effetti del particolato fine sulla salute. … · caratterizzazione chimica del particolato...

EFFETTI DEL PARTICOLATO FINE SULLA SALUTE.

CONOSCENZE E PROSPETTIVE DI RICERCA

Pier Alberto Bertazzi“Clinica del Lavoro Luigi Devoto”

Università degli Studi e Istituti Clinici di Perfezionamento, Milano

Ippocrate (IV-IlI sec. a. C.).

Nella sua opera “Delle arie, delle acque e dei luoghi” dà un preciso consiglio al medico che si reca in una nuova regione.

Se vuole conoscere le malattie con le quali avrà a che fare, deve considerare bene le caratteristiche del luogo, il suo orientamento, i venti prevalenti, le acque usate dagli abitanti, le caratteristiche del terreno (brullo o boscoso), così come il modo di vita degli abitanti, le loro aspirazioni, cosa e quanto amano bere e mangiare, e anche se sono pigri e indolenti o dediti al moto e al lavoro.

Anche nei suoi “Aforismi” descrive la diversa prevalenza di certe malattie nelle diverse stagioni ed età.

Scuola Salernitana (50 d.c.?-VII sec.d.C.?)

“Aer sit mundus, habitabilis, ac luminosus,Nec sit infectus, nec olens foetore cloacae”

Evoluzione profonda dell’inquinamento atmosferico urbano negli ultimi decenni.

Rapidissimi cambiamenti in Germania Est hanno fornito un’immagine concentrata nel tempo di questo cambiamento.

Componenti dell’inquinamento urbano

Le componenti classiche dell’inquinamento legate all’industria e al riscaldamento, come anidride solforosa (SO2), polverosità totale e biossido di azoto (NO2) si sono radicalmente ridotte, mentre è aumentata nettamente la concentrazione delle particelle fini (PM 10, 2.5,1) e ultrafini nel range tra 0,01 e 0,03 µm di diametro aerodinamico.

Dimensioni del “Particolato”

A causa della irregolarità geometrica delle particelle reali, la loro dimensione viene generalmente indicata come “diametro aerodinamico equivalente” che corrisponde al diametro di una particella sferica, di densità unitaria, che ha lo stesso comportamento aerodinamico della particella in esame.

RespirabileRespirabile

ToracicaToracica InalabileInalabile

00

2020

4040

6060

8080

100100

Perc

entu

ale

di p

artic

elle

tota

li ae

rodi

sper

sese

cond

o co

nven

zion

e

Diametro aerodinamico (µm)

Penetrazione nell’albero respiratorio degli inquinantiparticolati in funzione del diametro aerodinamico

11 22 33 44 55 66 77 1010 2020 3030 5050 7070 100100

PM10 TC NH4+ NO3

- SO4-- Mineral Dust

(Al,Si,K,Ca,Ti)Trace

ElementAltro

44,85 6,11 13,65 12,68Media

Dev.St. 12,78 3,65 8,95 4,63

7,61

3,45

4,23

1,39

10,87

Composizione percentuale PM2,5

PM2,5 TC NH4+ NO3

- SO4-- Mineral Dust

(Al,Si,K,Ca,Ti)Trace

ElementAltro

42,80 11,45 15,96 18,51Media

Dev.St. 2,33 3,50 8,95 6,66

1,00

1,10

1,21

0,65

9,08

Caratterizzazione chimica del particolato atmosferico urbano milanese nel 2001-2002.

(Dati ARPA Lombardia)

Composizione percentuale PM10

Confronto nel tempo dei valori di B[a]P equivalenti.Misure degli IPA nel PM2,5 di Milano

(Dati ARPA Lombardia)

Cm = concentrazione minima M = concentrazione mediacM = concentrazione massima

Periodo

1990 inverno1990 estate1991 inverno1993 inverno2001/2002 inverno2002 estate

Cm

0.60.71.40.80.60.03

M

2.71.32.92.44.30.07

cM

5.22.910.44.511.40.1

INQUINAMENTO DELL’ARIA, TRAFFICO E SALUTE

• Effetti a breve termine dopo esposizione acuta.

• Effetti nei bambini• Effetti a lungo termine

dopo esposizione prolungata.


• Effetti a breve termine negli adulti.

