Maria Grazia Porpora

First Technical Workshop/National Meeting 

Project LIFE08 ENV/IT/000423 “WOMENBIOPOP”Linking Environment and Health:

a Country-based Human Biomonitoring Studyon Persistent Organic Pollutants in Women of Reproductive

AgeRoma, 8 - 9 novembre 2010

POPS, salute riproduttiva femminile

ed esposizione in utero

Maria Grazia Porpora, Eliana Fuggetta, Ludovica Imperiale, Serena Resta, Adele Ticino

DIPARTIMENTO DI SCIENZE GINECOLOGICHE E OSTETRICHE E SCIENZE UROLOGICHE

Maria Grazia Porpora

UOMINI: Disgenesa testicolare, anomalie del liquido seminale, criptorchidismo, ipospadia e cancro del testicoloDONNE: rischio di carcinoma della mammella, pubertà precoce, anomalie del ciclo, ridotta fertilità, poliabortività, endometriosi, PCO, fibromi uterini, menopausa precoce, patologie tiroidee(DDE,PCBs,PCDDs/Fs,PCP, Ftalati)

Anomalie dello sviluppo sessuale (DDT, Dieldrin, PCBs))

Riduzione numero di uova deposte, accoppiamento tra femmine, deformità dell’ embrione, subfertilità (DDE, PCBs, PCDDs/Fs, HCB)

Riduzione della fertilità, ermafroditismo, alterazione della differenziazione sessuale (Lindane, Endrin, PCP, DDT/DDE, HCB)

SpecieSpecie

Poliabortività, infertilità, PCO, cancro, malformazioni, disginesia testicolare nei figli maschi (PCBs,PCP,HCB, PCDDs/Fs, Ftalati)

Inquinanti persistenti e salute riproduttiva

Maria Grazia Porpora

Persistenti Diossine/furani, policlorobifenili,

eteri polibromobifenili, pesticidi organoclorurati,

piombo, composti perfluorurati

Non persistenti Erbicidi (e.g., atrazine), pesticidi

organofosfati, solventi quali il toluene, xilene,

Stirene e percloroetilene, metil mercurio, Ftalati, bisfenolo A, tabacco.

Inquinanti sospetti

4

“Interferenti endocrini” (Eds)*:

Influenzano il sistema endocrino agendo come antagonisti o

agonisti

“Immunotossici”: Agiscono direttamente o indirettamente sul sistema

immunitario (inibizione, disregolazione)

Interferenza con il sistema riproduttivo

* Definito dalla Commissione Europea come una sostanza esogena o una miscela di sostanze, che altera la funzione del sistema endocrino e di consequenza causa effetti dannosi sulla salute di un organismo, la sua progenie o subpopolazioni.

Possibili meccanismi coinvolti nel danno da tossici ambientali

5

Direttosimile ad una molecola

endogena

IndirettoRichiede la conversione

metabolica o interferisce con gli ormoni endogeni

Alterazione dei normali processi cellulari

Anormale crescita, funzione e morte cellulare

Meccanismo di azione degli EDs

Maria Grazia Porpora

Effetti Estrogenici–1.Alta potenza - farmaci

DES (dietilibestrolo) etinilestradiolo

–2.Media potenza- fitoestrogeni fitoestrogeni: isoflavoni e.g. genistein, daidzein,cumestani,

e.g.cumestrolo. lignani–3. Bassa potenza— agenti occupazionali o ambientali

Bisfenolo A Octilfenolo e nonifenolo pesticidi come clordecone, DDT, dieldrin, endosulphan, p,p-

metossicloro, taxafeneEffetti Antiandrogeni p, p’-DDE (il maggior metabolita del DDT)

ftalati, e.g. DBP, DEHP pesticidi, come linurano, procimidone, metaboliti del vinclozolino

VARI (estrogenico, anti estrogenico, antiandrogenico, antiprogesterone)

–Diossine, furani , PCBs, Pesticidi (HCH)

INTERFERENZA CON GLI ORMONI SESSUALI

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Gli Eds hanno minore affinità degli ormoni endogeni per i recettori

Necessarie concentrazioni fino a 100,000 volte maggiori degli ormoni endogeni per ottenere lo stesso effetto

L’esposizione è continua per il bioaccumulo nella catena alimentare

L’esposizione cronica bilancia la bassa affinità per i recettori

INTERFERENTI ENDOCRINI

Effetti su più organiPolimorfismi genici possono giustificare una diversa sensibilità individualeEsposizione a più POPs può determinare effetti diversi

