Gli interferenti endocrini nelle acque
I metodi di rilevazione e le ricerche per l’abbattimento dei nuovi
inquinanti: dalle sostanze stupefacenti ai derivati dalla cosmesi.
Atti convegno - 24 settembre 2010
Castello Estense - Ferrara
Sommario
Introduzione
2
Le ricerche sugli interferenti endocrini
4
Franco Sami
Direttore settori ciclo idrico e distribuzione gas Hera S.p.A.
Massimo Ottaviani
Direttore Reparto igiene delle acque interne Dipartimento Ambiente e
Connessa Prevenzione Primaria - Istituto Superiore di Sanità
Laura Achene
Reparto igiene delle acque interne Dipartimento Ambiente e
Connessa Prevenzione Primaria - Istituto Superiore di Sanità
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione
con Hera
10
Interferenti endocrini migranti dalle bottiglie in PET
35
I monitoraggi effettuati nel territorio di Hera
38
Le prospettive di ricerca nel territorio e
nell’ecosistema Po
51
Aspetti ecotossicologici e tossicologici
degli interferenti endocrini
60
Conclusioni
74
Ettore Zuccato
Responsabile laboratorio tossicologia della nutrizione
Istituto di Ricerche Farmacologiche “Mario Negri” - Milano
Daniela Reali
Professore ordinario Dipartimento patologia sperimentale
Università di Pisa
Luciano Agostini
Responsabile Laboratori Hera S.p.A.
Claudio Anzalone
Responsabile Ricerca e Sviluppo Hera S.p.A.
Ivano Graldi
Direttore ATO 6 Ferrara
Luigi Viganò
Primo Ricercatore Istituto di Ricerca sulle Acque (IRSA CNR)
Annamaria Colacci
Responsabile cancerogenesi ambientale e valutazione del rischio
ARPA Emilia Romagna
Maurizio Chiarini
Amministratore Delegato Hera S.p.A.
Introduzione
Il 24 settembre del 2010, nella bella cornice della Sala Imbarcadero del
Castello Estense di Ferrara, si è svolto un confronto serio, approfondito
e sereno su un tema difficile.
Il merito va ai relatori, a tutti i partecipanti e al Gruppo Hera che ha organizzato
il convegno.
Affrontare l’argomento degli interferenti endocrini una particolare classe dei
cosiddetti “contaminanti emergenti” nelle acque risulta infatti difficile per
la complessità scientifica dell’argomento, per la necessità di un approccio
multidisciplinare, per le risorse professionali ed economiche necessarie ad
approfondire la conoscenza di questa tematica.
Ma è difficile anche perché la serenità necessaria a portare avanti questa
complessa attività tecnico-scientifica rischia di essere “contaminata” e qui il
termine sembra proprio essere quello giusto da polemiche e strumentalizzazioni
che facilmente sorgono nel nostro Paese quando si prova ad indagare su
argomenti collegati alla qualità dell’ambiente e alla salute di tutti noi.
Emergono facili scetticismi, verità precostituite, volontà di sfuggire ai confronti
sui dati e sui fatti, ricerca del sensazionalismo.
Purtroppo siamo chiamati qualche volta a dare risposta a diversi interventi,
amplificati in alcuni casi da poco opportuni passaggi mediatici, che in maniera
piuttosto superficiale destano allarmismi riguardo alla qualità dell’acqua
erogata dalle reti d’acquedotto in varie parti d’Italia. Alcuni di questi interventi
hanno ad oggetto proprio qualcuno dei cosiddetti “contaminanti emergenti”
di cui si è discusso a Ferrara.
2
Il termine “contaminanti emergenti” sta ad indicare proprio una conoscenza
non compiuta e la necessità, quindi, di approfondimento e di confronto, cose
che devono essere fatte con competenza scientifica, ma anche con onestà
intellettuale.
Credo che il convegno di Ferrara sia stato innanzitutto una testimonianza della
costante attenzione del Gruppo Hera verso i temi della qualità dei prodotti
e dei servizi che eroga ai propri clienti e una testimonianza di attenzione alla
qualità ambientale e alla sicurezza.
Ciò richiede necessariamente il costante aggiornamento scientifico dei propri
tecnici ed operatori e la capacità di introdurre innovazione tecnologica nei
processi gestiti.
Non è del resto scontato che un gestore di servizi pubblici impegni
professionalità e risorse su questi temi che rimangono comunque temi di
ricerca e di innovazione tecnologica e che richiedono ancora molti sforzi per
tradursi in prassi operative correnti.
Potrebbe apparire sufficiente distribuire acqua avente i requisiti di qualità fissati
dalla legge cosa peraltro puntualmente garantita dal Gruppo Hera senza alcuna
deroga, e lasciare alle Autorità competenti il compito di fare gli approfondimenti
scientifici necessari a far evolvere la normativa di settore. Per gli amministratori
e i lavoratori del Gruppo è, invece, naturale impegnarsi in attività come quella
di cui si è parlato a Ferrara, perché è frutto di un’impostazione “culturale”
proiettata verso il futuro, impostazione voluta e attesa dai soci e dai cittadini
dei nostri territori.
Franco Sami
Direttore settori ciclo idrico e distribuzione gas Hera S.p.A.
3
Le ricerche
sugli interferenti endocrini
Massimo Ottaviani e Laura Achene
Reparto igiene delle acque interne Dipartimento Ambiente e Connessa
Prevenzione Primaria - Istituto Superiore di Sanità
Introduzione
Gli interferenti endocrini (Endocrine Disrupters o EDs) sono un gruppo di sostanze chimiche,
sia naturali che sintetiche, presenti nell’ambiente, sospettate di alterare la funzione del sistema
endocrino e, conseguentemente, di causare effetti avversi sugli organismi.
In occasione del “European Workshop on the Impact of Endocrine Disrupters on
Human Health and Wildlife”, che si è tenuto a Weybridge, in Inghilterra nel 1996, è stata
concordata dalla comunità scientifica internazionale, questa definizione: “Una sostanza che
altera il sistema endocrino è una sostanza o una miscela esogena che agisce sulle funzioni del
sistema endocrino, provocando di conseguenza effetti negativi per la salute di un organismo
intatto, della sua progenie o delle (sotto)popolazioni”. La Environmental Protection Agency
degli Stati Uniti (USEPA) ha adottato la seguente definizione: “Gli Endocrine Disrupters (EDs)
sono composti chimici che interferiscono con le funzioni del sistema endocrino”. Il National
Research Council (NRC, USA 1999 ) ha proposto la definizione di “Composti ormonalmente
attivi (hormonally active agents) definiti come agenti che dimostrano attività ormono-simile”.
Le sostanze che possono, o potrebbero, alterare il sistema endocrino sono raggruppabili
in sostanze di origine naturale, quali gli ormoni naturali, che comprendono gli estrogeni, il
progesterone e il testosterone, naturalmente prodotti nell’organismo umano o animale, ed
i fitoestrogeni, sostanze contenute in alcune piante (ad esempio la soia), che, se ingerite,
esercitano un’attività analoga a quella degli estrogeni. Inoltre, possono comprendere sostanze
sintetizzate dall’uomo, quali gli ormoni di sintesi, utilizzati come contraccettivi orali, le sostanze
impiegate nella terapia sostitutiva degli ormoni e alcuni additivi per mangimi, concepiti
espressamente per interferire sul sistema endocrino, modulandone la funzionalità; composti
utilizzati per usi industriali (ad esempio alcuni detergenti industriali), agricoli (alcuni antiparassitari)
e per alcuni prodotti di consumo (ad esempio additivi per sostanze plastiche), e derivati dai
processi industriali, come le diossine. Per quanto riguarda il meccanismo di azione, queste
sostanze sembrano interferire sul funzionamento del sistema endocrino agendo almeno a tre
livelli:
• simulando l’azione di un ormone naturale, inducendo così reazioni chimiche analoghe a
quelle normalmente prodotte ma al tempo sbagliato o in grado eccessivo (effetto agonistico);
• bloccando i recettori delle cellule che riconoscono e si legano agli ormoni (recettori ormonali),
impedendo, così, la normale azione solitamente esercitata dagli ormoni naturali (effetto antagonistico);
• interferendo sulla sintesi, sul trasporto, sul metabolismo e sull’escrezione degli ormoni naturali.
4
Fino ad oggi, in base alle osservazioni raccolte sull’uomo e negli animali, l’attenzione è stata
rivolta soprattutto allo studio di quelle sostanze che possono avere effetti sugli ormoni che
regolano lo sviluppo e la riproduzione, vale a dire gli ormoni steroidei (estrogeni ed androgeni)
prodotti nelle gonadi. Gli ormoni steroidei agiscono, insieme ad altri ormoni, sulla riproduzione,
sul comportamento sessuale, sulla differenziazione, sullo sviluppo e sulla maturazione fetale.
Recentemente si è osservato che gli EDs possono agire anche sulla funzionalità tiroidea,
soprattutto per quanto riguarda il suo ruolo nei processi dello sviluppo. Altri effetti sul sistema
immunitario e sul sistema nervoso trovano qualche riscontro, ma non è ancora chiaro il
meccanismo da cui essi derivino.
Modalità di esposizione agli EDs
L’esposizione dell’uomo agli interferenti endocrini avviene attraverso diverse vie. La fonte
principale è rappresentata dagli alimenti. Solo in piccola parte contribuirebbero il consumo di
acqua potabile, la respirazione e il contatto. Le stime compiute, soprattutto dell’esposizione
ad EDs con effetto estrogeno, hanno messo in risalto che le situazioni ipotizzabili (di
esposizione da inquinamento ambientale) corrispondono a frazioni minime delle dosi a cui
vengono somministrati gli anticoncezionali, antiabortivi, chemioterapici. Inoltre, salvo il caso di
una somministrazione terapeutica di ormoni, il maggior apporto di EDs con effetto estrogeno
proviene da estrogeni naturalmente presenti negli alimenti. La dose di esposizione assume
notevole importanza; livelli elevati di un ormone possono esercitare un’azione inibitrice, mentre
livelli molto bassi possono avere un effetto stimolante. La dose non è, tuttavia, l’unico fattore
da prendere in considerazione. Occorre non trascurare molti altri aspetti come l’assorbimento,
il metabolismo, l’escrezione, il bioaccumulo, e possibili interazioni di miscele di ED
simultaneamente ingeriti. Anche il momento dell’esposizione riveste una grande importanza
poichè esistono periodi più critici rispetto ad altri, come quello precedente e corrispondente
alla nascita o l’inizio della pubertà, con conseguenti effetti reversibili (sulla maturazione) o
irreversibili (sulla differenziazione).
5
Presenza degli interferenti endocrini nelle acque destinate al consumo umano
Nel corso dell’ultima decade, considerevoli quantità di risorse scientifiche ed economiche
sono state impiegate per chiarire i potenziali rischi per la salute umana derivanti dagli EDs,
presenti negli alimenti e nell’acqua destinata al consumo umano.
Per quanto riguarda l’acqua, l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), la Comunità
Europea (CE) e l’Environmental Protection Agency degli Stati Uniti (USEPA) hanno proposto
importanti iniziative e vasti programmi di ricerca. Negli USA il problema degli EDs è stato
affrontato fin dal 1996, quando nella legge Safe Drinking Water Act /SDWA) erano previste
azioni per accertare gli effetti sul sistema endocrino delle sostanze chimiche e degli
antiparassitari. All’USEPA era affidato anche il compito di mettere a punto un programma
volto ad accertare se gli effetti sull’uomo degli EDs fossero paragonabili a quelli degli ormoni
naturali (USEPA 2005).
Dal canto suo la Commissione Europea, nell’anno 2000, ha commissionato uno studio a
due enti di ricerca tedeschi: il Fraunhofer IME (Institute for molecular biology and applied
ecology) e l’ESWE (Institute for water research and water technology), allo scopo di fare il
punto sulle conoscenze in merito alla presenza degli EDs nelle acque da destinare e destinate
al consumo umano e sulle possibili conseguenze dell’esposizione della popolazione europea
a queste sostanze. Lo studio si è concluso nel 2003 con la stesura di un rapporto finale
comprendente numerosi dati bibliografici, dati forniti dalle Autorità dei Paesi Membri, e dei
relativi acquedotti, raccolti mediante un apposito questionario e gli esiti di un monitoraggio in
quattro acquedotti campione. I risultati della ricerca possono essere così sintetizzati:
• presenza di pesticidi con possibile attività di ED in acque profonde e superficiali usate per il
consumo umano anche a concentrazioni superiori a 0,1 µg/L. I più frequenti pesticidi in
acque naturali e in quelle destinate al consumo umano sono risultati: atrazina, simazina,
diuron, isoproturon e lindano;
• presenza di tribultilstagno (composto organostannico) in acque superficiali;
• presenza di bisfenolo A ed alchilfenoli nelle acque superficiali ed in acque distribuite da
acquedotti a livelli di alcuni ng/L, mentre gli alchilfenoli (octil- e nonilfenolo) erano presenti
solo nelle acque superficiali;
• presenza di estrogeni naturali e sintetici in tracce nelle acque superficiali.
Attività e normative nazionali e internazionali relative agli Interferenti Endocrini
La Commissione Europea ha finanziato numerosi progetti, a partire dal Quarto Programma
Quadro di Ricerca e sviluppo tecnologico (1995-1998), per proseguire nel Quinto (1998-2002)
diversificando i temi di ricerca (organi e tessuti diversi dal sistema riproduttivo, sviluppo di
sensori per il rilevamento degli ED e nuovi metodi di analisi in vivo (animali transgenici) ed in vitro,
sugli effetti protettivi dei fitoestrogeni per il cancro e l’osteoporosi, con particolare attenzione per
l’esposizione a basse dosi per lunghi periodi e per esposizioni multiple). E’ stato anche realizzato
un sito WEB (http://europa.eu.int/comm/research/endocrine/index_en.html) dedicato alle
ricerche sugli ED ove sono indicati tutti i siti dedicati a questo tema.
Nel 2001 sono state gettate le basi per un progetto comune, il CREDO, che ha iniziato la
6
Le ricerche sugli interferenti endocrini
sua attività nel 2003. Questo progetto interessa 63 laboratori in Europa ed è coordinato dal
progetto EDEN, uno dei quattro progetti di ricerca fondamentali del CREDO (gli altri sono
COMPRENDO, EURISKED, FIRE).
I quattro progetti di base coprono, sinteticamente, i seguenti temi:
• EDEN (ricerca di nuovi parametri, esposizione, effetti di basse dosi e di miscele nell’uomo,
nella fauna acquatica ed animali da laboratorio);
• EURISKED (valutazione del rischio complessivo di alcuni EDs);
• COMPRENDO (ricerca comparativa sugli EDs, approccio filogenetico e principi comuni di
composti con effetti Androgeni/Antiandrogeni;
• FIRE (valutazione del rischio da ritardanti della fiamma bromurati, sospettati di essere
interferenti endocrini per l’uomo e animali selvatici).
