Metalli pesanti,IPA,PCB ed altri elementi ricercati ed i loro effetti nel biomonitoraggio.
Con il termine “metalli pesanti “vengono considerati quei metalli con densità superiore a 5,0 g cm-3, che rivestono particolare interesse sotto il profilo della tossicologia umana e ambientale, e precisamente: alluminio (Al), cadmio (Cd), cromo (Cr), mercurio (Hg), nichel (Ni), piombo (Pb), rame (Cu), zinco (Zn).
Il loro impatto biologico dipende dalla capacità di avere diversi stati di ossidazione (il che comporta elevata reattività), di saper catalizzare numerose reazioni, di dare origine a complessi e di avere affinità con i gruppi – SH degli amminoacidi; ne deriva un’azione tossica come veleni enzimatici.
Inoltre, alcuni di essi (Cu, Cr, Ni) sono in grado di dare origine, all’interno delle cellule, alle ROS (Reactive Oxygen Species) cioè specie reattive all’ O2 (ozono).
Requisito pressoché indispensabile per l’avvio di processi lesivi alla pianta è l’assorbimento dell’elemento, che può avvenire attraverso gli apparati radicali o per via fogliare (cuticolare o stomatica). Una volta penetrato, l’agente può andare incontro a fenomeni più o meno complessi di traslocazione, metabolizzazione, accumulo e confinamento. entrando a far parte di percorsi funzionali. Esito finale di questi fenomeni può essere la tolleranza o l’espressione di fitotossicità, in forma subliminale (“danno invisibile”) o manifesta (clorosi e, più eccezionalmente, necrosi di regioni fogliari, riduzione di biomassa) .
Le forze e i fattori verso una tolleranza o verso una fitotossicità dipendono dalle caratteristiche della specie chimica (se biologicamente essenziale, o no ), dalle modalità di esposizione (dose, espressa come combinazione di “concentrazione per durata “) e da caratteristiche relative alla piante (suscettibilità su base genetica di specie/cultivar/ecotipi, sensibilità in relazione a caratteristiche ontogenetiche, stato sanitario e condizioni ecologiche e agronomiche, quali disponibilità di minerali e acqua).
Qui di seguito descriveremo gli effetti dei metalli pesanti nell'ambiente. I tre metalli pesanti piu' inquinanti sono piombo, cadmio e mercurio.
Il cadmio deriva le sue proprietà tossicologiche dalla sua somiglianza chimica allo zinco, un micronutriente essenziale per le piante, gli animali e gli esseri umani. Il cadmio è biopersistente e, una volta assorbito da un organismo, rimane in esso per molti anni (nell'ordine di decine per gli uomini) prima di venire espulso.
Negli esseri umani, l'esposizione di lunga durata è associata a disfunzioni renali. Elevata esposizione può portare all'affezione polmonare ostruttiva ed è collegata aa cancro polmonare, anche se i dati riguardo a quest'ulitmo sono difficili da interpretare a causa di altri fattori concomitanti. Il cadmio può anche produrre problemi alle ossa (osteomalacia, osteoporosi) negli esseri umani e negli animali. Inoltre, il metallo può essere collegato ad aumento della pressione sanguigna e ad effetti sul miocardio negli animali, anche se la maggior parte dei dati sugli esseri umani non sostengono questi risultati.
L'assunzione quotidiana media per gli esseri umani è valutata intorno a 0.15 µg dall'aria e 1 µg dall'acqua. Fumare un pacchetto di 20 sigarette può portare all'inalazione di circa 2-4 µg di cadmio, ma i livelli possono variare ampiamente.
Il cadmio è prodotto come inevitabile sottoprodotto del raffinamento dello zinco (o occasionalmente piombo), dal momento che questi metalli si presentano naturalmente all'interno di minerali grezzi. Tuttavia, una volta raccolto il cadmio è relativamente facile da riciclare.
L'uso più significativo del cadmio è nelle batterie di nichel/cadmio, come fonti di energia ricaricabile o di energia secondaria che presentano elevata uscita, lunga durata, bassa manutenzione e elevata resistenza a stress fisico ed elettrico. I rivestimenti di cadmio forniscono una buona resistenza alla corrosione, specialmente in ambienti a stress elevato quali applicazioni marine ed aerospaziali dove sono richieste sicurezza e affidabilità elevate; il rivestimento è corroso piu' facilemente se danneggiato. Altri impieghi del cadmio sono in pigmenti, stabilizzatori per PVC, leghe ed residui elettronici. Il cadmio è presente anche come impurità in parecchi prodotti, compresi i fertilizzanti a base di fosforo, i detersivi ed i prodotti petroliferi raffinati.
In generale, per le persone che non fumano la via principale per l'esposizione è attraverso gli alimenti, l'aggiunta di cadmio al terreno agricolo da varie fonti (deposizione in atmosfera e applicazione di fertilizzanti) e assorbimento da cibo e da produzioni foraggere. Esposizione supplementare per gli esseri umani deriva dal cadmio presente nell'aria ambiente ed nell'acqua potabile.
