Le microalghe dannose Valentina d Amelio Milena B runo Is titu to S u p e r io r e d i S a n ità

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1 Le microalghe dannose Valentina d Amelio Milena B runo Is titu to S u p e r io r e d i S a n ità

2 In tutto il mondo le tossine microalgali rappresentano un problema serio e ricorrente associato con i blooms (HABs). Tali blooms consistono di specie microalgali dannose che possono contaminare gli alimenti interessando la salute pubblica.

3 Effetti di rilievo Salute pubblica PSP, DSP, NSP, ASP, CFP, problemi respiratori ed irritazione della pelle, effetti neurologici, epatotossicità. Risorse naturali ed allevate Effetti emolitici, epatotossici, effetti sulla osmoregolazione ed altri aspecifici, ipossia, anossia, danni meccanici (da Zingone ed Enevoldsen, 2000)

4 Effetti di rilievo Turismo ed attività ricreative Produzione di schiume, mucillagini, colorazione delle acque e cattivo odore Impatto sugli ecosistemi costieri e salmastri Ipossia ed anossia, effetti negativi sulla alimentazione, riduzione della trasparenza delle acque, tossicità nei confronti degli animali.

5 Le biotossine algali Le tossine prodotte dalle microalghe tossiche sono accumulate dagli animali filtratori e poi raggiungono l uomo e gli altri animali attraverso la rete alimentare. La natura chimica delle tossine è molto varia Non si riducono significativamente dopo la cottura degli alimenti Non influenzano il gusto dell alimento stesso

6 Chi sono i responsabili della produzione di tossine? PSP Dinoflagellati: Alexandrium spp., P. bahamense var. compressum, Gymnodinium catenatum Cianobatteri: Anabaena circinalis DSP NSP ASP CFP AZP Dinoflagellati: Dinophysis spp., Prorocentrum spp. Dinoflagellati: Karenia brevis (= Gymnodinium breve) Diatomee: Pseudo-nitzschia spp., Nitzschia spp. Dinoflagellati: Gambierdiscus toxicus Dinoflagellati: Protoperidinium crassipes Allergie, problemi respiratori e irritazioni della pelle Dinoflagellati: Karenia brevis, Ostreopsis ovata Cianobatteri: Nodularia spumigena Epatossicità Cianobatteri: Microcystis aeruginosa, Nodularia spumigena

7 Negli ultimi anni c è stato un incremento dei fenomeni HABs (Anderson, 1989; Smayda, 1990; Hallegraeff, 1991) a causa di: Maggiore dispersione delle specie HABs attraverso le correnti, uragani ed altri fenomeni naturali Incremento dei nutrienti nelle acque costiere legato alle attività umane Aumento delle attività di acquacoltura Trasporto e dispersione delle specie HABs mediante le acque di stiva delle navi Variazioni climatiche a lungo termine Miglioramento delle metodologie scientifiche e delle attività di monitoraggio nella detenzione delle specie HABs.

8 CARATTERISTICHE DELLE PIU' COMUNI TOSSINE ALGALI D'ACQUA DOLCE MICROCISTINE NODULARINE ANATOSSINE-A ANATOSSINE-(A) S SAXITOSSINE Peptidi ciclici non ribosomiali inibitori delle proteinfosfatasi 1, 2A, 3C epatotossici, cancerogeni, distruttori endocrini Alcaloidi ammine secondarie mimicano l'effetto acetilcolina agendo come depolarizzanti postsinaptici e quindi bloccanti neuromuscolari Estere fosfato della N-idrossiguanina ciclica anticolinesterasi irreversibile Alcaloidi carbammati neurotossici (composti guanidici eterociclici) bloccano la conduzione dei canali Na+ delle cellule nervose. Soggette a magnificazione biologica. Possono provocare arresto respiratorio Alcaloidi guanidinici ciclici CILINDROSPERMOPSINE

9 Diffusione di fioriture tossiche d acqua dolce in Italia

10 MICROCISTINE: ATTIVITA' MORTALE SULL'UOMO DA INTOSSICAZIONE ACUTA Consumo di acqua contaminata da fioriture tossiche, causate in Brasile dall'eutrofizzazione dell'invaso creato dalla diga di Itaparica (Bahia): casi di gastroenterite, di cui 88 mortali (vecchi, bambini, adulti defedati) Uso di acqua contaminata nel liquido di dialisi dell'ospedale di Caruaru (Pernambuco): 117 casi di gastroenterite, di cui 50 mortali STIMA DEL LIVELLO DI SICUREZZA: Effetto acuto : 0,84 µg/l per 2 litri di acqua Effetto cronico : 0,01 µg/l

