Enzo Funari e Emanuela Testai

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1 I CIANOBATTERI POTENZIALMENTE TOSSICI: IMPLICAZIONI SANITARIE E GESTIONE DEL RISCHIO Rischio sanitario associato a fioriture di cianobatteri potenzialmente tossici Enzo Funari e Emanuela Testai Istituto Superiore di Sanità Roma Dipartimento Ambiente e Connessa Prevenzione Primaria

2 Scopo del Convegno Presentare lo stato delle conoscenze scientifiche nel settore della valutazione (in parte gestione) del rischio associato alla presenza dei cianobatteri negli ambienti acquatici.

3 Contesto Dipartimento AMPP: elaborazione pareri, partecipazione a commissioni, gruppi di lavoro, riunioni. Attività di ricerca in alcune situazioni territoriali Consultazione della letteratura scientifica aperta e grigia

4 Contesto Esame della letteratura scientifica: numerosissimi articoli, alcune rassegne anche recenti sui vari aspetti. Valutazione del rischio: carente forse per il background degli esperti maggiormente impegnati finora nella problematica (microbiologici e chimici). E.Funari and E.Testai. Human health risk assessment associated to cyanotoxin exposure. Critical Review in Toxicology (in stampa)

5 Comunicazioni Rapporto Istisan in elaborazione sulla base delle relazioni del Convegno Sito del Dipartimento, novità tra le aree tematiche: qualità degli ambienti acquatici. Portale acque del Ministero della Salute (Liana Gramaccioni) Linee guida su O.ovata (anticipazione sul sito del Ministero)

6 Indirizzi utili Ambiente e connessa prevenzione primaria Tematiche Qualità ambienti acquatici /Meccanismi di tossicità Linee guida Gestione del rischio associato alle fioriture di Ostreopsis ovata nelle coste italiane oni_641_allegato.pdf

7 Contesto Problematica in tumultuoso sviluppo di conoscenze scientifiche (Congresso di Rio de Janeiro del 2007). Valutazioni del rischio sanitario: OMS 2003, 2004, IARC 2006 Normativa estremamente carente, ma con alcuni sviluppi recenti

8 Cianobatteri Gruppo di procarioti che occupano ambienti molto diversi. Origine: 2.5 miliardi di anni Tutti sono microrganismi fotoautrofici Molti possono crescere come eterotrofi, utilizzando la luce come fonte energetica e i composti organici come fonte di carbonio.

9 Cianobatteri Contribuiscono alla fissazione dell azoto atmosferico: ruolo positivo per gli ecosistemi e importanza del fosforo come macronutriente.

10 Problemi cianobatteri In condizioni favorevoli (disponibilità di nutrienti, determinate condizioni ambientali) possono raggiungere densità molto elevate e formare fioriture e schiume Molte specie producono tossine Sono stati inclusi tra i microrganismi patogeni emergenti dall OECD

11 Fioriture di cianobatteri In condizioni ottimali, le fioriture si formano in circa 2 giorni e persistono per circa 5-7 giorni

12 Effetti sugli animali Bovini, pecore, maiali, cani, gatti, oche, anatre, tacchini e polli sono risultati gli animali di allevamento e domestici più colpiti. Tra gli animali selvatici, sono stati riportati casi di avvelenamenti mortali di api, pesci, tartarughe, serpenti, anfibi, uccelli acquatici, pipistrelli, roditori, zebre e rinoceronti

13 Causa di morte : Morie di animali intossicazioni epatiche acute dovute al consumo di acque interessate da fioriture di cianobatteri appartenenti principalmente ai generi Microcystis, Nodularia e Planktothrix. neurotossicità acuta con blocco respiratorio dovuto a fioriture di cianobatteri appartenenti ai generi Anabaena, Aphanizomenon e Planktothrix.