Il cromo è usato nelle leghe metalliche e nei pigmenti per le vernici, il cemento, la carta, la gomma ed altri materiali. L'esposizione anche a bassi livelli può irritare la pelle e causare ulcera. L'esposizione a lungo termine può causare danni a fegato e reni e danni ai tessuti circolatori e nervosi. Il cromo si accumula spesso in ambiente acquatico, rendendo pericoloso il consumo di pesci che sono stati esposti a livelli elevati di cromo.
Il rame è una sostanza essenziale per la vita umana, ma in dosi elevate può causare anemia, danni a reni e fegato ed irritazione di intestino e stomaco. Le persone con la malattia di Wilson sono al piu' elevato livello di rischio per gli effetti sulla salute derivanti da sovresposizione a rame. Il rame entra normalmente nell'acqua potabile dalle tubazioni di rame, e dagli additivi destinati a controllare lo sviluppo di alghe.
Negli esseri umani l'esposizione al piombo può provocare una vasta gamma di effetti biologici a seconda del livello e della durata di esposizione. Vari effetti derivano da una vasta gamma di dosi, i feti in sviluppo e gli infanti sono più sensibili degli adulti. Alti livelli di esposizione possono provocare effetti biochimici tossici negli esseri umani che comprendono problemi nella sintesi di emoglobina, problemi sui reni, sul tratto gastrointestinale, sui giunti e sul sistema riproduttivo e danneggiamento acuto o cronico del sistema nervoso.
L'avvelenamento da piombo, che è così grave da essere causa evidente di malattie, è ora effettivamente molto raro. A concentrazioni intermedie, tuttavia, vi è prova convincente che il piombo puo' avere leggeri effetti infraclinici, specialmente sullo sviluppo neuropsicologico dei bambini. Alcuni studi suggeriscono che ci possa essere una perdita di fino a 2 punti di quoziente d'intelligenza a seguito di un aumento di piombo nel sangue da 10 a 20 µg/dl nei bambini piccoli.
L'ingestione media quotidiana di piombo per gli adulti nel Regno Unito è stimata intorno ai 1.6 µg dall'aria, 20 µg dall'acqua potabile e 28 µg dal cibo. Anche se la maggior parte delle persone ricevono il grosso della loro assunzione di piombo dagli alimenti, in specifiche popolazioni altre fonti possono essere più importanti, come l'acqua nelle zone con condutture in piombo ed acqua piombosolvente, l'aria vicino alle sorgenti di emissione, terreno, polvere, particelle di vernice in vecchie case o in terreni contaminati. Il piombo nell'aria contribuisce ad aumentare il livello di piombo negli alimenti tramite deposizione di polvere e pioggia contente il metallo sui raccolti e sul terreno. Per la maggior parte della popolazione del Regno Unito, tuttavia, l'esposizione al piombo tramite la dieta è molto al di sotto della presa settimanale tollerabile provvisoria suggerita dall'Organizzazione per il cibo e l'agricoltura e dall'Organizzazione Mondiale della Sanità.
Il piombo e' immesso nell'ambiente sia da fonti naturali che antropogeniche. L'esposizione può avvenire attraverso l'acqua potabile, il cibo, l'aria, il terreno e la polvere derivante da vernice vecchia a base di piombo. Nella generale popolazione non fumatrice adulta la via principale di esposizione proviene da cibo e acqua. Cibo, aria, acqua e polvere/terreno sono le potenziali vie principali di esposizione per gli infanti ed i bambini piccoli. Per i bambini fino a 4 o 5 mesi dell'età, aria, latte, acqua e polvere/terreno sono le principali sorgenti.
Il piombo è fra i metalli non ferrosi piu' riciclati e la sua produzione secondaria si è quindi sviluppata costantemente nonostante la discesa del suo costo. Le sue proprietà fisiche e chimiche sono applicate nelle industrie di lavorazione, di costruzione e chimiche. E' facilmente lavorabile, malleabile e duttile. Ci sono otto ampie categorie di uso: batterie, additivi per benzina (non piu' permessi nell'EU), prodotti rotolati e estrusi, leghe, pigmenti e composti, guainatura di cavi, colpi e munizioni.
Il mercurio è una sostanza tossica che non ha effetti noti sulla biochimica o fisiologia umana e non si trova naturalmente negli organismi viventi. L'avvelenamento inorganico da mercurio è associato a tremori, gengiviti e/o cambiamenti psicologici secondari, insieme ad aborto spontaneo ed a malformazione congenita. Monometilmercurio danneggia il cervello ed il sistema nervoso centrale, mentre l'esposizione fetale e postnatale provoca l'aborto, la malformazione congenita ed cambiamenti nello sviluppo in bambini piccoli.
Il mercurio è una sostanza inquinante globale con proprietà chimiche e fisiche complesse ed insolite. Le fonti naturali principali di mercurio sono il degassamento della crosta terrestre, le emissioni dei vulcani e l'evaporazione da corpi naturali di acqua.
