EFFETTI SULLA SALUTE DEL BIOSSIDO
DI CLORO
Gabriella Aggazzotti – Università di Modena e Reggio Emilia
Genova, 26 Ottobre 2007
EFFETTI SULLA SALUTE?
Revisione della letteratura scientifica
Studi condotti direttamente sul campo
SETTORI DI RICERCA
• Studi su colture cellulari e colture batteriche (a breve
termine)
• Studi tossicologici su animali da laboratorio
• Studi epidemiologici su popolazioni esposte e non
esposte a confronto.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
• Ampiamente utilizzato in Italia per la
potabilizzazione delle acque.
• Clorito e clorato sono i principali sottoprodotti:
dal 50 al 70% del biossido viene trasformato in
clorito e in quantità variabile in clorato.
• Altri sottoprodotti possono essere: bromato,
iodato, acidi aloacetici e anche altri composti
organici.
• Al momento la natura e le quantità dei
sottoprodotti che si formano nel trattamento delle
acque con biossido di cloro nelle diverse condizioni
di utilizzo sono solo parzialmente noti.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Meccanismi di tossicità
Legati prevalentemente ad azioni di tipo ossidativo e di
interferenza sul trasporto di anioni
a) Azione di tipo ossidativo e possibili effetti:
•
metemoglobinemia
•
anemia “emolitica”
•
cancerogenicità
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Meccanismi di tossicità
Le sostanze ossialogenate portano il Ferro presente
nell’emoglobina da uno stato di ossidazione 2+ a 3+
Si forma metemoglobina che non è utile per il
trasporto dell’ossigeno.
Si irrigidisce la membrana del globulo rosso, che
viene rimosso dai fagociti e dalla milza
anemia “emolitica”
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Meccanismi di tossicità
Clorito^ e Clorato*
Hb
^ Il Clorito agisce
sui gruppi tiolici
del glutatione
MetHb
G-6-PHD
NADP
NADPH
Mantiene ridotto il
glutatione nel GR e
impedisce la formazione di
MetHb
* Il Clorato forma complessi con altre sostanze tra cui MetHb ed
avvia una reazione autocatalitica.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Meccanismi di tossicità
• Il clorito agisce specificatamente sui gruppi tiolici, in particolare
del glutatione, il più importante antiossidante cellulare, lo inattiva
con conseguente formazione di metemoglobina.
• Il clorato ha reazioni più complesse: inibisce l’enzima G-6-PDH
che agisce formando NADPH, necessario per mantenere il
glutatione ridotto che, a sua volta, impedisce la formazione di
metemoglobina. Oltre a ciò il clorato forma un complesso con
metemoglobina che poi propaga autocataliticamente l’ossidazione
all’eme ancora non ossidato ed anche ad altri tessuti.
• Il bromato è molto reattivo; in presenza di glutatione provoca
un danno al DNA e forma un mutageno 8-OH- dG (8-idrossi-2deossiguanosina) che ha azione cancerogena.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Meccanismi di tossicità
b) Interferenza con sostanze che trasportano
anioni
• principale indagato è Sodium Iodide Symporter
(NIS), proteina trasportatrice di anioni attraverso la
membrana cellulare, responsabile della concentrazione
di Iodio nella tiroide, ma anche in altri tessuti.
• Se NIS viene bloccato, viene inibito il trasporto dello
Iodio: questo interferisce soprattutto nella funzionalità
tiroidea.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Meccanismi di tossicità
• Lo Iodio grazie al NIS entra nella tiroide e forma
tireoglobulina, precursore degli ormoni T3 (triiodotironina) e
T4 (tiroxina) che raggiungono i tessuti.
• Se si riduce la sintesi di questi ormoni si attiva un meccanismo
di compenso nell’ipofisi e nell’ipotalamo che stimola i fattori di
crescita TRH e TSH, che raggiungono la tiroide dove
aumentano la produzione di NIS e ripristinano l’assorbimento
di Iodio con conseguente produzione di ormoni.
• Se lo stimolo attraverso TSH si mantiene per lunghi periodi
può portare al gozzo, ma anche avere azione cancerogena per la
tiroide.
• NIS è il bersaglio soprattutto del clorato, grazie alla forma e
alla simmetria di questa molecola.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Meccanismi di tossicità
La tossicità di Biossido di cloro, Clorito e
Clorato che è di interesse per quanto riguarda
la potabilizzazione delle acque è quindi
sostanzialmente legata ai loro effetti ossidativi
e/o all’azione come inibitori dell’assorbimento
di iodio.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi su animali da esperimento
Clorito
• Produce metemoglobinemia e anemia emolitica per
azione sui gruppi tiolici protettivi (LOAEL 5 mg/kg
die, NOAEL 0,6 mg/kg die).
• Non vi è evidenza di danno al DNA e scarsa
evidenza di danno cancerogeno.
• Effetti sullo sviluppo neurologico ad alte dosi,
generalmente superiori a quelle che inducono anemia
emolitica (LOAEL 3-8 mg/kg die).
