First Technical Workshop/National Meeting
Project LIFE08 ENV/IT/000423 “WOMENBIOPOP”
Linking Environment and Health:
a Country-based Human Biomonitoring Study
on Persistent Organic Pollutants in Women of Reproductive Age
Roma, 8 - 9 novembre 2010
POPS,
salute riproduttiva femminile ed
esposizione in utero
Maria Grazia Porpora, Eliana Fuggetta, Ludovica
Imperiale, Serena Resta, Adele Ticino
DIPARTIMENTO DI SCIENZE GINECOLOGICHE E
OSTETRICHE E SCIENZE UROLOGICHE
Maria Grazia Porpora
Inquinanti persistenti e salute
riproduttiva
Riduzione della fertilità, ermafroditismo, alterazione della
differenziazione sessuale (Lindane, Endrin, PCP, DDT/DDE,
HCB)
Riduzione numero di uova deposte, accoppiamento
femmine, deformità dell’ embrione, subfertilità
(DDE, PCBs, PCDDs/Fs, HCB)
tra
Anomalie dello sviluppo sessuale (DDT, Dieldrin, PCBs)
Poliabortività, infertilità, PCO, cancro, malformazioni,
disginesia testicolare nei figli maschi
(PCBs,PCP,HCB,
PCDDs/Fs, Ftalati)
UOMINI: Disgenesa testicolare, anomalie del liquido
seminale, criptorchidismo, ipospadia e cancro del testicolo
DONNE: rischio di carcinoma della mammella, pubertà
precoce, anomalie del ciclo, ridotta fertilità, poliabortività,
endometriosi, PCO, fibromi uterini, menopausa precoce,
patologie tiroidee
(DDE,PCBs,PCDDs/Fs,PCP, Ftalati)
Maria Grazia Porpora
Specie
Inquinanti sospetti
 Persistenti
 Diossine/furani, policlorobifenili, eteri
polibromobifenili,
 pesticidi organoclorurati, piombo,
composti perfluorurati
 Non persistenti
 Erbicidi (e.g., atrazine), pesticidi
organofosfati, solventi quali il toluene,
xilene,
 Stirene e percloroetilene, metil
mercurio, Ftalati, bisfenolo A,
tabacco.
Maria Grazia Porpora
Possibili meccanismi coinvolti nel danno da
tossici ambientali
“Interferenti endocrini”
(Eds)*:
Influenzano il sistema endocrino
agendo come antagonisti o agonisti
“Immunotossici”:
Agiscono direttamente o
indirettamente sul sistema
immunitario
(inibizione, disregolazione)
Interferenza con il sistema riproduttivo
* Definito
dalla Commissione Europea come una sostanza esogena o una miscela di sostanze, che
altera la funzione del sistema endocrino e di consequenza causa effetti dannosi sulla salute di un
organismo, la sua progenie o subpopolazioni.
4
Meccanismo di azione degli EDs
Diretto
simile ad una molecola
endogena
Indiretto
Richiede la conversione metabolica
o interferisce con gli ormoni
endogeni
Alterazione dei normali processi cellulari
Anormale crescita, funzione e morte
cellulare
5
INTERFERENZA CON GLI ORMONI SESSUALI
Effetti Estrogenici
–1.Alta potenza - farmaci
 DES (dietilibestrolo)
 etinilestradiolo
–2.Media potenza- fitoestrogeni
 fitoestrogeni: isoflavoni e.g. genistein, daidzein,cumestani,
e.g.cumestrolo. lignani
–3. Bassa potenza— agenti occupazionali o ambientali
 Bisfenolo A
 Octilfenolo e nonifenolo
 pesticidi come clordecone, DDT, dieldrin, endosulphan, p,pmetossicloro, taxafene
Effetti Antiandrogeni
p, p’-DDE (il maggior metabolita del DDT)
 ftalati, e.g. DBP, DEHP
 pesticidi, come linurano, procimidone, metaboliti del vinclozolino
VARI (estrogenico, anti estrogenico, antiandrogenico, antiprogesterone)
–Diossine, furani , PCBs, Pesticidi (HCH)
Maria Grazia Porpora
INTERFERENTI ENDOCRINI
 Gli Eds hanno minore affinità
degli ormoni endogeni per i
recettori
 Necessarie concentrazioni fino
a 100,000 volte maggiori degli
ormoni endogeni per ottenere
lo stesso effetto
 L’esposizione è continua per il
bioaccumulo nella catena
alimentare
 L’esposizione cronica bilancia
la bassa affinità per i recettori
Effetti su più organi
Polimorfismi genici possono
giustificare una diversa
sensibilità individuale
