Standard di esposizione umana Ingegneria Sanitaria-Ambientale Claudio Lubello

Introduzione In questa lezione l’attenzione viene spostata dagli aspetti connessi l’inquinamento degli ecosistemi in generale a quelli riguardanti la salute dell’Uomo.

Il bersaglio-Uomo Il nostro interesse è quindi quello di proteggere la salute umana. A questo scopo è necessario definire alcune modalità per la valutazione: degli effetti avversi (tossici) sull’Uomo dovuti alle modificazioni ambientali ed in particolare dell’esposizione ad alcune sostanze ritenute potenzialmente dannose.

Definizione di tossicità In generale, per tossicità di una sostanza si intende la proprietà intrinseca di esercitare effetti negativi sull’organismo attraverso l’interazione con il metabolismo. Gli effetti tossici possono essere classificati in: effetti acuti, se si manifestano entro un breve lasso di tempo in seguito ad un’esposizione elevata; effetti cronici e subcronici, se si manifestano dopo un periodo lungo, in seguito a esposizioni di limitata entità ma protratte nel tempo.

Classificazione delle sostanze (1) Sostanze tossiche, che reagiscono con alcune componenti cellulari uccidendo le cellule. Fra queste ricordiamo il benzene, il cadmio, il tetracloruro di carbonio, il tetracloroetilene, il cloroformio, i composti del cianuro, il piombo, il mercurio, il nichel; Sostanze neurotossiche, sostanze tossiche che colpiscono specificatamente le cellule nervose (metalli pesanti, anestetici, idrocarburi clorurati, organofosfati, …);

Classificazione delle sostanze (2) Mutageni: Composti o radiazioni che danneggiano o alterano il materiale genetico. Quando colpiscono le cellule riproduttive gli effetti possono essere trasmessi alla generazioni successive. Teratogeni: Composti o fattori che causano un anormale sviluppo dell’embrione e del feto. Cancerogeni, Composti che inducono la formazione di cancri, cioè la crescita incontrollata di cellule che dà origine a tumori maligni.

Standard di qualità Studi epidemiologici; Studi tossicologici; Allo scopo di definire gli “standard” di qualità dei sistemi con cui l’Uomo interagisce si utilizzano comunemente i seguenti approcci: Studi epidemiologici; Studi tossicologici; Estrapolazione di risultati ottenuti da studi epidemiologici e tossicologici tra sostanze di caratteristiche simili.

Gli studi epidemiologici L’epidemiologia è quella disciplina della medicina che si occupa dell’osservazione e dello studio della distribuzione delle malattie e di tutti gli eventi di rilevanza sanitaria sulla popolazione. Gli studi epidemiologici si basano su un confronto statistico fra una popolazione a rischio ed una popolazione di riferimento, che dovrebbe essere identica alla precedente con l’esclusione della esposizione al fattore di rischio.

Difficoltà degli studi epidemiologici Molti fattori possono influenzare l’attendibilità delle indagini: Eterogeneità della risposta degli individui Attitudini di vita differenti Storia sanitaria pregressa Attitudini alimentari passate e presenti Difficoltà nell’individuazione della popolazione di confronto

Gli studi tossicologici Sono costituiti da tests di laboratorio su gruppi di animali cui è possibile somministrare dosi crescenti del fattore di rischio (generalmente composti chimici fatti assumere con modalità diversa) considerato rilevandone gli effetti. I dati ottenuti sugli animali sono estrapolati all’uomo.

Difficoltà studi tossicologici Indagini su popolazioni di animali di numero molto elevato; Durata della sperimentazione a causa dei tempi di latenza; Difficoltà di estrapolazione sull’uomo.

Relazione dose-effetto Rapporto esistente fra la dose assunta dall’organismo e l’effetto su di esso prodotto. La risposta può essere: Non lineare, che comporta l’esistenza di una soglia minima di non risposta, tipica di tutte le sostanze chimiche non cancerogene. Lineare, che comporta la non esistenza di una dose minima di non risposta, tipica delle sostanze cancerogene e delle radiazioni.

Relazione dose-effetto Nel caso delle sostanze cancerogene per il calcolo del rischio (vedi dopo) si fa spesso uso del parametro SF (Slope Factor) che corrisponde al coefficiente angolare del tratto lineare della curva dose/risposta. SF corrisponde all’incremento di rischio per ogni unità di massa della sostanza cangerona assunta al giorno per kg di massa corporea.