11 ATTIVITA' TUMORIGENA (TPA) DELLE MICROCISTINE Attraverso l'attività inibente delle proteinfosfatasi per mezzo di dosi subacute, si ottiene l attivazione di specifici oncogeni che inducono la proliferazione cellulare, senza regolazione Combinata all'azione di un mutageno, o da sola, questa attività può promuovere lo sviluppo di ulteriori alterazioni neoplastiche, accellerando la crescita tumorale

12 Alcune zone critiche : DISTRETTO DI QI-DONG (CINA) L incidenza di carcinoma epatico è 8 volte superiore a quella di zone ove viene consumata acqua di pozzo e non di stagni o laghetti FLORIDA aumentato rischo di carcinoma epatico primario per acqua proveniente da acquedotti non trattati CITTA' DI HAINING (CINA) Incidenza di cancro colon rettale 7 volte superiore per consumo di acqua da fiume o da lago rispetto a quella da rubinetto o da pozzo

13 INFLUENZA SUL SISTEMA ENDOCRINO Raddoppiano il rilascio di insulina nelle cellule RINm5F di ratto Dereprimono la sintesi di progesterone nelle cellule del corpo luteo di ratto Diminuiscono la produzione di aldosterone nelle cellule ZG della cortex di ratto Diminuiscono l'assorbimento di ferro nei reticolociti di coniglio Causano aumento fino al 28% della aderenza primaria nei leucociti polimorfonucleati di uomo, deprimendo l'attività immunitaria Causano apoptosi nei linfociti umani

14 EFFETTI DELLE MICROCISTINE SUI PESCI VIE DI CONTAMINAZIONE: Ingestione e assorbimento attraverso l epitelio branchiale [Ernst et al., 2006]. ORGANI BERSAGLIO ED EFFETTI: FEGATO, RENI, BRANCHIE. Patologie causate dall inibizione delle PP, effetti sullo svilupppo degli stadi giovanili e cambiamenti nel comportamento (Malbrouck and Kestermont, 2006) (Baganz et al., 2004)

15 La tossicità delle MCST nei pesci dipende dal bilancio tra accumulo e metabolismo e la capacità di detossifizione per mezzo della via glutatione-s-transferasi è specie-specifica, così come la sensibilità alla tossina. [ Cazenave et al., 2006 ]. Recenti studi hanno rilevato concentrazioni di microcistine pari a µg/kg [Tilapia rendalli, Magalhaes et al., 2001 ], 102 µg/kg [Oreochromis niloticus, Mohamed et al., 2003 ], 96.5 µg/kg [Hypophthalmichthys molitrix, Chen et al., 2006 ] e 28 µg/kg [Oncorhynchus mykiss, Wood et al., 2006 ] nel tessuto muscolare di pesci esposti a fioriture tossiche (WHO TDI 0.04 µg/kg /day). Questo indica che anche il consumo del tessuto muscolare di pesci contaminati può costituire un rischio per la salute umana.

16 Quantità di microcistine nei pesci del Lago di Vico nel (fino a ng/g)

17 Contenuto di microcistine (ng/g) in acqua ed estratti da tessuti ittici di varie specie del lago di Vico s1 Marzo ,21 Giugno ,99 Gennaio , ,5 1,37 39,19 2 <0,16 1,05 0,76 2 3,68 19, LAGODI VICO Coregonus lavaretu muscolo Coregonus lavaretus visceri Coregonus lavaretus muscolo Coregonus lavaretus visceri Coregonus lavaretus muscolo Coregonus lavaretus visceri Coregonus lavaretus muscolo Coregonus lavaretus visceri Lepomis gibbosus 1 muscolo Lepomis gibbosus 2 muscolo Esox lucius muscolo Tinca tinca 1 muscolo Tinca tinca 1 visceri Tinca tinca 2 muscolo Tinca tinca 2 visceri Tinca tinca 3 muscolo Tinca tinca 3 visceri Acqua Fogliano Acqua Renari Acqua Bella Venere Acqua Fondo Cencio Acqua Riva Azzurra Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno 0,85 2,58 1,99 1,68 0,71 39,53 7,7 7,7 4,3 2,53 1,01 1,45 1,42 <0,1 3,16 42,17 6,96 11,03 25,4 2,97 0,80 <0,1 2,43 1,906 0,497 1,35 <0,1 1,84 18,01 43,2 10,46 8,58 5,94 3,33 2,19 Uova 2,14 28,57 Novembre 4 0,33 4 2,41 0,83 1,40 1,24 2,53 23,47 1,33 7,1 2 26,6 1,42 2,9 1,6 1, ,38 0,42 <0,1 <0,1 <0,1 53 campioni di tessuto ittico analizzati: 3 (5,6 %) negativi. Valori da 0,31 a 39,19 ng di microcistine /g di tessuto fresco. Valori nel tessuto muscolare (specificamente soggetto a consumo umano), da 0,21 a 26,56 ng/g di tessuto fresco