Esposizione a più POPs può
determinare effetti diversi
7
Maria Grazia Porpora
ESPOSIZIONE A POPS: POSSIBILI EFFETTI
SULLA SALUTE RIPRODUTTIVA FEMMINILE
Menarca precoce e Irregolarità
mestruali
Aborto spontaneo
Infertilità e poliabortività
Endometriosi
Effetti sulla gravidanza
Effetti sul feto e nella vita
postnatale
Effetti “in vitro” e nell’animale dei POPs
“Diossine”
e PCBs in vitro:
 Aumento attività delle metalloproteasi
(MMPs) con maggiore invasività del
tessuto endometriosico
Amplificazione dell’espressione genica di
CYP1A1 nel tessuto endometriosico
PBDEs: attività antandrogenica
PCDDs nel ratto: riduzione del peso
dell’ovaio e blocco dell’ovulazione
TCCD nel ratto: riduzione dell'espressione
genica della 17-a- idrossilasi,
Gamma-HCH: immonotossico, effetto
 l’esposizione in utero a TCCD nel topo
crea un fenotipo uterino resistente al
progesterone ed è associata a
infertilità e parto pretermine nell’età
adulta
 L' esposizione prenatale a BDE-99
nel ratto provoca oligospermia e
alterazioni strutturali dell'ovaio in
età adulta
 L’esposizione in utero può modificare
l’espressione genica che porterebbe
alla manifestazione di malattie
nell’adulto
estrogenico antiestrogenico e antiprogestinico
(Bruner-Tran, 2010; Kuryama, 2005; Dolynay DC
et al, 2007: Tang WY et al, 2007)
(Kuil CW, 1998; Curry TEl, 2003; Windham , 2005; Bonfinger 2001;
Wood , 2002; Ueh , 2003, 2005; Stoker 2005; Brunnberg, 2007: Gao
, 1999; Petroff l, 2000, 2001; Valdez 2009; Pathak 2010))
10
PCBs, DDT, HBC e Riproduzione
 PCB, p,p’-DDE E HCB sono presenti nel
fluido follicolare e potrebbero alterare lo
sviluppo dell’ovocita
PCDDs e PCDF potrebbero esercitare un
effetto
stadio-specifico
sullo
sviluppo
embrionale precoce
Alti livelli di p,p'-DDE sono correlati ad una
diminuzione progesterone durante la fase
luteinica
Il p,p'-DDE stimola l’attività dell'aromatasi
delle cellule della granulosa esercitando un
effetto sinergico con l’FSH
Alti livelli di p,p’ DDE nel siero e nel liquido
follicolare sono associati a fallimento della
fecondazione in vitro
(De Felip et al, 2001, Drbohlav et 2005;
Meeker et al, 2009; Tsutsumi et al 1998;
Younglay et al 2002; Windham et al. 2005;
Youglay et al.2004)
Maria Grazia Porpora
PCBs, p-p'DDE e fecondabilità
PCB153 e Fecondabilità
p,p’ DDE e Fecondabilità
12
ASSOCIAZIONE TRA FECONDABILITÀ E
CONCENTRAZIONE SERICA DI PBDES
Harley KG, Marks AR, Chevrier J, Bradman A, Sjödin A, Eskenazi B.
Environ Health Perspect. 2010
Kim G. Harley et al.2010
“TCDD e TIME TO PREGNANCY”
Epidemiology 2010;21: 224–231
Association Between Serum TCDD Levels and Time to
Association Between Serum TCDD Levels and Infertility Based on
Pregnancy for 278 women Who Tried to Become Pregnant After 285 WomenWho Tried to Become Pregnant After the Explosion
the Explosion
POLIABORTIVITA’ E POPs
Chlorinated hydrocarbon blood levels in 89 patients
with repeated miscarriages
% above reference
Gerhard I. et al., Environ Health Perspect, 1998
 In uno studio caso-controllo non
è stata riscontrata nessuna
associazione significativa tra
livelli di PCB, exaclorobenzene e
DDE e aborto ricorrente (SugiuraOgasawara et al AJRI 2003)
Associazione
polabortività
significativa
tra
livelli
di
gamma-HCH
e
E’ stato ipotizzato che l’esposizione a
Diossine, dibenzofurani (PCDFs) e
policlorobifenili (PCBS) e pesticidi
possa aumentare il rischio di
endometriosi
16
RUOLO DEI POPS NELL’ ENDOMETRIOSI
 come intereferenti endocrini
 come immunosoppressori
17
17
Inquinanti organoclorurati e endometriosi: studi caso-controllo
PARITA’/ALLATTAMENTO
STUDIO
SOSTANZE
DIAGNOSI
CASI
CONTROLLI
ETA’
Gerhard,
Most abundant PCBs
Laparoscopia
28
441
n.r.
