Dalle fibre minerali alle nanoparticelle: quali
caratteristiche chimico-fisiche determinano la
patogenicità delle polveri inalate
http://www.ausl.re.it/GIF/FrontEnd/Home/DocumentViewer.aspx?
document_id=100
Centro Interdipartimentale per lo Studio degli Amianti e di
Altri Particolati Nocivi
“G i o v a n n i S c a n s e t t i”
Bice Fubini
Dip. Chimica IFM e Centro Interdipartimentale “G. Scansetti”
1^ Parte: FIBREeffetti sulla salute del particolato
alcune particelle, quando inalate, risultano dannose
cosa rende una polvere tossica?
i meccanismi molecolari sono ancora
poco chiari anche per quei materiali di
conclamata tossicità (silice, amianti,
fibre ceramiche…)effetti specifici e non specifici
solo alcune
polveri sono
patogene
tutte le altre:
“Nuisance dusts”
risposta specifica ad un dato materiale avente
composizione chimica e mineralogica ben
definite
es. amianti, silice cristallina, metalli duri…
effetto sinergico con “ toxic dusts”
ridotta eliminazione dall’organismo (clearance)fibre
nanoparticelle
silici
alcuni tipi di particolato……•crisotilo: Mg
6
Si
4
O10
(OH)
8
(amianto di serpentino)
•crocidolite:
Na
2
(Fe
3+
)
2
(Fe
2+
,Mg)
3
Si
8
O22
(OH)
2
amosite:(Fe
2+
,Mg)
7
Si
8
O22
(OH)
2
antofillite: (Mg,Fe
2+
)
7
Si
8
O22
(OH)
2
tremolite: Ca
2
Mg
5
Si
8
O22
(OH)
2
actinolite:Ca
2
(Mg,Fe
2+
)
5
Si
8
O22
(O
H)
2
(amianto di anfibolo)
•wollastonite: CaSiO3
(silicato alcalino terroso)
• erionite:
(K2
,Na
2
,Ca)MgAl
8
Si
28
O72
• 28H2
O
(zeolite)
•sepiolite: Mg
2
H2
(SiO3
)
3
• xH2
O
attapulgite (minerale argilloso)
•nemalite (brucite fibrosa)
organiche
cotone, canapa
organiche
•polyamidi
alifatiche (nylon)
NH-CO-(CH2
)
n
-CO-NH
aromatiche (aramidi, meta-& para:
NH-ph-NH-CO-ph-NH)
•poliolefine (PE: -CH2
- CH2
- )
•poliuretano (Elastane:
HOph-OCO-NH-ph-NH-COO)
•polyestere (PETF)
-O-CO-R-CO-O-R
•polyvinile (PVC: CH(Cl)- CH2
)
classificazione delle fibre
fibre sintetiche fibre naturali
inorganiche cristalline
inorganiche
amorfe
cristalline
a cristallo singolo
carburo di silicio: SiC
potassio titanato
poli
cristalline
ossidi
allumina (Saffil:
Al2O3
)
non-ossidi
nitruro di silicio: Si3N4
carburo di silicio: SiC
fibre
semisintetiche
•viscosa- rayon
•derivati della
cellulosa (es.
cellulosa acetato)
•fibre di carbonio
•fibre di grafite
continue lane
zirconia
boro
alumina
carburo di silicio
ceramiche di vetro
di roccia di scoria di vetro
per
applicazioni
speciali E
Glass- “475”
per
isolamento…. vari minerali asbestiformi si trovano in natura e
non sono regolamentati
es: nelle Alpi Occidentali
balangeroite
carlosturanite
antigorite
diopside
granito
qual è la potenziale
patogenicità?Progetto finanziato
dall’Assessorato all’Ambiente della
Dipartimento di
Traumatologia, Ortopedia e
Medicina del Lavoro, Servizio
di Tossicologia ed
Epidemiologia Industriale.
