Inquinamento, cuore e cervello
Matteo Bonzini* , Sara Contini, Francesco Dentali
* Centro di ricerca in Epidemiologia e Med. Preventiva (EPIMED)
Università dell’Insubria - Varese
Varese,
28 Novembre 2014
Inquinamento urbano, un mix
complesso e variabile
Inquinante
Fonti
Limite
giornaliero
Soglia
di allarme
500 µg/m3
Biossido di zolfo
(SO2)
Combustione di combustibili
fossili (carbone, olio
combustibile); gasolio e benzina
125 µg/m3
Polveri con
diametro <10 µm
(PM10)
Primarie da processi artificiali e
naturali e Secondarie a partire da
altri inquinanti quali SO2, NOx,
NH3)
50 µg/m3
Biossido di azoto
(NO2)
Processi di combustione di
impianti industriali, riscaldamento
e motori a scoppio
200 µg/m3
Monossido di
carbonio (CO)
Combustione incompleta:
riscaldamento domestico e
industriale, traffico, attività e
processi industriali
10 mg/m3
Ozono (O3)
Secondarie: in seguito a reazioni
chimiche in presenza di
radiazioni solari e temperature
elevate
120 µg/m3
(60 ppb)
400 µg/m3
240 µg/m3
(120 ppb)
Modello di esposizione
NO2
100
50
90
45
80
40
70
35
60
30
µg/m3
µg/m3
PM10
50
40
25
20
30
15
20
10
10
5
0
0
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Set
Ott
Nov
Gen
Dic
Mar
Apr Mag
Giu
Lug Ago
Set
Ott
Nov
Dic
Set
Ott
Nov
Dic
O3
CO
2,5
Feb
80
70
60
50
1,5
ppb
mg/m3
2
1
40
30
20
0,5
10
0
0
Gen Feb
Mar
Apr Mag Giu
Lug Ago
Set
Ott
Nov
Dic
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Un piccolo effetto ma con
grande impatto
Rilevanza eziologica e di sanità pubblica dei fattori
scatenanti infarto miocardico acuto - IMA
«Our work shows that ever-present small risks might have
considerable public health relevance»
Nawrot TS, L Perez, N Kϋnzli, E Munters, B Nemery, Lancet 2011;377:732-40
Effetti ‘acuti’ e ‘cronici’
Effetti a breve termine: aumento di ricoveri ospedalieri e
casi di morte legato con latenza breve (0-5 giorni) a rapide
variazioni dell’esposizione (innalzamenti del livello
giornaliero di inquinanti).
Effetti a lungo termine: aumento di patologie respiratorie,
incluso tumore polmonare, e cardiovascolari croniche
legato ad esposizioni prolungate nel tempo (medie annuali
d’inquinante) con una latenza di anni.
Effetti meglio documentati
• Mortalità per cause naturali totali, cause respiratorie e cause
cardiovascolari (USA, UE)
• Salute respiratoria
– nei bambini: sintomi, sviluppo polmonare, asma come effetto
‘locale’.
– negli adulti: sintomi, riduzione volumi polmonari, BPCO,
asma.
• Salute cardiovascolare: acuta, innesca eventi cardiaci; cronica,
agisce su patologie di fondo (e.g., aterogenesi)
• Tumore polmonare (USA, UE)
• Effetti riproduttivi (SGA, peso ridotto alla nascita, parto
prematuro)
• Sviluppo neurologico e neurodegenerazione (Pb, UF – bambini,
donne anziane)
Effetti meglio documentati
• Mortalità per cause naturali totali, cause respiratorie e cause
cardiovascolari (USA, UE)
• Salute respiratoria
– nei bambini: sintomi, sviluppo polmonare, asma come effetto
‘locale’.
– negli adulti: sintomi, riduzione volumi polmonari, BPCO,
asma.
