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Interazioni delle nanoparticelle con l'uomo

Le nanoparticelle sono presenti da sempre sulla Terra e negli ambienti frequentati dall’uomo come risultato di fenomeni naturali (ad esempio emissioni vulcaniche), processi incontrollati (ad esempio combustioni, particolato urbano, ecc.) ed attività industriali. Questi particolati sono denominati anche particelle ultrafini (UFP).

Fra le UFP, per il particolato urbano, sono stati ampiamente studiati gli effetti dell’esposizione sulla salute umana; le analogie dimensionali, la sempre più crescente presenza di nuove particelle in scala nanometrica e delle relative applicazioni pongono ancora una volta la necessità di conoscere le conseguenze delle interazioni di tali strutture con il corpo umano.

La comunità scientifica ha avviato un’ampia attività di studio e di ricerca sugli effetti e sui meccanismi delle interazioni di tali particelle principalmente con l’uomo.

Sebbene, in ultima analisi, l’impatto sull’ambiente di tali particelle ricada ancora sull’uomo, ad esempio attraverso l’ingestione di alimenti contaminati da nanoparticelle, le attuali informazioni di ecotossicità sono ampiamente limitate a causa della complessità delle interazioni chimico, fisiche e biologiche nelle reali condizioni di vita che coinvolgono tali particelle, il loro comportamento dal momento del rilascio nell’ambiente, le interazioni con gli organismi e con ogni comparto (aria, acqua e suolo) dell’ecosistema.

 

Le particelle in scala nanometrica possono penetrare nell’organismo umano attraverso più vie, di queste la più rilevante è quella inalatoria.

Su questa via di penetrazione si concentra la maggiore attività di studio, seguita da quelli sull’esposizione dermica e per altre modalità (per ingestione, attraverso gli apparati uditivo e visivo e per via intravenosa ).

Inalatoria: si riferisce a tutte le situazioni in cui le particelle aerodisperse possono penetrare nell’organismo attraverso l’apparato respiratorio.

La deposizione delle particelle avviene in regioni differenti al variare delle dimensioni. Questo fenomeno è descritto dal modello matematico della Commissione di protezione radiologica (1994), ipotizzando che le particelle non diano luogo ad aggregati per un esteso intervallo di diametro delle particelle (dal nanometro fino a 100 micron).

La deposizione nei diversi distretti respiratori comporta diversi meccanismi di interazione e conseguenze sulla salute.

Molti studi, che hanno analizzato l’incidenza di alcune patologie nella popolazione, indicano che l’esposizione a particolato fine e ultrafine possa essere correlata a patologie respiratorie e cardiovascolari.

Nel caso delle nanoparticelle artificiali, ad esempio: nanotubi di carbonio, nanoparticelle metalliche e di biossido di titanio, sono stati condotti studi finalizzati alla quantificazione dell’aerodispersione nello svolgimento di attività industriali. Queste informazioni si integrano con gli studi sperimentali volti alla comprensione dei meccanismi biologici, degli organi bersaglio e le conseguenze dell’esposizione, mediante test su animali (“in vivo”) e su colture cellulari (“in vitro”).

Al momento, pur a fronte di un numero limitato di informazioni,  secondo alcuni studi “in vivo” sono stati rilevati effetti negativi quali infiammazioni e fibrosi nei polmoni e in altri organi. La IARC ha classificato nel Gruppo 2B come possibili cancerogeni per l’uomo i nanotubi di carbonio a parete multipla del tipo MWCNT-7, mentre ha inserito nel Gruppo 3 (non classificabili come cancerogeni per l’uomo) gli altri tipi di nanotubi di carbonio sia a parete multipla che singola (IARC Monografia 111 – 2017).

Dermica: la penetrazione delle particelle dipende da molteplici fattori: caratteristiche delle particelle, natura della cute e sua integrità e può costituire una via di accesso sistemica. Le valutazioni sono tutt’ora in corso; le prove su animali indicano l’insorgenza di fenomeni irritativi e che la presenza di abrasioni aumenta l’assorbimento delle nanoparticelle.

Per ingestione: le situazioni di esposizione si possono attribuire a trasferimenti non intenzionali dalle mani alla bocca oppure per ingestione di alimenti contaminati. I dati disponibili richiedono ulteriori studi per la valutazione dei rischi connessi all’ingestione di nanoparticelle.

Attraverso l’apparato uditivo, l’apparato visivo e per via intravenosa: l’interesse per queste vie di esposizione nasce dal possibile impiego per la somministrazione di farmaci. I dati disponibili sono ridotti e richiedono successivi studi.

Nel caso di nanoparticelle artificiali il riscontro di numerose proprietà chimico-fisiche connesse alla loro dimensione ha richiamato l’attenzione del mondo scientifico con lo scopo di valutare le eventuali analogie nei risvolti sulla salute; ciò ha portato alla nascita della “nanotossicologia” ovvero della disciplina che si occupa dello studio delle interazioni delle nanostrutture con i sistemi biologici.

Uno dei primi studi avviati per instillazione su roditori di particelle fini ed ultrafini di TiO2 (Oberdosfer 2004) ha mostrato che la tossicità dei materiali in scala nanometrica è esaltata, a parità di massa, rispetto agli stessi in scala micrometrica.

L’incremento pare collegato all’aumento di area superficiale.

Studi successivi indicano meccanismi più articolati e complessi attribuibili a:

  • Dimensione, area superficiale, distribuzione granulometrica, numero di dimensioni in scala nanometrica.
  • Composizione chimica, impurezze legate alla produzione delle particelle, cariche superficiali, formazione di aggregati, solubilità.
  • Capacità delle particelle di muoversi (traslocare) da una parte del corpo verso altri organi.

In definitiva le evidenze delle attuali conoscenze inducono a ritenere che la valutazione dei rischi non può essere generalizzata e deve essere condotta “caso per caso”.

Malgrado la rilevante attività scientifica in corso sono ancora aperte le seguenti domande:

  • A quali grandezze fare riferimento nella determinazione della dose?
  • Quali meccanismi biologici regolano gli effetti tossici?
  • Quali modelli si possono utilizzate nella stima dell’esposizione a possibili rischi?

Le risposte a questi interrogativi sono fondamentali ad esempio per l’esposizione inalatoria, in quanto costituiscono la base per lo sviluppo di sistemi per la determinazione delle concentrazioni aerodisperse delle nanoparticelle ed i conseguenti valori limite di esposizione.

In questo contesto è da adottare un approccio precauzionale nella gestione dei rischi per la salute.

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