Nel VI programma quadro di ricerca e sviluppo tecnologico (2002-2006), il tema degli EDs
è specificatamente incluso nella Priorità 5 (Qualità e sicurezza degli alimenti) e nella
Priorità 6 (Sviluppo sostenibile, Cambiamenti globali ed ecosistemi).
Nel febbraio 2004 in questo contesto è stato lanciata una vasta Rete di Eccellenza
(CASCADE) per la ricerca, la valutazione del rischio, l’educazione e l’informazione
riguardante i composti con attività di interferente endocrino nella catena alimentare.
Le azioni a lungo termine comprendono una rivisitazione e un adattamento della
legislazione esistente relativa ai test per l’identificazione degli EDs, la valutazione e le
modalità d’impiego dei prodotti chimici della CE.
Per quanto riguarda la normativa, il 1 giugno 2007 è entrato in vigore il REACH - Rettifica
del regolamento (CE) n. 1907/2006 del Parlamento europeo e del Consiglio del 18
dicembre 2006, con l’obiettivo di razionalizzare e migliorare il precedente quadro
legislativo in materia di sostanze chimiche dell’Unione europea. Il REACH istituisce, inoltre,
l’Agenzia europea per le sostanze chimiche (ECHA) che svolge un ruolo centrale di
coordinamento e di attuazione nell’intero processo. Fra le sostanze che richiedono
elevata attenzione (PBT: persistenti, bioaccumulanti e tossiche) sono comprese quelle
aventi caratteristiche di ED.
La Direttiva 2000/60/CE del 23 ottobre 2000, che istituisce un quadro per l’azione
comunitaria in materia di acque, nell’allegato VII, punto 4, riporta: “Sostanze e preparati, o i
relativi prodotti di decomposizione, di cui è dimostrata la cancerogenicità o mutagenicità e
che possono avere ripercussioni sulle funzioni steroidea, tiroidea, riproduttiva o su altre
funzioni endocrine connesse nell’ambiente acquatico o attraverso di esso”.
Gli Stati membri dovevano far pervenire entro la fine del 2009 i dati di esposizione umana
agli EDs attraverso l’ambiente idrico per istituire un programma per i bacini idrici da rendere
operativo nel 2012.
La Direttiva 76/464/CEE (inquinamento provocato da certe sostanze pericolose scaricate
nell’ambiente idrico, è stata abrogata, con decorrenza dal 22 dicembre 2013, dall’articolo 22
7
della direttiva 2000/60/CE (ad eccezione dell’articolo 6 che è abrogato a decorrere dal 22
dicembre 2000).
Per quanto riguarda la Direttiva 98/83/EC per le acque destinate al consumo umano, essa
non prevede valori di parametro per la categoria degli EDs in generale; alcuni composti o
gruppi di composti per i quali è stata riconosciuta attività di interferenti endocrini, come
gli antiparassitari sono regolamentati in base a direttive della CE.
Si sta lavorando invece sul problema del rilascio di EDs da materiali a contatto con l’acqua
(contenitori, tubazioni, etc).
A tutt’oggi non esiste una normativa nazionale italiana, in tema di acque, specifica per gli
interferenti endocrini. A questo proposito si ricorda che la Direttiva 98/83/CE,
recepita in Italia dal D.L. 31/2001, cita nelle premesse gli interferenti endocrini, “……
considerando che, pur non esistendo attualmente sufficienti certezze su cui basarsi, per
fissare valori parametrici a livello comunitario per i prodotti chimici nocivi per il sistema
endocrino, è sempre più forte la preoccupazione per il potenziale impatto sugli essere umani
e sulla fauna e flora selvatiche”.
Nel 2007 è stata avviata la revisione della Direttiva 98/83/CE. Dai lavori della
Commissione emerge che gli EDs saranno controllati mediante l’approccio dei Water Safety
Plans, che hanno come scopo la tutela della salute, basata sul monitoraggio di queste
sostanze lungo tutta la filiera produttiva, dalla captazione alla distribuzione e sulla valutazione del
rischio. A marzo 2010 si è svolta a Parma la Quinta Conferenza Ministeriale Ambiente e Salute,
in cui si sono riuniti i ministri e i rappresentanti dei 53 Stati membri della regione europea
dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS). Per la prima volta si è parlato di interferenti
endocrini a difesa delle categorie più a rischio, come i bambini e le donne in gravidanza.
Il nostro progetto di ricerca
Il nostro “Reparto di Igiene delle Acque Interne del Dipartimento di Ambiente e Connessa
Prevenzione Primaria dell’Istituto Superiore di Sanità” è impegnato in un progetto di ricerca
che riguarda lo studio degli “Interferenti endocrini e le acque destinate al consumo umano”,
promosso e coordinato dalla Fondazione AMGA Onlus e dal Dipartimento di Scienze della
Salute dell’Università di Genova. La finalità è quella di approfondire lo stato delle conoscenze sul
potenziale impatto degli interferenti endocrini sui sistemi idrici per la produzione e distribuzione di
acque da destinare al consumo umano nel contesto nazionale.
Lo studio coinvolge altri Istituti di Ricerca (le Università di Pisa e di Genova, la
Fondazione Mario Negri) e alcuni acquedotti (Bologna, Firenze, Genova, Torino) con
possibilità di integrazione da parte di altre strutture. Il coinvolgimento di tutte le parti
interessate alla sicurezza della risorsa idrica consente di organizzare una “task force” sul
particolare problema degli interferenti endocrini. Sulla base dei risultati del Rapporto europeo
del 2003 l’attenzione iniziale è stata focalizzata su alcune sostanze quali bisfenolo A,
alchilfenoli, 17-alfa-etinilestradiolo, 17-beta-estradiolo, estrone e successivamente, in
considerazione del crescente interesse nazionale ed internazionale, anche su numerosi
8
Le ricerche sugli interferenti endocrini
composti perfluorurati. Questi ultimi, insieme ad altri residui di erbicidi e prodotti farmaceutici,
sono stati rilevati di recente anche in Italia in acque superficiali e potrebbero rappresentare
un potenziale rischio per le acque da destinare al consumo umano.
L’attività fino ad ora svolta ha creato una solida base per la rivelazione analitica delle
sostanze, la valutazione sull’efficacia dei trattamenti e la potenziale esposizione per la
salute umana; ha contribuito ad armonizzare criteri e metodi di intervento ed accrescere il
livello di conoscenza sul tema in diversi gruppi di interesse. Inoltre ha dimostrato, sebbene i dati
siano ancora preliminari, che tracce di EDs possono riscontrarsi in acque da destinare e
destinate a consumo umano e che le concentrazioni degli analiti di interesse determinate
nelle acque esaminate indicano l’assenza di rischio per la salute.
Riferimenti bibliografici
Decreto Legislativo 2 febbraio 2001, n. 31. Attuazione della direttiva 98/83/CE relativa alla
qualità delle acque destinate al consumo umano Gazzetta Ufficiale n. 52, 3 marzo 2001
Direttiva 2000/60/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio 23 ottobre 2000. Quadro per l’azione
comunitaria in materia di acque Gazzetta Ufficiale delle Comunità Europee n. L 327/1, 22 dicembre 2000
European Workshop on the Impact of EndocrineDisrupters on Human Health and Wildlife”
Weybridge (2-4/12/1996)
Wenzel A., Müller J. and Ternes T. Study on endocrine disruptors in drinking water
Final Report Fraunhofer IME and ESWE, 2003.
9
La messa a punto delle ricerche:
la collaborazione con Hera
Ettore Zuccato
Dipartimento Ambiente e Salute Istituto di Ricerche Farmacologiche
“Mario Negri” - Milano
Contaminanti emergenti nelle acque
Negli ultimi anni si è stabilita tra Hera e Istituto “Mario Negri” una fattiva collaborazione in
merito ad alcuni settori relativi alla salvaguardia ambientale e alla sicurezza del consumatore.
In particolare, la collaborazione ha riguardato lo studio e l’approfondimento di alcuni inquinanti
emergenti che, prodotti dall’uomo e riversati nell’ambiente tramite le acque di scarico,
potrebbero arrivare a contaminare le acque superficiali e di falda, col rischio di inquinare
anche quelle potabili. Gli inquinanti maggiormente approfonditi nell’ambito degli studi comuni
sono stati i farmaci terapeutici e le sostanze stupefacenti presenti nelle acque reflue
e superficiali. Recentemente è iniziata una nuova collaborazione su un ulteriore argomento:
i composti perfluorurati nelle acque superficiali e potabili.
Da dove vengono i farmaci?
L’inquinamento da farmaci è un problema ambientale emergente. La letteratura scientifica indica
che essi possono essere considerati inquinanti ubiquitari, che contaminano l’ambiente attraverso
una miriade di canali diffusi. I pazienti (farmaci per uso umano) e gli animali, (farmaci veterinari),
sono considerati la principale fonte d’inquinamento. Lo smaltimento improprio contribuisce
all’inquinamento ambientale, così come gli scarichi dell’industria e gli smaltimenti illegali.
Fonti principali: Trattamenti terapeutici nell’uomo e nell’animale
10
Farmaci: vie di ingresso nell’ambiente
Il paziente è la fonte principale d’inquinamento riguardo ai farmaci ad uso umano. Una volta
somministrati, essi non sono metabolizzati e possono essere escreti, come tali o in forma di
metaboliti attivi, con urine o feci. Nelle acque fognarie raggiungono i grandi depuratori urbani,
che sono costruiti per degradare sostanze chimiche molto semplici, non i farmaci.
La loro diffusione in acqua avviene, quindi, senza ostacoli. I principi attivi non vengono rimossi
totalmente dai depuratori e si riversano in fiumi e laghi, fino al mare, contribuendo ad un in
inquinamento diffuso dell’ambiente.
FARMACI
Somministrati ai pazienti
Residui dei farmaci escreti
con urine o feci
Inquinamento
industriale
Smaltimento improprio
IMPIANTO DI TRATTAMENTO
ACQUE FOGNARIE
Inquinamento
industriale
Acque depurate
contengono ancora farmaci
Fanghi contengono farmaci
Inquinamento fiumi e laghi
Inquinamento falde acquifere
11
Prioritizzazione dei farmaci come contaminanti ambientali
Il riconoscimento di questo nuovo problema ambientale ha dato il via a studi per stabilire quanto
sia diffuso, quali siano le sue dimensioni e le possibili implicazioni per l’ambiente e la salute. I
primi studi hanno seguito una logica casuale. Venivano raccolti campioni di acque e si provava,
con vari metodi, a vedere “quel che si trovava”, cercando di identificare, quasi a caso, alcune
molecole nell’ambito delle migliaia potenzialmente presenti. Si sono, poi, utilizzati metodi più
sistematici, ricercando farmaci pre-selezionati: quelli ritenuti più rilevanti in base a calcoli di
probabilità, che combinavano dati sui volumi di vendita o di prescrizione a dati di metabolismo e
tempi di persistenza ambientale delle sostanze.
Carico di vendita
(prescrizioni)
Metabolismo nell’uomo
(% escrezione come composto di origine)
Carico ambientale
previsto
Selezione di molecole
con più grande carico
Lista teorica di farmaci
in ordine di priorità
Destino di persistenza
nell’ambiente
Lista ricercata di farmaci
in ordine prioritario
12
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Prescrizioni e carichi ambientali previsti (2002)
I carichi ambientali sono stati ottenuti dalle prescrizioni, correggendo per la percentuale
dei farmaci escreti come sostanze parentali. Tramite il calcolo dei carichi ambientali teorici,
ottenuti moltiplicando i quantitativi venduti di ciascun farmaco per la sua percentuale
di metabolizzazione, è possibile identificare una serie di farmaci “prioritari” per l’ambiente,
che generalmente sono sempre rilevati nelle acque di scarico e di fiumi e laghi.
In queste acque, i farmaci sono presenti in concentrazioni relativamente basse ma sempre
preoccupanti, trattandosi di sostanze attive specificatamente disegnate per suscitare risposte
nell’uomo e nell’animale.
Pharmaceutilcals
Prescription
% Excration
Predicted
(ton. active sustance)
as parent
compound
envirovmental
loads (ton.)
Amoxycillin
209.58
60%
125,75
Atenolol
22.07
90%
19.86
Hydrochlorothiazide
14.66
95%
13.93
Ranitidine
26.67
40%
10.67
Clarithromycin
33.87
25%
8.47
Ceftriaxone
8.47
70%
5.93
Furosemide
6.40
90%
5.76
Bezafibrate
7.60
50%
3.80
Ciprofloxacin
14.82
20%
2.96
Enalapril
4.91
30%
1.47
Spiramycin
5.11
20%
1.02
Omeprazole
3.34
20%
0.67
Erythoromycin
3.92
10%
0.39
Ibuprofen
1.90
10%
0.19
13
Lista di “farmaci prioritari” per monitoraggi e studi di eco tossicologia
(Castiglioni et al. 2005)
Ecco, ad esempio, una lista di farmaci selezionata nel 2005 mediante l’approccio fondato sul
calcolo dei “carichi ambientali teorici”, basato sui dati di vendita in Italia. Ai farmaci selezionati
in questo modo se ne sono poi aggiunti altri, selezionati in base all’attività biologica.
Si ottiene, così, una lista di farmaci “prioritari” per le loro potenzialità di tossicità ambientale.
Therapeutic class
Pharmaceutical
Human Antibiotics
Macrolides
Lincosamides
Clarithomycin, Erythomycin,
Lincomycin, Spiramycin
Chinolons
Ciprofloxacin, Levofloxacin/Ofloxacin
Penicillins
Amoxicillin
Other antibiotics
Vancomycin, Teicoplanin
Sulphamides
Sulphamethoxazole
Vetrinary Antibiotics
14
Macrolides
Oleandomycin, Tilmicosin, Tylosin
Tetracycline
Oxytetracycline
Anticancer
Cyclophosphamide, Methotrexate,
Tamofixen
Anti - infiammatory
Ibuprofen, Ketoprofen, Naproxen,
Diclofenac
Bronchodilators
Salbutamol
Cardiovascular
Atenol, Enalapril
Urologic
Sildenafil
CNS Drugs
Carbamazepine, Diazepam
Diuretics
Furosemide, Hydrochlorothiazide
Gastrointestinal
Omeprazole, Ranitidine
Lipid regulator
Bezafibrate, Atorvastatine,
Gemfibrozil
Opiates
Morphine, Codeine
Estrogens
17 α- Ethinylestradiol
Natural estrogens
17 β - Estradiol, Estrone
Metabolites
Clofibric Acid, Demethyl diazepam
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Il percorso delle droghe: dal consumatore al depuratore
Come i farmaci, anche le sostanze stupefacenti possono inquinare l’ambiente seguendo
la stessa via di ingresso. Infatti possono essere esecrete come tali o in forma di
metabolitiattivi con urine o feci. Insieme alle acque fognarie raggiungono i depuratori che non
possono degradarle completamente. La loro diffusione nell’ambiente acquatico avviene,
quindi, senza ostacoli.