• Salute cardiovascolare: acuta, innesca eventi cardiaci; cronica,
agisce su patologie di fondo (e.g., aterogenesi)
• Tumore polmonare (USA, UE)
• Effetti riproduttivi (SGA, peso ridotto alla nascita, parto
prematuro)
• Sviluppo neurologico e neurodegenerazione (Pb, UF – bambini,
donne anziane)
Variazione % di mortalità e ricoveri, per patologia,
per incremento unitario di PM10 (10µg/m3)
Undici città italiane nel periodo 1996-2002 (MISA-2)
Morti per
tutte le cause
Morti per
cause
respiratorie
+0.31
+0.54
Morti per cause
Ricoveri per
cardiovascolari malattie cardiache
(ICD 390-459)
(ICD 390-429)
+0.54
+0.29
Ricoveri per
malattie
respiratorie
+0.60
Dieci città italiane nel periodo 2001-2005 (EPIAIR)
Mortalità per
tutte le cause
Mortalità per
cause
respiratorie
+0.69
+1.59
Mortalità per
Ricoveri per
cause cardiache malattie cardiache
(ICD 390-429)
(ICD 390-429)
+0.99
+0.70
Ricoveri per
malattie
respiratorie
+0.60
Effetti meglio documentati
• Mortalità per cause naturali totali, cause respiratorie e cause
cardiovascolari (USA, UE)
• Salute respiratoria
– nei bambini: sintomi, sviluppo polmonare, asma come effetto
‘locale’.
– negli adulti: sintomi, riduzione volumi polmonari, BPCO,
asma.
• Salute cardiovascolare: acuta, innesca eventi cardiaci; cronica,
agisce su patologie di fondo (e.g., aterogenesi)
• Tumore polmonare (USA, UE)
• Effetti riproduttivi (SGA, peso ridotto alla nascita, parto
prematuro)
(>250)
Components of complete causal mechanisms of asthma
Eder W. et al. NEJM, 2006
Possibili meccanismi biologici dell’interazione tra particolato
e fumo di tabacco nel causare crisi asmatiche nei bambini
L’ effetto di PM maggiore nei giorni con bassa esposizione passiva a fumo di tabacco (ETS).
Gli effetti dei diversi fattori di rischio non si sommano semplicemente,
ma interagiscono influendo su una serie di meccanismi molecolari.
Baccarelli & Kaufman, 2011
Effetti meglio documentati
• Mortalità per cause naturali totali, cause respiratorie e cause
cardiovascolari (USA, UE)
• Salute respiratoria
– nei bambini: sintomi, sviluppo polmonare, asma come effetto
‘locale’.
– negli adulti: sintomi, riduzione volumi polmonari, BPCO,
asma.
• Salute cardiovascolare: acuta, innesca eventi cardiaci; cronica,
agisce su patologie di fondo (e.g., aterogenesi)
• Tumore polmonare (USA, UE)
• Effetti riproduttivi (SGA, peso ridotto alla nascita, parto
prematuro)
Lung Cancer, Cardiopulmonary Mortality,
and Long-term Exposure to PM2.5
American Cancer Society - Cancer Prevention Study II cohort
Dati di esposizione delle aree metropolitane USA
Pope CA et al. JAMA 2002;287:1132-1141
Effetti meglio documentati
• Mortalità per cause naturali totali, cause respiratorie e cause
cardiovascolari (USA, UE)
• Salute respiratoria
– nei bambini: sintomi, sviluppo polmonare, asma come effetto
‘locale’.
– negli adulti: sintomi, riduzione volumi polmonari, BPCO,
asma.
