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Polveri e IPA - Effetti sulla salute umana

Il materiale particolato presente nell'aria è costituito da una miscela di particelle solide e liquide, che possono rimanere sospese anche per lunghi periodi. Hanno dimensioni comprese tra 0,005 µm e 50-150 µm, e sono costituite da una miscela di elementi quali: carbonio, piombo, nichel, nitrati, solfati, composti organici, frammenti di suolo, ecc. Le polveri totali vengono generalmente distinte in tre classi dimensionali corrispondenti alla capacità di penetrazione nelle vie respiratorie da cui dipende l'intensità degli effetti nocivi.

In particolare:

Le particelle solide sono originate sia per emissione diretta (particelle primarie) sia per reazione nell'atmosfera di composti chimici, quali ossidi di azoto e zolfo, ammoniaca e composti organici (particelle secondarie). Le sorgenti del particolato possono essere naturali (polveri del deserto, aerosol marino, eruzioni vulcaniche) e antropiche (combustioni dei motori, riscaldamento, residui dell'usura del manto stradale, dei freni e delle gomme delle vetture, emissioni di impianti industriali).

Effetti sulla salute umana

L’interazione tra il particolato sospeso e l’uomo avviene prevalentemente attraverso la respirazione. La frazione di particelle presenti in sospensione nell’aria che vengono inalate dipendono dalla velocità e direzione di spostamento dell’aria vicino all’individuo, dalla sua frequenza respiratoria e dal tipo di respirazione (nasale od orale). Le particelle inalate si possono depositare in qualche tratto dell’apparato respiratorio, oppure essere espirate.

Dato che l’apparato respiratorio è come un canale che si ramifica dal punto di inalazione (naso o bocca) sino agli alveoli con diametro sempre decrescente, si può immaginare come le particelle più grandi si depositino molto prima delle particelle più piccole che penetrano più profondamente nel canale. Il rischio determinato dalle particelle è dovuto alla deposizione che avviene lungo tutto l’apparato respiratorio, dal naso agli alveoli. L’impatto si ha quando la velocità delle particelle si annulla per effetto delle forze di resistenza inerziale alla velocità di trascinamento dell’aria, che decresce dal naso sino agli alveoli. Ciò significa che man mano si procede dal naso o dalla bocca attraverso il tratto tracheo-bronchiale sino agli alveoli, diminuisce il diametro delle particelle che penetrano e si depositano.

Approssimativamente la parte di particelle totali sospese (PTS) con diametro non superiore a 10 µm (PM10 , cioè la frazione inalabile) interessano il tratto tracheo-bronchiale e le particelle con diametro intorno e inferiore ai 2,5 µm (PM2,5, cioè la frazione respirabile) si depositano negli alveoli.

Le vie respiratorie possiedono una serie di "meccanismi di difesa" contro le sostanze estranee che penetrano in esse. Le vie aeree superiori sono rivestite da una mucosa, costituita soprattutto da cellule cigliate (munite cioè di piccolissime ciglia) e di cellule caliciformi (che secernono muco). Le ciglia delle cellule si muovono a onda, in modo coordinato, così trasportano la sottile patina di muco e le sostanze estranee che vi restano attaccate verso la cavità orale, dove vengono inghiottite. Inoltre fra le cellule della mucosa vi sono le terminazioni di finissime fibre nervose le quali possono essere irritate dalle sostanze nocive presenti nell’aria e possono determinare una contrazione della muscolatura dei bronchi, un aumento della secrezione di muco e provocare la tosse. Negli alveoli, cioè le parti più profonde dei polmoni, la funzione di ripulitura non è più svolta da queste cellule, ma da altre cellule chiamate macrofagi (o cellule spazzine) che mangiano e smaltiscono i batteri penetrati nell’organismo, nonché i resti di cellule distrutte. Le sostanze nocive che penetrano nelle vie aeree possono, sia a seguito di esposizioni acute (cioè di breve durata) che di esposizioni croniche, danneggiare in vario modo tutti questi meccanismi di difesa.

Se comprendere l’azione tossica diretta sulle vie respiratorie è abbastanza semplice, più complesso è invece capire il possibile meccanismo biologico, che collega l’inquinamento atmosferico alle patologie cardiovascolari. Vi possono essere effetti diretti sull’apparto cardiovascolare, sul sangue e sui recettori polmonari, ed effetti indiretti attraverso lo stress ossidativo e la risposta infiammatoria. Effetti diretti possono avvenire con il passaggio attraversano l’epitelio polmonare fino a raggiungere il circolo sanguigno oppure attraverso l’attivazione di riflessi nervosi che comportano alterazioni del tono del sistema nervoso autonomo e possono dare inizio ad un’aritmia cardiaca. Effetti indiretti si possono avere attraverso lo stimolo al rilascio di agenti infiammatori che comportano uno stato di infiammazione sistemica. Questi effetti rappresentano una spiegazione plausibile della rapida (entro poche ore) risposta cardiovascolare, come l’incremento nella frequenza di infarto miocardio o di aritmie.