Metabolismo della cocaina nell’uomo
Un esempio delle sostanze che si ritrovano nell’ambiente: la cocaina e i suoi metaboliti.
15
Metodi analitici
Dopo l’identificazione dei farmaci prioritari, sono stati messi a punto metodi analitici per la loro
misurazione, utilizzando tecniche specifiche e sensibili come la cromatografia liquida abbinata
alla spettrometria di massa in tandem. Si è cercata così conferma della loro presenza e si è
misurata la loro concentrazione nelle acque dei depuratori urbani e poi in quelle superficiali.
Farmaci: 35 composti + 6 deuterated standards
Droghe non lecite: 27 composti + 20 deuterated standards
(Castiglioni et al., J Chrom A. 2005; Castiglioni et al., Anal. Chem. 2006;
Castiglioni et al., Mass Spectrom Rev. 2008; Zuccato et al., Water Res. 2008)
Filtrazione (1.6 and 0.45 μm)
Estrazione in fase solida (SPE)
Estrazione con solvente in ultrasuoni (USE)
Oasis HLB and MCX (60 mg)
Lichrolut EN (200 mg)
HPLC-MS/MS analisi
HPLC Colonna: C8-C18 and HILIC phases
Spettrometria di massa: Applied Biosystem-SCIEX API 3000
triple quadrupole turbo ion spray source
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La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Destino ambientale dei farmaci in depuratori (STP) e acque di superficie
Carichi di una serie di farmaci prioritari sperimentalmente misurati nelle acque reflue non
trattate di alcuni depuratori in Italia (freccia azzurra).
Summary of loads and removal rates (RR) in STPs and attenuation rates and
residual loads in surface water for the most abundant pharmaceutical
Pharmaceutical
Load in
influent
(mg/day/1000/
inh)
RR in
STP
(%)
Residual load
in effluent
(mg /day/1000/
inh)
Attenuation
in river
(%)
Residual load
in surface
water (mg/
day/1000/inh)
Occurrence
in particulate
(+/-)
Atenolol
494
21
281
28
257
+
Ofloxacin
360
57
233
27
94
+
Hidrochlorothiazide
354
44
415
64
197
+
Furosemnide
277
15
195
27
66
-
Cliprofloxacin
259
63
97
5
224
+
Ranitidine
188
72
96
17
33
+
Ibuprofen
122
55
28
21
35
-
Sulfamethoxazole
65
24
10
3
122
-
Bezafibrate
50
30
29
34
38
+
Enalapril
31
69
1,2
22
6
+
Clarithromycin
21
0
55
41
66
+
Carbamazepine
12
0
28
22
28
+
Erythomycin
5
0
5
35
3
+
Spiramicin
5
0
35
46
30
+
Salbutamol
4
0
4
27
2
-
Lincomycin
3
5
18
4
-
17
Confronto tra carichi attesi (calcolati dalle prescrizioni a Milano) e carichi
misurati (calcolati dalle concentrazioni, STP di Milano) dei farmaci
I carichi misurati in entrata sono generalmente prevedibili con calcoli teorici. Ad esempio,
per la città di Milano, ecco i carichi di alcuni farmaci prioritari previsti in base alle prescrizioni
ottenute dal database della Regione Lombardia (prima colonna). Le prescrizioni, moltiplicate
per la percentuale di escrezione metabolica dei vari farmaci, permettono di calcolare i carichi
teorici seconda colonna) che corrispondono ai carichi che sono effettivamente
misurati nelle acque reflue non trattate del depuratore di Milano.
E’, così, possibile prevedere il carico dei farmaci in ingresso ad un depuratore.
Gruppi sostanze
Atenolol
18
Prescriptions
Milan 2005
Expected loads
mg/day/
1000 inhabitans
mg/day/
1000 inhabitans
1407
Measured loads
(Milan 2005-2006)
mg/day/
1000 inhabitans
867
682-781
Atorvastin
156
3
3,020
Codeine
0.026
0.012
0.017
Gemfibrozil
470
155
130-160
Enalpril
384
61
40-41
Sulfametoxazole
440
27,7
19-28
Clarithoromycin
896
209
236
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Rimozione dei farmaci in STP Conventional WWTPs: pre-treatment, primary
settling and secondary treatment facilities (activated sludge)
La percentuale di rimozione dipende anche dall’efficienza dell’impianto.
Nel grafico: la percentuale di rimozione complessiva dei farmaci in vari impianti sul territorio
italiano. La rimozione può essere molto differente nei diversi impianti e possono verificarsi
importanti variazioni stagionali: in estate le rimozioni sono generalmente superiori perché in
parte legate alle temperature ambientali.
39%
64%
31%
57%
4%
0%
no
ga
ila
n
Lu
o
in
S.
An
t
on
e
M
(V
A)
na
O
lo
go
La
Va
re
s
e
Va
re
s
C
ag
lia
ri
a
tin
La
eo
C
un
s
le
ap
N
69%
8%
16%
Rimozione dei farmaci in impianti di trattamento
Amoxycillin
Ciprofloxacin
Enalapril
Ibuprofen
Ofloxacin
Atenol
Removal rate: 30-60% Bezafibrate
Clofibric acid
Furosemide
Diazepam
Carbamazepine
Clarithromycin
Erythromycin
Estrone
Lincomycin
Spiramycin
Removal rate: 0%
Removal rate: 10-30%
Hydrochlorothiazide
Removal rate: variable
Ranitidine
Sulphamethoxazole
19
Rimozione dei farmaci in impianti di trattamento Nosedo
Percentuali recentemente misurate nell’impianto di Milano che, essendo di recente costruzione, ha
un’efficienza di rimozione elevata. Anche in questo caso, però, la rimozione dei farmaci è spesso
incompleta.
Milano WWTP
trattamento biologico + disinfezione (acido peracetico)
Portata: 374.000 m3/d Popolazione residente: 1.250.000
Rimozione 80-100%
Atenolol
Atorvastatine
Bezafibrate
Enalapril
Estrone
Gemfibrozil
Ibuprofen
Ketoprofen
Methotrexate
Naproxen
20
Rimozione 30-80%
Ciprofloxacin
Clarythromycin
Dehydroerythromycin
Diclofenac
Furosemide
Lincomycin
Ranitidine
Salbutamol
Sulphamethoxazole
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Rimozione < 30%
Hydrochlorothiazide
Ofloxacin
Vancomycin
Nessuna Rimozione
Carbamazepine
Cyclophosphamide
Diazepam
Demethyl-diazepam
Erythromycin
Percentuali medie di rimozione dei farmaci in alcuni depuratori in Italia
Confronto tra la percentuale di rimozione complessiva dei farmaci misurata in vari impianti
italiani con quella del depuratore di Milano.
100%
60%
40%
20%
o
os
N
M
ila
no
na
lo
O
Va
re
s
e
ed
at
st
(e
ve
(in
na
lo
O
e
Va
re
s
e)
o)
rn
go
La
e
Va
re
s
C
un
ri
C
ag
lia
a
La
tin
s
le
ap
eo
0%
N
% rimozione farmaci
80%
21
Farmaci nelle acque in ingresso al depuratore di Milano
Ingresso
(g/giorno)
Uscita
(g/giorno)
Rimozione
(%)
Amoxicilina
117
<LOQ
100
Vancomicina
40
22
45
36
<LOQ
100
Farmaci
Antimicrobici
Ciprofloxacina
Sulfametossazolo
23
23
0
Levofloxacina
22
6.5
70
Lincomicina
20
8.0
61
Ossitetraciclina
19
<LOQ
100
Metoressato
6.1
<LOQ
100
Tamofixen
<LOQ
<LOQ
-
Atenololo
976
223
77
Enalapril
51
0.2
100
Chemioterapici
Cardiovascolari
Ipolipemizzanti
Gemfibrozil
163
8.5
95
Bezafibrato
62
5.8
91
Atovastatina
4.0
0.7
82
Diuretici
Furosemide
147
62
58
Idroclorotiazide
146
127
13
304
<LOQ
100
Omeprazolo
<LOQ
<LOQ
-
Ranitidina
9.0
4.3
53
7.5
3.6
53
Sildenafil
<LOQ
<LOQ
-
Carichi totali
2.100
500
76
Antinfiammatori
Ibuprofen
Gastrointestinali
Broncodilatatori
Salbutamolo
Urologici
22
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Percentuali medie di rimozione dei farmaci nel depuratore
di Milano Nosedo
Dettagli dei carichi d’ingresso e in uscita e della percentuale di rimozione dei vari farmaci,
misurati nell’impianto di Milano.
Rimozione FARMACI
Ossitetraciclina
Metotrexate
Ibuprofen
Ciprofloxacina
Amoxicillina
Enalapril
Gemfibrozil
Bezafibrato
Atorvastatina
Atenololo
Lincomicina
Furosemide
Ranitidina
Salbutamolo
Vancomicina
Idroclorotiazide
Diazepam
Sulfamethoxazole
Oleandromicina
Carichi Totali
0
20
40
60
80
100
% rimozione
23
Rimozione dei farmaci in impianti di trattamento
Disinfezione con acido peracetico
E’ opinione diffusa che l’efficienza finale di rimozione dei farmaci potrebbe aumentare
con l’uso di trattamenti terziari in coda all’impianto. In questo caso si può notare che la
disinfezione con acido paracetico nell’impianto di Milano può contribuire alla rimozione di
alcuni farmaci ma, considerato il carico totale dei farmaci, ha un effetto complessivo molto
ridotto (0,3%).
Pharmaceuticals
Removal biological
treatment (%)
Removal after
disinfection (%)
Cyclophosphamide
0
8
Clarythromycin
49
59
Lincomycin
31
65
Vancomycin
15
55
The disinfection with peracetic acid improves
the removal rates for few compounds
Total removal 74% with an increase after
disinfection of 0.3%
24
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Rimozione degli antibiotici- Trattamento UV
Stessa cosa vale per il trattamento UV, di cui si vede un esempio relativo all’impianto
di Varese.
Concentration
(ng/L)
Antibiotics
Influent
Effluent pre UV
(% removala)
18
Concentration
(ng/kg)
Effluent post UV
(% removalb)
Sludge
nd (100)
nd
nd
22
45
Penicilins
Amoxicilina
Quinolones
Ciprofloxacina
513
147 (71)
148 (0)
2090
L.floxacin/ofloxacin
463
235 (49)
191 (19)
3408
319
117 (63)
145 (0)
156
Erythromycin
12
52 (0)
72 (0)
185
Erythromycin H2O
na
na
na
na
Macrolideslincosamides
Clarithoromicyn
Lincomycin
9.7
6.1 (37)
7.2 (0)
na
Spriramycin
603
454 (25)
375 (17)
658
246
46 (81)
101 (0)
nd
41
40 (0)
29 (28)
nd
Oleandomycin
2.2
2.4 (0)
3.1 (0)
nd
Oxytetracycline
nd
nd
nd
nd
Tilmicosin
nd
nd
nd
nd
Tylosin
nd
nd
nd
nd
Sulphamides
Sulfamethoxazole
Glycopeptides
Vancomycin
Veterinay
antibiotics
Behaviour and fate of anitibiotics in the Varese STP
na=not assessed; nd=not detectable (concentrations <LOQ)
a
= difference between the influent and the effluent pre -UV
b
= difference between the effluent pre -UV and post - UV
25
Effetto di UV, H2O2, e ozono sul carico totale di farmaci
(effluente impianto di Napoli)
Concentrazioni
(ng/L)
Le evidenze sul campo contrastano parzialmente con i dati sperimentali. Almeno alle
condizioni di laboratorio i trattamenti con UV, H2 e O2 e soprattutto con ozono sono in grado
di rimuovere efficacemente un carico di farmaci contenuto in acque reflue. La discrepanza
suggerisce che l’uso dei trattamenti terziari sia una strada da percorrere.
Molto, però, deve essere ancora fatto per identificare le migliori condizioni per ottenere in
impianto il grado di rimozione ottenibile in condizioni di laboratorio
14000,0
12000,0
10000,0
8000,0
6000,0
4000,0
2000,0
0,0
Uscita
UV 3 min
UV +H202 UV +H202 Ozono 5min Ozono 15 min Ozono 20 min
min
min
Trattamenti effettuati
26
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
0
Diazepam
Enalapril
Ethinylestradiol
Methotrexate
Omeprazole
Cyclophosphamide
Amoxycillin
Salbutamol
Clarithromycin
Lincomycin
Erythromycin
Bezafibrate
Spiramycin
Ibuprofen
ng/L
Sulphamethoxazole
Ciprofloxacin
Ranitidine
Carbamazepine
Hydrochlorothiazide
Atenolol
Furosemide
Ofloxacin
Concentrazioni di farmaci in acque reflue trattate (uscite di nove STPs in Italia – mediane)
Concentrazioni di farmaci presenti nelle acque scaricate nell’ambiente.
Ozono 15 min
700
600
500
400
300
200
100
27
Farmaci: stabilità in acqua
I farmaci, secondo le loro caratteristiche chimico-fisiche, vengono più o meno rapidamente
degradati o possono persistere a lungo, accumulandosi. Farmaci come eritromicina,
ciclofosfamide, naproxene, sulfametossazzolo, sulfasalazina, hanno una vita media
nell’ambiente superiore ad un anno. Altri, come l’acido clorofibrico, principale metabolita
del clorofibrato e un tempo usato come ipolipemizzante, ha una persistenza ambientale
media di circa 21 anni.
