Ecotossicologia inquinanti e contaminanti (II unità) seconda parte Università degli Studi di Teramo Ecotossicologia inquinanti e contaminanti (II unità) seconda parte Prof. Michele Amorena Ordinario di Tossicologia Veterinaria Tutela e Benessere Animale 5 dicenbre 2017

Quali sono? Quali sono i più interessanti ? Quali sono i normati? Contaminanti ed inquinanti Organici Contaminanti ed inquinanti Inorganici

Contaminanti organici Contaminanti ed Inquinanti Inorganici Aspetti tossicologici di alcuni inquinanti e contaminanti relativi ai prodotti ittici Contaminanti organici Idrocarburi Policiclici Aromatici Inquinanti organici PoliClorurati Bifenili PoliCloroDibenzoFurani PoliCloroDibenzoDiossine OrganoClorurati Stannorganici Contaminanti ed Inquinanti Inorganici Mercurio Piombo Cadmio

Aspetti tossicologici degli IPA Composti organici con 3 (ad eccezione del naftalene che ne ha due) o più anelli benzenici contenenti C e H. I pesi molecolari vanno da un minimo di 128.17 (naftalene) ad un massimo di 302.28 (dibenzo(b,def)crisene) Mediamente presentano una bassa solubilità in acqua, alto punto di fusione e di ebollizione e bassa pressione di vapore massa solubilità pressione di vapore punto di fusione  punto di ebollizione

Contaminanti ubiquitari presenti in aria, acqua, suolo e vegetazione ANTROPICHE attivitá industriali, impianti di produzione dell’energia, conservazione legno, incenerimento dei rifiuti, circolazione automobilistica NATURALI biosintesi, incendi, eruzioni vulcaniche

Queste sono le strutture dei 16 idrocarburi policiclici aromatici inseriti nella lista dei “priority polluttants” dell’ EPA (Environmental Protection Agency) più il benzo[e]pirene antracene fenantrene fluorene naftalene acenaftene acenaftilene fluorantene crisene pirene dibenzo[a,h]antracene Benzo[a]antracene Benzo[a]pirene

Idrocarburi aromatici superiori Benzo[k]fluorantene Benzo[b]fluorantene Benzo[e]pirene Benzo[g,h,i]perilene Indeno[1,2,3cd]pirene

Alcuni parametri chimico-fisici Solubilità pressione logKow(a 25°C) in acqua(mmol/l) di vapore(Pa, 25°C) Naftalene 2.4x10-1 10.9 - Antracene 3.7x10-4 7.5x10-4 4.54 Fenantrene 7.2x10-3 1.8x10-2 4.57 Acenaftene 2.9x10-2 5.96x10-1 3.92 Acenaftilene - - - Fluorene 1.2x10-2 8.86x10-2 4.18 Fluorantene 1.3x10-3 2.54x10-1 - Crisene 1.3x10-5 5.7x10-7 5.86 Pirene 7.2x10-4 8.86x10-4 5.18 Benzo[a]antracene 1.3x10-5 7.3x10-6 5.91 Benzo[a]pirene 1.5x10-5 8.4x10-7 6.04 Dibenzo[a,h]antracene 1.8x10-6 3.7x10-10 6.75 Benzo[e]pirene - - - Benzo[k]fluorantene - - - Benzo[b]fluorantene - - - Indeno[1,2,3cd]pirene - - 6.584 Benzo[g,h,I]perilene 2x10-5 6x10-8 -

Contaminanti organici Idrocarburi Policiclici Aromatici Composti prodotti per decomposizione termica di materiale organico – tutte le forme di combustione incompleta Nell’atmosfera legati al particolato (carrier) Negli ambienti (aria/ acqua) osserviamo dei gradienti di concentrazione Subiscono fotossidazione. Assente nei sedimenti molto profondi I Sedimenti marini fungono da deposito Vengono degradati (più o meno lentamente) da microrganismi Presenza nei consumatori vegetariani di microrganismi NO biomagnificazione (importante capacità di metabolizzazione)

Gli IPA come inquinanti acquatici Gli IPA rappresentano anche importanti inquinanti delle acque. Qui sono generati, in quantità notevole, dalla produzione di distillati del catrame di carbone, come il cresoto, un conservante del legno. Gli IPA derivano anche dalla fuoriuscita del petrolio dalle petroliere, dalle raffinerie, e dai punti di trivellazione del petrolio in mare aperto. Nell’acqua potabile, il livello rappresentativo degli IPA ammonta a pochi ng/l, tanto da essere considerato una fonte trascurabile di tali composti. A seconda della loro pressione di vapore, i composti si trovano allo stato gassoso o condensato sulla superficie di particelle. Composti come il naftalene, il fluorene ed il fenantrene (Pressione di vapore > 10-2 torr) si trovano in fase gassosa, mentre altri composti quali il benzo[b]perilene ( Pressione di vapore <10-6 torr) si trovano in fase condensata sulla superficie delle particelle. Una volta immessi nell’atmosfera, il destino degli IPA adsorbiti sulle particelle dipende dalle reazioni che possono subire (ad es. fotodegradazioni) e dalle dimensioni delle particelle stesse