L'estrazione del metallo in tutto il mondo porta a scarichi indiretti in atmosfera. L'uso di mercurio è diffuso nei processi industriali ed in vari prodotti (per esempio batterie, lampade e termometri). Esso e' inoltre ampiamente usato in odontoiatria come amalgama per i materiali da otturazione e dall'industria farmaceutica. Preoccupazione derivante dalla presenza di mercurio nell'ambiente deriva dalle forme estremamente tossiche in cui esso può trovarsi.
Il mercurio è principalmente presente nell'atmosfera in forma relativamente non reattiva sottoforma di elemento gassoso. Esso puo rimantere in tale forma in atmosfera per un lungo periodo (dell'ordine di 1 anno), quindi la sua emissione, trasporto e deposito sono un problema globale.
I processi biologici naturali possono provocare la formazione di forme metilate di mercurio che si bioaccumulano su milioni di pieghe e si concentrano negli organismi viventi, particolarmente nei pesci. Queste forme di mercurio (monometilmercurio e dimetilmercurio) sono altamente tossiche e causano disordini neurotossicologici. La via principale di assunzione di mercurio da parte degli esseri umani è attraverso il ciclo alimentare e non l'inalazione.
Le fonti principali di emissione di mercurio nel Regno Unito sono la lavorazione del cloro nelle celle a mercurio, la produzione di metalli non ferrosi, la combustione del carbone ed la cremazione. Le emissioni britanniche di mercurio sono incerte ed si stima che vadano da 13 a 36 tonnellate all'anno (DERA). Tali emissioni si ritengono scese intorno ai ¾ fra il 1970 e il 1998 (NAEI), pricipalmente a causa del miglioramento dei controlli sulle celle a mercurio e sulla loro sostituzione e della riduzione del consumo di carbone.
Anche se c'e' stata una riduzione nel livello delle emissioni europee di mercurio, le emissioni dall'esterno dell'Europa sono aumentate, incrementando il livello di concentrazione ambientale nel continente
Piccole quantita' di nichel sono richieste dal corpo umano per produrre le cellule rosse del sangue, tuttavia, in quantita' eccessive, possono diventare leggermente tossiche. Una sovresposizione di breve durata a nichel non è ritenuta causare alcuni problemi di salute, ma un'esposizione a lunga durata può causare riduzione del peso corporeo, danni al fegato e al cuore ed irritazioni cutanee. L'EPA attualmente non regola i livelli di nichel in acqua potabile. Il nichel può accumularsi nella vita acquatica, ma la sua presenza non è amplificata nei cicli alimentari.
Il selenio è richiesto in piccole quantita' dagli esseri umani e dagli altri animali, ma in quantita' maggiori può causare danneggiamento del sistema nervoso, affaticamento e l'irritabilità. Il selenio si accumula nei tessuti degli esseri viventi, portando ad un elevato contenuto nei pesci ed in altri organismi e causando piu' gravi problemi di salute negli esseri umani a seguito di una sovraeposizione lungo tutta la vita. Questi problemi di salute includono la perdita delle unghie e dei capelli, il danneggiamento dei tessuto di fegato e reni, il danneggiamento del tessuto circolatorio ed un danneggiamento più grave del sistema nervoso.
Il termine IPA è l’acronimo di Idrocarburi Policiclici Aromatici, una classe numerosa di composti organici tutti caratterizzati strutturalmente dalla presenza di due o più anelli aromatici condensati fra loro.
L’IPA più semplice dal punto di vista strutturale è il naftalene, un composto a due anelli che come inquinante aerodisperso si trova più che altro in forma gassosa a temperatura ambiente. Gli IPA costituiti da tre a cinque anelli possono essere presenti sia come gas che come particolato, mentre quelli caratterizzati da cinque o più anelli tendono a presentarsi per lo più in forma solida. All’aumentare del peso molecolare decresce la volatilità e la già bassa solubilità in acqua, mentre cresce il punto di ebollizione e di fusione. Nella forma più pura gli IPA si presentano solidi e trasparenti, oppure bianchi o di un colore che va dal giallo chiaro al verde pallido. I vari IPA variano fra loro sia per le diverse fonti ambientali che per le caratteristiche chimiche. Si formano nel corso delle combustioni incomplete di prodotti organici come il carbone, il petrolio, il gas o i rifiuti; molti vengono utilizzati per condurre delle ricerche e alcuni vengono sintetizzati artificialmente; in alcuni casi si impiegano nella produzione di coloranti, plastiche, pesticidi e medicinali.
Anche se esistono più di cento diversi IPA, quelli più imputati nel causare dei danni alla salute di uomini e animali sono: l’acenaftene, l’acenaftilene, l’antracene, il benzo(a)antracene, il dibenzo(a,h)antracene, il crisene, il pirene, il benzo(a)pirene, l’indeno(1,2,3-c,d)pirene, il fenantrene, il fluorantene, il benzo(b)fluoroantene, il benzo(k)fluoroantene, il benzo(g,h,i)perilene e il fluorene.