Pharmaceuticals
Stability in water
Comments
Amoxicilin
t90 <2 d
low stability
Atenol
stable for 40 d (5-25°C)
t50 45.2 h pH 7.4 (UV ray)
moderate stability
83% degraded in 6 d in STP
low stability
Carbamazepine
t50 100 d
prolonged stability
Ceftriaxone
t90 250 h (pH 6, 20 °C)
low stability
Ciprofloxacin
Stability > 40 d in closed
bottle test
t50 90.2 min (xenon lamp
200W/m2)
t50 1.6-2.5 d in STP
moderate stability
Clarithromycin
t50 1.3 h pH 2, 37°C
t50 17 min pH 1.39
Excessively
acidic conditions
Excessively
acidic conditions
(no data available)
Enalapril
Stable 56 d (25°C)
Stable 91 d (4 °C)
prolonged stability
Erythromycin
t50 ≥1 y
11.5 d (20°C)
t50 3 s pH 1.39
prolonged stability
Furosemide
Stable 90 d pH 5.2
Stable 96% 240 d pH 5.2
prolonged stability
Ibuprofen
t50 < 1 d
90% degraded in 6 d STP
low stability
Ofloxacin
t50 10.6 d
moderate stability
Omeprazole
70% 1-2 d pH 5.9- 7.0
26% 14 d pH 7.8
94% > 100 d pH 11
73% 6d pH 7.0
low stability
Ranitidine
Stable 160 h pH 6.18, 65°
prolonged stability
Sulphometaxazole
t50 2.4 d
low stability
Bezafibrate
28
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Farmaci: degradazione ambientale
Hydrochlorothiazide (+)
Spiramycin (+)
Clarithromycin (+)
Estrone (+)
Erythromycin (+)
Bezafibrate (+)
Atenolol (+)
Ofloxacin (+)
Furosemide (+)
Salbutamol (+)
Enalapril (+)
Carbamazepine (+)
Ibuprofen (-)
Lyncomicin (-)
Ranitidine (+)
Ciprofloxacin (+)
Sulphamethoxazole (-)
0
10
20
30
40
50
60
70
% attenuation
29
Farmaci più abbondanti in acque reflue e di superficie in Italia
Un monitoraggio continuo è indispensabile allo studio del problema ambientale alla
valutazione del rischio, alla programmazione ed alla verifica dell’efficacia di interventi
migliorativi. Il monitoraggio va attuato su liste di farmaci preselezionati, stabilite in base a criteri
previsionali e poi verificate sperimentalmente, andando a misurare le effettive concentrazioni
ambientali. Nella tabella si può vedere come una lista di farmaci ‘prioritari’ possa essere
raffinata sperimentalmente, escludendo dai successivi monitoraggi le sostanze che non siano
risultate effettivamente presenti.
Pharmaceuticals
Waste
water
River
water
*< 0.01 µg/L
Atenol
***
***
** 0.01- 0.1 µg/L
Hydrochlorothiazide
***
***
*** 0.01- 1 µg/L
Ibuprofen
***
***
Ofloxacin
***
***
Carbamazepine
***
**
Furosemide
***
**
Ciprofloxacin
***
*
Sulphometaxazole
***
*
Bezafibrate
**
***
Erythromycin
**
**
Lincomycin
**
**
Spiramycin
**
**
Clarithromycin
**
*
Amoxycilion
*
*
Cyclophosphamide
*
*
Sulbutamol
*
*
Ranitidine
x
*
Enalapril
x
x
Ethinylestriadol
x
x
Omeprazole
x
x
Ceftriaxone
x
x
30
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
(1 µg = 10-6 g)
Farmaci: che tipo di inquinamento?
In sintesi: la contaminazione ambientale dei farmaci rappresenta un tipo di inquinamento non
convenzionale e non legato ad attività produttive ma che riconosce l’uomo o l’animale che
assumono farmaci come causa principale della contaminazione. Si tratta comunque di sostanze
vendute in quantità elevate, differenti tra loro dal punto di vista chimico-fisico, biologicamente
attive e presenti in complesse miscele. Possono, quindi, esecitare effetti tossici sull’ambiente e
potenzialmente anche sull’uomo.
Quantitavi elevati - Migliaia di tonnellate/anno
Gruppo eterogeneo di sostanze
Inquinamento continuo
Sostanze biologicamente attive
Complesse miscele
Potenziali effetti tossici
Impatto degli antibiotici nelle acque di superficie
Il grafico rappresenta un esempio dei livelli di contaminazione che è possibile raggiungere.
In Italia, secondo gli studi, si riversano nell’ambiente quantitativi pari a 6,9 – 14,4 tonnellate
di soli antibiotici all’anno. E’, dunque, un tipo di inquinamento relativamente nuovo ma
attualmente esaminato in tutto il mondo, causa i potenziali rischi per l’ambiente e per l’uomo.
Amount of antibiotics discharged
in the environment per year
Effluents Loads g/1000 inh/year
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Milan
Varese
Lugano
Como
Effluents Loads
115.8
141.6
352.5
238.5
Removal in STP
30.84
55.34
0.00
48.18
31
Caratteristiche chimico-fisiche
I composti perfluorurati rappresentano un altro recente argomento di collaborazione tra Hera
e l’Istituto “Mario Negri”, soprattutto per lo studio di possibili ricadute sulla salute umana
causa la loro presenza in acque superficiali e potabili. Tra i composti perfluorurati spiccano
per importanza PFOS (perfluorooctane sulphonate) e PFOA (perfluorooctanoic acid). Sono
molecole complesse, molto stabili e potenzialmente bioaccumulabili.
Surfattanti florurati
Estrema stabilità
Elevata tendenza al bioaccumulo
Tempi di eliminazione per il PFOS superiori rispetto al PFOA
PFOS - PFOA
Derivano da un inquinamento classico, in particolare correlate alla produzione del teflon
e altri fluorobiopolimeri, del goretex e di una vasta serie di altri prodotti e applicazioni.
Produzione ed utilizzo
PTFE (Teflon) capostipite di tutti i fluoropolimeri
Gore-Tex
Ampia varietà di prodotti ed applicazioni:
• Trattamenti impermeabilizzati di pelle e tessuti
• Trattamenti di rivestimento di carta e cartone
• Detergenti (tensioattivi), cere per pavimenti;
• Pitture e vernici
• Pesticidi e insetticidi
• Schiume anti-incendio
• Pellicole fotografiche
• Trattamenti di superfici metalliche (per diminuire la tensione superficiale)
• Agenti di sgorgo per tubature.
32
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
PFOS - PFOA
L’esposizione umana a queste sostanze è legata al consumo di alimenti contaminati,
soprattutto di origine marina, all’utilizzo di posate prodotte con polimeri contenenti sostanze
polifluorurate e al consumo alimentare di acque potabili contaminate. Da qui l’importanza
della verifica delle acque adatte al consumo umano in merito alla presenza di queste sostanze.
Metodica per il rilevamento di PFOS e PFOA
L’analisi viene effettuata con HPLC-MS-MS, metodi altamente sensibili e specifici, unici in
grado di rilevare con sicurezza queste sostanze nelle acque destinate al consumo umano.
PFOS e PFOA rappresenta un recente argomento di collaborazione tra Hera ed Istituto
“Mario Negri”, che avrà importanti sviluppi riguardo allo studio della presenza di queste
sostanze nelle acque potabili e alla messa a punto di medoti efficaci per la loro rimozione.
Determinazione strumentale
Strumentazione
HPLC: Perkin-Elmer Series 200
(autocampionatore e due pompe analitiche)
Spettrometro di massa:
Applied Biosystem API 3000, con sorgente ESI
33
Metodica per il rilevamento di PFOS e PFOA
Ottimizzazione delle condizioni analitiche in spettrometria di massa e spettrometria
di massa/massa, mediante infusione continua di una soluzione standard (1 ng/µl).
Sostanza
Ione precursore
(m/z)
Ione prodotto I
(m/z)
ed energia di
collisione (eV)
Ione prodotto II
(m/z)
ed energia di
collisione (eV)
PFOS
499
80 (56)
99 (48)
PFOS - 13 C4
503
80 (56)
99 (48)
PFOA
413
169 (15)
369 (4)
417
172 (56)
372 (4)
PFOS -
34
13
C4
La messa a punto delle ricerche: la collaborazione con Hera
Interferenti endocrini migranti
dalle bottiglie in PET
Daniela Reali
Professore ordinario Dipartimento patologia sperimentale Università di Pisa
La ricerca sperimentale applicata allo studio di determinanti ambientali e alimentari di
rischio per la salute collettiva, in quanto accertati/ritenuti potenziali deregolatori del sistema
endocrino (Endocrine Disruptor Chemicals), è stata finalizzata alla produzione di metodi
che consentano di attuare strategie di prevenzione primaria. Per questo, in collaborazione
con l’Università di Ginevra, è stato sviluppato un test biologico a breve termine in vitro per
lo studio della diffusione ambientale e alimentare di xeno biotici, capaci di esprimere azione
estrogeno mimetica conseguentemente alla struttura chimica. Il mezzo biologico sviluppato
consiste in un microrganismo ingegnerizzato, in grado di esprimere il recettore alfa umano per
gli estrogeni.
Linea di lievito utilizzata
E’ stata utilizzata la linea di lievito ricombinante RMY326 (His3 Leu2-3, 112 trp1-1 ura352/hER-TRP1-2µ[pG/ER(G)], ERE-CYC-LacZ-URA3-2µ[pUCΔSS-ERE], HIS-3CEN/
ARS[pRS423]), auxotrofa per triptofano ed uracile, contenente il recettore α umano per gli
estrogeni (hERα) inserito nel plasmide pG/ER(G), ed un elemento di risposta agli estrogeni
(ERE) a monte del gene reporter lacZ, che codifica per l’enzima β-galattosidasi contenuto nel
plasmide PUCΔSS-ERE (Liu et al. 1999). Nel plasmide pG/ER(G) è contenuto il gene TRP1
che codifica per un enzima richiesto per la biosintesi del triptofano, mentre nel plasmide
PUCΔSS-ERE è contenuto il gene URA3 che codifica per un enzima richiesto per la biosintesi
dell’uracile. Questi markers permettono la selezione del lievito che li contiene su terreni privi di
triptofano e uracile.
Mezzi colturali
Il mezzo colturale selettivo sintetico viene preparato aggiungendo a 90ml di acqua ultrapura
per colture cellulari (SIGMA) 0,67g di yeast nitrogen base, 2% glucosio, 10ml di una soluzione
stock 10X di aminoacidi (30mg L-isoleucina, 150mg L-valina, 20mg L-arginina-HCl, 30mg
L-lisina-HCl, 20mg L-metionina, 50mg L-fenilalanina, 200mg L-treonina, 30mg L-tirosina in
100ml), 1ml di una soluzione stock 100X di L-istidina-HCl (200mg in 100ml acqua), 1ml di una
soluzione stock 100X di L-leucina (1g in 100ml acqua) e una soluzione di adenina emisolfato
(200mg in 100ml acqua) con aggiunta di 3g di Agar (OXOID) per i terreni solidi.
35
Saggio su lievito (Yeast Estrogen Screen assay)
Le cellule di lievito sono conservate in glicerolo al 25% a –80°C. Per l’allestimento della
coltura, le cellule vengono seminate su piastre di terreno selettivo agarizzato e cresciute
per 72h a 30°C. La piastra si conserva a 4°C per 20gg. Per effettuare il test, un pool di
colonie viene inoculato in 2ml di terreno di crescita selettivo liquido e incubate a 30°C per
7h in agitazione continua (210rpm). Le colture sono successivamente risospese in terreno di
crescita fresco, in modo da ottenere una densità ottica ≤ 0.1 (OD600nm). La sospensione di
cellule viene dispensata in tubi e incubata a 30°C overnight in presenza di concentrazioni note
del controllo positivo (E2), del controllo negativo (solvente) e dei campioni.
Attività agonista
Per valutare l’attività agonista (estrogenica) concentrazioni crescenti dei campioni vengono
aggiunte alla coltura di lievito (2μl/2ml) in modo tale che la concentrazione di solvente (MeOH/
DMSO) non ecceda lo 0,1% (v/v). Il solvente è usato come controllo negativo, l’ormone
naturale 17β-estradiolo (ISS), concentrazione finale 10ppb, come controllo positivo. L’induzione
della trascrizione dell’enzima da parte del complesso recettore-ligando viene misurata
mediante spettrofotometro (OD420 nm). Per ogni campione vengono effettuate tre repliche.
Al momento del saggio, le cellule di lievito vengono raccolte mediante centrifugazione e il
pellet risospeso in 1ml Z-buffer (60mM Na2HPO4 · 7H2O, 40mM NaH2HPO4 · H2O, 10mM KCl,
1mM MgSO4 · 7H2O e 35mM 2-mercaptoetanolo, pH 7.0). Dopo centrifugazione il pellet è
risospeso in 150µl Z-buffer. La permeabilizzazione delle cellule è effettuata aggiungendo 50µl
di diclorometano e 20µl di 0.1% SDS e agitando per 10s. Per evidenziare la produzione di
enzima, 700µl di 2 mg/ml o-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside (ONPG) in Z-buffer vengono
aggiunti al mezzo colturale. La coltura è incubata a 30°C per 5min e la reazione bloccata
mediante aggiunta di 500µl di 1M Na2CO3. La produzione di enzima β-galattosidasi è
misurata mediante assorbanza del campione a 420nm (OD420) (Pinto et al., 2004; Garritano
et al., 2006). L’attività β-galattosidasica è normalizzata al numero di cellule usate nel saggio
ed espressa come Unità Miller utilizzando la seguente formula:
Unità Miller = (1000 x OD420) / (t x V x OD600).
Dove t rappresenta il tempo di incubazione (min), V il volume della coltura usato nel test (ml).
L’attività agonista/estrogenica dei campioni viene espressa come Relative Inductive
Efficiency (RIE), calcolata come il rapporto tra la massima attività β-galattosidasica indotta da
ogni singolo campione e quella indotta dal 17 β-estradiolo (E 2) 10 nM x 100. Per una lettura
in termini “relativamente quantitativi” di presenza di composti con attività agonista possiamo
esprimere i risultati ottenuti in RIE anche in termini di Estradiolo Equivalenti (EEQs ng/l)
utilizzando un modello di corrispondenza (curva dose-risposta 17 β-estradiolo elaborata con
Graph Pad Prism 4.0, Graph Pad Inc.) in base al quale sono stati definiti range di attività RIE
% e corrispondenti Estradiol Equivalents (EEQs) espressi in ng/l .
La sensibilità del saggio è rappresentata dalla minima concentrazione di un composto che
ha la capacità di dare una risposta significativamente diversa dal bianco procedurale (tutti i
componenti escluso il campione).
36
Interferenti endocrini migranti dalle bottiglie in PET
La concentrazione più bassa di 17βestradiolo alla quale si è prodotta una risposta valutabile
come positiva (LOD) è stata minore di 1ng/L.
L’attività antagonista/antiestrogenica esprime la capacità di composti o miscele di
essi di antagonizzare il legame del 17 βestradiolo al suo specifico recettore alfa. Se l’ormone
non si lega al recettore non si attiva il gene reporter che codifica la sintesi dell’enzima
β-galattosidasi e nel mezzo di coltura non è dosabile l’enzima.
