G. Calamandrei - Vulnerabilità del sistema nervoso

ISS- Sicurezza Alimentare e
Salute Materno-Infantile
22-23 giugno 2006
LA SPECIFICA VULNERABILITA’ DEL SISTEMA
NERVOSO:
EFFETTI E VALUTAZIONE DEL RISCHIO
Gemma Calamandrei
Reparto di Neuroscienze Comportamentali
Dipartimento di Biologia cellulare e Neuroscienze,
Istituto Superiore di Sanità,
Roma
VULNERABILITA’ del SNC
alle INFLUENZE AMBIENTALI
Organogenesi protratta
(dal concepimento ai primi anni di vita postnatale)
PRINCIPALI TAPPE DELLO SVILUPPO
CEREBRALE
Protratto periodo di organogenesi
(dal concepimento ai primi anni di vita postnatale)
-comparsa della placca neurale (15-17 giorni dal concepimento)
-formazione del tubo neurale (26° giorno)
-proliferazione cellulare e migrazione dal lume del tubo neurale
verso le sedi definitive
-primo abbozzo degli emisferi cerebrali (fine del 1° mese)
-comparsa della struttura cellulare stratificata della corteccia (2° mese)
-fine della fase proliferativa (5°/6° mese)
-differenziazione dei neuroni (crescita dei prolungamenti dendritici e
assonali)
-sinaptogenesi
-eliminazione delle sinapsi soprannumerarie (morte cellulare programmata)
-mielinizzazione
Le alterazioni comportamentali indotte dalla
esposizione a un agente neurotossico durante lo
sviluppo sono sempre il risultato di un’interferenza
con i processi maturativi del SNC
anomalie nello sviluppo cerebrale
in fase precoce
DISTURBO DEL COMPORTAMENTO
SVILUPPO PRENATALE DEL CERVELLO
Dopo la fecondazione comincia il processo di segmentazione: lo
zigote comincia a dividersi. La prima divisione avviene dopo 30 ore
dalla fecondazione, la seconda dopo 60. Successivamente si
formano 8, 16, ecc. cellule. L'embrione è una sfera, blastula,
contenente cellule tutte eguali tra loro.
Il sistema nervoso comincia con il processo di Neurulazione
A 2 settimane dal concepimento, una porzione
dell’ectoderma comincia a ripiegarsi su se stesso e
a formare un un cilindro chiamato TUBO
NEURALE
Tubo Neurale
Tubo quasi chiuso
Si organizza in una serie di curve
e convoluzioni. Dopo circa 5 settimane
dal concepimento queste curve possono
essere identificate come le principali
componenti del cervello dei mammiferi
Sviluppo degli emisferi cerebrali
Otto fasi dello sviluppo fetale ed
embrionale a livello cellulare
1. Mitosi/Proliferazione
2. Migrazione
3. Differenziazione
4. Aggregazione
5. Sinaptogenesi (terzo trimestre)
6. Morte neuronale
7. Riorganizzazione sinaptica
8. Mielinizzazione
5. Sinaptogenesi
Gli assoni si
connettono ad
altri neuroni
attraverso le
sinapsi
5. Sinaptogenesi: Attrazione verso le
cellule bersaglio
Le cellule bersaglio rilasciano dei
segnali chimici che creano un
gradiente I dendriti si orientano e
seguono questo gradiente.
6. Morte neuronale programmata
•Tra il 40 e il 75 percento
dei neuroni differenziati
non sopravvivono.
•Falliscono la connessione
sinaptica.
7. Riarrangiamento sinaptico
•Inactive synapses
get too little trophic
factor to remain
stable
•Active synapses
likely take up
neurotrophic factor
that maintains the
synapse
8. Mielinizzazione
Mielinizzazione dura fino all’età adulta
Fattori che regolano l’ontogenesi del
sistema nervoso
• Genetici: espressione sequenziale di geni che
determinano il destino del singolo neurone
(assemblaggio)
• Epigenetici: regolano le connessioni tra neuroni, ossia
sinaptogenesi e morte programmata (pe fattori
neurotrofici e ormoni)
• Ambientali: stimoli sensoriali (visivi, acustici,
olfattivi, ecc.) che conducono alla progressiva
specializzazione di aree e strutture cerebrali MA
ANCHE XENOBIOTICI
Neurotrofine: Polipeptidi che stimolano la crescita e il
differenziamento di specifiche popolazioni neuronali
Effetti del fattore di crescita neuronale
(nerve growth factor, NGF)
A
B
Un ganglio spinale cresciuto in assenza (A) o presenza (B) di NGF. In B, è
possibile osservare una rilevante proliferazione di processi neuritici.