14 Effetti su animali Sensibilità: mucche, maiali e cani, poi uccelli e infine pesci

15 Produzione di cianotossine Stessa specie di cianobatteri: associata a fioriture tossiche e non tossiche MCs: la tossicità di un ceppo dipende dalla presenza di un gene che codifica per la produzione della tossina. Le popolazioni naturali sono generalmente costituite da cianobatteri con entrambi i genotipi.

16 Produzione di cianotossine MCs : proporzionale alla velocità di crescita; MCs intracellulari in M. aeruginosa: piuttosto costanti (2-3 volte) Variabilità nella concentrazione di MC: dinamiche della popolazione, condizioni ambientali (luce, età della cultura, temperatura, ph, nutrienti, ecc.).

17 Contenuto intracellulare e extracellulare Contenuto intracellulare MC: generalmente più elevato (molto) di MC disciolte in acqua CYN: frequentemente rilevata a livelli più elevati disciolta in acqua; Decadimento di una fioritura, o trattamento con algicidi: rilascio nell acqua di grandi quantità di cianotossine. Presenza elevata di cianotossine disciolte: in genere breve durata per la forte diluizione, adsorbimento ai sedimenti, (bio)degradazione.

18 Destino nelle acque superficiali Trasporto lungo la catena trofica. Pochi dati sul flusso lungo la catena trofica. E noto che le MC accumulano nello zooplankton, dove sono state rilevate fino a livelli di mg/g d.w. Rilevate nei pesci non soltanto erbivori.

19 Destino nell ambiente acquatico: degradazione MC e NOD: altamente stabili alle alte temperature (fino a 100 C), a ph estremi, resistono alla idrolisi chimica e alla ossidazione. MC: degradazione in ambiente acquatico principalmente dovuta a reazioni enzimatiche da parte dei batteri. Fotolisi e adsorbimento a particelle e sedimenti contribuiscono solo marginalmente. MC possono persistere per periodi relativamente lunghi ( 1 giorni- 2/3 mesi e fino a 6 mesi nelle schiume secche)

20 Destino nell ambiente acquatico CYN: chimicamente stabile alla luce, alle alte temperature e in un ampio range di ph. Sono state riportate DT50 di giorni. Anatossina-a e omoanatossina-a: degradano rapidamente alla luce per reazioni fotochimiche favorite da condizioni alcaline. In condizioni normali di fotoperiodo e ph, DT50 fino a 14 giorni. Anatossina-a: DT50 di 1-2 ore in condizioni di elevata intensità luminosa Anatossina-a (s): piuttosto instabile, inattivata alle alte temperature (>40 C) e in condizioni alcaline. STXs: estremamente stabili anche a temperature elevate e a vari ph.

21 Livelli nelle acque superficiali Livelli particolarmente elevati vengono rilevati nelle fioriture e nelle schiume. I livelli di cianotossine nelle acque dipendono fortemente dalla composizione del campione e dalla presenza in esso di questo materiale. MC: Germania: mg/l, fino a 0.35 mg/l. Tossine disciolte a livelli molto inferiori, ma valori massimi fino ad alcune centinaia, con un picco di 1,800 µg/l Brasile: MC disciolta oltre 0.1 mg/l. Australia, in 160 acque superficiali usate per scopo potabile, MC-LR rilevata nel 70% dei casi a livelli fino ad 1 µg/l. CYN: Australia: mg/l, in un corpo idrico fino a 589 mg/l

22 Livelli nelle acque superficiali I livelli più elevati si riscontrano in schiume o accumuli densi Livelli di MC più elevati di 1 mg/l in Germania, fino a 24 mg/l ; mg/l in Giappone. Anatossina-a (S): circa 3.3 mg/l..