Per valutare l’attività antagonista (antiestrogenica) dei campioni, le cellule di lievito vengono
co-trattate overnight in presenza di 17 β-estradiolo (1nM) e di concentrazioni crescenti dei
singoli campioni. Viene poi misurata la produzione di β-gal secondo il protocollo. Come
controllo positivo è stata utilizzata una coltura cellulare contenente solo 17 β-estradiolo (1nM),
come controllo negativo è stata usata una soluzione di tamoxifen a concentrazione finale
massima dello 0,2%. La capacità degli estratti di inibire l’attività inducibile dall’estradiolo, è
espressa come inibizione (%) dell’attività elicitata dal 17 β-estradiolo 1nM (100%).
Per ogni punto sperimentale vengono effettuate tre repliche.
Esempio:
E2 1nM = RIE 100 %
E2 + composto = RIE 85 %
Questo significa che il composto ha inibito per un 15 % l’attività enzimatica
inducibile da 1 nM di estradiolo.
Usando varie concentrazioni del composto in esame possiamo anche capire se questa attività
biologica di tipo antagonista possa essere funzione di una relazione dose-risposta.
Come controllo dell’attività antiestrogenica è stato usato il 4-hydroxytamoxifen (4-OHT), farmaco
antitumorale ad azione antagonista usato in chemioterapia per pazienti affette da tumore della
mammella estrogeno dipendente.
Il test è stato messo a punto; ne è stata valutata la sensibilità, specificità e la riproducibilità nel
tempo. E’ stata sperimentata l’applicabilità su composti puri ed estratti organici da vegetali e da
matrici complesse (acque superficiali, acque per uso alimentare imbottigliate, alimenti ittici) ed è
in corso di sperimentazione l’applicabilità per evidenziare l’azione agonista/antagonista indotta
da composti migranti da contenitori per alimenti, da reti acquedottistiche e da dispositivi medici
(sacche per infusione, tubi per alimentazione enterale, apparati per dialisi, etc.).
37
I monitoraggi effettuati nel territorio
di Hera
Luciano Agostini
Responsabile Laboratori Hera S.p.A.
Claudio Anzalone
Responsabile Ricerca e Sviluppo Hera S.p.A.
Il servizio idrico gestito da Hera, le fonti d’approvvigionamento,
il sistema di controllo, la qualità dell’acqua
Il Gruppo Hera è uno dei maggiori gestori di Servizio Idrico Integrato (SII) in Italia. Opera
in larga parte del territorio dell’Emilia Romagna e in alcune aree adiacenti della Toscana e
delle Marche. L’immagine nella pagina seguente mostra l’ubicazione dei principali centri
di produzione di acqua potabile con l’evidenziazione dei due impianti principali che si
approvvigionano da acque superficiali: la centrale di Val di Setta a Sasso Marconi BO (t. Setta
e f. Reno, 2400 L/s) e la centrale di Pontelagoscuro a Ferrara (f. Po, 1400 L/s) .
Di seguito si presentano sinteticamente i principali numeri che caratterizzano il Servizio Idrico
Integrato del Gruppo Hera. Si evidenziano nei diversi territori le concentrazioni medie di alcuni
parametri di qualità considerati critici (clorito, trialometani-totale, tetracloroetilene+tricloroetil
ene, nitrato, nitrito, antiparassitari-totale) che risultano inferiori ai limiti di legge in una misura
compresa fra il 76% e l’89% come mostrato nel grafico riportato alla pagina seguente.
I numeri del servizio idrico del Gruppo Hera
• 226 comuni
• 30.850 km di reti di acquedotti
• 304.1 Mmc acqua immessa in rete
• 7.87 mc/km/giorno perdite (fisiche ed amministrative)
• 15.000 km di reti fognarie
• 300 Mmc di reflui trattati
• concentrazione media dei principali parametri di qualità degli scarichi
pari al 23% delle concentrazioni massime di legge
38
Pozzi
Stellata
SOT Modena
55
Impianti minori
225
Punti di captazione:
141
Sorgenti
SOT Ferrara
Centrale
Pontelagoscuro
1
Impianto minore
33
Punti di captazione:
0
Sorgenti
SOT Ravenna*
3
Derivazioni da acque superficiali
2
Derivazioni da acque superficiali
81
Pozzi
31
Pozzi
Pozzi Marzaglia
Pozzi
Formigine
Pozzi Sassuolo
2 (0)
Impianti minori
4 (0)
Punti di captazione:
0 (0)
Sorgenti
1 (0)
Derivazione da acque superficiali
3 (0)
Pozzi
Pozzi Cognento
Mare Adriatico
Pozzi
San Vitale
Pozzi
Modena Sud
Pozzi San Cesario
Pozzi
Tiro a Segno
Pozzi
Borgo Panigale
Pozzi
Fossolo
Centrale
Val di Setta
NIP
Centrale
Bubano
Pozzi
Mirandola
SOT Forlì-Cesena*
Centrale
Castel
S. Pietro
54 (47)
Pozzi Imola
Impianti minori
181
Punti di captazione:
(134)
133 (120)
Pozzi Forlì
9 (1)
Pozzi
Pozzi Cesena
Diga Suviana
SOT Bologna
Pozzi Anello Nord
58
Impianti minori
254
Punti di captazione:
193
Sorgenti
88
Impianti minori
4
Derivazioni da acque superficiali
254
Punti di captazione:
57
Pozzi
203
Sorgenti
L’acquedotto
gestito da Hera
nel territorio dell’Emilia Romagna
Rete Principale Hera
Rete Romagna Acque
Impianti di potabilizzazione
alimentati con acque di falda
Sorgenti
Derivazioni da acque superficiali
39 (13)
*Tra parentesi il numero
Pozzi Raggera
SOT Imola-Faenza
Centrale Campana
Pozzi Polveriera
6
Derivazioni da acque superficiali
45
Pozzi
Diga
Conca
SOT Rimini*
Diga di Ridracoli
di impianti e punti di captazione
gestiti da Hera
Impianti di potabilizzazione
alimentati con acque di superficie
80 (52)
Impianti minori
182 (68)
Punti di captazione:
69 (60)
Sorgenti
11 (5)
Derivazioni da acque superficiali
102 (3)
Pozzi
Qualità dell’acqua rispetto ai limiti di legge (2009):
concentrazioni medie rilevate / concentrazioni massime ammissibili (valore ottimale < 100%)
Limite di legge: 100%
%
%
%
%
23,7%
11,4%
14,1%
15,7%
14,0%
14,5%
SOT
Bologna
SOT
Ferrara
SOT
ForlìCesena
SOT
ImolaFaenza
SOT
Modena
15,6%
%
%
SOT
Ravenna
SOT
Rimini
Rapporto tra le concentrazioni di clorito, trialometani-totale, tetracloroetilene+tricloroetilene, nitrato, nitrito,
antiparassitari-totale e i rispettivi valori di parametro ex D.Lgs. 31/01 rilevati in punti rappresentativi di rete.
39
Indagini sui contaminanti emergenti: quali CE, le partnership
Con il termine “contaminanti emergenti” (CE) ci si riferisce a una serie di sostanze di origine
antropica che si possono rilevare nelle acque naturali, generalmente a concentrazioni
molto basse, per le quali è stata accertata (o si sospetta) un’azione tossica nei confronti
dell’ambiente in generale e della salute umana in particolare.
I CE appartengono a diverse “famiglie” fra le quali i farmaci e le sostanze psicoattive, i prodotti
per la cura della persona, alcune classi di prodotti chimici per l’industria e per l’agricoltura (ad
es. ritardanti di fiamma, pesticidi).
Una categoria trasversale a queste è quella dei cosiddetti interferenti endocrini (endocrine
disruptors), sostanze capaci di interferire con il sistema endocrino umano, degli animali da
allevamento e della fauna/ittiofauna selvatica.
Sintesi delle attività avviate e programmate
sui contaminanti energetici
• Identificazione dei CE di maggiore interesse nei
sistemi idrici, con particolare riferimento alle acque
naturali destinate alla potabilizzazione
• Messa a punto di metodiche analitiche per la loro
determinazione quantitativa
• Acquisto di idonea strumentazione di laboratorio
• Screening della presenza di tali sostanze nei sistemi
idrici gestiti dal Gruppo (acque naturali destinate alla
potabilizzazione, acque potabili, acque reflue)
• Valutazione dell’efficacia di rimozione degli attuali
sistemi di trattamento (potabilizzazione e
depurazione)
• Valutazione di eventuali nuove tecniche di rimozione
• Possibilità di implementare sistemi di controllo real time
40
I monitoraggi effettuati nel territorio di Hera
Le motivazioni e l’obiettivo dell’impegno di Hera in questa attività di ricerca sono tesi a
garantire i migliori standard qualitativi possibili dell’acqua erogata oltre quelli che sono i
requisiti richiesti dalla normativa di settore.
Il mondo dei Contaminanti Emergenti è veramente molto vasto: la lista delle sostanze da
considerare potenziali contaminanti delle acque redatta dall’EPA nel 2009 include 104
sostanze o gruppi chimici e 12 contaminanti microbiologici; uno studio del 2001 della
Commissione europea sulle sostanze che hanno potenziale interferenza con il sistema
endocrino enumera 553 sostanze artificiali e 9 ormoni naturali. E’ evidente, quindi, che
occorre concentrare l’attenzione su un numero limitato di sostanze per le quali esistono già
ricerche di base abbastanza consolidate e siano di potenziale interesse per i corpi idrici che
approvvigionano i nostri acquedotti.
Per indirizzare queste attività così complesse, Hera ha strutturato rapporti di collaborazione
con Enti e Istituti di ricerca. Ciò assicura un supporto tecnico-scientifico di elevata qualità
e la partecipazione ai network nazionali e internazionali che si occupano nella maniera più
qualificata possibile di questi temi.
Le collaborazioni hanno portato a concentrare le ricerche attuali su un insieme di 10 sostanze:
4 polialchilfenoli, 4 estrogeni e 2 acidi perfluorurati (vedi pag.44).
In un recente passato sono stati presi in considerazione anche 5 principi attivi di farmaci
di largo consumo, appartenenti alla categoria degli antinfiammatori non steroidei, oggi non
considerati prioritari.
Sostanze candidate:
553 sostanze artificiali ; 9 ormoni naturali
Es.
Fonte: Unione Europea – http://europa.eu
Drinking Water Contaminant Candidate List 3 (ott 2009):
104 sostanze o gruppi chimici , 12 contaminanti microbiologici
Es.
Fonte: US EPA – www.epa.gov
Necessità di concentrarsi su sostanze:
- con ricerche di base abbastanza consolidate
- di potenziale interesse per i nostri corpi idrici
41
Il sistema laboratori di Hera
In seguito ad una profonda razionalizzazione dell’attività, oggi i laboratori Hera sono
strutturati su tre grandi centri specializzati per matrice. L’organizzazione attuale permette
una migliore razionalizzazione degli strumenti, degli investimenti, dei metodi e una
specializzazione professionale che garantisce più sicurezza, maggiori qualità e controlli.
I laboratori sul territorio: la struttura
LEGENDA MAPPA
pallino blu - unità operativa di campionamento
bersaglio rosso - laboratorio di analisi
Laboratorio Bologna
Acque potabili, acque reflue, microbiologia
Laboratorio Ravenna
Rifiuti speciali, pericolosi, liquidi, terreni e compost
Laboratorio Forlì
Rifiuti solidi, fanghi, diossine,emissioni in atmosfera
42
I monitoraggi effettuati nel territorio di Hera
I numeri chiave e le innovazioni
• 66 tecnici di laboratorio di cui 34 laureati
• 14 addetti al campionamento
• 5000 mq di superficie adibita a laboratori
• processi automatizzati e strumentazione all’avanguardia
• oltre 1.000.000 di determinazioni all’anno di cui oltre 400.000
sulle acque potabili e destinate alla potabilizzazione
• rapporti di prova emessi con firma digitale
• trasmissione automatica dei dati e segnalazione delle anomalie
ai gestori degli impianti
Certificazioni e accreditamenti
Il laboratorio di Bologna è riconosciuto dal MIUR come laboratorio
di ricerca.
43
I contaminanti emergenti principali oggetto d’indagine
Polyalkylphenols
Octylphenol (OP)
Nonylphenol (NP)
ter- Octyphenol (tOp)
Bisphenol A (BPA)
Estrogens
Estrone (E1)
Beta Estradiol (E2)
Estriol (E3)
17 alfa Ethynylestradiol (EE2
Perfluorinated acids
Perfluorooctanoic acid (PFOA)
Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS)
Nonsteroidal anti-inflammatory
drugs (NSAIDs)
Ibuprofen
Naxoprofen
Ketoprofen
Tolfenamic Acid
Diclofenac
44
I monitoraggi effettuati nel territorio di Hera
I laboratori Hera
dispongono delle
tecniche e delle
metodiche analitiche
per la loro
determinazione.
Si riportano i dati riscontrati all’ingresso e dopo i trattamenti presso tre
importanti impianti di potabilizzazione che prelevano acque superficiali
situati nel nostro territorio.
Valori espressi in ng/L
DATI 2009
A
Entrata
B
Uscita
Entrata
C
Uscita
Entrata
Uscita
Polyalkylphenols
Octylphenol (OP)
< 0.50
Nonylphenol (NP)
ter - Octylphenol (tOP)
2.32
Bisphenol A (BPA)
< 0.50
< 0.50
2.89
< 0.50
1.25
1.08
< 0.50
< 1.00
< 1.00
< 1.00
Estrone (E1)
< 0.50
< 0.50
< 0.50
Beta estradiol (E2)
< 0.50
< 0.50
< 0.50
< 1.00
< 1.00
< 1.00
Estrogens
Estriol (E3)
17 alfa Ethynylestradiol
(EE2)
Polyalkylphenols
Octylphenol (OP)
Nonylphenol (NP)
< 0.50
< 0.50
ter - Octylphenol (tOP)
Bisphenol A (BPA)
5.08
< 1.00
4.17
< 1.00
1.89
< 1.00
Estrogens
Estrone (E1)
Beta estradiol (E2)
< 0.50
< 0.50
< 1.00
< 1.00
< 0.50
Estriol (E3)
17 alfa Ethynylestradiol
(EE2)
Perfluorinated
acids
2.2
2.4 (0)
PFOA
nd
14.50
PFOS
nd
1.19
1.17
< 1.00
< 1.00
nd
45
Valori espressi in ng/L
(dati 2009 - mesi
novembre e dicembre)
A
Entrata
B
Uscita
Entrata
C
Uscita
Entrata
Uscita
Polyalkylphenols
Octylphenol (OP)
Nonylphenol (NP)
< 0.50
< 0.50
< 0.50
ter - Octylphenol (tOP)
Bisphenol A (BPA)
14.30
1.12
6.99
< 1.00
< 1.00
< 1.00
Estrogens
Estrone (E1)
Beta estradiol (E2)
< 0.50
< 0.50
< 0.50
< 1.00
< 1.00
< 1.00
Estriol (E3)
17 alfa Ethynylestradiol
(EE2)
Polyalkylphenols
Octylphenol (OP)
Nonylphenol (NP)
< 0.50
ter - Octylphenol (tOP)
Bisphenol A (BPA)
68.20
< 1.00
Estrogens
Estrone (E1)
Beta estradiol (E2)
< 0.50
Estriol (E3)
17 alfa Ethynylestradiol
(EE2)
Valori espressi
Perfluorinated
acids
Perfluorinated
acids
Perfluorinated
acids
Perfluorinated
acids
46
< 1.00
in ng/L
A
Entrata
Uscita
PFOA
nd
22.10
PFOS
nd
1.73
PFOA
13.90
15.60
PFOS
2.55
2.00
PFOA
5.00
12.00
PFOS
3.10
1.60
PFOA
19.50
22.40
PFOS
2.04
2.00
I monitoraggi effettuati nel territorio di Hera
Il campionamento medio
Dal 2010 i campionamenti in ingresso e in uscita sono il risultato di un campionamento
medio effettuato come sotto riportato.