Levi-Montalcini (1964) Prog Brain Res
NGF
L’ASSONE CRESCE
NELLA DIREZIONE
DEL GRADIENTE DI
NGF RILASCIATO
DAL NEURONE
BERSAGLIO
Sviluppo delle connessioni tra neuroni nella corteccia cerebrale
1 mese
3 mesi
2 anni
Fattori neurotrofici come “direttori d’orchestra”
Gli ormoni sono importanti regolatori dello
sviluppo cerebrale nel periodo fetale e
postnatale
• controllano la proliferazione gliale e
neuronale
• regolano la migrazione dei neuroni
• modulano la sinaptogenesi e i processi più
tardivi di mielinizzazione
Disponibilità di ormoni tiroidei durante
lo sviluppo prenatale/neonatale
in relazione alla maturazione del SNC
Conception 12wks Birth
Maternal TH
Fetal/neonatal TH
Cerebral neurogenesis, migration
Cerebral neurogenesis
Neuronal differentiation,
synaptogenesis
gliogenesis
myelinogenesis
2yrs
La sinaptogenesi delle cellule piramidali dell’ippocampo è regolata
dagli ormoni tiroidei
Gli ormoni tiroidei regolano positivamente (trascrizione del gene + aumenti
livelli NGF) i livelli dell’ormone di sintesi del neurotrasmettitore acetilcolina
(ChAT) e favoriscono lo sviluppo della connessione setto-ippocampale
Nuclei colinergici del prosencefalo basale
- regolano le funzioni cognitive e attenzionali
- modulano la morfogenesi della corteccia
to temporal
to parietal
hippocampus
to frontal
Olfactory
bulb
T3
NGF
MS
NBM
VDB
HDB
amygdala
Ipotiroidismo congenito indotto
sperimentalmente in roditori di laboratorio:
• alterazioni nella crescita dendritica e assonale in
ippocampo e corteccia
• disorganizzazione della corteccia cerebellare
• ritardi nella mielinizzazione
• anomalo sviluppo della coclea
• anomalie comportamentali: iperattività, deficit di
apprendimento e memoria
Risultati che concordano con il quadro di
alterato sviluppo neuropsicologico osservato
in bambini nati da donne ipotiroidee
Ruolo degli ormoni steroidei nello sviluppo
del sistema nervoso centrale
• recettori per gli estrogeni diffusi in molte aree
del SNC con rapido incremento attorno alla
nascita
• ruolo determinante nel differenziamento
sessuale ma anche regolatori della crescita
neuronale attraverso meccanismi genomici e
non genomici
Ormoni steroidi e tiroidei come
modulatori dello sviluppo cerebrale, ma
anche regolatori della omeostasi neuroendocrina
durante il corso della vita
Estrogeni e plasticità sinaptica
(proteggono dalla neurodegenerazione)
Regolazione dei comportamenti
riproduttivi nell’età adulta
Ormoni tiroidei e steroidi
influenzano stati affettivi (depressione)
FATTORI AMBIENTALI:Lo sviluppo in ambienti
arricchiti induce modificazioni
morfologiche permanenti nella corteccia del ratto
L’arricchimento ambientale aumenta l’arborizzazione
e il numero di contatti sinaptici
Plasticità protratta = vulnerabilità
ESISTONO FASI CRITICHE DI
SUSCETTIBILITA’
ALL’AZIONE DI UN NEUROTOSSICO?
L’entità e la qualità dell’effetto dipendono dal momento
nel quale si è verificata l’esposizione al tossico
Brain vulnerability to environmental
influences
Extended organogenesis
(from conception to adolescence)
Esposizione a un agente neurotossico in una fase
precoce e definita dello sviluppo del SNC:
(Neurulazione, 15-26 giorni dal concepimento)
Acido valproico,
anticonvulsivante
Malformazione
= (i.e. spina bifida)
Scenario reale: esposizione protratta e a basse dosi
durante tutto il corso dello sviluppo pre e postnatale
perturbazione di molteplici processi maturativi
nel sistema nervoso, endocrino, immunitario
ANCHE IN ASSENZA DI MALFORMAZIONI
VIE DI ESPOSIZIONE
• Periodo fetale: attraverso la placenta in
seguito ad esposizione materna attraverso
la dieta
• Periodo neonatale: attraverso
l’allattamento (latte materno ricco di POPs!)