Maria Grazia Porpora

ESPOSIZIONE A POPS: POSSIBILI EFFETTI SULLA SALUTE RIPRODUTTIVA FEMMINILE

Menarca precoce e Irregolarità mestruali Aborto spontaneoInfertilità e poliabortivitàEndometriosi Effetti sulla gravidanzaEffetti sul feto e nella vita postnatale

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“Diossine” e PCBs in vitro: Aumento attività delle metalloproteasi (MMPs) con maggiore invasività del tessuto endometriosico

Amplificazione dell’espressione genica di CYP1A1 nel tessuto endometriosico

PBDEs: attività antandrogenica PCDDs nel ratto: riduzione del peso dell’ovaio e blocco dell’ovulazione TCCD nel ratto: riduzione dell'espressione genica della 17-idrossilasi,Gamma-HCH: immonotossico, effetto estrogenico antiestrogenico e antiprogestinico

l’esposizione in utero a TCCD nel topo crea un fenotipo uterino resistente al progesterone ed è associata a infertilità e parto pretermine nell’età adulta

L' esposizione prenatale a BDE-99 nel ratto provoca oligospermia e alterazioni strutturali dell'ovaio in età adulta

L’esposizione in utero può modificare l’espressione genica che porterebbe alla manifestazione di malattie nell’adulto

Effetti “in vitro” e nell’animale dei POPs

(Kuil CW, 1998; Curry TEl, 2003; Windham , 2005; Bonfinger 2001; Wood , 2002; Ueh , 2003, 2005; Stoker 2005; Brunnberg, 2007: Gao , 1999; Petroff l, 2000, 2001; Valdez 2009; Pathak 2010))

(Bruner-Tran, 2010; Kuryama, 2005; Dolynay DC et al, 2007: Tang WY et al, 2007)

Maria Grazia Porpora

PCB, p,p’-DDE E HCB sono presenti nel fluido follicolare e potrebbero alterare lo sviluppo dell’ovocitaPCDDs e PCDF potrebbero esercitare un effetto stadio-specifico sullo sviluppo embrionale precoceAlti livelli di p,p'-DDE sono correlati ad una diminuzione progesterone durante la fase luteinicaIl p,p'-DDE stimola l’attività dell'aromatasi delle cellule della granulosa esercitando un effetto sinergico con l’FSHAlti livelli di p,p’ DDE nel siero e nel liquido follicolare sono associati a fallimento della fecondazione in vitro

PCBs, DDT, HBC e Riproduzione

(De Felip et al, 2001, Drbohlav et 2005; Meeker et al, 2009; Tsutsumi et al 1998; Younglay et al 2002; Windham et al. 2005; Youglay et al.2004)

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PCBs, p-p'DDE e fecondabilità

PCB153 e Fecondabilità

p,p’ DDE e Fecondabilità

ASSOCIAZIONE TRA FECONDABILITÀ E CONCENTRAZIONE SERICA DI PBDES

Kim G. Harley et al.2010

Harley KG, Marks AR, Chevrier J, Bradman A, Sjödin A, Eskenazi B.Environ Health Perspect. 2010

“TCDD e TIME TO PREGNANCY”

Epidemiology 2010;21: 224–231

Association Between Serum TCDD Levels and Time to Pregnancy for 278 women Who Tried to Become Pregnant After the Explosion

Association Between Serum TCDD Levels and Infertility Based on 285 WomenWho Tried to Become Pregnant After the Explosion

In uno studio caso-controllo non è stata riscontrata nessuna associazione significativa tra livelli di PCB, exaclorobenzene e DDE e aborto ricorrente (Sugiura-Ogasawara et al AJRI 2003)

% a

bove r

efe

ren

ce

Gerhard I. et al., Environ Health Perspect, 1998

Chlorinated hydrocarbon blood levels in 89 patients with repeated miscarriages

POLIABORTIVITA’ E POPs

Associazione significativa tra livelli di gamma-HCH e polabortività

16

E’ stato ipotizzato che l’esposizione a Diossine, dibenzofurani (PCDFs) e policlorobifenili (PCBS) e

pesticidi possa aumentare il rischio di endometriosi

1717

come intereferenti endocrini

come immunosoppressori

RUOLO DEI POPS NELL’ ENDOMETRIOSI

1818

STUDIO SOSTANZE DIAGNOSI CASICONTROLL

IETA’