• Incremento mortalità giornaliera totale e per cause cardio-respiratorie

• Aumento ricoveri non programmati per cause cardio-respiratorie e totali

EFFETTI A BREVE TERMINE• APHEA 2: Air Pollution and Health. A European Approach

• 29 città • PM10 e Fumo Nero (Black Smoke) tenendo conto di

SO2, NO2, O3

• NMMAPS II: The National Morbidity, Mortality, and Air Pollution Study, USA

• 90 maggiori città• PM10 tenendo conto di SO2, NO2, O3, CO

• MISA: Meta-analisi Italiana degli Studi sugli Effetti a Breve Termine dell’Inquinamento Atmosferico

• 8 maggiori città• PM10 SO2, NO2, O3, CO

PM10 e Mortalità per cause naturali

Torino

Milano

Bologna

Firenze

Roma

Palermo

Totale

- 2 - 1 0 1 2Eccesso di rischio %

Confronto dei Risultatiper Mortalità e Ricoveri

MISA(Italia)

APHEA-2(EU)

NMMAPS(USA)

0.5 %

1,0%

2,0%

0.6 %

1,1-1,2%

1,0%-1,2%

1,1%

2,4%

MORTALITA’

RICOVERI CVD

RICOVERI RESP.

Incrementi % per 10 µg/m3 di PM10

Valori di PM10 (min.-max 5-19/1/2002) e possibile aumento di decessi associato

Città

Torino

Milano

Bologna

Firenze

Roma

PM10 (µg/m3)Min Max

100 243

50 206

46 119

43 115

55 130

Morti in eccessocorrispondenti

1.6 - 5.5

0.4 - 6.3

0.1 - 1.2

0.0 - 1.1

1.1 - 6.6

N° mediomorti /die

21

29

12

11

57

Stime OMS su dati MISA

TABLE 4 – Effect of the increase of 10-µg/m3 in air pollution on asthma emergency room admissions in Madrid controlling for pollen levels, by means of Poisson regression models for a single-pollutant (RR, 95%CI)

Single-pollutantmodel

Without adjustmentfor pollen*

Adjusting for pollenO. europeaPlantago sp.PoaceaeUrticaceae

Adjusting forall pollens

PM10 (3-day lag)

1.039 (1.010-1.086)

1.041 (1.011-1.071)1.046 (1.017-1.076)1.043 (1.015-1.073)1.038 (1.009-1.068)1.045 (1.016-1.074)

SO2 (3-day lag)

1.029 (0.997-1.062)

1.030 (0.998-1.063)1.020 (0.998-1.053)1.017 (0.986-1.050)1.021 (0.989-1.054)1.013 (0.982-1.045)

NO2 (3-day lag)

1.033 (1.013-1.054)

1.033 (1.013-1.054)1.029 (1.009-1.049)1.025 (1.005-1.046)1.028 (1.007-1.048)1.024 (1.004-1.044)

NO2 (3-day lag)

1.045 (1.018-1.073)

1.045 (1.017-1.073)1.043 (1.016-1.070)1.027 (1.001-1.054)1.039 (1.011-1.067)1.032 (1.005-1.059)

(Galan et al. 2003, ERJ,22,802)


• Effetti nei bambini

• Disturbi respiratori (infiammatori e allergici) in rapporto a residenza presso strade trafficate

• Facilitazione comparsa asma in età scolare per esposizione in età 0-3 anni

• Aumento casi di leucemia in rapporto ad esposizione a traffico (benzene..?)

EFFETTI NEI BAMBINI

SIDRIA 1998(Studi Italiani Disturbi Respiratori Infanzia e Ambiente)

– 39.000 soggetti– Età 6-7 e 13-14 nel 1994-95– Questionari su disturbi e traffico– Aumento disturbi respiratori - in particolare infezioni delle

basse vie aeree - nei bambini che vivevano in aree urbane con alta frequenza di traffico pesante.

– Media annua PM10 50-70µg/m3

EFFETTI NEI BAMBINI

VESTA 2003(V Epidemiological Studies on Transport and Asthma)

• Bambini di 5 aree metropolitane francesi, età 4-14 anni.• 217 bambini con asma e 217 bambini comparabili ma

senza asma nel periodo 1998-2000.• Densità del traffico rispetto alla casa e alla scuola era

associata alla comparsa di asma in età scolare se l’esposizione era avvenuta in tenera età (0-3 anni).

TABLE 2 – Associations Between Pollutants and RespiratoryHealth Outcomes the Children’s Health Study

(Southern California)

Respiratory HealthOutcome

Slowed lung growth

Asthma causation

Asthma exacerbation

Acute respiratory illness

AssociatedPollutants a

NO2, PM10, PM2.5, HNO3

O3

NO2, PM10

O3

Study

Gauderman et al. 10,15;Avol et al.18

McConnell et al.21

McConnell et al. 19

Gilliland et al. 12

a Main pollutants provided in the analyses. Pollutants were usually highly correlated;Thus, effects may be due to mixtures.