• Periodo infantile: direttamente
dall’alimentazione, o esposizione a
polveri, terreno contaminato, etc.
Studi epidemiologici su
Esposizione
involontaria a
contaminanti
ambientali a
basse dosi
Effetti
neurocomportamentali
nello sviluppo
Non potendo effettuare esperimenti, il disegno di
studio di preferenza rimane lo studio di coorte:
follow-up di popolazioni esposte e non-,
verificando l’esistenza o la mancanza
di effetti neurocomportamentali
Esposizione involontaria: il caso dei contaminanti
organici persistenti
Inquinanti Organici
Persistenti (POPs)
Pesticidi Organoclorurati
(OC), e.g. DDT, Dieldrin,
Heptachlor
Bifenili Policlorurati (PCB)
Diossine e Furani
Polibromodifenileteri o
ritardanti di fiamma
(PBDE)
Policlorobifenili
Fluidi per condensatori: produzione bandita negli anni 70
nei paesi industrializzati ma essendo persistenti
continuano a essere presenti nella catena alimentare
Effetti endocrini:
Alterazione dello sviluppo sessuale
Alterazione delle funzioni tiroidee e
immunitarie
Effetti neurocomportamentali:
- diretti - sul sistema nervoso
- indiretti - tramite il sistema endocrino
Esposizione:
dieta
Diossine
•La Diossina (2,3,7,8-TCDD) è un accertato cancerogeno per
l’uomo, mentre le altre diossine/furani sono potenziali cancerogeni
•Effetti neurocomportamentali: ridotta funzione cognitiva,
aumentato comportamento iperattivo, effetti avversi
sull’attenzione, aumentata depressione
•Alterata funzione del sistema immunitario
•Disturbi del sistema nervoso centrale
•Cloracne ed altre alterazioni epidermiche
•Disturbi della funzione epatica e renale
•Alterati livelli degli ormoni: tiroide, testosterone ed estrogeni
•Effetti sul sistema riproduttivo: rapporto dei sessi alterato,
ridotta fertilità
•Difetti alla nascita: ipospadia (malformazione delle vie urinarie
dell’uomo)
•endometriosi
Effetti neurocomportamentali
dell’esposizione ai PCB durante
lo sviluppo
USA: studi di follow-up su diverse coorti di bambini nati
da madri che consumavano pesce con elevato contenuto
di PCB durante la gravidanza e l’allattamento:
- Esposizione prenatale e postnatale valutata mediante la
misurazione dei livelli di PCB (diversi congeneri) nel
sangue del cordone ombelicale e nel latte materno
- Valutazione dello sviluppo neuropsicologico attraverso
batterie di test che saggiano differenti competenze
comportamentali alle diverse età
Concentrazioni di PCB e altri contaminanti nel
latte materno e nel sangue del cordone ombelicale
Risultati concordanti nelle diverse coorti di
bambini studiate:
correlazione negativa tra la concentrazione di PCB nel
sangue del cordone e indici neuropsicologici a diverse età
Jacobson and Jacobson, 1996, N Engl J Med: difficoltà
cognitive, attenzionali e nella lettura all’età di 11 anni che
correlavano significativamente con i livelli di PCB nel sangue
del cordone ombelicale
Stewart et al., 2000, Neurotoxicol Teratol: rallentamento dei
riflessi alla nascita, a 6 e 12 mesi di vita inferiori prestazioni di
memoria visiva, effetti che correlavano significativamente con
le concentrazioni di PCB nel sangue del cordone.
Stewart et al., 2003, Neurotoxicol Teratol
Effetti neurocomportamentali dell’esposizione ai PCB
durante lo sviluppo: studi europei
Olanda -Patandin et al., 1999, J Pediatr: valutazione a 3, 7, 18, 42 e 84
mesi di età di sviluppo neurologico e posturale, maturazione psicomotoria,
cognitiva e sviluppo del linguaggio. Effetti negativi delle concentrazioni
più elevate di PCB/diossine soprattutto nel sangue materno e in quello del
cordone.
