L’analyse de la relation entre la mortalité respiratoire et l’exposition chronique à la pollution atmosphérique peut être abordée par différents types d’études : les études épidémiologiques (cohortes, études transversales) qui attestent de la relation et les études expérimentales qui l’expliquent. Les études de cohortes qui ont l’avantage de tenir compte de nombreux facteurs de confusion et donc d’éviter un certain nombre de biais (ce qui n’est pas le cas des études transversales), nécessitent beaucoup de moyens humains et financiers. Aussi, ont-elles été menées aux États-Unis tout d’abord mais sont actuellement de plus en plus fréquemment utilisées en Europe. Leurs résultats sont relativement cohérents en ce qu’ils montrent, quasiment tous, l’existence d’une association statistiquement significative entre l’augmentation de la pollution particulaire et la mortalité cardio-pulmonaire. La mortalité par cancer du poumon est également associée à l’exposition chronique aux particules et, dans certaines études, à l’ozone ou aux oxydes d’azote. Les pathologies cérébrovasculaires et même la mort subite du nourrisson ont pu également être mises en relation, parfois, avec la pollution particulaire. Les relations trouvées quand l’exposition est chronique sont quantitativement plus importantes que celles que l’on observe dans l’exposition à court terme mais, comme dans cette dernière, elles sont linéaires et sans seuil.

Pour expliquer ces effets (le caractère causal de la relation ne fait plus de doute aujourd’hui), de nombreux phénomènes sont évoqués, surtout pour l’exposition particulaire : augmentation de marqueurs du risque cardiovasculaire (fibrinogène, leucocytes, plaquettes), athérosclérose, inflammation chronique des tissus pulmonaires exacerbée par une exposition aiguë, etc. Des travaux, de plus en plus nombreux, abordent l’interaction gène-environnement voire, même, évoquent des phénomènes épigénétiques à l’origine de ces effets.

L’impact, en termes de santé publique, peut être mesuré. Le programme européen Apheis a ainsi estimé que, si la concentration en particules PM2,5 ne dépassait pas 15 μg/m³, un sujet de 30 ans verrait son espérance de vie augmenter de 1 mois à plus de 2 ans selon la ville étudiée. Enfin, la mortalité n’est pas le seul indicateur pertinent pour appréhender les effets de l’exposition à la pollution atmosphérique. Des travaux, comme les études Isaac chez l’enfant, s’intéressent, ainsi, à l’asthme, la rhinite allergique et l’eczéma.

Different designs can be used to analyze the relationships between respiratory mortality and long term exposure to atmospheric pollution: epidemiological studies (cohort, prevalence study) demonstrate the reality of the relationship and toxicological studies explain it. Cohort studies have the advantage of being able to take into account many confounding factors and thus avoid biases (which is not the case with prevalence studies), but require significant human and financial resources. They were first adopted in the US, but are now more often applied in Europe. The results are relatively consistent, as they all show a statistically significant association between an increase in particulate pollution and cardiopulmonary mortality. Mortality from lung cancer is also associated with long term exposition to particles and sometimes to ozone or nitrogen oxides. Cerebrovascular diseases and sudden death of young children have also been associated with particulate pollution. The relationships are more powerful for long term than short term exposure but are also linear and without threshold.

In order to explain these effects (today the causality of the relationship is certain) there are many possible factors, particularly regarding particulate exposures: an increase in cardiovascular risk biomarkers (fibrinogen, white blood cells, and platelets), atherosclerosis, chronic inflammation of lung tissues increased by acute exposure, etc. More and more studies address the interaction between gene and environment and even epigenetic phenomena which could be responsible of these effects.

Public Health impact could be quantified. The European E&H surveillance program Apheis, for example, estimated that if PM2.5 levels remained below 15 μg/m³, a 30 year old person could see his life expectancy increased by 1 month to 2 years, depending on the studied city. Finaly, mortality is not the only relevant indicator for health effects of air pollution. ISAAC studies address asthma, allergic rhinitis and eczema among children.