150 litri
Campionamento
medio ingresso
e uscita
Campionamento
in uscita con shift
temporale pari al
tempo di detenzione
dell’impianto
Campione dell’analisi
Prelievo aliquote
ogni 15 minuti
47
Valori espressi in ng/L
DATI
settembre 2010
A
Entrata
Uscita
Polyalkylphenols
Octylphenol (OP)
Nonylphenol (NP)
< 0.50
ter - Octylphenol (tOP)
Bisphenol A (BPA)
< 1.00
Estrogens
Estrone (E1)
< 0.50
Beta estradiol (E2)
Estriol (E3)
< 1.00
17 alfa Ethynylestradiol
(EE2)
Perfluorinated
acids
PFOA
12.50
17.40
PFOA
2.60
1.90
DATI 2008
A
B
Entrata
Uscita
Entrata
Uscita
0.068
< 0.03
< 0.03
nd
Nonsteroidal anti-inflammatory drugs
(NSAIDs)
Ibuprofen
48
Naxoprofen
< 0.05
< 0.05
Ketoprofen
< 1.00
< 1.00
Tolfenamic Acid
< 0.05
< 0.050
Diclofenac
< 0.01
< 0.01
I monitoraggi effettuati nel territorio di Hera
Valori espressi in ng/L
DATI 2010
Acque grezze
Acque trattate
min
max
min
max
L.R.
Octylphenol (OP)
< 0.50
< 0.50
< 0.50
< 0.50
0.50
Nonylphenol (NP)
< 0.50
< 0.50
< 0.50
< 0.50
0.50
ter - Octylphenol (tOP)
< 0.50
2.89
< 0.50
1.25
0.50
Bisphenol A (BPA)
< 0.5
68.20
< 0.5
2.60
0.50
< 0.50
< 0.50
< 0.50
< 0.50
0.50
Beta estradiol (E2)
< 0.50
< 0.50
< 0.50
< 0.50
0.50
Estriol (E3)
< 1.00
1.17
< 1.00
< 1.00
1.00
Polyalkylphenols
Estrogens
Estrone (E1)
Perfluorinated acids
PFOA
5.00
19.50
12.60
22.40
0.50
PFOS
2.04
3.10
1.60
2.00
0.50
49
Attività di ricerca: il futuro
• Prosecuzione attività EDinwater e circuiti interlaboratori
• Acquisizione dati sistematici a cadenza mensile
su un sito di interesse
• Studio preliminare di valutazione comparata
dei processi di rimozione
• Studio sperimentale per la valutazione
dell’efficacia dei processi di potabilizzazione in uso
• Estensione monitoraggio su altri siti di produzione
50
I monitoraggi effettuati nel territorio di Hera
Le prospettive di ricerca nel territorio
e nell’ecosistema Po
Ivano Graldi
Direttore Autorità di Ambito Territoriale Ottimale di Ferrara AATO6
Luigi Viganò
Primo Ricercatore Istituto di Ricerca sulle Acque (IRSA CNR)
Parlare in questo convegno di ricerche attuali e future che riguardano l’ecosistema Po può
sembrare di minore rilevanza o addirittura una forzatura rispetto al tema portante di questa
giornata. Questo convegno pone infatti grande attenzione sulla salute umana, ma disgiungere
quest’ultima dalla salute dell’ecosistema ed in particolare dalla salute dell’ecosistema
acquatico è solo illusorio o, più realisticamente, pericoloso. La recente Direttiva Acque
(2000/60/CE), se mai fosse stato ancora necessario, ha ampiamente fatto proprio questo
punto fondamentale ed ha imposto agli Stati Membri una visione d’insieme del patrimonio
idrico, che prescinde da distinzioni più o meno artificiose tra acque superficiali, profonde,
costiere. La tabella sintetizza le principali caratteristiche del bacino del Fiume Po, dando nel
contempo una immagine chiara, anche se essenziale, sia delle dimensioni importanti del
“sistema Po” e sia del carico inquinante che grava sulle sue acque.
Superficie: 71.000 Km²
Aree interessate: 7 Regioni 3.200 Comuni
Abitanti residenti: 16 milioni
Carichi inquinanti: 114 milioni di abitanti equivalenti, cui contribuiscono
per il 15% il settore civile, per il 52% l’industria e per 33% il settore
agrozootecnico
Portata media a Pontelagoscuro: 1000 - 1400 m³/s mediamente
30 – 40 miliardi di m³/anno
Prelievi idrici totali: 20,5 miliardi di m³/anno, di cui per usi potabili 2,5
miliardi di m³/anno,per usi industriali 1,5 miliardi di m³/anno (escluso il
settore di produzione di energia elettrica), per usi irrigui 16,5
miliardi di m³/anno
51
Le fonti di prelievo: il fiume Po
Nella provincia di Ferrara il legame tra l’ecosistema fiume e la salute umana è forse ancora più
stretto che non altrove lungo il suo corso. Considerando che nel fiume Po sono stati trovati
vari interferenti endocrini e sono stati dimostrati i loro effetti, si può comprendere l’importanza,
da un lato, di incentivare la ricerca di questi inquinanti nell’ecosistema e, dall’altro, di verificare
l’adeguatezza dei processi di potabilizzazione affinché non vi siano rischi per la salute umana.
Con queste premesse è stato sottoscritto un Protocollo d’intesa con finalità a breve e medio
termine tra AATO 6, ARPA, IRSA CNR, HERA per attività di analisi e ricerca e studi legati alla
qualità delle acque e all’ecosistema fiume Po.
52
Le prospettive di ricerca nel territorio e nell’ecosistema Po
Il Protocollo prevede due linee progettuali:
a) la realizzazione di un sistema di preallarme biologico ad ampio spettro, che utilizza
organismi viventi (molluschi e pesci), in grado di fornire una risposta rapida ed affidabile
per il monitoraggio in continuo delle acque da potabilizzare;
b) la ricerca di nuovi inquinanti organici e inorganici, in particolare gli interferenti endocrini,
al fine di avere informazioni degli effetti nel tempo sull’ecosistema del Po.
a) Mosselmonitor
Registra reazioni fisiologiche e comportamentali dei bivalvi installati,
valutando:
• valori di apertura/chiusura delle valve
• frequenza e variazioni della frequenza dei movimenti
Segnala allarmi a seguito di:
• chiusura prolungata
• apertura anormale prolungata (rilassamento dei muscoli a seguito della morte – gaping).
Circa un paio di anni fa conclusi un comunicazione dedicata al problema degli interferenti
endocrini sottolineando alcuni punti essenziali:
• la nostra comprensione dell’estensione e gravità del problema nelle acque
Italiane è ancora preliminare
• analitica chimica, istologia, tossicogenomica e tossicoproteomica
• l’ambiente è molto più complesso del laboratorio per cui i dati in field sono
insostituibili
• le modalità di indagine che legano laboratorio e ambiente sono strumenti
essenziali.
Tra questi emergeva la necessità di disporre di dati di laboratorio ma soprattutto di campo,
e ciò a fronte di una forte carenza di informazioni in merito all’estensione e alla gravità del
problema degli interferenti endocrini nelle acque italiane. Il Fiume Po non faceva eccezione,
sebbene alcuni studi fossero già stati condotti proprio nel suo tratto intermedio. Rispetto ad
allora c’è ancora moltissimo da fare, ma alcuni piccoli passi fondamentali sono stati compiuti,
almeno per il Fiume Po. Non ultimo il Protocollo di Intesa già menzionato, grazie al quale sono
stati da poco attivati nuovi approfondimenti sulla presenza di interferenti nell’ecosistema Po.
A questo proposito, si riportano alcuni esempi di inquinanti capaci di modulare le funzioni
del sistema endocrino la cui presenza nel fiume è stata documentata o ritenuta altamente
probabile. La miscela di composti è ovviamente complessa e numerosi di essi non sono
ancora stati identificati.
53
• Molecole naturali, ormoni animali + fitoestrogeni
E1, E2, E3, genisteina, etc
• Molecole di sintesi* e loro prodotti di degradazione:
farmaci (EE2↑ER)
prodotti per la cura personale (triclosan, filtri UV, profumaz. musks ...)
detergenti (OP; NP e APEOn↑ER)
plastificanti (bisfenolo A (BPA), ftalati (DEP, DBP)↑ER)
intermedi di sintesi (perfluorurati, PFOA ↑ER; 3,4-DCA)
ritardanti di fiamma (PBDEs, TBBPA, HBCD…)
pesticidi (DDTs (opDDE ↑ER; ppDDE ↓AR);
atrazina ↑CYP19; procimidone ↓AR; vinclozolin ↓AR …)
PCBs ↑↓ER e aggiungiamo PAHs, PCDDs
Uno dei gruppi di interferenti che forse è stato più ampiamente studiato è quello degli
estrogeni naturali e degli xeno-estrogeni:
• 17β-estradiolo (E2), estrone (E1), estriolo (E3)
• etinilestradiolo (EE2)
• nonilfenolo (NP), octilfenolo (OP), alchilfenoli etossilati (APEOn), bisfenolo A (BPA).
Tra quelli naturali, in particolare, vi sono alcune molecole, come gli ormoni dei vertebrati,
che non a caso sono tra gli interferenti più potenti, almeno nei confronti della fauna ittica.
Più volte, infatti, sono stati dimostrati effetti sui pesci a concentrazioni nell’ordine delle decine
di nanogrammi per litro o inferiori. Anche nel caso di un farmaco come l’etinilestradiolo, un
composto di sintesi ad azione estrogenica utilizzato nei farmaci contraccettivi, la potenza si
è dimostrata particolarmente elevata. In uno studio tratto dalla letteratura internazionale, si è
visto che concentrazioni di pochi ng/L di tale farmaco hanno determinato varie alterazioni negli
individui di un piccolo ciprinide, ma cosa più sorprendente, sono state sufficienti ad eliminarne
l’intera popolazione da un laghetto utilizzato per la sperimentazione. Anche nel Po è stata
riscontrata la presenza di queste molecole ad azione estrogenica e sono stati osservati gli
effetti imputabili, almeno in parte, alla loro presenza.
Larve di carpa (40 dph) esposte per 5 mesi alla miscela [1x] trovata in un
tributario del Po
• intersex
• alterazioni del pattern ormonale
• aumento della VTG nei maschi
• sex ratio sbilanciato.
54
Le prospettive di ricerca nel territorio e nell’ecosistema Po
Nei maschi di una specie residente, ad esempio, erano state osservate ampie invasioni di tessuto
ovarico in sostituzione di quello testicolare. In seguito, con lo scopo di verificare, le osservazioni
effettuate sugli esemplari di questa come di altre specie residenti, giovani esemplari di carpa sono
stati esposti in laboratorio ai livelli di inquinanti estrogenici misurati nelle acque di un tributario del
Po. Questa miscela è stata in grado di indurre varie alterazioni tra quelle osservate sia nello studio
precedente che nei pesci del Fiume Po.
Le alterazioni ormonali ed istologiche causate dagli interferenti ad azione estrogenica (ma non
solo) sono in grado di minare seriamente il successo riproduttivo di una specie ittica e, pertanto,
la sua stabilità all’interno dell’ecosistema. Molte di queste alterazioni sono state studiate e
documentate a carico degli esemplari di sesso maschile, i quali, come già accennato, possono
subire una completa inversione a livello gonadico, sviluppando un ovario in sostituzione del
testicolo o nel caso l’esposizione sia stata meno severa, sviluppando porzioni più o meno
ampie di tessuto ovarico. E’ da tenere presente, tuttavia, che i composti ad azione estrogenica
danneggiano gravemente anche lo sviluppo gonadico degli esemplari di sesso femminile.
La sperimentazione a lungo termine condotta sugli stadi giovanili di carpa ha considerato
l’esposizione a inquinanti presenti in soluzione acquosa. La situazione espositiva in un fiume
come il Po è, tuttavia, più complessa
55
Per molti inquinanti, infatti, gli organismi sono esposti anche attraverso la dieta, sia che si
nutrano di materiale vivente che di detrito. Inoltre, oltre agli inquinanti estrogenici già citati, sono
certamente da considerare anche altri interferenti che agiscono sul sistema endocrino con
meccanismi diversi. Agli estrogeni sono da affiancare, ad esempio, gli inquinanti ad azione antiandrogenica, come pure quelli che interagendo con il recettore Ah (aryl hydrocarbon), hanno
generalmente un’azione mutuamente antagonista con gli induttori di tipo estrogenico.
Come evidenziato:
Femmine di trota iridea esposta per 1 mese
a diluizioni del tributario ed al Po:
• evidenza dirette e non: ER, antiandrogenici e AhR
• alterazione del pattern ormonale
• atresia e vari sintomi degenerativi a carico dell’ovario: inibizione dello sviluppo ovarico
• proliferazione di oogoni.
Gli effetti indotti da una miscela complessa come quella presente nel Fiume Po sono stati
studiati in esemplari femminili di trota. Questo studio ha dimostrato l’insorgenza di alterazioni
molto evidenti sia a livello ormonale che ovarico, peraltro ancora poco documentate in
letteratura rispetto a quelle indotte in esemplari di sesso maschile ben più ampiamente studiate.