Germania - Winneke et al.,1998, Toxicol Lett: correlazione significativa tra
PCB (tre congeneri) nel sangue del cordone e in campioni di latte materno,
e punteggi ottenuti dai bambini nella batteria di valutazione dello sviluppo
infantile di Bailey.
Meccanismi di neurotossicità
di PCB, diossine, furani
1- Direttamente su neuroni e glia attraverso
alterazione omeostasi del Ca2+
2- Interferenza con le funzioni
endocrine:tiroide e azione steroidi
3- Altri meccanismi ? per PCB con attività
non-diossino simile
Effetti neurocomportamentali dei PCB:
Prospettive di ricerca per una corretta
valutazione del rischio
•
•
•
•
L’esposizione critica è solo quella prenatale ?
Sinergia con altri tossici
Meccanismi di neurotossicità
Studi animali suggeriscono effetti su parametri
non cognitivi: quali parametri
comportamentali analizzare nei bambini a
rischio?
• Follow-up fino alla pubertà per valutare
interferenza con regolazioni ormonali!
problemi metodologici: valutazione
degli effetti
• Possibili lunghe latenze tra esposizione ed
effetto
• effetti sottili, difficili da evidenziare
• ampia variabilità del “normale” in molti degli
effetti di interesse
• ampia gamma di possibili effetti (e.g capacità
motorie, linguistiche, cognitive eccet.)
problemi metodologici: valutazione
degli effetti
• numerosi fattori confondenti che possono
agire da modificatori di effetti:
- altri contaminanti (esposizioni multiple)
- fattori genetici
- fattori socioculturali (e.g ambiente domestico)
- fattori di salute
- età della madre
- parità
Utilità dei modelli animali!






definizione degli effetti dose-risposta
determinazione di periodi critici di suscettibilita’
valutazione delle relazioni causa effetto per le diverse variabili
analisi delle interazioni tra variabili
studio dei meccanismi
valutazione effetti a lungo termine
Pesticidi e insetticidi
• Organoclorurati (DDT, dieldrina,
eptacloro)
• Carbammati
• Piretroidi
• Organofosfati
• Fungicidi ditiocarbammati
Analogo meccanismo di azione
Residui di pesticidi nei prodotti ortofrutticoli:
Elaborazione di Legambiente sui dati delle ARPA
I residui di pesticidi su prodotti ortofrutticoli in Italia
sono controllati dai laboratori di ricerca delle
Agenzie sanitarie locali (Asl), Agenzie per la
protezione dell’ambiente (Arpa) e enti addetti, in
base a limiti di legge calcolati sulla loro pericolosità
rispetto all’organismo umano adulto, di sesso
maschile, di circa 70 chilogrammi.
Calcolo del NOEL (not osservable effect level) livello di
concentrazione di un principio attivo assumibile da un animale
di laboratorio nel lungo periodo senza mostrare effetti avversi.
ADI (acceptable daily intake)
dose giornaliera di fitofarmaco accettabile per l’uomo
NOEL/100
Questo modello quindi non tiene in considerazione fattori
molto importanti quali la compresenza di più
principi attivi contemporaneamente (multiresiduo), e, per
quanto riguarda il valore del singolo residuo, gli effetti
calcolati su organismi diversi da quello “tipico”
Secondo il National Research Council (NRC), l'organismo
dell'Accademia Nazionale delle Scienze di Washington, le
procedure per la valutazione del rischio sulla salute
andrebbero valutate su un modello sinora non
considerato, e cioè sull’organismo di una bambina (per la
maggiore sensibilità agli effetti sugli organi riproduttivi)
nella fascia d’età più sensibile dal punto di vista
dell’organismo, e cioè da zero anni alla pubertà.
