La théorie biochimique peut être subdivisée en deux catégories : la théorie toxique et la théorie obstructive :
La théorie toxique affirme que les acides gras libres (AGL) libérés au moment du traumatisme (peut-être sous l'action des catécholamines) ou par la dégradation des graisses dans le poumon affectent directement les pneumocytes, provoquant le syndrome de détresse respiratoire de l'adulte (SDRA).
La théorie obstructive propose que les médiateurs chimiques libérés sur le site d'une fracture affectent la solubilité des lipides, entraînant une coalescence et une embolisation ultérieure. Une étude a mis en évidence une différence dans la teneur en cholestérol des emboles graisseux par rapport à la graisse de la moelle, ce qui va dans le sens de cette hypothèse. Cette étude n'a toutefois pas été confirmée.
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