PARITA’/

ALLATTAMENTO AL

SENO

ASSOCIAZIONE

Gerhard,

1992

Most abundant PCBs

GC-ECD

Laparoscopi

a

28 441 n.r. Mista Si

Mayani,

1997

2,3,7,8-TCDD

("dioxin”)GC-

ECD,GC/MS

Laparoscopi

a

44 35 27-40 ??? Si

Lebel,

1998

Most abundant PCBs

GC-ECD

Laparoscopi

a

86 70 18-50 Mista No

Pauwels,20

01

Dioxins, PCBs (CALUX) Laparoscopi

a

42 27 25-42 ??? No

Donnez,

2004

Most abundant PCBs

GC/HRMS

Laparoscopi

a

17 10 22-45 Mista Si

Buck Louis,

2005

Some PCBs

GC-ECD

Laparoscopi

a

32 52 18-40 Mista No

Heilier,

2005

PCDDs/Fs, DL-PCBs

GC-HRMS

Laparoscopi

a

50 21 23-38 Mista Si

Reddy,

2006

PCBs/phthalate

esters

Laparoscopi

a

85 135 30.6 Mista Si

Porpora

2006

PCBs Laparoscopia

40 40 18-40 no Si

Niskar,

2009

PCBs/DDE Laparoscopi

a solo per i

casi

60 64 20-45 no No

Simsa,

2010

dioxin-like

compounds (DLC)

Laparoscopi

a

96 106 20 -

40

??? SI

Inquinanti organoclorurati e endometriosi: studi caso-controllo

1919

STUDIO CASO - CONTROLLOSTUDIO CASO - CONTROLLO ISTITUTO SUPERIORE DI SANITA’ISTITUTO SUPERIORE DI SANITA’

DIPARTIMENTO DI GINECOLOGIA E OSTETRICIADIPARTIMENTO DI GINECOLOGIA E OSTETRICIAUniversita’ “ Universita’ “ SapienzaSapienza” Roma” Roma

STUDIO CASO - CONTROLLOSTUDIO CASO - CONTROLLO ISTITUTO SUPERIORE DI SANITA’ISTITUTO SUPERIORE DI SANITA’

DIPARTIMENTO DI GINECOLOGIA E OSTETRICIADIPARTIMENTO DI GINECOLOGIA E OSTETRICIAUniversita’ “ Universita’ “ SapienzaSapienza” Roma” Roma

Valutazione dei livelli ematici di

PCBs,diossine e pesticidi

organoclorurati

Valutazione di parametri immunologici

Valutazione di Fattori di suscettibilità individuale (polimorfismi genetici della GSTs)

160 donne in età riproduttiva (Range 18-40)Laparoscopia

Conferma istologica

Porpora MG et al. Environ Health Perspect 117:1070–1075 (2009)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Livelli serici di PCBs, HCB, p,p DDE

ControlControllili

casicasi

Dioxin-like PCBs: #118, 156 e 167Non dioxin-like PCBs: #138, 153, 170, 180

22

23

La relazione tra i diversi cibi e i livelli di PCBs e p,p’-DDE è stata valutata con un modello di regressione multivariata.

L’ assenza di significatività suggerisce che la DIETA non è la principale responsabile dei livelli di queste sostanze.

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Obiettivi dello studio Analisi di alcune funzioni immunitarie di donne con endometriosi con livelli ematici elevati di PCBs e p,p-DDE rispetto ad un gruppo di controlloAnalisi il possibile effetto “in vitro” di p,p-DDE, PCBs, e una miscela di sostanze su alcune funzioni immunologiche

Quaranta et al, Life Sciences 79 (2006) 491–498

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(p<0.05)

Ridotta attività citotossica delle NKRidotta attività citotossica delle NK ((measured against K562 target cells measured against K562 target cells at different E/T ratio)at different E/T ratio)

Nessuna differenza tra casi e controlli sulla risposta proliferativa e la produzione di immunoglobuline

RisultatiRisultati

P value

Cases Controls

p,p -DDE)′ 770 (550 310 (140) 0.021

PCB 118 31 (9.2) 12 (4.4) 0.00003

PCB 138 83 (42) 42 (18) 0.012

PCB 153 170 (86) 72 (28) 0.0054

PCB 180 50(21) 31 (20) 0.071

ΣPCBs 330 (130) 160 (66) 0.0022

Serum p,p′-DDE and PCB concentrations (ng/g, lipid base) in women with (cases) and without (controls) endometriosis

Mean ( DS)

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RisultatiRisultati

p<0.05

(A) Effect of in vitro 118, 138, 153, and 180 PCB congeners, p,p-DDE and MIX exposure on the PHA-induced proliferative response of normal human PBMC.(B) Effect of in vitro 118, 138, 153, and 180 PCB congeners, p,p-DDE and MIX exposure on NK-cell-mediated cytotoxic activity.