Rischio di effetti neurocomportamentali di
xenobiotici assunti con la dieta: ilcaso dei
PESTICIDI ORGANOFOSFORICI
• Inibitori dell’enzima acetilcolinesterasi, azione
neurotossica determinata dall’accumulo del
neurotrasmettitore acetilcolina nello spazio sinaptico
con conseguente sovrastimolazione della trasmissione
colinergica
• Effetti acuti: convulsioni, paralisi, neuropatie
• Largamente utilizzati in agricoltura e per uso
domestico come insetticidi
• Relativamente privi di effetti avversi sull’uomo (adulto)
per esposizioni a basse dosi
Dalla seconda metà degli anni ‘90, dati sperimentali
animali hanno indicato la possibilità di una maggiore
suscettibilità dell’organismo in sviluppo agli effetti
degli OP, e in particolare del CPF
Valutazione di scenari di esposizione tipica
suggeriscono che i bambini sarebbero esposti
a concentrazioni di CPF molto più elevate
dell’adulto per la loro specificità eto-ecologica
Vie di esposizione: in utero, dieta,
polveri e superfici contaminate in ambienti
domestici e scolastici
Clorpirifos
- Insetticida organofosforico ad ampio spettro con uso agricolo e
domestico
Effetti
- Inibisce l’acetilcolina-esterasi inducendo una iper-stimolazione
della trasmissione colinergica: convulsioni, paralisi, neuropatie dopo
sovradosaggio acuto
- una particolare vulnerabilità dei bambini è invece ipotizzabile per le
caratteristiche di persistenza di questa sostanza che potrebbero
determinare un’esposizione a livelli di tossicità per effetto cumulativo
(ampia diffusione dell’uso domestico di questa sostanza combinata con il
particolare comportamento del bambino)
_Metaboliti del CPF sono presenti in quantità significative nelle urine
di bambini esposti in ambiente domestico e/o rurale a questo pesticida
(vedi lavoro Aprea, EHP, che indica esposizioni più elevate in babini
delle aree rurali nella provincia di Siena rispetto agli adulti).
La dieta sembra essere la via di esposizione più importante
Nel modello animale: EFFETTI AVVERSI
DEL CPF SUL NEUROSVILUPPO
• Anche in assenza di significativa inibizione
AcHE
• Includono alterazioni della trascrizione genica
e della sinaptogenesi
• Colpiscono sistemi di neurotrasmettitori diversi
dal colinergico
(dopaminergico,noradrenergico)
• Neuroni bersaglio preferenziale nella fase
prenatale, cellule gliali in quella postnatale
Il clorpirifos sembra interferire con i meccanismi
intracellulari di trasduzione del segnale
Interferenza con meccanismi epigenetici
Sulla base di questi dati sperimentali l’EPA decide nel
2000 la revisione del rischio e la limitazione
nell’impiego di CPF per uso domestico e in tutti i luoghi
pubblici frequentati da bambini
PRINCIPIO DI PRECAUZIONE
I primi risultati di studi epidemiologici
statunitensi confermerebbero
alcuni effetti neurologici dell’esposizione
al CPF nei bambini esposti, almeno
nelle prime fasi neonatali
PARAMETRI DA CONSIDERARE E BATTERIA DI TEST IDEALE
nei roditori di laboratorio
(per saggiare gli effetti funzionali a breve, medio e lungo termine di un
potenziale teratogeno comportamentale):
• parametri riproduttivi
(peso alla nascita, rapporto sessi)
• sviluppo sensorimotorio
1-20 giorni
(batteria di fox)
• comportamenti neonatali
1-10 giorni
(suckling, attività spontanea,vocalizzazione ultrasonica)
• attivita’ locomotoria/esplorativa
15-20 giorni
• apprendimento precoce
7-10 giorni
(riconoscimento di stimoli olfattivi)
• sviluppo delle interazioni sociali
25-45 giorni
• apprendimento e memoria spaziale
età adulta