(Kuenzli et al. 2003 AJPH 93,1494)

EFFETTI NEI BAMBINI

(D. Savitz et al., 1989)

NumeroVeicoli/die

< 500500-4.999

5.000 +

500-9.99910.000 +

No.Controlli

2381014

195

No. CasiLeucemia

81413

98

OddsRatio

1.01.22.7

1.44.7

95 %Int. Conf.

--0.4 – 3.91.3 – 5.9

0.6 – 3.21.6 – 13.5


• Effetti a lungo termine negli adulti

• Mortalità per cause cardiovascolari• Mortalità per cause respiratorie• Mortalità per tumore polmonare

EFFETTI A LUNGO TERMINE

• Studi Coorte in USA in rapporto a PM2.5

• Aumento D-R per Tutte le cause, Cardiopolmonari, Ca. polmone

• Studio svedese: aumento Ca. polmone in rapporto a NO2 da traffico veicolare

• American Cancer Society, Cancer Prevention II Study

• Studio Europeo, Netherlands Study on Diet and Cancer

Mortalità associata con aumento di 10 µg/m3 di PM2,5 nel periodo 1979 - 2000 in 500.000

soggetti negli USA

Causa di morte

Tutte le cause

Cardiorespiratorie

Ca. Polmone

Altre cause

SRR (95%)

1.06 (1.02-1.11)

1.09 (1.03-1.16)

1.14 (1.04-1.23)

1.01 (0.95-1.06)

Pope C.A. et al. – JAMA Vol 287, 2002:1132

Mortalità associata ad esposizione di lunga durata a inquinamento da traffico (NLCS)

Modello Inquinante Mortalità (RR) 1986-1994Cardiovascolari Altre Cause

1 Fumo Nero* 1,34 1,15Strada trafficata 1,95 1,03

2 Fumo Nero* 1,71 1.09

3 NO2§ 1,54 1,07Strada trafficata 1,94 1,04

4 NO2§ 1,81 1,08

*per un aumento di 10 µg/m3

§per un aumento di 30 µg/m3

(Hoek G et al.. The Lancet, October 19, 2002:1203)

STIME E PROIEZIONI

E = dRR*B*C* P

E Numero di casi in eccessodRR Aumento del rischio per incremento

unitario della concentrazione B Tasso osservato nella popolazioneC Differenza tra concentrazione osservata e

quella di riferimento P Entità della popolazione esposta a C

Eventi in eccesso per 10 µg/m3 di PM10per milione di abitanti (F, CH, A)

Effetto sulla Salute

Rischio Relativo

Stima puntuale N. min. N. max.

Mortalità totale (>30 anni, cause non violente)

1,043 340 370

Ricoveri malattie respiratorie (tutte età)

1,013 130 230

Ricoveri cardiova-scolari (tutte età)

1,013 210 450

Bronchiti croniche (adulti)

1.098 390 430

(Kuenzli N. et al. The Lancet, September 2, 2000:795)

Eventi in eccesso per 10 µg/m3 di PM10per milione di abitanti (F, CH, A)

Effetto sulla Salute

Rischio Relativo

Stima puntuale N. min. N. max.

Episodi di bronchite(bambini < 15 anni)

1,306 3.200 4.830

Giorni assenza dal lavoro (adulti > 20 anni)

1,094 208.400 281.000

Attacchi di asma (bambini < 15 anni)

1,044 2.330 2.600

Attacchi di asma (adulti > 15 anni)

1,039 6.190 6.370

(Kuenzli N. et al. The Lancet, September 2, 2000:795)

Health endpoints used for particulate matter health impact assessment (WHO 2001)

Cause

Mortality (adults aged > 30,excluding accidental causes)

Hospital admissions for CVD causesHospital admissions for respiratory

diseaseAcute bronchitis (aged < 15)Asthma exacerbation (aged < 15)Asthma exacerbation (aged > 15)Restricted activity days (aged >20)Occurrence of respiratory symptoms

Relative risk per 10 µg m-3 PM10 (95% CI)

1.043 (1.026-1.061)

1.009 (1.006-1.013)1.016 (1.013-1.020)

1.306 (1.135-1.502)1.051 (1.047-1.055)1.004 (1.0-1.008)1.094 (1.079-1.109)1.07 (1.02-1.11)