18 Alcune indicazioni Porzioni di pesce generalmente ingerite da un essere umano adulto di circa 70 kg : g (Magalhaes et al., 2003; Mohamed et al., 2003). Linee guida per rischio acuto e cronico proposte da EPA: 0,003 µg microcistine/kg di peso corporeo/ giorno (2006) Vecchio limite acuto OMS : 0.04 µg microcistine/kg di peso corporeo/ giorno (Chorus e Bartram, 1999); attuale parere commissione IARC possibili cancerogeni umani (Grosse et al., 2006) 32% dei campioni esaminati eccede la soglia di consumo consigliata (fino a 38 volte in più).

19 Cilindrospermopsina Alcaloide a struttura guanidica triciclica combinata con un idrossimetiluracile, prodotta da Aphanizomenon, Umezakia, Cylindrospermopsis, Anabaena e Raphidiopsis. Agisce inibendo la sintesi del glutatione ridotto endocellulare, causando gravi epatoenteriti per necrosi nelle porzioni centrilobulari dei lobuli epatici. Nel topo La LD 50 (24 h)della tossina e 2.1 µg/kg dopo inoculo intraperitoneale. I sintomi sono: ingrossamento epatico, anoressia, vomito ed emicrania. Il trattamento e solo sintomatico. Durante la fioritura gran parte della tossina è in forma disciolta e può accumularsi nei pesci. (P.Gallo et al. Rapid communications in mass spectrometry, 2009 vol 23, 20 pp )

20 CARATTERISTICHE DELLE PIU' COMUNI TOSSINE ALGALI MARINE DINOFISITOSSINE Acidi grassi a lunga catena-c, inibitori delle proteinfosfatasi 1, 2a e (acido ocadaico,dtx-1,2,3) 2b.Polieteri ciclici (LD mg/kg) con effetti neurologici e DSP cardiologici. Prodotte dai generi Dinophysis e Prorocentrum. Effetti YESSOTOSSINE acuti: vomito, diarrea, nausea,collasso. LOAEL 0,8 pg/kg PECTENOTOSSINE Macrolidi (lattoni polieterici) Non diarreogeniche, causano riduzione di numero e perdita di struttura dei microtubuli cellulari negli epatociti di topo. Prodotte dal dinoflagellato Protoceratium reticulatum SAXITOSSINE o PSP (Paralytic Shellfish Poisoning) Alcaloidi carbammati neurotossici (LD µg/kg) bloccano la conduzione dei canali Na+ delle cellule nervose. Prodotte da Pirrofite (genere Alexandrium). Soggette a magnificazione biologica. Possono provocare arresto respiratorio.limite: 80µg/100 g moll. BREVETOSSINE o NSP (Neurotoxic Shellfish Poisoning) Prodotte dal dinoflagellato Ptychodiscus brevis. Sono polieteri ciclici neurotossici che producono una ripetuta attivazione dell assone nervoso, causando depolarizzazione della muscolatura liscia di trachea e bronchi. Provocano tosse secca e asma per inalazione di aerosol. Causano anche morie ittiche a causa dell accumulo nei bivalvi ACIDO DOMOICO o ASP (Amnesic Shellfish Poisoning) Si lega ai neuroni cerebrali (soprattutto dell Ippocampo) interferendo con la trasmissione dei segnali nervosi, causando perdita della memoria a breve termine o morte. CIGUATOSSINE Prodotte da Gamberdiscus toxicus. Sono polieteri ciclici neurotossici che producono una ripetuta attivazione dell assone nervoso. Soggette a magnificazione biologica Prodotte d aostreopsis sp. Si combinano alla ATPasi-Na, K di cui

21 Comunemente le biotossine marine sono divise in Idro e liposolubili 1) Tossine idrosolubili PSP (Paralytic Shellfish Poisoning) Alexandrium minutum Alexandrium catenella ASP (Amnesie Shellfish Poisoning) Pseudo-nítzschía pungens TTX (Sindrome neurotossica da pesce palla) Víbrío Bacillus Moraxella