Composti a comportamento non lineare NOAEL (No Observed Adverse Effect Level): dose massima di sostanza somministrabile giornalmente senza la comparsa di aumenti statisticamente o biologicamente significativi nella frequenza o gravità di effetti avversi rispetto ad un gruppo di controllo (mg kg-1peso corporeo giorno-1). LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level): dose minima di sostanza somministrabile giornalmente con la comparsa di aumenti statisticamente o biologicamente significativi nella frequenza o gravità di effetti avversi rispetto ad un gruppo di controllo (mg kg-1peso corporeo giorno-1) RfD (Reference dose) o ADI (acceptable daily intake) DGA (dose giornaliera accettabile): è una stima (con grado di incertezza anche pari a un ordine di grandezza) della dose giornaliera assumibile (mg/kg di peso corporeo al giorno) per via orale senza apprezzabile rischio per tutta la vita. Si ottiene dal NOAEL dividendo per un fattore di sicurezza.

Calcolo dell’RfD La dose di riferimento, sempre espressa in termini mg/(kg d), è calcolata attraverso la seguente espressione: SF è il fattore di sicurezza: quando non sono disponibili sufficienti studi ed informazioni sull' azione tossica della sostanza in esame sull'uomo, si assume un fattore di sicurezza che varia da 10 a 1000. Il Fattore di sicurezza si basa sul presupposto che l' uomo possa essere 10 volte più sensibile della specie animale più sensibile sulla quale la sostanza è stata sperimentata. Nel caso in cui non siano numerose le informazioni sulla tossicologia della sostanza in esame, si assume un SF uguale a 100. Se non esistono dati attendibili, si assume un SF uguale a 1000

LD50 Per rappresentare la tossicità acuta delle sostanze chimiche si ricorre spesso (da indagini tossicologiche) al concetto di dose letale, intesa come quella dose in corrispondenza della quale il 50% degli animali esposti muore. Tale parametro LD50 è espresso come massa della sostanza per unità di massa del corpo dell’animale.

Composti a comportamento lineare Il concetto di rischio In questo caso anche per dosi molto limitate si possono avere effetti tossici, ovviamente per valori inferiori si avranno probabilità inferiori che ciò accada. Non è dunque possibile introdurre il concetto di NOAEL. Si dovrà dunque definire la RfD sulla base del concetto di rischio accettabile.

Calcolo del rischio Per le sostanze cancerogene: R = E x SF Dove E è l’esposizione giornaliera alla sostanza (se parliamo per esempio di acqua potabile la quantità assunta giornalmente ): SF (Slope Factor [mg/kg d]-1) indica la probabilità di casi incrementali di tumore nella vita per unità di dose giornaliera assunta; R (Rischio [adimensionale]) rappresenta la probabilità di casi incrementali di tumore nel corso della vita, causati dall’esposizione alla sostanza, Nel calcolo del rischio si fa riferimento solitamente ad una persona di peso corporeo pari a 70 kg. Il potenziale cancerogeno (SF) è per definizione il rischio che una sostanza causi un tumore nel corso di tutta la vita (70 anni), per unità di assunzione giornaliera per unità di peso corporeo.

Espressione del rischio Trattandosi prevalentemente di composti cancerogeni il cui effetto diretto o indiretto è costituito dalla morte dell’individuo, il rischio è frequentemente espresso come: Tasso di mortalità standard: (morti osservate/morti attese) Morti per data causa su 100.000 persone: (morti/popolazione 100.000 persone) Morti per data causa su 1.000 morti generali: (morti/1.000 morti)

Enti e Commissioni UE Unione Europea US EPA US Environmental Protection Agency CCTN Commissione Consultiva Tossicologica Nazionale IARC Agency for Research on Cancer NIOSH National Institute for Occupational Safety and Health ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists

Classificazione USEPA Gruppo Categoria A Cancerogeno per l’uomo B Probabile cancerogeno per l’uomo: B1 limitata evidenza sull’uomo; B2 sufficiente evidenza sugli animali e inadeguata o assente sull’uomo C Possibile cancerogeno per l’uomo D Non classificabile come cancerogeno per l’uomo E Evidenza di non cancerogenicità per l’uomo  

Classificazione Unione Europea Categoria Descrizione 1 Sostanze con effetto cancerogeno sull’uomo. Esiste un nesso causale tra l’esposizione alla sostanza e lo sviluppo di tumori. 2 Sostanze che dovrebbero considerarsi cancerogene per l’uomo. Esistono elementi sufficienti per ritenere verosimile che l’esposizione dell’uomo alla sostanza possa provocare lo sviluppo di tumori. 3 Sostanze da considerare con sospetto per i possibili effetti cancerogeni sull’uomo. Non sono disponibili informazioni sufficienti a dimostrarlo.

Classificazione CCTN