Gli studi epidemiologici hanno evidenziato una relazione lineare fra l’esposizione a particelle e gli effetti sulla salute, vale a dire che quanto più è alta la concentrazione di particelle nell’aria tanto maggiore è l’effetto sulla salute della popolazione. Allo stato attuale delle conoscenze, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, non è possibile fissare una soglia di esposizione al di sotto della quale certamente non si verificano nella popolazione degli effetti avversi sulla salute. Per questo motivo, l’OMS non fornisce un valore guida di riferimento per le particelle, ma indica delle "funzioni di rischio" per i diversi effetti sulla salute. Tali funzioni quantificano l’eccesso di effetto avverso per la salute che ci si deve aspettare per ogni incremento unitario delle concentrazioni di PM10 o di PM2,5. Recenti studi indicano inoltre che l’esposizione acuta a particelle in sospensione contenenti metalli (come le particelle derivanti dai combustibili fossili usati come carburanti) possono causare un vasto spettro di risposte infiammatorie nelle vie respiratorie e nel sistema cardiovascolare (danneggiamento cellulare e aumento della permeabilità cellulare), verosimilmente in relazione alle loro componenti metalliche. Nelle persone sensibili (come gli asmatici e le persone con malattie polmonari e cardiache preesistenti), c’è ragione di temere un peggioramento della meccanica respiratoria (diminuzione della funzione polmonare) ed uno scatenamento di sintomi (es. tosse o un attacco di asma), nonché un’alterazione dei meccanismi di regolazione del cuore e della coagulazione del sangue.

Sulla base degli studi epidemiologici, risultano particolarmente sensibili agli effetti del particolato i soggetti anziani e quelli con malattie cardiocircolatorie e polmonari.

Anche i neonati e i bambini costituiscono un gruppo potenzialmente sensibile. In particolare, i bambini sono a maggior rischio per alcuni effetti respiratori quali le crisi di asma bronchiale e l’insorgenza di sintomi respiratori, come tosse e catarro. Va rilevato che l’esposizione dei bambini è influenzata dalle loro attività e dal luogo dove queste attività vengono svolte. In confronto agli adulti, stanno molto di più all’aperto, praticando giochi e sport. I bambini e i ragazzi hanno in particolare un’alta frequenza respiratoria, in relazione ai loro livelli di consumo di ossigeno. La loro relativa grande superficie corporea per unità di peso e il loro elevato livello di attività determinano una grande spesa energetica per la maggiore termogenesi di quella richiesta per un adulto. La media della frequenza respiratoria di bambini in età 3-12 anni è approssimativamente doppia rispetto a quella di un adulto (425 rispetto a 232 l/kg/giorno). Confrontando le frequenze respiratorie in questi due gruppi per un periodo di un’ora, un bambino che gioca può respirare un volume di aria 4,5 volte maggiore di quello di un adulto sedentario.

Prendendo a riferimento il PM10, è possibile definire un quadro schematico che caratterizzi il livello di inquinamento dovuta a tale inquinante ed i possibili effetti sanitari.

Gli effetti del PM10 sulla salute umana variano sensibilmente in funzione delle caratteristiche individuali e c’è accordo, inoltre, nell’indicare che tali effetti crescono in modo uniforme all’aumentare della concentrazione, senza che sia stata individuata una soglia né per gli effetti di tipo acuto, che si manifestano entro pochi giorni dall’esposizione, né per gli effetti di lungo termine che si manifestano in seguito all’esposizione cumulata di anni. Anche se quindi da un punto di vista sanitario sarebbe più corretta l’adozione di una scala continua nella comunicazione dei livelli di PM10, per semplicità si è scelto di definire cinque livelli di concentrazione di PM10 e di associare ad essi altrettanti commenti specifici.

Per quanto riguarda i consigli, se i comportamenti individuali che possono contribuire a ridurre la concentrazione in atmosfera di polveri fini sono facilmente individuabili (soprattutto in termini di scelte di mobilità), più complicato risulta suggerire azioni o scelte che comportino con sicurezza la riduzione dell’esposizione individuale e quindi un beneficio per la salute. Alcuni di questi consigli inoltre, sebbene validi in generale, vengono riportati solo per i livelli più elevati, in corrispondenza dei quali la loro applicazione risulta più rilevante per la salvaguardia della salute.