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi su animali da esperimento
Clorato
• Effetti ematologici a livelli più elevati del clorito
(NOAEL 32 mg/kg die).
• Interagisce chiaramente con il NIS.
• Effetto cancerogeno sulla tiroide nel ratto e
modesto aumento nei tumori pancreatici in ratti
femmine.
• Non sono stati valutati effetti riproduttivi e di
sviluppo.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi su animali da esperimento
Biossido di Cloro
• Effetti di tipo tossico subcronico in ratti (diminuzione
del peso corporeo e del fegato, iperplasia e
infiammazione della mucosa nasale a tutte le dosi
saggiate).
• Studi sugli effetti riproduttivi hanno identificato una
diminuzione nello sviluppo vaginale in ratti femmine
(effetto sullo sviluppo sessuale).
• Evidenziato ritardo nello sviluppo cerebrale
• Associazione con la depressione della funzione
tiroidea?
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi su animali da esperimento
Bromato
• Mutageno e cancerogeno in quanto agendo sul glutatione
forma il mutageno 8-OH- dG (8-idrossi-2-deossiguanosina)
• DL 31 del 2 Febbraio 2001: limite di 10 µg/L dal dicembre
2008.
Acidi Aloacetici
• I Dialoacetici sono tossici per il fegato, per la riproduzione e lo
sviluppo negli animali da esperimento.
• Le dosi sono circa 10.000 volte superiori a quelle misurate
nelle acque potabili.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Lo stato dell’arte
Biossido
Clorito
Tossicità subcronica critico
Carcinogenicità
non studiati
Danno ossidativo
non studiati
critico (?)
critico
metemoglobinemia
anemia emolitica
danno al DNA
Clorato
sinergia (?)
Effetti endocrini
Inibizione NIS
Effetti riproduttivi
Effetti di sviluppo
critico
critico
critico
non studiati
non studiati
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi controllati sull’uomo
Anni ‘80:
• Studi su volontari non hanno evidenziato effetti
ematologici del clorito per esposizioni fino a 12
settimane a concentrazioni di 4-7 mg/L di biossido di
cloro, clorito e clorato.
• Uno studio su volontari portatori di deficienza
dell’ormone G-6-PDH, più a rischio di stress
ossidativo, non ha messo in evidenza effetti significativi
per una esposizione prolungata a 5 mg/L di clorito.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi epidemiologici sull’esposizione ad acque clorate
• Molti studi hanno evidenziato un’associazione tra
acque trattate con ipoclorito e tumore della vescica e del
colon-retto. Alcuni studi hanno rilevato un maggior
rischio in soggetti portatori di due polimorfismi genetici.
• Gli studi sugli effetti riproduttivi hanno dato risultati
discordanti. In alcuni si è osservata associazione con
basso peso per età gestazionale (SGA), difetti congeniti
e aborti spontanei
• Pochissimi studi epidemiologici hanno affrontato i
possibili effetti dell’esposizione ad acque trattate con
biossido di cloro.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi epidemiologici: punti di debolezza 1
• A tutt’oggi è stata indagata l’esposizione ad acque
potabili clorate, non a singoli sottoprodotti del
trattamento.
• La maggior parte degli studi sono stati condotti su
acque trattate con ipoclorito, utilizzando i THM come
indicatori del totale di sottoprodotti; pochissimi sono gli
studi su acque trattate con biossido, e spesso con
trattamenti misti biossido/ipoclorito.
• Esiste una grande variabilità di concentrazione di
sottoprodotti all’utenza, con difficoltà nella misura
dell’effettiva esposizione.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi epidemiologici: punti di debolezza 2
• L’esposizione di solito è di tipo ecologico e non su
base personale; di conseguenza non si possono
controllare i fattori di confondimento.
• Occorre tenere in considerazione tutte le vie di
esposizione oltre a quella alimentare, e la via
inalatoria soprattutto (fare la doccia, frequentare
una piscina coperta..) oltre a fattori personali che
modificano l’esposizione.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi epidemiologici sull’esposizione ad acque
potabili trattate con biossido di cloro
• Studi di cancerogenicità: al momento non ve ne
sono.
• Studi sugli effetti ossidativi: hanno dato risultati
negativi.
• Studi sugli effetti riproduttivi: alcune evidenze
di effetti sullo sviluppo (2 studi italiani), sospetti
di effetti sulla tiroide, segnalazione di difetti
cardiaci.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Studi epidemiologici
Aggazzotti G, Righi E, Fantuzzi G, Biasotti B, Ravera
G, Kanitz s, Barbone F, Sansebastiano E, Battaglia MA,
Leoni V, Fabiani L, Triassi M, Sciacca S and
Collaborative Group for the Study of Chlorinated
Drinking Water and Pregnancy.
“Chlorination by-products (CBPs) in drinking water
and adverse pregnancy outcomes in Italy.”