• comportamenti sessualmente dimorfici
età adulta
Protocollo sperimentale di esposizione neonatale al CPF
a dosi prive di tossicità sistemica e comparabili
all’esposizione umana
Developmental stage
Postnatal day
1 4 5
Treatment
CPF
Behavioral testing
ULTRA
SOUNDS
Infancy
8 10 11
HOMING
Weaning
Adolescence
Adulthood
25
45
60
LOCOMOTOR
ACTIVITY
SOCIAL
INTERACTIONS
PASSIVE
AVOIDANCE
25
45
60
11 14
Postnatal day
CPF
Trattamento giorni 1-4: % inibizione AChE= 20%
Trattamento giorni 11-14: nessuna inibizione
Ontogenesi attività AChE cerebrale
Inibizione da CPF
La stessa isoforma inibita alle diverse età
Infancy
Ultrasound vocalizations
Calls/ min
150
Vehicle
CPF 1 mg
CPF 3 mg
100
50
0
5
8
L’esposizione neonatale al CPF
non ha effetto sulla
vocalizzazione ultrasonica dei
piccoli, né sulla capacità di
orientarsi sulla base di stimoli
olfattivi familiari
11
Homing test (pnd 10)
60
40
20
Vehicle
Number of crossings
Latency to reach nest area (sec)
Postnatal day
CPF 1 mg
60
40
20
CPF 3 mg
Ricceri et al., 2003. Toxicol Appl Pharmacol
Adolescence
Total aggressive responses
(pnd 45)
CPF 1-4
15
Vehicle-m
CPF 1 mg-m
10
Number of responses per min
All’adolescenza (giorno 45), gli animali
esposti al CPF, sia ai gg 1-4 che ai gg 1114, erano più attivi nell’esplorazione di un
nuovo ambiente (test di novelty seeking)
e
mostravano una prevalenza di interazioni
aggressive con un conspecifico non
familiare, ad un’età alla quale di solito
prevalgono i comportamenti di tipo
affiliativo
5
0
*
1
2
3
4
CPF 11-14
*
*
15
10
CPF 3 mg-m
*
*
*
5
0
1
2
3
5-min-blocks
Ricceri et al., 2003. Toxicol Appl Pharmacol
4
Conclusioni Exp. 1
• Il CPF inibisce le stese forme molecolari della
AChE sia nel neonato che nell’adulto
• Gli effetti comportamentali si verificano anche
in assenza di inibizione AChE
• Gli effetti sul comportamento della exp
neonatale sono ritardati, si evidenziano in
adolescenza, e provocano un’alterata risposta a
stimoli ambientali nuovi. Aumentata
aggressività nei maschi!
Esperimento 2• Effetti additivi o sinergici di esposizioni pre +
postnatali del CPF?
• Quali meccanismi? Vengono suggeriti effetti sul
sistema serotonergico (ansia, emozioni, ma
anche regolazioni neuroendocrine). Cosa
succede ai comportamenti sessualmente
dimorfici?
• Cosa succede agli ormoni tiroidei?
Disegno sperimentale
PLUS MAZE
Prenatal
GD15 GD18
CPF
Le
Postnatal
Birth
PND11 PND14
2 months
4 - 5 months
CPF
SOCIAL
LOCOMOTOR
RECOGNITIO
ACTIVITY
N
MATERNAL
BEHAVIOUR
dosi di clorpirifos utilizzate sono dosi
AGONISTIC
BEHAVIOUR
al di sotto della soglia di tossicità
(inibizione dell’acetilcolina esterasi <
del 50% nel siero, assenza di inibizione
significativa nel cervello )
Open field
Prenatal CPF
mg/kg
Frequency of Crossing
#
veh
#
400
*
*
350
300
3
6
*
250
*
*
*
*
200
150
0
1
2
3
veh
4
1
2
3
4
1
1
2
3
4
3
Postnatal CPF (mg/kg)
L’esposizione alle dosi alte di CPF
in fase prenatale e/o postnatale
determina un aumento dell’attività
locomotoria nei maschi adulti
% of change from Control
PND 0
100
Brain
80
**
60
40
20
% of change from Control
Attività cerebrale e sierica della
Ache
200
150
100
50
0
3
0
6
Brain
% of change from
control
% of change from
control
3
6
Prenatal treatment CPF (mg/kg)
PND 15
140
120
100
80
60
40
20
0
Serum
Serum
0
veh
120
100
* *
80
#*
60
* *
*
40
20
veh
1
3
Postnatal CPF (mg/kg)
1
3
Prenatal CPF
mg/kg
veh
3 mg/kg
6 mg/kg
Comportamento Agonistico
Attack response
5
8
*
Duration (s)
4
3
2
1
0
*
6
4
2
0
veh
1
veh
3
1
Postnatal CPF (mg/kg)
Submissive upright
posture
4
3