Tra i gruppi di inquinanti che meritano ulteriori approfondimenti vanno ricordati i ritardanti di
fiamma. Si tratta di sostanze che, a causa dell’ampio uso di materiali sintetici notoriamente ad
elevata infiammabilità, hanno trovato moltissimi impieghi sia domestici che industriali e sono
generalmente prodotte in quantità di migliaia di tonnellate per anno.
Contaminazione da polibromodifenileteri ed altri ritardanti di fiamma.
I PBDE e in generale i BFRs sono utilizzati come additivi, o legati chimicamente, in
prodotti a base di poliuretano e polistirene, nell’edilizia, nell’industria automobilistica,
nelle plastiche di computer, televisori, circuiti elettronici, cavi elettrici etc.
• esabromociclododecano (α+β+γ HBCD) • tetrabromobisfenolo (TBBPA) (+ TCBPA)
• tetrabromobisfenolo – bis • decabromodifeniletano (DBDPE)
56
Le prospettive di ricerca nel territorio e nell’ecosistema Po
Per contro, queste sostanze sono spesso persistenti e lipofile, caratteristiche che hanno
contribuito significativamente alla loro pericolosità. Recentemente abbiamo dimostrato che una
categoria di ritardanti di fiamma come i polibromodifenileteri, merita maggiori approfondimenti.
Oltre che per la presenza nel fiume Po, l’attenzione verso questi composti deriva dal fatto che sia
i congeneri parentali che i loro metaboliti, in particolare congeneri a maggior numero di atomi di
Br, modulano, ad esempio, l’attività tiroidea o hanno marcata attività anti-androgenica:
• per degradazione microbica e fotochimica, il BDE-209 è trasformato in congeneri
con minore numero di Br
• per via enzimatica all’interno degli organismi può avvenire lo stesso processo di
“debromination” dal quale risultano ad es. BDE-100, BDE-47, BDE-49, BDE-19
tutti potenti anti-AR.
Questi inquinanti sono stati identificati in più componenti dell’ecosistema Po, dai sedimenti ai
macroinvertebrati, dagli stadi giovanili agli adulti di diverse specie ittiche. Ciò può avere importanti
conseguenze sia per la salute degli organismi acquatici che per gli eventuali consumatori umani
di organismi contaminati.
La sperimentazione di laboratorio resta uno degli approcci sperimentali più utili per chiarire se
la miscela di inquinanti identificati nel fiume agisca negativamente, ad esempio, sui pesci. Ad
un livello di complessità maggiore, la sperimentazione può essere condotta in campo, con un
livello di realismo e quindi di rilevanza ecotossicologica superiore. All’estremo opposto, e cioè
ad una dimensione sperimentale notevolmente più celere e compatta, troviamo i saggi in vitro,
grazie ai quali l’opportunità di ricercare su molti campioni la presenza di effetti ormono-simili è da
tempo ampiamente apprezzata. Entrambe queste soluzioni hanno ovviamente molta attenzione
nell’ambito del Protocollo di Intesa più volte citato e della menzione dei “pacchetti operativi” n. 3
e 4 che essa riporta.
In entrambe le direzioni sperimentali sono già attive diverse iniziative a breve/medio termine.
• 3. Sperimentazione con pesci in laboratorio e in campo
• 4. Saggi in vitro per la ricerca di effetti ormono-simili.
Il pacchetto operativo #5 Andamento temporale di alcuni interferenti
endocrini nel Fiume Po:
• per molti EDs abbiamo informazioni scarse e frammentarie o più spesso nulle
• la mancanza di informazioni complete e aggiornate rende molto difficile
se non impossibile la ricostruzione delle cause di degrado dell’ecosistema
• i cambiamenti sono imputabili agli inquinanti tossici, agli effetti dei nutrienti,
ai cambiamenti climatici...??
57
Si vuole richiamare l’attenzione su un altro aspetto legato alla carenza informativa che
affligge il tema degli interferenti endocrini. Le lacune e la discontinuità del quadro a nostra
disposizione rendono, infatti, pressoché impossibile comprendere il ruolo degli interferenti
endocrini nei mutamenti che l’ecosistema Po ha subito negli ultimi decenni. Anche se il
contributo di questi inquinanti è ed è stato evidente, è per ora molto difficile disgiungerlo
da altre concause, come l’arricchimento in nutrienti, i cambiamenti climatici, la progressiva
degradazione degli habitat o l’introduzione di specie alloctone. In ogni caso è sicuro che molti
degli interferenti endocrini lasciano tracce evidenti nel comparto dei sedimenti dell’ambiente
in cui sono stati sversati. La ricerca di questo tipo di tracce memorizzate nell’ecosistema può
dare un importante contributo per chiarire il ruolo degli interferenti endocrini nei mutamenti
che sono avvenuti o sono attualmente in corso nel Fiume Po.
Ecco altri esempi di inquinanti che, riconducibili ai cosiddetti “personal care products”, sono a
loro volta oggetto di approfondimenti.
#6 Ricerca di “personal care products”:
• triclosan
• triclocarban
• galaxolide
• tonalide
• benzofenoni
Vi sono infine, alcuni esempi di fitofarmaci che, rappresentativi delle tre maggiori categorie di
impiego, hanno dimostrato effetti su componenti sensibili del sistema endocrino dei vertebrati
(esempio: 3-4 DCA - non ha impieghi diretti, ma come altri, è un importante metabolita). Di
fatto, il gruppo dei prodotti fitosanitari è molto ampio ed eterogeneo e meriterebbe molto più
di un solo “pacchetto operativo”. Molti di questi inquinanti sono dispersi nel bacino del Po in
quantitativi elevati che spesso raggiungono le centinaia ed anche le migliaia di tonnellate per
anno. Mentre gran parte degli inquinanti discussi sinora è presente nel sistema Po durante
tutto l’arco dell’anno, i pesticidi mostrano una presenza tipicamente stagionale, legata
sostanzialmente agli impieghi in agricoltura. Questo è ben illustrato dal grafico elaborato
da ISPRA con i dati dei rilevamenti ARPA. Purtroppo i mesi che sono caratterizzati dalle
presenze più numerose e dalle concentrazioni più elevate di vari principi attivi sono anche
quelli di riproduzione della comunità ittica del fiume. Difficile pensare che questa coincidenza
non comporti un significativo aggravamento delle condizioni di stress chimico già presenti
nell’ecosistema.
A questo proposito si può ricordare che molte specie di anfibi, il cui ciclo vitale è tipicamente
stagionale, hanno subito gravi danni con pesanti rarefazioni in molte aree del pianeta dove si
hanno più intense pratiche agricole.
I danni osservati, confermati anche in laboratorio, sono stati chiaramente ricondotti ad effetti
di pesticidi sul loro sistema endocrino.
58
Le prospettive di ricerca nel territorio e nell’ecosistema Po
Non dimentichiamo, poi, quei principi attivi che essendo caratterizzati da una maggiore
lipofilicità, si disperdono all’interno dell’ecosistema in forma adsorbita al materiale particolato.
Per tale motivo sono più o meno ampiamente trascurati dai rilevamenti analitici ufficiali, ma la
loro presenza nei sedimenti espone molti organismi attraverso altre vie di assunzione che non
sono necessariamente meno efficaci nell’indurre effetti indesiderati.
#7 Ruolo dei prodotti fitosanitari quali interferenti endocrini:
• ERBICIDI: atrazina, simazina (↑ CYP19), terbutilazina, metolaclor, oxadiazon (CYP19 ↑),
linuron, 3,4-dicloroanilina (↓ AR + diuron), 2,4 D (↑Vtg, ↑ER?), trifluralin
• FUNGICIDI: procimidone (↓ AR) propiconazolo (↓ CYP19 + azoli)
• INSETTICIDI: carbofuran, diazinone, dimetoato, endosulfan, fenitrotion (↓ AR) …. DDTs
…. invisibili
Si conclude questo intervento ponendo l’accento su alcuni punti sostanziali per l’ecosistema
Po che, esemplificati nella seguente Tabella, sono in parte comuni a molti dei grandi fiumi che
drenano bacini fortemente antropizzati.
È necessario promuovere azioni di approfondimento e ricerca:
• E1, E2, E3, EE2, NP, OP, BPA, PBDE, HBCD, TBBPA, DBDPE, PCPs, …., oxadiazon,
metolaclor, diuron, procimidone, …: agonisti e antagonisti attraverso l’acqua e la dieta
• Istopatologie a carico delle gonadi, minore qualità e quantità di oociti e spermatozoi,
alterazioni dei processi di differenziazione e sviluppo …
• Riduzione del successo di una popolazione: evidenti cambiamenti della comunità ittica
del Fiume Po.
Il primo punto sottolinea la grande complessità del quadro espositivo che è imputabile alla
moltitudine degli agenti chimici contemporaneamente presenti nell’ecosistema e per i quali
sono noti molteplici meccanismi di azione. A tale proposito è opportuno ricordare che,
proprio per gli interferenti endocrini, è stato chiaramente dimostrato che se, ad esempio,
un pesce è esposto a una miscela in cui ciascun composto è di concentrazione priva di
effetto, la miscela nel suo complesso è ancora in grado di agire sia sul sistema endocrino che
sulle gonadi. Se questo primo punto enfatizza il rischio di un complesso “effetto miscela”,
i due punti successivi sottolineano che questo quadro espositivo può modificare i bilanci
ormonali, lo sviluppo gonadico, il metabolismo e l’accrescimento degli individui, colpendo
verosimilmente in più punti quelli che sono considerati gli elementi chiave della stabilità e del
successo di una popolazione. Ciò la renderebbe quanto mai vulnerabile ad ulteriori fattori
di stress e di instabilità. Questo meccanismo ha verosimilmente operato su più specie della
comunità ittica del Po, specie che sono fortemente ridotte o localmente scomparse. Azioni
di approfondimento e ricerca, come quelle sostenute dal Protocollo di Intesa sottoscritto da
Ato6, Hera, ArpaER e Cnr, sono dunque necessarie e benvenute.
59
Aspetti ecotossicologici e tossicologici
degli interferenti endocrini
Annamaria Colacci
Responsabile cancerogenesi ambientale e valutazione del rischio
ARPA Emilia Romagna
La definizione dell’OMS
L’interesse della comunità scientifica internazionale per gli interferenti endocrini nasce già negli
anni ‘70, ma si consolida agli inizi degli anni ‘90. In Italia i primi progetti vedono la luce alla fine
degli anni ‘90. Da allora, l’accumularsi di evidenze sperimentali e di studi di popolazione ha
portato ad affinare definizioni e concetti relativi a queste sostanze.
“An endocrine disruptor is an exogenous substance or mixture that alters function(s) of the
endocrine system and consequently causes adverse health effects in an intact organism,
or its progeny, or (sub)populations.” (Definizione OMS)
Il recepimento in Italia: definizione
• Distruttori endocrini (1998)
Progetto MIUR e Finalizzata Sanità
• Interferenti endocrini (2003)
CEFIC_LRI, Berlino
• Composti ad azione ormono-simile (2005)
Primo Gruppo di lavoro Comitato nazionale biotecnologie e biosicurezza (CNBB)
• Perturbatori endocrini (2008)
Secondo Gruppo di lavoro Comitato nazionale biotecnologie e biosicurezza (CNBB)
L’ultima definizione (in ordine di tempo)
• Modulatori endocrini (2010)
EUSAT 2010 - Linz
Perché tante definizioni?
• A questa classe di composti appartengono sostanze utilizzate a diversi scopi e a diverso
titolo presenti nell’ambiente.
• Tutte sono accomunate da un tale modo di azione che le porta ad “interferire” con il sistema
ormonale.
• Il termine “interferire” non deve trarre in inganno, perché non sempre e non per tutti i
composti tale modo di azione si traduce in un effetto deleterio.
60
Modo e meccanismo d’azione
Poiché tutti gli ormoni, fisiologicamente prodotti dagli organismi viventi, esplicano la loro
azione attraverso la reazione con un recettore specifico con una struttura adatta a “catturare”
e “legare” l’ormone, riconoscendone forma e struttura, nello stesso modo in cui ogni
serratura può essere aperta da una unica, specifica chiave.
Gli interferenti endocrini possono essere falsamente riconosciuti da un recettore deputato
ad “ospitare” una molecola molto simile dando origine a risposte diverse da quelle attese.
Tossicologia Umana: prime evidenze
Dietilstilbestrolo (DES)
DES e un estrogeno di origine sintetica sintetizzato nel 1938 e largamente usato a partire
dal 1941 come farmaco anti-aborto, nella convizione dell’epoca che l’assunzione giornaliera
di piccole quantità di estrogeni potesse proteggere la gravidanza e la salute del bambino.
Il DES fu messo al bando nel 1971 quanto apparirono in tutta la loro evidenza le gravi
conseguenze sulla prole, specialmente di genere femminile, delle donne che lo avevano
assunto durante la gravidanza (si stima che il numero di tali donne possa aggirarsi intorno
ai 4 milioni).
I danni congeniti all’apparato riproduttivo si tramutarono in difficoltà riproduttive (sterilità,
aborti spontanei, nati pre-termine) e in molti casi in una forma rara di tumore alla vagina.
Ormoni naturali e sintetici
DES non si comporta in modo dissimile agli estrogeni naturalmente prodotti dall’organismo
Anche gli estrogeni naturali possono giocare un ruolo importante nell’insorgenza ed
evoluzione dei tumori.
L’equilibrio fisiologico è, infatti, mantenuto da un delicato meccanismo.
Quantità, metabolismo e finestre temporali nella produzione degli estrogeni sono importanti
fattori.
61
Ormoni e tumore della mammella
Estradiolo l’effetto biologico dipendeda come la molecola è metabolizzata.
62
Aspetti ecotossicologici e tossicologici degli interferenti endocrini
Ormoni e tumore dell’ovaio
Gli ormoni possono promuoverela crescita di cellule mutate, favorendo la formazione del
tumore.
Stima dose giornaliera di assunzione nelle donne
La tabella mostra le principali fonti di esposizione ad estrogeno equivalenti. EEQ
(estrogeno equivalenti) rispetto all’ estradiolo endogeno.
Composto
EEQ
(estrogeno equivalenti)
Contraccettivi orali
Terapia ormono-sostitutiva
Erbe e alimentazione
17-estradiolo (endogeno)
Organoclorurati
16675
3350
102
1
0.0000025
63
Ormoni nelle acque
Molti, recenti studi dimostrano una cospicua presenza di ormoni e sostanze ormonosimili nelle acque superficiali. Non tutti i composti rintracciati possiedonolo stesso grado di
pericolosità, ma la co-presenza di molecole con meccanismi d’azione molto simili potrebbe
comportare effetti additivi.