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•Attraverso la placenta, il feto riceve ossigeno, acqua, elettroliti, glicidi, lipidi, aminoacidi, vitamine, ormoni e anticorpi ed elimina anidride carbonica, acqua, prodotti del catabolismo ed ormoni.

• Il trasferimento delle sostanze può avvenire tramite diffusione semplice (O2, CO2 e urea), diffusione facilitata (glucosio e lattato), trasporto attivo, endocitosi, esocitosi.

I risultati dei principali studi indicano che la barriera placentare riduce solo parzialmente il trasporto al feto dei POPs esaminati. Alcuni componenti e/o metaboliti possono essere più concentrati nel compartimento fetale per il rallentato metabolismo e/o per la presenza di attività metabolica nel tessuto placentare (HCB, PCBs, PBDE ).I POPS sono presenti nel meconio, nel liquido amniotico e nel sangue del cordone ombelicale.

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Esposizione in utero a POPs

IL liquido amniotico prelevato durante amniocentesi rappresenta il campione biologico ottimale per quantificare l’esposizione in utero agli inquinanti persistenti (Octavio P.Luzardo et al. 2009)

Esiste una correlazione lineare tra livelli dei POPs (PCBs, pesticidi organoclorurati, PCDFS, diossine) nel sangue materno e in quello del cordone (Abballe A, et al 2008 , Murphy V, et al 2006)

1)Ritardo di crescita intrauterina2)Parto pretermine3)Basso peso alla nascita4)Piccolo per età gestazionale (SGA)5)Ridotta circonferenza cranica e lunghezza del

neonato. 6)Alla nascita: Malformazioni dell’ apparato genitale

(ipospadia, riduzione distanza ano genitale), diabete, patologie tiroidee, ipoacusia, disordini neurocomportamentali

7)Aumento di patologie durante l’accrescimento e nella vita adulta

EFFETTI SULLA GRAVIDANZA E SUL PRODOTTO DEL CONCEPIMENTO

Gli xenobiotici hanno un potente effetto tossico sul sistema immunitario, nervoso, endocrino e sull’apparato genitale

Fertil Steril 2008;

Fertil Steril 208;

EFFETTI SUL FETO E SUL NEONATO

SISTEMA IMMUNITARIO:asma e allergie, infezioni respiratorie ricorrenti, otite media, atrofia timo

SISTEMA NERVOSO: difficoltà di attenzione, apprendimento e memoria, povertà di linguaggio, ridotto QI, neuropatia periferica

SISTEMA ENDOCRINO: disfunzioni tiroidee, obesità infantile, irregolarità mestruali

APPARATO GENITALE: criptorchidismo, microspadia, ipospadia, fusione labiale, aumento distanza ano-genitale

Crinnion WJ. Maternal levels of xenobiotics that affect fetal development and childhood health. [Journal Article, Review]. Altern Med Rev 2009 Sep; 14(3):212-22.

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“Timing” e intensità di esposizione

Suscettibilità del tessuto bersaglio

Resistenza dell’ospite

L’effetto provocato da queste sostanze può variare in relazione al sesso e all’età

(Pryor et al., 2000; Hallgren and Darnerud, 2002).

FATTORI COINVOLTI NEGLI EFFETTI DEI TOSSICI AMBIENTALI

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E’ possibile che fattori genetici, quali mutazioni dei geni coinvolti nei processi di

detossificazione possano predisporre al

danno causato dall’esposizione ai POPs (Baranova et al, 1996; Baranova et al, 1997; Kennedy 1999, Liu 2006; Yang

2006;)

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Molti POPs interferiscono negativamente sulla salute riproduttiva

Meccanismi di azione ancora poco chiari

Diversa suscettibilità delle varie specie animali

I dati sugli animali possono essere fuorvianti

Fattori genetici responsabili della diversa suscettibilità individuale

Interazione gene- ambiente ancora da chiarire

Periodo di esposizione (feto-bambino adulto) e della dose

L’esposizione a più inquinanti (effetto additivo, sinergismo potenziamento o antagonismo)

L’esposizione intrauterina come fattore di rischio di patologie neonatali o nella vita adulta

Necessari studi clinici a longitudinali

Conclusioni e questioni aperte