Duration (s)
Frequency
L’esposizione alle dosi alte di CPF in fase
postnatale induce un comportamento
pro-aggressivo durante un incontro
sociale tra maschi adulti
2
1
0
veh
3
6
Prenatal CPF (mg/kg)
3
Induzione del
comportamento materno
L’esposizione alle dosi alte di CPF in
fase postnatale aumenta i
comportamenti “materni” durante un
test di induzione materna in femmine
vergini
Sniffing
Frequency
9
7
5
3
1
0
veh
*
*
1
3
Postnatal CPF (mg/kg)
14
12
10
8
6
4
2
0
*
veh
1
Duration (s)
Frequency
Licking
3
120
100
80
60
40
20
0
veh
*
*
1
3
Postnatal CPF (mg/kg)
Frequency
3
*
*
1
3
2
1
0
veh
Duration (s)
Crouching response
50
40
30
20
10
0
*
veh
Postnatal CPF (mg/kg)
1
*
3
Plus Maze
% Time spent in the open arms
*
70
*
60
50
40
30
20
10
0
veh
1
3
Female
veh
1
Male
Postnatal treatment (mg/kg)
3
L’esposizione alle dosi alte di
CPF in fase postnatale induce
un comportamento meno
‘ansioso’ nelle femmine
Social Recognition
Number of episodes/min
Social Isolation (4
days)
R
Resident
R
P1
45 min
= Retest Same (3
min)
R
P1
45 min
= Retest Different
(3 min)
R
P2
Resident
R = resident
P = partner
(Anogenita
l, nose and
body
sniffing)
12
**
**
**
Veh
CPF3
CPF6
8
4
T
T
RS
Veh
RS
CPF1
Postnatal
Treatment
T
RS
CPF3
ULTRASOUND
VOCALIZATIONS
a
80
40
USVs
Prenatal
Treatment
16
USVs
+
Social
investig
Number of call/min
T= Training (3
min)
SOCIAL
INVESTIGATION
a
*
**
a
**
**
*
T RS RD
T RS RD
T RS RD
Veh
CPF1
CPF3
Postnatal
Treatment
ORGANOFOSFORICI ED EFFETTI NEUROENDOCRINI:
non solo estrogeni e ormoni tiroidei!
•Esiste un’ampia finestra di vulnerabilità del sistema nervoso centrale
all’esposizione a clorpirifos. Le alterazioni del profilo comportamentale
osservato non appaiono riconducibili alla inibizione dell’acetilcolina esterasi.
•In particolare il quadro di alterazione comportamentale ottenuto in questo
studio suggerisce una selettiva suscettibilità dei comportamenti di tipo
sociale ed emozionale e il coinvolgimento di sistemi neurotrasmettoriali
diversi dal colinergico (partendo da 5HT, DOPA) non escludendo
l’interazione di questi sistemi con funzionalità neuroendocrine
CPF potrebbe interferire con ormoni ipotalamici che regolano la funzione
riproduttiva, e le risposte SOCIALI ed EMOZIONALI legate alla funzione
riproduttiva.
Ossitocina, prolattina?
I dati ottenuti nel roditore ci confermano
che esposizioni sub-tossiche al pesticida
CPF hanno effetti a lungo termine sul
repertorio comportamentale della specie
in studio, in particolare per quanto
riguarda i comportamenti sociali
Quali conseguenze per la
valutazione del rischio?
• Indicazioni sui domini comportamentali da
saggiare nei bambini esposti
• Ipotesi su meccanismi di azione alla base
vulnerabilità: necessità di altri biomarcatori
di neurotossicità oltre l’inibizione della
colinesterasi
• Considerazione della possibile interferenza
di questo agente con regolazioni ormonali
PROBLEMI EMERGENTI e
prospettive di ricerca:
• Esposizioni multiple: CPF + altri pesticidi
• Combinazioni di fattori di rischio
(stress + endocrine disruptors)
• Polimorfismi genici, per esempio
del gene della paraoxonasi
Organofosfati e autismo?
DISORDINI
NEUROCOMPORTAMENTALI:
ritardo mentale, disabilità cognitive
disordine di attenzione con iperattività
(ADHD), autismo e quadri clinici correlati
all’autismo
Disabilità del funzionamento del sistema
nervoso che interferiscono significativamente
con le capacità di un bambino di apprendere,
ricordare, e/o relazionarsi con l’ambiente
QUALE RUOLO PER I
CONTAMINANTI AMBIENTALI?