Journal of Water and Health, 2/4, 233-247, 2004
72 utilities and 1189 water samples
566 (48%)
Water samples treated with :
SODIUM HYPOCHLORITE
45 utilities (62%)
500 (42%)
Water samples treated with:
CHLORINE DIOXIDE
19 utilities (26%)
623
123 (10%)
Water samples treated with both:
SODIUM HYPOCHLORITE AND
CHLORINE DIOXIDE
8 utilities (11%)
(52%)
DBPs (THMs, chlorites and chlorates) in
drinking water samples collected in 9
Italian cities
Samples
(n°)
Samples (%)
Median
Range
Levels > detection
μg/l
μg/l
THMs
1189
77%
1.1
0.01-54.55
chlorites
893
45%
216.5
20-2000
chlorates
893
34%
76.5
20-1500
DBPs
* Detection limit: THMs = 0.01 μg/l
limit
*
chlorites and chlorates = 20 μg/l.
An Italian Case-Control Study on Chlorinated drinking
water exposure in pregnancy and newborn somatic
parameters.
DBP
Chlorites (μg/l)
levels in drinking water:
< 20
20 - 199
≥ 200
levels in drinking water and tap water
consumption:
< 20
(non drinker)
20 - 199
(drinker)
≥ 200
(drinker)
levels in drinking water and
inhalation exposure *:
< 200 and low inhalation exposure
LOW BIRTH WEIGHT AT TERM
OR
1
1.02
1.71
1
0.35
1.07
1
IC 95%
---0.64 - 1.62
1.15 - 2.55
---0.10 - 1.12
0.50 - 2.22
----
< 200 and high inhalation exposure
1.10
0.58 - 2.08
≥ 200 and low inhalation exposure
1.66
1.03 - 2.67
≥ 200 and high inhalation exposure
1.91
1.11 - 3.30
*Low inhalation exposure: less than 6 bath/shower a week
High inhalation exposure: at least 1 bath/shower/day.
HEALTH IMPACTS OF LONG-TERM
EXPOSURE TO DISINFECTION BY-PRODUCTS
IN DRINKING WATER (HIWATE)
The overall aim is to investigate potential
human health risks associated with longterm exposure to low levels of
disinfectants (such as chlorine) and
disinfectant by-products (DBPs)
occurring in water for human
consumption and use in the food
industry.
HEALTH IMPACTS OF LONG-TERM EXPOSURE TO
DISINFECTION BY-PRODUCTS IN DRINKING WATER
HIWATE
Figure 2 Linkages
Exposure assessment
WP 1 DBP measurements
WP 2 DBP Modelling
Reproductive epidemiological studies
WP 3 Birth defects and still birth
WP 4 Prematurity and SGA
WP 5 Semen quality
Cancer epidemiological studies
WP 6 Bladder cancer
WP 7 Colon cancer
Risk/benefit analysis
WP 8 Risk/benefit analysis
Policy implications
WP 9 Review of water and health
WP 10 Policy implications
HEALTH IMPACTS OF LONG-TERM EXPOSURE TO
DISINFECTION BY-PRODUCTS IN DRINKING WATER
HIWATE
Research Area: Reproductive epidemiological studies
WP3: Risk estimates for congenital anomalies will be obtained from 3
registry-based studies in the United Kingdom and Italy.
Italian study (retrospective case-control design):
1 region (Emilia Romagna - Italy).
4 millions and 200.000 people.
Selected congenital anomalies recorded in Emilia Romagna Registry.
Routine measurements for THMs and chlorite estimates.
HEALTH IMPACTS OF LONG-TERM EXPOSURE TO
DISINFECTION BY-PRODUCTS IN DRINKING WATER
HIWATE
The Malformation Registry of Emilia Romagna (Italy) is linked to
EUROCAT (European Surveillance of Congenital Anomalies, 43
registries in 20 countries)
• It covers about 28.500 pregnancies/year, with 400-500
malformations/year of all kinds.
• Neural tube, major cardiac and urinary tracts anomalies are
expected to be about 100/year: a surveillance period of 10 years is
expected to involve about 1000 cases.
• Information about the mother’s residence during pregnancy will be
collected from medical records.
• Information regarding DBPs (THMs and chlorite/chlorate) in drinking
water will be collected from local water companies.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Conclusioni 1
A tutt’oggi sulla base dei dati scientifici raccolti non si
ipotizzano possibili danni alla salute umana se il
trattamento viene condotto in modo adeguato e si
rispettano all’utenza i limiti di legge consigliati.
Esistono però aree da indagare:
• Per quanto riguarda gli studi epidemiologici sono
suggerite ulteriori indagini sulla possibilità di effetti
avversi di tipo riproduttivo, simili ai dati di alterazione
dello sviluppo osservati negli animali da esperimento.
Biossido di cloro : effetti sulla salute
Conclusioni 2
Altre aree di ricerca da approfondire:
• i meccanismi con cui il biossido agisce sullo sviluppo
• quali varianti genetiche rendono i portatori particolarmente
sensibili agli ossidanti
• l’azione del clorato sulla tiroide e sullo sviluppo
• studi epidemiologici su popolazioni che utilizzano acque
trattate con biossido misurando accuratamente la esposizione.
Grazie per l’attenzione!