• Salute cardiovascolare: acuta, innesca eventi cardiaci; cronica,
agisce su patologie di fondo (e.g., aterogenesi)
• Tumore polmonare (USA, UE)
• Effetti riproduttivi (SGA, peso ridotto alla nascita, parto
prematuro)
Razionale
INQUINANTI
Stress
ossidativo
Infiammazione
polmonare e
placentare
Alterazioni
coagulabilità
plasmatica
Alterazioni
funzionalità
endoteliale
Alterazioni
del trasporto
transplacentare
di ossigeno e nutrienti
Parto pretermine
Basso peso alla nascita
Ritardo di crescita intrauterino
Risposte
emodinamiche
PM10 e LBW
1° mese
2° mese
3° mese
4° mese
5° mese
6° mese
7° mese
- 60 giorni
- 30 giorni
- 10 giorni
Lombardia
OR
IC 95%
1.015
0.996-1.034
0.998
0.976-1.020
0.993
0.974-1.013
0.988
0.969-1.007
Area Milano
OR
IC 95%
0.994
0.950-1.038
0.953
0.902-1.005
0.974
0.930-1.018
0.965
0.920-1.009
1.005
1.021
1.002
0.996
0.984-1.026
1.001-1.042
0.984-1.020
0.979-1.020
1.005
1.006
0.984-1.027
0.990-1.026
0.983
1.009
0.991
1.044
1.078
1.057
0.935-1.032
0.965-1.052
0.948-1.034
0.990-1.099
1.031-1.125
1.021-1.094
NO2 e LBW
1° mese
2° mese
3° mese
4° mese
5° mese
6° mese
7° mese
- 60 giorni
- 30 giorni
- 10 giorni
Lombardia
OR
IC 95%
1.002
0.946-1.057
1.007
0.945-1.068
0.976
0.919-1.034
0.968
0.913-1.023
Area Milano
OR
IC 95%
0,923
0.808-1.038
0.892
0.757-1.027
0.883
0.762-1.023
0,921
0.804-1.038
1.011
1.063
1.033
1.024
0.951-1.072
1.004-1.122
0.971-1.214
0.957-1.092
0.985
1.043
1.093
1.217
0.852-1.110
0.918-1.169
0.971-1.214
1.066-1.369
1.053
1.044
0.991-1.115
0.993-1.096
1.245
1.199
1.114-1.376
1.097-1.300
Effetti meglio documentati
• Mortalità per cause naturali totali, cause respiratorie e cause
cardiovascolari (USA, UE)
• Salute respiratoria
– nei bambini: sintomi, sviluppo polmonare, asma come effetto
‘locale’.
– negli adulti: sintomi, riduzione volumi polmonari, BPCO,
asma.
• Salute cardiovascolare: acuta, innesca eventi cardiaci; cronica,
agisce su patologie di fondo (e.g., aterogenesi)
• Tumore polmonare (USA, UE)
• Effetti riproduttivi (SGA, peso ridotto alla nascita, parto
prematuro)
Brook RD et al, Circulation, 2010
Esposizione a PM10 di breve termine e
infarto miocardico acuto - IMA
Mustafic H. et al. JAMA. 2012;307:713-721
Esposizione a PM2.5 di breve termine
e infarto miocardico acuto - IMA
Mustafic H. et al. JAMA. 2012;307:713-721
Studio case-crossover su ricoveri giornalieri
per IMA e incremento unitario inquinanti1
1
TSP, NO2 =10µg/m3 ; CO =1mg/m3
D’Ippoliti D. et al. Epidemiology 2003
RR di Trombosi Venosa Profonda ed
esposizione a PM10 in Lombardia
A. Baccarelli et al. Arch Int Med 2008
Rischio (OR) di ictus ischemico da PM2.5
(concentrazioni medie 24 ore antecedenti)
Valutazione EPA
Moderate vs. Good OR=1.34 (CI95% 1.13-1.58)
Wellenius GA et al. Arch Int Med 2012;172:229-234
PM2.5, BC, NO2 più rilevanti
Wellenius GA et al. Arch Int Med 2012;172:229-234
NO2
PUB
%
ID
Y
OR (95% CI)
Weight
GA Wellwnius
2005
1.01 (1.01, 1.02)
13.72
H Xiang
2013
1.00 (0.98, 1.02)
12.70
PJ Villeneuve
2006
1.01 (0.99, 1.04)
11.92