22 2) Tossine liposolubili DSP (diarrhetic Shellfish Poisoning) Prorocentrum lima Dinophysis fortii NSP (Neurotoxic Shellfish Poisoning) Gymnodinium breve Ciguatera o CFP Gambierdiscus toxicus

23 Sotto il profilo tossicologico Il consumo dei molluschi bivalvi (FAO/WHO/IOC Expert Consultation,2004) è considerato a carattere saltuario, conseguentemente gli effetti dannosi che eventuali biotossine, contenute nell'alimento, hanno sulla salute umana sono da considerarsi come una tossicità acuta. In questa situazione, il parametro adatto da impiegare nella valutazione del rischio è la Dose Acuta di Riferimento (ARfD) definita come "Valutazione della quantità di una sostanza in un alimento, espressa normalmente in milligrammi per kg di peso corporeo (60 kg di p.c.) che può essere ingerita in un periodo di 24 ore o meno (un pasto) senza rischio apprezzabile per la salute del consumatore, in base a tutti i fatti conosciuti al tempo della valutazione".

24 Per la valutazione del rischio e per definire limiti delle varie biotossine è importante stabilire la quantità di alimento che può essere ingerita nelle 24 ore. Nel passato il calcolo dei limiti si è basato su un consumo giornaliero di 100 g di parte edibile (p.e.). Recenti indagini presso i consumatori europei hanno evidenziato che in un pasto i molluschi bivalvi ingeriti possono raggiungere anche i 380 g di p.e. Il 97,5% della popolazione, comunque, non va oltre il consumo, in 24 ore o in un pasto, di 250 g di p.e. di molluschi bivalvi. L'EFSA (Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare) ha proposto nel novembre 2007 di utilizzare come dose giornaliera, per il calcolo dei nuovi limiti, 400 g di parte edibile (molluschi bivalvi).

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26 CIGUATERA intossicazione alimentare comune per ingestione di alcuni tipi di pesce di medio grandi dimensioni quali aguglia, pesce vela, barracuda, dorado, peto, coronado, cubera e specie semipelagiche che in zona tropicale o subtropicale accumulano nella catena alimentare tossine (ciguatossina 1, maitotoxina, escaritoxina, palitoxina, ecc. ) presenti in alghe dinoflagellate di cui si cibano i pesci Ne sono denunciati casi l anno e la mortalità è dall 1% al 5%. La LD 50 su topo è di 0,25-4 μg/kg peso Si ritiene che in zona tropicale ogni pesce carnivoro del peso di oltre 2 Kg sia a rischio La quasi totalità dei pesci di laguna è suscettibile di essere tossica mentre i pesci d alto mare (tonni, mahi mahi,bonitos) non sono mai tossici

27 È stato osservato che diverse perturbazioni naturali (cicloni, tsunami, forti piogge stagionali) o interventi dell uomo (lavori sottomarini, immersioni di materiali) favoriscono la proliferazione di alghe Le ciguatossine, prodotte in assai piccola quantità dalle dinoflagellate, sono ingerite dai pesci erbivori e si concentrano nei loro tessuti. Si accumulano poi soprattutto nel cervello, fegato e gonadi dei pesci carnivori che a loro volta si nutrono dei pesci erbivori. L uomo si ammala quando consuma una certa dose di tossine che supera la soglia di tolléranza. (LOAEL 1.75ng/kg: ARfD 0,175 ng/kg p.c. (64,2 ng/persona)

28 SINTOMI Si presentano generalmente da due a dodici ore dopo il pasto : - sensazione di intorpidimento intorno alle labbra ed al naso - formicolio delle mani e dei piedi - sensazione di bruciore al contatto con l'acqua fredda - forti dolori muscolari ed articolari - mal di testa, stanchezza, sudore - nausea, vomito, diarrea, coliche addominali - arrossamenti prurito e polso rallentato con temperatura normale Vertigini o sensazioni di perdita di equilibrio Febbre alta Sensazione di sapore metallico Ipotensione arteriosa Altri sintomi: esacerbazione di acne scialorrea, fotofobia, oftalmoplegía, agitazióne, delirio, parálisi di múscoli facciali, spasticità musculare, iporiflessia, lesioni cutanee, caduta di capelli,desquamazione della pelle, sintomi respiratori

29 IN ITALIA: E stata rilevata a Gaeta, Bari e nel golfo di Trieste La specie algale Ostreopsis ovata che può produrre tossine (palitossine) responsabili di una patologia assimilabile alla Ciguatera Le potenziali vie di penetrazione della tossina nell organismo umano sono rappresentate dal sistema gastro-enterico per ingestione, e dall apparato respiratorio per inalazione. Si tratta di una neurointossicazione che può causare moria di pesci e che si manifesta con vertigini, febbre alta, dilatazione delle pupille, tosse, irritazione delle vie respiratorie e dissenteria ed è provocata dall ingestione di organismi a loro volta intossicati sia cotti sia crudi, visto che le tossine termostabili non vengono distrutte dalla cottura del cibo.