23 Livelli negli alimenti Le cianotossine possono essere presenti negli organismi acquatici, in prodotti agricoli, in integratori alimentari. Prodotti ittici: concentrazioni massime di microcistine nelle parti eduli rispettivamente di pesci, nei crostacei e nei mitili: 300, 2700 e μg/kg (Dietrich and Hoeger, 2005)

24 Cianotossine negli alimenti Prodotti vegetali: incertezze ma livelli elevati di microcistine inibiscono la crescita delle piantine Integratori alimentari: consumi anche relativamente elevati, fino a 20 g al giorno (Dietrich and Hoeger, 2005). L assunzione è strettamente dipendente da scelte individuali e può difficilmente essere controllata per la valutazione della esposizione. Alcuni studi hanno evidenziato recentemente che tali integratori sono contaminanti da MC-LR, con livelli variabili fino ad un massimo di 35 µg/g (Dietrich and Hoeger, 2005), con una percentuale elevata di campioni con livelli superiori a 1 µg/g di peso secco (Dietrich and Hoeger, 2005)...

25 Cianotossine negli alimenti In bovini dopo somministrazione di estratti di Microcystis : non sono presenti residui di microcistine nei muscoli degli animali trattati. non si verifica passaggio delle microcistine nel latte prodotto

26 Esposizione umana a cianobatteri e cianotossine Orale : ingestione di acqua potabile, acqua durante attività di balneazione, alimenti (organismi acquatici), suplementi alimentari (con cianobatteri liofilizzati) Inalazione di aerosols durante attività ricreative, doccia, attività professionali Contatto cutaneo durante attività ricreative,docce, etc. Emodialisi

27 Dati epidemiologici Emodialisi Le acque superficiali utilizzate per emodialisi: importante rischio per i pazienti. Elevata dose interna dovuta all immissione diretta nel circolo sanguigno

28 Emodialisi L episodio più importante è stato riportato in Brasile, dove sono deceduti 56 pazienti dei 130 sottoposti a emodialisi con acqua risultata poi contaminata da microcistine.

29 Effetti sull uomo : acqua potabile I livelli di cianotossine nelle acque potabili dipendono dalle concentrazioni nelle acque grezze e dall efficacia dei sistemi di potabilizzazione. La presenza di cianotossine nelle acque potabili è stata associata ad effetti a breve termine e a lungo termine.

30 Acqua potabile Gli effetti a breve termine sono associati all esposizione a livelli relativamente elevati di cianotossine dovuti al decadimento naturale di una fioritura o all uso di agenti in grado di causare la lisi cellulare. Gradiente tra paesi e all interno dei paesi

31 Effetti a breve termine acqua potabile Brasile: epidemia attribuita a cianotossine nell acqua potabile, immensa fioritura di cianobatteri. In 42 giorni: 2,000 casi di gastroenteriti e 88 decessi. I generi Anabaena e Microcystis ad elevati livelli nell acqua grezza. Australia: grave epidemia (uso di solfato di rame per abbattere una fioritura di cianobatteri). In una settimana: 140 bambini e 10 adulti furono ospedalizzati. Cylindrospermopis raciborskii fu identificata come agente eziologico. Effetti a carico di fegato e reni. Dopo adeguato trattamento tutti I pazienti recuperarono. Sono stati riportati altri episodi di gastroenteriti e danni al fegato.

32 Effetti a breve termine acqua potabile Sono stati riportati 26 casi di intossicazione, a seguito del consumo di acqua di origine superficiale e piovana interessata da una fioritura di Anabaena, che hanno dato luogo a malattie cutanee e sintomi multipli sistemici. Sistemi appropriati di potabilizzazione dell acqua sono in grado di rimuovere più del 99% delle cellule di cianobatteri e delle tossine disciolte

33 Effetti a lungo termine Difficili da dimostrare; Le informazioni dagli studi epidemiologici sono scarse e inconcludenti (ad esempio, non è stato chiaramente dimostrato che le cianotossine fossero la reale causa degli effetti osservati, ma la più probabile). In Cina: elevata incidenza di tumori epatici in una popolazione associata con il consumo di acque contenenti MCs (Ueno et al., 1996). Bassa validità dei risultati: Fattori confondenti: Acque di qualità estremamente scarsa (contaminata anche da altri agenti chimici e microbiologici); Consumo concomitante di alimenti contaminati da aflatossina B1, un noto cancerogeno del fegato.