Gli IPA come inquinanti acquatici Il meccanismo di precipitazione al suolo o in mare delle particelle, ovviamente, dipende dalle dimensioni delle stesse. A seconda del tipo di contributo dato alla precipitazione, dai diversi agenti atmosferici, si può avere una precipitazione gravitazionale, diffusione o una deposizione tipo neve, nebbia. Gli IPA adsorbiti sulle particelle, prima o poi raggiungono la superficie terrestre, cadendo sul suolo o su un bacino acquifero, mentre gli IPA presenti in atmosfera in fase gassosa, nella zona di interfaccia aria-acqua si ripartiscono tra le due fasi secondo il coefficiente di trasferimento aria/acqua. Il fattore responsabile della incorporazione degli IPA nei sedimenti, è la sedimentazione del materiale sospeso. La dispersione dipende da fattori quali la solubilità in acqua, la velocità di degradazione ed i fenomeni di risospensione di sedimenti inquinati. La solubilità in acqua decresce con il peso molecolare: composti più solubili hanno maggiore capacità di dispersione, al contrario, composti meno solubili hanno maggiore tendenza ad associarsi alle particelle sospese nell’acqua, quindi ad essere inglobati nei sedimenti.

Gli IPA come inquinanti acquatici Gli idrocarburi provenienti dal catrame sono caratterizzati da un elevato rapporto fenantrene/antracene, cosa che non si rileva nel particolato atmosferico. Il rapporto fluorantene/pirene è di solito 1 o minore di 1. Alta concentrazione di indeno[1,2,3,cd]pirene e benzo[ghi]perilene rispetto al benzo[a]pirene, sono indicative di inquinamento da emissioni urbane per combustione. Alcuni esempi: Il fenantrene è 20 volte più solubile dell’antracene, quindi tenderà meno ad essere adsorbito sulle particelle, e quindi a sedimentare. Il benzo[a]pirene è più fotoreattivo del benzo[e]pirene, perciò potrà subire con maggiore facilità un processo di fotodegradazione negli strati superficiali dell’acqua, maggiormente esposti alla radiazione solare.

Effetti Tossici Idrocarburi Policiclici Aromatici TOSSICITA’ ACUTA Non è rilevante 0.2-10 ppm sui microrganismi acquatici Inibiscono la divisione cellulare Aumentano i costi metabolici - diminuzione crescita TOSSICITA’ CRONICA Immunotossicità Mutagenicità (positività ai test di Ames per BaP) Cancerogenicità Fotosensibilizzazione

Effetti Tossici Idrocarburi Policiclici Aromatici CANCEROGENICITA’ Maggiore per i composti a 4 o 5 anelli benzilici Determinante è l’attivazione metabolica con formazione di metaboliti più attivi (epossidi) Legame covalente tra metaboliti e DNA cellulare BaP, B(a)A, D(a,h)A, B(b)F, B(k)F, B(j)F appartengono alla classe 2 dello IARC BaP è cancerogeno indipendentemente dalla via di somministrazione

Trasformazioni metaboliche del benzo[a]pirene La prima trasformazione è la epossidazione nelle posizioni 7,8, le più reattive, che rappresentano la cosiddetta regione K. Benzo[a]piren-7,8-ossido L’epossido subisce un attacco nucleofilo da parte dell’acqua, con formazione di un diolo, più idrosolubile e quindi più facilemente eliminabile. Benzo[a]piren-7,8-diidro-7,8-diolo Una parte delle molecole del diolo vengono ulteriormente epossidate regio- e stereoselettivamente. Si ritiene che sia questo diolo epossido la specie effettivamente cancerogena

Il derivato dell’IPA si lega al DNA Il diolo epossidico viene legato al DNA attraverso attacco nucleofilo, ad esempio da parte della adenina. L’attacco covalente del grosso residuo idrocarburico rappresenta un evidente danno per il DNA. Questo danno provoca delle mutazioni e, con le mutazioni, una maggiore probabilità di cancerogenesi.