(Martuzzi et al. 2003,ERJ,21,S86)

PROSPETTIVE DI RICERCA

• Sono nuovi casi ? (Harvesting)

• Effetti del particolato più fine e ultra-fine

• Effetti cardiovascolari

0 10 20 3025

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

5 15

Coe

ffic

ien t

e d i

mo r

talit

à

Giorni trascorsi

Andamento della mortalità per l’effetto “spostamento temporale”

0 10 20 30 40-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Giorni

Eff

etto

Stima dell’andamento della mortalità giornaliera associataa PM10 in 10 città APHEA 2 nel corso di 40 giorni

Anticipazione o nuovi casi?

Zanobetti et al. 2003, EHP,111,1188:Conferma che gli effetti (morti cardiache e respiratorie) non sono soltanto anticipati di qualche giorno o settimana, ma permangono fino a 40 dì. No harvesting. APHEA-2.

TABLE 3 – Results for the combined estimated PM10 effect for the unrestricted models, with 20, 30, and 40 days of delay, using bootstrap methods

Unrestricteddistributedlag

20 lags

30 lags

40 lags

CVD

Percent 95% CI

1.34 0.89-1.79

1.72 1.20-2.25

1.97 1.38-2.55

Respiratory disease

Percent 95% CI

1.71 0.65-4.12

2.62 0.19-5.11

4.20 1.08-7.42

Increases are for a 10 µg/m3 increase in PM10

(Zanobetti et al. 2003, EHP,111,1188)

Concentrazione PM 2.5

• Misurazioni standardizzate in 29 città europee. Inverno 2000-2001

• Valori tra 5 – 69 µg/m3

• Risultati saranno utilizzati in ECRHS II (European Community Respiratory HealthSurvey)

(Hazenkamp von Arx et al. 2003, J Air Waste Manage. Ass. 2003, 53,617)

(Hazenkamp-von Arx et al. 2003)

Effetti cardiovascoloari

• Epidemiological studies consistently showed an increased cardiovascular mortality and increased rates of cardiovascular hospital admissions following acute episodes of urban pollution.

Effetti cardiovascolari

• The following changes in healthy adult subjects have been described:• increased plasma viscosity; • elevated reactive protein C;• heartbeat frequency alterations; • increased risk of implanted cardioverter-

defibrillator discharges (implying a response by the autonomous nervous system).

Un possibile meccanismo?I

• The particulate matter deposited in the airways elicits the release of inflammatory mediators capable of affecting the cardiac function and the coagulation process.

• Cytokines produced in the lungs are released in the circulation and exert extra-pulmonary effects

Un possibile meccanismo?II

• The smallest particles reach the blood stream from the alveolar space and directly affect the coagulation processes.

• Ultra-fine particles (< 100 nm) may translocate from the lung into the blood and promote thrombosis

Un possibile meccanismo?III

• Oxidative stress from particles could alter the sympathetic and parasympathetic tone thus affecting heart rate and heart rate variability

Effetti cardiovascolari.Recenti dati epidemiologici

• Alterazione della conduzione cardiaca (fattore di rischio cardiovascolare) per esposizione a PM2,5 e ozono a Ciudad Mexico .– Holguin et al. 2003, Epidemiology

• Ricoveri per infarto miocardico associati a livelli di inquinamento ambientale a Roma (aumento del 3,7% per 10 µg/m3 PM10), specialmente negli anziani con disturbi di conduzione e nella stagione calda– D’Ippoliti et al. 2003, Epidemiology

TABLE 3 – Association of Daily Hospital Admissions for Acute Myocardial Infarction With Quartiles of Air Pollutants at 0 to 2-day Lag

Quartiles

I *

II

III

IV

P for trend

TSP

OR 95% CI

1.0

1.048 0.9575-1.148

1.105 1.007-1.214

1.132 1.023-1.253

0.008

SO2

OR 95% CI

1.0

0.987 0.894-1.089

1.008 0.892-1.140

1.144 0.991-1.321

0.056

NO2

OR 95% CI

1.0

1.032 0.945-1.128

1.090 0.986-1.205

1.146 1.024-1.283

0.011

CO

OR 95% CI

1.0

1.048 0.952-1.153

1.072 0.956-1.202

1.123 0.986-1.279

0.084

(D’Ippoliti et al. 2003, Epidemiology, 14, 528)

effetti del particolato fine sulla salute. … · caratterizzazione chimica del particolato...

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