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
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:
NOAEL
RfD 
SF
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:
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)
(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