SS Tsai
2003
1.15 (1.11, 1.18)
11.05
TC Turin
2012
0.99 (0.96, 1.03)
11.04
CC Chan
2006
1.01 (0.98, 1.05)
10.15
PJ Villeneuve
2012
1.03 (0.98, 1.07)
9.32
GA Wellenius
2012
1.08 (1.02, 1.14)
7.68
M Szyszkowicz
2012
1.04 (0.94, 1.16)
3.68
L Mechtouff
2012
0.97 (0.87, 1.08)
3.44
GB Bedada
2012
0.96 (0.85, 1.09)
2.75
GB Bedada
2012
1.07 (0.94, 1.22)
2.54
1.03 (1.01, 1.05)
100.00
Overall (I-squared = 84.2%, p = 0.000)
NOTE: Weights are from random effects analysis
.5
OR 1.029 (1.006-1.053 )
.75
1
1.5
Contini S, Dentali F, Bonzini M: in prep
Per ogni aumento di 10 µm/m3 di NO2 si assiste ad un aumento di incidenza di
Stroke Ischemico pari al 2.43%
PM2.5
PUB
%
ID
Y
OR (95% CI)
Weight
CC Chan
2006
0.99 (0.95, 1.03)
22.07
MJ O'Donnel
2011
0.99 (0.93, 1.05)
17.06
PJ Villeneuve
2006
1.00 (0.94, 1.07)
16.24
LD Lisabeth
2008
1.06 (0.98, 1.14)
13.74
PJ Villeneuve
2012
1.05 (0.96, 1.15)
11.19
GA Wellenius
2012
1.18 (1.04, 1.33)
7.92
L Mechtouff
2012
0.97 (0.84, 1.12)
5.96
E Mostofsky
2012
1.23 (1.03, 1.47)
4.24
M Szyszkowicz
2012
0.98 (0.72, 1.33)
1.57
1.03 (0.99, 1.07)
100.00
Overall (I-squared = 47.3%, p = 0.056)
NOTE: Weights are from random effects analysis
.5
.75
1
1.5
Contini S, Dentali F, Bonzini M: in prep
OR 1.020 (0.988-1.053)
Dall’ambiente lavorativo, una ipotesi di
meccanismo di azione…….
Esposizione a PM e indici di
coagulazione e infiammazione
60 operai siderurgici impiegati in varie mansioni del processo di
fusione, colata e laminazione dell’acciaio
PM
Media (DS)
Range IQ
PM10 (µg/m³)
233 (272)
110-306
PM1 (µg/m³)
8.0 (7.7)
2.9-11
Coarse PM (µg/m³)
225 (265)
106-293
Età media 44 anni (27-55), attivi da almeno un anno nell’attuale posizione, sani.
40% dichiarato di essere fumatori
Bonzini et al., J Thromb & Hemost. 2010
Esposizione a PM e indici di
coagulazione e infiammazione
OUTCOMES
Adj. ߆, p value
PM1
coarse PM
CRP (mg/L)
+0.59, p=0.03
+0.48, p=0.01
I-CAM (ng/mL)
-10.0, p=0.24
-5.15, p=0.42
V-CAM (ng/mL)
+15.1, p=0.53
+27.3, p=0.12
-0.33, p=0.02
-0.33, p=0.01
aPTT (sec)
-0.25, p=0.63
-0.06, p=0.87
d-dimer (ng/dL)
-16.7, p=0.20
-16.0, p=0.09
ETP (nM*min)
+108, p=0.03
+72.0, p=0.06
Inflammation parameters
Coagulation parameters
PT (sec)
† Variazione per un incremento pari a IQR di polveri sottili.
Modello a misure ripetute aggiustato per età, BMI, fumo, uso di farmaci.
Endogenous Thrombin Potential
Bonzini et al., J Thromb & Hemost. 2010
Evidenze contro-fattuali
1978-1982 vs. 1997-2001
• Attesa di vita (anni)
• Concentrazione PM2.5 (µg/m3)
+ 2.72 ± 0.93
- 6.52 ± 2.94
• Ad una riduzione di 10µg/m3 di PM2.5 corrispondeva un
guadagno di vita di 0.61±0.20 anni, tenuto conto delle
possibili variabili di confondimento (incluse differenze di
abitudine al fumo tra popolazioni)
• L’incremento di anni di vita attribuibile alla riduzione
dell’inquinamento nel periodo studiato è pari a circa 0.4 anni
(6.52x0.61) ovvero a circa il 15% dell’incremento totale di
2.72 anni di vita.
basato su AC Pope et al. NEJM, 2009
Grazie per l’attenzione…..