Mista
Si
1992
GC-ECD
Mayani, 1997
2,3,7,8-TCDD
Laparoscopia
44
35
27-40
???
Si
Laparoscopia
86
70
18-50
Mista
No
Lebel, 1998
("dioxin”)GC-ECD,GC/MS
Most abundant PCBs
AL SENO
ASSOCIAZIONE
GC-ECD
Pauwels,2001
Dioxins, PCBs (CALUX)
Laparoscopia
42
27
25-42
???
No
Donnez, 2004
Most abundant PCBs
Laparoscopia
17
10
22-45
Mista
Si
Laparoscopia
32
52
18-40
Mista
No
Laparoscopia
50
21
23-38
Mista
Si
GC/HRMS
Buck Louis,
Some PCBs
2005
GC-ECD
Heilier, 2005
PCDDs/Fs, DL-PCBs
GC-HRMS
Reddy, 2006
PCBs/phthalate esters
Laparoscopia
85
135
30.6
Mista
Si
Porpora 2006
PCBs
Laparoscopia
40
40
18-40
no
Si
Niskar, 2009
PCBs/DDE
Laparoscopia
60
64
20-45
no
No
96
106
20 -
???
SI
solo per i casi
Simsa, 2010
dioxin-like compounds
(DLC)
Laparoscopia
40
18
18
STUDIO CASO - CONTROLLO
ISTITUTO SUPERIORE DI SANITA’
DIPARTIMENTO DI GINECOLOGIA E OSTETRICIA
Universita’ “ Sapienza” Roma
160 donne in età riproduttiva (Range 18-40)
Laparoscopia
Conferma istologica
Valutazione dei livelli
ematici di PCBs,diossine e
pesticidi organoclorurati
Valutazione di parametri
immunologici
Valutazione di Fattori di suscettibilità individuale (polimorfismi
genetici della GSTs)
19
19
Porpora MG et al. Environ Health Perspect 117:1070–1075 (2009)
Livelli serici di PCBs, HCB, p,p DDE
400
350 Dioxin-like PCBs: #118, 156 e 167
300 Non dioxin-like PCBs: #138, 153, 170, 180
250
200
150
100
50
0
Controlli
casi
22
La relazione
tra i diversi cibi e i livelli di
PCBs e p,p’-DDE è stata valutata con un
modello di regressione multivariata.
L’ assenza di significatività suggerisce che la
DIETA non è la principale responsabile dei
livelli di queste sostanze.
23
Quaranta et al, Life Sciences 79 (2006) 491–498
Obiettivi dello studio
Analisi di alcune funzioni immunitarie di donne con endometriosi con
livelli ematici elevati di PCBs e p,p-DDE rispetto ad un gruppo di
controllo
Analisi il possibile effetto “in vitro” di p,p-DDE, PCBs, e una miscela di
sostanze su alcune funzioni immunologiche
24
Risultati
Serum p,p′-DDE and PCB concentrations (ng/g,
lipid base) in women with (cases) and without
(controls) endometriosis
Mean ( DS)
P value
Cases
Controls
p,p′-DDE)
770 (550
310 (140)
0.021
PCB 118
31 (9.2)
12 (4.4)
0.00003
PCB 138
83 (42)
42 (18)
0.012
PCB 153
170 (86)
72 (28)
0.0054
PCB 180
50(21)
31 (20)
0.071
ΣPCBs
330 (130)
160 (66)
0.0022
 Nessuna differenza tra casi e controlli
sulla risposta proliferativa e la produzione
di immunoglobuline
Ridotta attività citotossica delle NK
(measured against K562 target cells at
different E/T ratio)
(p<0.05)
25
Risultati
p<0.05
(A) Effect of in vitro 118, 138, 153, and 180 PCB congeners, p,p-DDE and MIX exposure on the
PHA-induced proliferative response of normal human PBMC.