CANCEROGENICITA’ Idrocarburi Policiclici Aromatici Meccanismo d’azione oncogena del BaP Meccanismo metabolico: a) trasporto al RE mediante una GH-S-transferasi b) metabolizzazione ad opera del CYP1A1 in diidrodiol-epossidi c) BP7,8-diol-9,10-epossido metabolita carcinogeno finale del BaP Legame covalente tra il metabolita e il DNA cellulare a) mutazione a livello degli oncogeni K-ras e p53 b) tessuti sensibili lingua, esofago, fegato, polmoni, pelle Anche il CYP1B1 è capace di attivare il BaP in diidrodiol - epossidi e si trova in tessuti steroidogeni (ovaio, mammella, utero ecc)

Cancerogenicità: criteri di classificazione (IARC) Gruppo 1 – cancerogeni per l’uomo Gruppo 2A – probabili cancerogeni per l’uomo (sostanze con limitata evidenza di cancerogenicità nell’uomo e evidenza sufficiente nell’animale) Gruppo 2B – agenti sospetti cancerogeni per l’uomo (sostanze come sopra ma con studi sperimentali assenti o inadeguati) Gruppo 3 – agenti non classificabili per la cancerogenità per l’uomo Gruppo 4 – agenti che probabilmente non sono cancerogeni per l’uomo

J Agric Food Chem. 2007 Mar 7;55(5):2049-54. Polycyclic aromatic hydrocarbons in marine organisms from the Adriatic Sea, Italy. Perugini M., Visciano P., Giammarino A., Manera M., Di Nardo W., Amorena M. Chemosphere. 2007 Jan;66(10):1904-10. Polycyclic aromatic hydrocarbons in marine organisms from the Gulf of Naples, Tyrrhenian Sea. Perugini M., Visciano P., Manera M., Turno G.A. Lucisano A., Amorena M. J Agric Food Chem. 2007 Mar 7;55(5):2049-54.

Risultati PAHs a a b b Media ed intervallo di coonfidenza 95% della somma degli IPA (ng/gr grasso) durante la stagione estiva ed invernale

Golfo di Napoli

Distribuzione degli IPA nelle cozze campionate durante la stagione invernale e quella estiva

Seasonal Trend of PAHs Concentrations in Farmed Mussels from the Coastal Areas of the Naples, Italy 2017 Bulletin of environmental contamination and toxicology 99, 3, 333-337 Mauro Esposito, Monia Perugini, Sara Lambiase, Annamaria Conte, Loredana Baldi, Michele Amorena Abstract This paper reports on the results about the chemical pollution pressure in the Gulf of Naples and nearby coastal areas. Farmed mussels were analysed for the presence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The results documented a decreasing trend in the PAHs levels respect to the past years. The Bay of Pozzuoli remains as the most contaminated site within the Lucrino area with the highest reported number of samples  exceeding the benzo (a) pyrene and PAHs sum limits. All the samples with concentrations ...

L’utilizzo dell’ape nelle valutazioni di impatto ambientale L’utilizzo dell’ape nelle valutazioni di impatto ambientale. Monitoraggio ambientale in apiari dislocati nel Lazio e in Abruzzo Prof. Michele Amorena

Quanto sono sensibili le api? Le api hanno dimostrato un’elevata sensibilità agli insetticidi, (indicatori diretti), rispondendo a questi trattamenti fitosanitari con un’intensa ed estesa mortalità. Nel caso di principi attivi non particolarmente pericolosi l’ape funziona come indicatore indiretto, cioè non sensibile ma esposto, e fornisce informazioni come collettore di residui (contaminanti ambientali).

Cosa campionare ?

Scopo del progetto Utilizzare le api per valutare la presenza di Idrocarburi Policiclici Aromatici (15 IPA considerati prioritari dall’EPA) e metalli pesanti (Pb, Hg, Cr e Cd) in aree industrializzate ed antropizzate e in aree poste all’interno di zone protette o riserve naturali.

Aree da monitorare Teramo Roma

Aree monitorate : Teramo e provincia Riserva naturale dei Calanchi di Atri

Materiali e metodi: in laboratorio Per le api: Congelamento in ghiaccio secco in campo Eliminazione dei fuchi eventualmente presenti Selezione di 70-100 api bottinatrici prive di polline Calcolo umidità e liofilizzazione Analisi per IPA e metalli Per il miele: analisi per IPA

Risultati IPA per mese ng/g * * *

Andamento climatico

Monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in bees (Apis mellifera) and honey in urban areas and wildlife reserves M Perugini, G Di Serafino, A Giacomelli, P Medrzycki, AG Sabatini, M Amorena. Journal of agricultural and food chemistry 57 (16), 7440-7444 Monitoring of levels of polycyclic aromatic hydrocarbons in bees caught from beekeeping: remark 1 M Amorena, P Visciano, A Giacomelli, E Marinelli, AG Sabatini, ... Veterinary research communications 33 (1), 165-167 Heavy metal (Hg, Cr, Cd, and Pb) contamination in urban areas and wildlife reserves: honeybees as bioindicators M Perugini, M Manera, L Grotta, MC Abete, R Tarasco, M Amorena Biological trace element research 140 (2), 170-176  

M Perugini, SMR Tulini, D Zezza, S Fenucci, A Conte, M Amorena Occurrence of agrochemical residues in beeswax samples collected in Italy during 2013–2015 M Perugini, SMR Tulini, D Zezza, S Fenucci, A Conte, M Amorena Science of The Total Environment 2018, 625, 470-476