Dipartimento di
Scienze
Mineralogiche e
Petrologiche
Dipartimento di Scienze
Biomediche e Oncologia
Umana, Epidemiologia
dei Tumori CPO
Dipartimento di
Biologia Vegetale
Dipartimento di
Genetica, Biologia e
Biochimica
Dipartimento di
Chimica Inorganica,
Fisica e dei Materiali
Ospedale Emergenza
Torino Nord San
Giovanni Bosco, ASL 4
“Amianto e minerali asbestiformi nell’arco alpino identificazione e mappatura,
valutazione del rischio, inattivazione e/o confinamento.”fornire indicazioni su
come manipolare le
rocce
fornire indicazioni
su come inattivare
le fibre disperse
nel suolo
valutare la
tossicità di vari
tipi di fibre
valutare un possibile
eccesso di mesoteliomi
evidenziare l’eventuale esposizione a
fibre asbestiformi negli animali e
nella popolazione residente
realizzare una
mappa della
generazione di
vene
identificare le fibre
presenti sul territorio
obiettivi…balangeroite e carlosturanite
un frammento di roccia contenente fibre di
balangeroite (Balangero-TO)
(Mg, Fe)39
Si16O54
(OH)36
Mn, Al, Ca, Cr, Ti in tracce
un frammento di roccia contenente fibre di
Carlosturanite (Sampeyre-Val Varaita)
Val Varaita
(Mg,Fe,,Ti,Mn)
21
(Si,Al)
12
O28
(OH)
34
Groppo et al., J. Toxic. Environ. Health Health 68(1), 1-19, 2005
Turci et al., J. Toxic. Environ. Health Health 68(1), 21-39, 2005
Gazzano et al., J. Toxic. Environ. Health Health 68(1), 41-19, 2005
la balangeroite presenta
proprietà chimiche e risposte
cellulari simili alla crocidoliteclearance
clearance
meccanismo d’azione di fibre inalate
reazione
con
molecole
endogene
morte della cellula
rilascio di ossidanti, citochine, fattori di
crescita, recrutamento di macrofagi
alveolari e polimorfonucleati
attivazione dei macrofagi
danno alle cellule bersaglio
azione diretta su cellule
bersagliocaratteristiche chimico-fisiche che contribuiscono al
potenziale patogeno delle fibre
forma e dimensioni
composizione chimica
biopersistenza maggiore è la biopersistenza maggiore è la patogenicità
a parità di composizione:
le fibre lunghe e sottili sono più patogene delle fibre corte
le fibre sono più patogene di particelle isometriche
le fibre hanno spesso tossicità diversa
a parità di dimensioni:
diversa reattività di superficie
fagocitosi frustrata
classificazione delle fibre artificiali
secondo la direttiva 97/69/CEforma e dimensionifibre lunghe fibre corte
5 m 5 m
Infiammazione +
(Donaldson et al., Br. J. Ind. Med.; 1989; 46, 271)
++
Opsonizzazione e rilascio di radicali -
superossido
(Hill et al., Occup. Environ. Med.; 1995; 52, 92)
++
Induzione mesotelioma -
(Davis et al., Br. J. Exp. Pathol.; 1986, 67, 415)
+
fibre lunghe effetto fibre corte
amosite: fibre lunghe e corte forma e dimensionirilascio di radicali liberi centrati al carbonio
inattivazione del ciclo dei pentosi
riduzione dei livelli intracellulari di
glutatione
citotossicità
fibre lunghe e corte presentano
significative differenze nelle
caratteristiche di superficie
Riganti et al., Toxicology and Applied Pharrmacology, 2003, 193:106-115
test cell free fibre corte (SFA)
fibre lunghe (LFA)
test cellulariFibre con diametri
nanometrici
7000 X
nanofibre di crisotilo
9fibre regolamentate lunghezza > 5 µm e diametro <3 µm
9negli esseri umani dibattito sulla pericolosità di fibre corte recentemente riaperto
Chiappino G. Med Lav 2003,96:3-23
9presenza di fibre corte nei reperti polmonari autoptici di soggetti professionalmente
esposti
Dodson et al., American Journal of Industrial Medicine, 2003, 44:291–297
Paoletti et al., Med Lav. 1993, 84(5):373-8
Suzuki & Yuen, Ann NY Acad Sci 2002, 982:160-176
DM 257/91
forma e dimensioni
2000X
1 µm
10 µmbiopersistenza
classificazione delle fibre artificiali secondo la direttiva
97/69/CE
Criterio di durabilità
% di ossidi alcalini ed alcalino terrosi
> quantità di ossidi alcalini ed alcalino terrosi> solubilità a pH neutro
>Al2O3 % < la solubilità delle fibre a pH neutro
< 18% indicate con frase di rischio R49: può provocare il cancro per inalazione
> 18% indicate con frase di rischio R40: può provocare effetti irreversibili
solo basato sulla
composizione chimica
della fibraossidi modificatori del reticolo: ossidi alcalini (Na
2
O) e ossidi alcalino terrosi (CaO), interrompono
la continuità del reticolo, diminuiscono Tf
, facilitano la lavorazione, aumentano la solubilità delle fibre
a pH neutro
Si-O-Si + Na
2
O SiONa+
+
-
Na+
OSi
ossidi intermediari (Al
2
O3
) : Al sostituisce il Si nel reticolo, aumenta la resistenza della fibra alle
alte temperature, diminuisce la solubilità delle fibre a pH neutro
Effetto della composizione chimica sulla solubilità
O2-
Na Si
4+ +
Al
3+
--
--composizione chimica Mn+
H2O2
, R-H ROS, Ri
O2
iH2O2
HOi
anione superossido
perossido d’idrogeno
radicale idrossile
ROS
composizione chimica
presenza di ioni di metalli di transizione
esposti e reattivi: generazione di radicali liberiFe
n+
H2O2
/ R-H
reazione con H2O2
:
Fe(II)
(sup)
+ H2
O2 #63719;#8594; Fe(III) + OH–
+ · OH
rottura omolitica del legame C–H:
H–CO2
–
+ Fe(II) o X· #63719;#8594; · CO2
–
+ Fe(III) o X-H
lipidi
DNA
proteine
composizione |
Dalle fibre minerali alle nanoparticelle
Posted - 29 March 2012 : 10:14:05