(B) Effect of in vitro 118, 138, 153, and 180 PCB congeners, p,p-DDE and MIX exposure on NK26
cell-mediated cytotoxic activity.
•Attraverso la placenta, il feto riceve ossigeno,
acqua, elettroliti, glicidi, lipidi, aminoacidi,
vitamine, ormoni e anticorpi ed elimina anidride
carbonica, acqua, prodotti del catabolismo ed ormoni.
• Il trasferimento delle sostanze può avvenire
tramite diffusione semplice (O2, CO2 e urea),
diffusione facilitata (glucosio e lattato), trasporto
attivo, endocitosi, esocitosi.
I risultati dei principali studi indicano che la barriera placentare
riduce solo parzialmente il trasporto al feto dei POPs esaminati.
 Alcuni componenti e/o metaboliti possono essere più concentrati nel
compartimento fetale per il rallentato metabolismo e/o per la presenza
di attività metabolica nel tessuto placentare (HCB, PCBs, PBDE ).
I POPS sono presenti nel meconio, nel liquido amniotico e nel sangue
del cordone ombelicale.
27
Esposizione in utero a POPs
IL liquido amniotico prelevato durante amniocentesi
rappresenta il campione biologico ottimale per
quantificare l’esposizione in utero agli inquinanti
persistenti (Octavio P.Luzardo et al. 2009)
Esiste una correlazione lineare tra livelli dei POPs
(PCBs, pesticidi organoclorurati, PCDFS, diossine) nel
sangue materno e in quello del cordone (Abballe A, et al
2008 , Murphy V, et al 2006)
28
EFFETTI SULLA GRAVIDANZA E SUL PRODOTTO DEL
CONCEPIMENTO
Gli xenobiotici hanno un potente effetto
tossico sul sistema immunitario, nervoso,
endocrino e sull’apparato genitale
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Ritardo di crescita intrauterina
Parto pretermine
Basso peso alla nascita
Piccolo per età gestazionale (SGA)
Ridotta circonferenza cranica e lunghezza del neonato.
Alla nascita: Malformazioni dell’ apparato genitale
(ipospadia, riduzione distanza ano genitale), diabete,
patologie tiroidee, ipoacusia, disordini neurocomportamentali
7) Aumento di patologie durante l’accrescimento e nella vita
adulta
Fertil Steril
2008;
Fertil Steril 208;
EFFETTI SUL FETO E
SUL NEONATO
 SISTEMA IMMUNITARIO:
asma e allergie, infezioni respiratorie
ricorrenti, otite media, atrofia timo
 SISTEMA NERVOSO:
difficoltà di attenzione, apprendimento e
memoria, povertà di linguaggio, ridotto QI,
neuropatia periferica
 SISTEMA ENDOCRINO:
disfunzioni tiroidee, obesità infantile,
irregolarità mestruali
 APPARATO GENITALE: criptorchidismo,
microspadia, ipospadia, fusione labiale,
aumento distanza ano-genitale
Crinnion WJ. Maternal levels of xenobiotics that affect fetal
development and childhood health. [Journal Article, Review].
Altern Med Rev 2009 Sep; 14(3):212-22.
FATTORI COINVOLTI NEGLI EFFETTI DEI TOSSICI AMBIENTALI
 “Timing” e intensità di
esposizione
 Suscettibilità del tessuto
bersaglio
 Resistenza dell’ospite
L’effetto provocato da queste sostanze può variare in
relazione al sesso e all’età
(Pryor et al., 2000; Hallgren and Darnerud, 2002).
32
E’ possibile che fattori genetici, quali mutazioni dei
geni coinvolti nei processi di detossificazione
possano predisporre al danno causato
(Baranova
dall’esposizione ai POPs
et al, 1996; Baranova et al, 1997; Kennedy 1999, Liu 2006; Yang 2006;)
33
Conclusioni e questioni aperte
 Molti POPs interferiscono negativamente
sulla salute riproduttiva
 Periodo di esposizione (fetobambino adulto) e della dose
 Meccanismi di azione ancora poco chiari
 Diversa suscettibilità delle varie specie  L’esposizione a più inquinanti
animali
(effetto additivo, sinergismo
potenziamento o antagonismo)
 I dati sugli animali possono essere
fuorvianti
 L’esposizione intrauterina come
 Fattori genetici responsabili della diversa
suscettibilità individuale
 Interazione gene- ambiente ancora da
chiarire
fattore di rischio di patologie
neonatali o nella vita adulta
 Necessari studi clinici a
longitudinali
34