Concentrazione Media giornaliera di PM10 μg/m3) Livello di inquinamento da PM10 Commento
0 - 25 Basso Questi livelli di concentrazione possono essere considerati valori di fondo. Sebbene anche a questi livelli non siano da escludere effetti sanitari, non vengono suggerite particolari precauzioni.
26 - 50 Medio Le concentrazioni di PM10 sono ancora sotto il “limite per la protezione della salute umana” (DM 60/02), tuttavia già a questi livelli è opportuno che individui particolarmente sensibili (es. asmatici, cardiopatici, bambini, anziani) cerchino di adottare precauzioni per ridurre la propria esposizione.
51 - 100 Alto I livelli di PM10 sono superiori al “limite per la protezione della salute umana” che non può essere superato più di 35 volte all’anno. In tali situazioni, aumenta la probabilità di accusare sintomi per i soggetti particolarmente sensibili. Anche gli adulti sani possono manifestare difficoltà respiratorie e cardiache, soprattutto durante attività fisiche intense e prolungate all’aperto. Si consiglia quindi di programmare eventuali attività sportive all’aperto in ore in cui i livelli di inquinamento sono inferiori (prima delle 8 del mattino o nel primo pomeriggio dalle 14 alle 16) e di arieggiare gli ambienti chiusi negli stessi orari. Si invita la popolazione a collaborare per ridurre i livelli di inquinamento riducendo l’uso dell’auto.
101 - 150 Molto Alto Il livello di PM10 è molto superiore al “limite per la protezione della salute umana”. Si consiglia di evitare attività fisiche intense e prolungate all’aperto e di rimanere il più possibile in ambienti chiusi, in particolare per i soggetti a rischio. Si invita la popolazione a collaborare per ridurre i livelli di inquinamento, adottando forme di mobilità di minore impatto ambientale spostandosi a piedi, in bicicletta o con i mezzi pubblici.
Oltre 150 Eccezionale I livelli di inquinamento sono eccezionalmente alti. Si raccomanda di adottare forme di mobilità di minore impatto ambientale e di ridurre il più possibile la permanenza all’aperto. Data l’eccezionalità dei valori previsti, si consiglia agli individui particolarmente sensibili (es. asmatici, cardiopatici, bambini, anziani) di consultare il proprio medico curante per consigli specifici.

Nel particolato fine sono spesso presenti metalli pesanti la cui tossicità è ben nota e vale solo la pena ribadirla. Per quanto riguarda, invece, i solfati anch’essi spesso presenti, essendo essi di natura acida, possono reagire direttamente con i polmoni.

Per quanto riguarda, invece, la presenza degli IPA nelle polveri, alcuni di essi sono sospettati di essere agenti cancerogeni. Tra tutti, il benzo(a)pirene (BaP) è considerato il più pericoloso per la salute umana. Esso è ritenuto responsabile del cancro polmonare. Un altro IPA di cui si riconosce il potere cancerogeno è il benzo(a)antracene. Recentemente alcuni studi hanno stabilito una connessione fra la presenza di queste sostanze nel particolato e le allergie; si è notato, infatti, come l’esposizione alle esalazioni dei motori diesel incrementi la sensibilizzazione e le reazioni allergiche al polline.

Il piombo assorbito attraverso l’epitelio polmonare entra nel circolo sanguigno e si distribuisce in quantità decrescenti nelle ossa, nel fegato, nei reni, nei muscoli e nel cervello. L’intossicazione acuta è rara e si verifica solo in seguito all’ingestione o all’inalazione di notevoli quantità di piombo. La tossicità di questo elemento può essere spiegata in parte dal fatto che, legandosi ai gruppi sulfidrilici, interferisce con diversi sistemi enzimatici. Tutti gli organi costituiscono potenziali bersagli e gli effetti sono estremamente vari (anemia, danni al sistema nervoso centrale e periferico, ai reni, al sistema riproduttivo, cardiovascolare, epatico, endocrino, gastrointestinale e immunitario). I gruppi maggiormente a rischio sono costituiti dai bambini e dalle donne in gravidanza.

Dato che sia la presenza di metalli che quella degli IPA è più frequente nel particolato presente nelle aree urbane, i consigli riportati in precedenza devono essere seguiti più scrupolosamente dalla popolazione presente in tali zone.