, montre un effet modeste mais significatif de l’exposition aux PM2,5 sur les fractures vertébrales et périphériques. Le risque relatif était de 1,30 (IC 95 % : 1,02 -1,24) pour l’ensemble des fractures, 1,17 (IC 95 % : 1-1,38) pour les fractures vertébrales et 1,16 (IC 95 % : 1,01-1,33) pour les fractures périphériques.
Toujours à propos des fractures, une étude menée sur la côte est des États-Unis a analysé 9,2 millions de bénéficiaires de Medicare âgés de 65 ans et plus (janvier 2003 – décembre 2010) [8]. Les concentrations de « carbone noir » (ou suie, particules incomplètement carbonisées) ont été estimées à l’aide de modèles de régression spatiotemporelle basés sur l’occupation du sol. Déjà, des concentrations plus élevées de carbone noir étaient associées à une perte plus importante de densité minérale osseuse au fil du temps.
De plus, les communautés exposées aux concentrations annuelles les plus élevées de PM2,5 présentaient des taux accrus d’hospitalisations pour fractures osseuses. Une augmentation d’un intervalle interquartile (4,18 µg/m≥) de la concentration en PM2,5 correspondait à une augmentation de 4,1 % du taux d’hospitalisation pour fracture osseuse.
La santé osseuse sous la menace de la pollution atmosphérique et chimique
En résumé, des travaux récents suggèrent que les PM constituent un facteur de risque indépendant de faible densité minérale osseuse et de fractures liées à l’ostéoporose.
Les pollutions atmosphériques affectent le tissu osseux par deux mécanismes principaux [9] : l’induction d’une inflammation systémique et d’un stress oxydatif : plusieurs polluants atmosphériques peuvent induire une inflammation systémique de bas grade, qui affecte le métabolisme osseux par l’action spécifique de cytokines telles que TNFα, IL-1β, IL-6 et IL-17 sur la différenciation et la fonction des ostéoblastes et des ostéoclastes.
Par ailleurs, certains polluants, notamment des composés gazeux, peuvent provoquer des dommages oxydatifs dans les cellules respiratoires et osseuses. Différents groupes de polluants peuvent aussi agir comme perturbateurs endocriniens en se liant aux récepteurs des cellules osseuses, modifiant leur fonctionnement. En sachant que la pollution de l’air peut entraîner, directement ou indirectement, une carence en vitamine D.
La caractérisation de ces mécanismes permettra de mieux comprendre la physiopathologie des atteintes osseuses, et la reconnaissance de la pollution de l’air comme facteur de risque modifiable pour l’ostéoporose pourra orienter les politiques environnementales.
Liens d’intérêt du Pr Fardellone en lien avec ce sujet « os & pollution » : aucun
Interventions ponctuelles : Abbvie, Amgen, Besins, Expanscience, Fresenius, Kyowa-Kirin, Lilly, Théramex ; Intérêts indirects : Lilly.
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