30 L Ostreopsis ovata è una microalga epifita (che si struttura al di sopra di altre alghe) bentonica della classe delle Dinoficeae, distribuita essenzialmente nelle aree subtropicali e tropicali. L eutrofizzazione delle acque costiere da parte di Ostreopsis ovata è associata ad una maggiore pressione antropica, con la conseguente massiccia disponibilità di composti azotati e fosforici, uno scarso dinamismo dell acqua e condizioni meteoclimatiche favorevoli caratterizzate da un elevato irraggiamento solare con acqua a temperature di C.

31 Quando si verifica una fioritura di Ostreopsis ovata è possibile notare in superficie alghe di colorazione anomala e talvolta chiazze schiumose biancastre e marroni. Sott acqua l alga può manifestarsi come una pellicola bruna che avvolge gli scogli o i sassi

32 In Italia, dal 1998 ad oggi, sono state rilevate massicce proliferazioni di Ostreopsis distribuite lungo i litorali adriatico e tirrenico Tra i siti dove sono avvenuti i fenomeni di intossicazione umana per aerosol attribuiti ad Ostreopsis ovata in fioritura, il caso più evidente si è verificato nell estate del 2005 a Genova dove persone che avevano soggiornato in riva al mare senza immergersi in acqua, sono ricorse a cure ospedaliere per sintomi quali: febbre, tosse, dispnea, cefalea, nausea, rinorrea, congiuntivite, vomito e dermatite

33 Segnalazioni di malesseri causati da O. ovata

34 Ad oggi, in Italia, non sono ancora stati osservati effetti sulla salute dovuti all ingestione di prodotti ittici contaminati dalle tossine prodotte da Ostreopsis ovata, né vi sono evidenze di patologie sistemiche associate all ingestione involontaria di acque interessate dalla presenza di microalghe tossiche marine. Il potenziale rischio per la salute umana legato al consumo alimentare di prodotti ittici contaminati da palitossina, tuttavia, alla luce degli effetti anche gravi descritti dalla letteratura internazionale in altre aree geografiche, merita una attenta valutazione da parte delle autorità sanitarie.

35 Infine le saxitossine o PSP Le STXs sono state trovata in molluschi bivalvi in: Africa, Asia, Europa, Nord e Sud america, Oceania. Studiata in cani e gatti, la STX ha un tempo di dimezzamento di ore. La fonte principale di escrezione sono le urine. Tuttavia i dati sul metabolismo umano della STX sono molto scarsi. Alcaloidi carbammati neurotossici bloccano la conduzione nervosa bloccando il flusso deglio ioni Na+ delle cellule. Prodotte da Pirrofite (genere Alexandrium). La tossicità acuta (LD50) in topo per via i.v. è di 2,43,4 pg/kg; per i.p. 9,0-11,6 pg/kg; per os pg/kg

36 Effetto acuto dopo 5-30 minuti formicolio delle labbra, paralisi facciale, formicolio alle estremità di mani e piedi e nei casi più gravi paralisi degli arti, blocco del diaframma, paralisi respiratoria e morte entro 24 h dall ingestione. La LD50 nei topi di g di peso è di 10 µg/kg. La dose letale per gli umani adulti è di 1-2 mg per via orale. Il limite ammesso in Italia è di 80 µg/100 g di mollusco. La sindrome PSP deve essere immediatamente trattata ai primi sintomi. Opportuni immediati lavaggi gastrici e l'utilizzo di soluzioni alcaline, che inattivano la tossina, che sarà poi eliminata attraverso le urine. Non esiste nessun antidoto.

37 I casi eclatanti enezuela 1977 : persone intossicate 256 con 10 casi mortali uatemala 1987 : persone intossicate 187 con 26 casi mortali atagonia 2002: due pescatori morti in 4 ore per aver mangiato 7-8 Mitili

38 PSP: aree ad alto rischio potenziale