Ormoni di origine biologica
• 17- estradiolo
• estriolo
• estrone
• progesterone
• testosterone
Ormoni di origine vegetale
• sesquiterpeni
• fitosteroli
Ormoni di origine sintetica
• 17-etinilestradiolo
• dietilstilbestrolo
• 17-trenbolone
In questa tabella sono riportate le potenze relative degli interferenti endocrini più comunemente
rintracciati nell’ambiente e che, quindi, costituiscono la maggiore esposizione per l’uomo.
Composto
EEQ
(estrogen equivalents)
Dietilstilbestrolo
17β -estradiolo
Genisteina
4-tert-Octilfenolo
Nonilfenolo
o,p’-DDT
64
Aspetti ecotossicologici e tossicologici degli interferenti endocrini
10
1
0.00020
0.000065
0.000003
0.000001
Gli effetti ecotossicologici (1)
Le prime evidenze: gli alligatori del lago Apopka in Florida
• anomalie degli organi sessuali, incompatibili con la riproduzione e che, infine, determinarono
la drastica riduzione di questa specie animale nell’area.
I pesci dei Grandi Laghi
• pesantemente contaminati con policlorurati bifenili mostravano problemi riproduttivi.
Gabbiani, rondini di mare ed altri uccelli esposti al pesce contaminato
• disfunzioni simili a quelle riscontrati nelle loro prede.
Il drastico declino dell’ aquila americana
• uova rese fragili dall’accumulo di DDT nel guscio.
Gli effetti ecotossicologici (2)
Le evidenze attuali
• una varieta’ di effetti osservati in ambiente e verificati in laboratorio
• effetti correlati alla qualità e quantità dei composti presenti nelle acque
• endpoint misurati negli animali acquatici utilizzati come biosensori e biomarcatori per
monitorare l’inquinamento.
Gli effetti ecotossicologici (3)
Quali composti correlati agli effetti
• PCB, PBB, DDT • alchilfenoli (nonilfenolo e octilfenolo)
Pesticidi
• atrazina • simazina• endosulfan • metossicloro • vinclozolin • ketoconazolo
65
Insetticidi
Estrogeni, progesterone
Insetticidi
Organocloruri
Androgeni, estrogeni, prolattina
Antagonizzano o potenziano l’azione
degli estrogeni. Inibiscono azione
progesterone.
Inibitori competitivi del recettora
androgeni. Alcuni inducono la
produzione di aromatasi che converte
androgeni in estrogeni
Insetticidi (+)
Erbicidi (-)
Estrogeni Ormoni
Tiroide
Piretroidi
Organofosfati
Prevengono legame ormone
tiroide-recettore. Aumentano
l’espressione dei geni
responsivi agli estrogeni
FITOFARMACI
COME INTERFERENTI
ENDOCRINI
Carbamati
Triazine
Erbicidi
Erbicid
Fungicidi
Androgeni, estrogeni,steroidi
Androgeni, estrogeni
Inibizione dei ligandi naturali dei
recettori per androgeni. Alcuni
inducono la produzione di aromatasi
che converte androgeni in estrogeni.
66
Meccanismo non ancora delucidato.
Interferiscono con la fromazione dei
microtubuli nelle cellule sensibili agli
estrogeni
Aspetti ecotossicologici e tossicologici degli interferenti endocrini
Sono estrapolabili questi dati?
• Atrazina è un neuroendocrino con effetti cancerogeni nei roditori
• Vinclozolin e Ketoconazolo hanno effetti antiandrogeni nei mammiferi con inibizione
di enzimi chiave della sintesi degli androgeni
• Metossicloro e’ un pesticida organo-clorurarto con effetti estrogenici nei topi
• EPA considera la possibile contaminazione dell’acqua potabile un rischio potenziale per
l’uomo Limiti: 0.05 mg/L composto d’origine :0.2 mg/L metaboliti
• Alchilfenolo e alchilfenolo etossilato possono essere riscontrati nell’acqua potabile
non esistono prove conclusive che i due composti abbiano effetti avversi nell’uomo
In che concentrazioni?
• Detergenti • Steroidi naturali di origine fecale
• Plasticizzanti • Gli ormoni di origine naturale (testosterone, 17-estradiolo, progesterone)
sono presenti in concentrazioni piu’ basse del 19-norethisterone derivante dai contraccettivi orali.
I rischi emergenti
Contaminanti emergenti
• perfluorati • ritardanti di fiamma • paraffine clorurate • farmaci.
Gli aspetti critici della valutazione del rischio
• basse dosi • miscele complesse.
I farmaci
• Disegnati per stimolare la risposta nell’uomo e negli animali a basse dosi.
• Studi in vitro e in vivo suggeriscono che i farmaci presi singolarmente o in combinazioni a
concentrazioni simili a quelle riscontrate nell’ambiente possono avere effetti ecotossicologici.
67
Le basse dosi
Uno degli aspetti più dibattuti relativamente all’esposizione ambientale a interferenti
endocrini è quello relativo alle basse concentrazioni. Nella tossicologia classica, infatti,
per gli xenobiotici non genotossici (come gli interferenti endocrini) è possibile stabilire una
dose soglia al di sotto della quale non vi è effetto. La curva dose-risposta alle dosi basse e
molto basse (il range di dosi che generalmente esula da quelle sperimentali) è teoricamente
considerato essere sempre lineare.
Dose sperimentale
e esposizione umana
Il dogma della curva a
basse dosi linearizzata
Il concetto di ormesi
Molti dati sperimentali dimostrano che il comportamento della maggior parte dei composti
chimici (e anche degli agenti fisici) alle basse dosi è imprevedibile. Da molti autori è stato
introdotto (o meglio rispolverato) il concetto di ormesi già descritto da Ippocrate.
Ormesi: indica la capacita’ di una sostanza di agire in modo diverso a seconda della dose.
La curva dose-risposta acquisisce cosi’ una forma a J o ad U rovesciata.
Per questi effetti non prevedibili e’ stato suggerito di sostituire il termine di ormesi con curva
non monotonica.
68
Aspetti ecotossicologici e tossicologici degli interferenti endocrini
Il problema delle miscele
Rischio cumulativo
• Derivante da più contaminanti nella stessa matrice: possibilità di effetto avverso da
esposizione da tutte le fonti di esposizione a un gruppo di sostanze che condividono lo
stesso meccanismo d’azione.
Rischio aggregato
• Derivante dallo stesso contaminante in più matrici: possibilità di effetto avverso da
esposizione allo stesso principio da più fonti.
Additività dell’effetto e fitofarmaci: l’approccio di US-EPA
Approccio:common mechanism group
• raggruppamento di composti sulla base della struttura, delle proprietà tossicologiche e/o
fitofarmacologiche
• definizione del meccanismo d’azione per uno o più componenti del gruppo (candidate
substance)
• caratterizzazione degli altri composti del gruppo sulla base del peso dell’evidenza
nell’attribuzione delle medesime caratteristiche strutturali, tossicologiche e dei dati di
farmacocinetica e farmacodinamica e nell’dentificazione di un comune meccanismo d’azione.
(Guidance for Identifying PesticideChemicals and Other Substances That Have A Common
Mechanism of Toxicity)
L’approccio US-EPA e il caso delle triazine
Composti
• atrazina, simazina, propazina, tribenuron-metile (Express),
• 2-idrossiatrazina, desetil-s-atrazina (DEA), desisopropil-s-atrazina (DIA), diaminoclorotriazina (DACT)
Endpoint
• tumore delle ghiandole mammarie nel ratto
Meccanismo d’azione
• effetto di interferenza endocrina sull’asse ipotalamo - ipofisi - gonadi con incremento della
produzione di estrogeni e di prolattina
Candidate compound
• atrazina
Composti correlati (common mechanism group)
• simazina, propazina, desetil-s-atrazina (DEA), desisopropil-s-atrazina (DIA),
diaminoclorotriazina (DACT)
Risultato
• additività di effetto.
69
Effetti sulla salute umana: il dibattito scientifico (1)
Le prime ipotesi (oltre ai tumori)
• funzione riproduttiva, soprattutto a carico del genere maschile
diminuzione della qualita’ e quantita’ dello sperma, ipospadia.
Diminuzione della conta spermatica nel corso degli anni:
un evento associato all’esposizione a interferenti endocrini
70
Aspetti ecotossicologici e tossicologici degli interferenti endocrini
Il dibattito scientifico
Recentemente la correlazione tra esposizione a interferenti endocrini e effetti sull’efficienza
riproduttiva maschile sono stati messi in discussione.
71
Effetti sulla salute umana:il dibattito scientifico (2)
Gli effetti “emergenti”
• funzione riproduttiva a carico del genere femminile e della progenie
parti pre-termine
• malattie cronico-degenerative, diabete, obesità.
Incremento parti pre-termine
Possibili effetti obesinogeni dell’esposizione a ftalati
I grafici mostrano una possibile correlazione fra esposizione a fatalati e incremento del
giro-vita (da Hatch et al., Int J. Andrology, 2009)
Età 20 - 59
72
Età 60 - 80
Aspetti ecotossicologici e tossicologici degli interferenti endocrini
Conclusioni
Dopo più di un ventennio di studi sugli interferenti endocrini, il dibattito nella comunità
scientifica è ancora aperto. Molte evidenze scientifiche si scontrano con risultati recenti
contraddittori. La presenza di interferenti endocrini nelle acque superficiali costituisce la più
importante fonte di esposizione a queste sostanze per gli animali, in particolare pesci e uccelli
predatori, può spiegare gli effetti ecotossicologici osservati e il declino di alcune specie
È importante mantenere alta l’attenzione anche sul controllo delle acque potabili e ricordare
che l’ecotossicologia e la tossicologia umana sono solo due lati di uno stesso problema.
73
Conclusioni
Ritengo che questo convegno abbia centrato l’obiettivo che si poneva: dare
un aggiornamento sullo stato della ricerca scientifica relativa ad un tema che
interessa i cittadini consumatori prima ancora di chi, come Hera, gestisce
importanti sistemi acquedottistici.
Il merito va in primo luogo ai relatori dai cui interventi emergono la serietà e
la profondità con i quali questo tema viene trattato dalla comunità scientifica,
dagli enti istituzionali deputati alla ricerca e al controllo e dagli operatori di
settore. Questo impegno credo che costituisca la migliore garanzia per il
consumatore finale di poter usare l’acqua del rubinetto con estrema fiducia.
Dobbiamo tutti avere presente che la qualità di questo bene non è quasi mai
garantita da condizioni “di natura”. Per erogare un prodotto buono e sicuro
occorrono competenza e impegno, ma anche risorse economiche necessarie
sia a sostenere la ricerca sia a implementare, nelle nostre reti e nei nostri
impianti, quelle soluzioni tecnologiche che proprio dalla ricerca vengono indicate
nel tempo come best practices.
Al riguardo non si può nascondere qualche elemento di criticità: i fabbisogni
d’investimento attuali del servizio idrico integrato appaiono difficilmente
sostenibili dall’attuale sistema tariffario, in assenza, ormai da tempo, di
contribuzioni finanziarie pubbliche. In particolare le esigenze di rinnovamento e
potenziamento dei sistemi fognari-depurativi imposte dalla normativa europea
e nazionale improntata ai più elevati standard di protezione ambientale,
unitamente alle esigenze di contenimento delle perdite idriche di rete, ha
limitato nell’ultimo decennio la possibilità di attuare upgrade impiantistici
rilevanti nel settore della potabilizzazione.
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Per impostazione iniziale e per perizia dei gestori, nei nostri territori riusciamo
a garantire un livello di affidabilità molto elevato, come dimostrano i controlli
interni ed esterni sulla qualità dell’acqua erogata. E’ però forse arrivato il
momento di valutare, insieme agli enti di regolazione, come possano essere
rese disponibili maggiori risorse economiche per mantenere aggiornato e
potenziare il sistema di produzione idropotabile.
Se noi oggi beneficiamo di acquedotti che portano nelle nostre case con
continuità un prodotto di qualità e sicuro, lo dobbiamo a scelte coraggiose
e lungimiranti e il riferimento all’acquedotto di Ferrara in questa sede è
d’obbligo di chi negli anni dal dopoguerra ad oggi ha ritenuto strategico per
lo sviluppo del tessuto sociale ed economico trovare le risorse necessarie ad
infrastrutturare il territorio, realizzando anche sistemi acquedottistici di qualità.
Abbiamo però l’obbligo morale di dare continuità a questa azione per garantire
acqua abbondante, buona e sicura anche alle generazioni future.
Credo che il Gruppo Hera che si distingue nel panorama italiano per i più alti
valori di investimento specifico sul servizio idrico integrato abbia dimostrato,
sin dalla sua costituzione, di seguire questo indirizzo.
L’organizzazione dell’evento odierno e l’attività di ricerca in esso rappresentata
testimoniano il nostro impegno costante per assicurare ai cittadini di questi
territori i più alti livelli di servizio.
Dott. Maurizio Chiarini
Amministratore Delegato Hera S.p.A.
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Hanno collaborato alla redazione degli atti del convegno
Maurizio Chiarini
Amministratore Delegato Hera S.p.A.
Franco Sami
Direttore settori ciclo idrico e distribuzione gas Hera S.p.A.
Massimo Ottaviani
Direttore Reparto igiene delle acque interne Dipartimento Ambiente e
Connessa Prevenzione Primaria - Istituto Superiore di Sanità
Laura Achene
Reparto igiene delle acque interne Dipartimento Ambiente e
Connessa Prevenzione Primaria - Istituto Superiore di Sanità
Ettore Zuccato
Responsabile laboratorio tossicologia della nutrizione
Istituto di Ricerche Farmacologiche “Mario Negri” - Milano
Daniela Reali
Professore ordinario Dipartimento patologia sperimentale
Università di Pisa
Luciano Agostini
Responsabile Laboratori Hera S.p.A.
Claudio Anzalone
Responsabile Ricerca e Sviluppo Hera S.p.A.
Ivano Graldi
Direttore ATO 6 Ferrara
Luigi Viganò
Primo Ricercatore Istituto di Ricerca sulle Acque (IRSA CNR)
Annamaria Colacci
Responsabile cancerogenesi ambientale e valutazione del rischio
ARPA Emilia Romagna
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Progetto grafico:
ondecomunicazione.it
Stampa:
Grafiche Damiani
Stampato su carta ecologica Cyclus Print riciclata al 100%
Finito di stampare nel luglio 2011
Hera S.p.A.
Viale C. Berti Pichat 2/4 - 40127 Bologna
www.gruppohera.it
![Lord Byron, 1812-1818, poeta […] Rimbombo di acque! Dalla](http://s1.studylibit.com/store/data/004489654_1-4bb17c51794561741fad69d9434b633b-300x300.png)