34 Effetti a lungo termine Non è stato possibile raggiungere conclusioni da due studi ecologici in Florida (USA) su una possibile associazione tra tumori epatici e colorettali e consumo di acqua contaminata potenzialemnte da cianotossine (Fleming et al., 2001; 2002). Alla luce della qualità dei dati epidemiologici disponibili la IARC (2006) ha concluso che non è possibile associare l eccesso di rischio di carcinoma epatocellulare e di tumore colorettale specificamente all esposizione a MCs.

35 Studi epidemiologici: Acque di balneazione In aree con fioriture transitorie: no esposizione a lungo termine In aree con fioriture persistenti: possibilità di esposizione cronica

36 Acque di balneazione Unico caso di decesso associato a posteriori da un coroner negli Stati Uniti ad esposizione ad anatoxin-a. Un ragazzo avrebbe ingerito involontariamente anatoxin-a in uno stagno di un campo da golf (la tossina era stata rilevata nel fegato). Tuttavia incertezze, soprattutto in relazione al lungo tempo di latenza tra esposizione e decesso (circa 48 hours), inconsistente con i tempi nettamente inferiori osservati negli animali (Stewart et al., 2006b).

37 Acque di balneazione In alcuni studi sono stati riportati effetti sui bagnanti quali forti emicranie, polmoniti, febbre, mialgia, vertigini, formazione di vescicole (Dillenberg and Dehnel, 1960; Carmichael et al., 1985; Stewart et al., 2006c, Turner et al., 1990). In un episodio: 10 su 20 soldati esposti ad un intensa, prolungata attività di nuoto e canottaggio in un invaso infestato da una fioritura di Microcistis, riportarono sintomi respiratori, inclusi due casi di polmonite (Turner et al.,1990).

38 Acque di balneazione Reazioni allergiche : riportati alcuni casi (Stewart et al., 2006b). Effetti cutanei, riniti, congiuntiviti, asma, urticaria (probabilmente dovuti a reazioni allergiche ) Questi effetti sono consistenti con le reazioni infiammatorie attribuite alle endotossine LPS dei cianobatteri, ma possibile ruolo dei batteri D altra parte nelle acque di balneazione sono presenti composti organici ( aldeidi, terpenoidi, chetoni, ecc.) che hanno proprietà irritative e sensibilizzanti.

39 Dati epidemiologici Supplementi alimentari BGAS: popolari ora anche nei paesi occidentali, nel passato in Cina e in Africa (Carmichael et al., 2000). Ottenuti soprattutto da Spirulina spp.e Aphanizomenon flosaquae. Vengono venduti per I loro presunti effetti benefici sulla salute umana (perdita di peso, aumento del tono e dell attenzione, per persone in condizione di depressione (Jensen et al., 2001). Vengono anche somministrate a ragazzi per trattare ADHD (Attention Deficit Hyperactivity Disorders).

40 BGAS E stato riportato un caso di decesso in una donna di 34 anni (Dietrich et al., 2007). Non è stata stabilita una chiara relazione casua-effetto. Tuttavia il consumo cronico di supplementi alimentari a base di A. flos aquae contaminati da MCs è stato sospettato come la causa della morte della donna La paziente usava BGAS che conteneva μg MC-LR equivalenti/g peso secco. Nel fegato della donna è stata rilevata la presenza di MCs (Dietrich et al., 2007).

41 BGAS Sono consumati senza un dosaggio specifico Sono stati riportati anche consumi di 20 g/giorno (Dietrich and Hoeger, 2005).

42 Dati epidemiologici Consumo di organismi acquatici, vegetali, latte, carni: non sono disponibili dati