La valutazione quantitativa dell esposizione esposizione personale a radiazione UV per lavoratori e popolazione

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1 La valutazione quantitativa dell esposizione esposizione personale a radiazione UV per lavoratori e popolazione Sisto R.*, Borra M.*, Casale G.R. #, Militello A.*, Siani A.M. #, *ISPESL,Via Fontana Candida 1, Monteporzio Catone (Roma), renata.sisto@ispesl.it #Università La Sapienza - Dip.. di Fisica, P.zzle Aldo Moro, Roma

2 INTRODUZIONE Sebbene la radiazione solare sia fondamentale per la vita sulla Terra, la sua componente ultravioletta è potenzialmente dannosa per le sue interazioni con le macromolecole biologiche, DNA e proteine. Queste interazioni determinano cambiamenti di struttura e danni funzionali. Poichè la radiazione UVC ( nm) è praticamente trascurabile nello spettro solare così come lo misuriamo sulla superficie terrestre, il rischio di esposizione a radiazione solare è dovuto principalmente ai ranges UVB ( nm) e UVA ( nm) della radiazione ultravioletta. Sono state definite e caratterizzate molte patologie foto-indotte. Gli organi bersaglio per queste patologie sono la pelle e gli occhi. La più importante fra le patologie fotoindotte è il cancro della pelle. Fin dal 1992 la IARC (International Agency for Research on Cancer) ha classificato la radiazione solare come un agente cancerogeno di classe 1.

3 GRANDEZZE FISICHE E PROTEZIONISTICHE La quantità protezionistica utilizzata per quantificare il rischio di danno nel caso di patologie cutanee foto-indotte è l Esposizione Radiante Efficace o Dose Efficace, H eff, definita dalla relazione: H eff = t λ E(λ,t) S(λ)dλdt = t E eff (t) dt [J eff /m 2 ] dove E (λ, t)= irradianza spettrale [W.m -2.nm -1 ] S(λ)= Spettro di Azione che definisce l efficacia spettrale della radiazione nell indurre il danno biologico. E eff (t)= Irradianza Efficace (l irradianza pesata con la curva di un determinato effetto biologico). Esistono differenti spettri di azione, essi variano a seconda dell effetto biologico di interesse. La reazione cutanea all esposizione a radiazione UV che è stata meglio quantificata è l eritema. L eritema è un effetto deterministico per il quale è stata stabilita una ben nota correlazione dose-effetto. Lo spettro d azione dell eritema è stato standardizzato dalla CIE (Commission International d Eclairage), e viene utilizzato anche per altre patologie cutanee foto-indotte quali il cancro della pelle.

4 SPETTRO DI AZIONE Lo spettro d azione per l eritema è considerato valido anche per quantificare il rischio di danno nel caso di altre patologie cutanee come il cancro della pelle. 10 Relative spectral efficacy (%) ACGIH relative spectral efficacy CIE relative spectral efficacy λ (nm) Confronto fra la curva di risposta per l eritema nell uomo (CIE 1987) e la curva di rischio biologico relativo per l UV data dall ACGIH, 1997 e dall IRPA-INIRC, IV CONVEGNO NAZIONALE:Controllo ambientale degli Agenti Fisici, ARPA 2009

5 Dosimetri a polisolfone E stata valutata la possibilità di utilizzare dosimetri personali a film di polisolfone per quantificare l esposizione a radiazione solare nel range UVB. L assorbimento del polisolfone simile ala curva di risposta per eritema standardizzata dalla CIE. A causa dell esposizione a radiazione UVB, I dosimetri a film di polisolfone subiscono un processo di fotodegradazione con una conseguente variazione misurabile di assorbanza. A = log 10 I I inc trasm La variazione di assorbanza pre e post esposizione, valutata a una certa lunghezza d onda, può essere correlata alla dose efficace di radiazione UVB assorbita dai dosimetri, ottenendo così una curva di calibrazione che può essere utilizzata per quantificare l esposizione personale a radiazione solare ultravioletta. Per la valutazione della variazione di assorbanza,è stata uilizzata la linea spettrale di emissione a 330nm di una lampada pulsata allo Xenon.

6 Set-up sperimentale Per la lettura dei dosimetri stato realzzato un set up sperimentale originale che consiste di: - spettrometro miniaturizzato Ocean Optics-Avantes AVS-SD 2000 [10] equipaggiato con sonde a fibra ottica [8] - porta filtri [1,2,3] dotato di vite per regolazioni micrometriche [4] - scheda di acuisizione a 1MHz che interfaccia lospettrometro a un PC - una lampada pulsata allo Xenon utilizzata per irraggiare i film a polisolfone [9] e per misurare l assorbanza pre e post esposizione. The spettrometro è stato calibrato mediante due lampade di calibrazione: una sorgente di calibrazione deuterio-alogena, con una radianza spettrale assoluta nota, e una lampada ad Argon-Mercurio con uno spettro carattrizzato da bande strette di lunghezza d onda nota. Lo spettrometro è stato utilizzato sia per la lettura dela variazione di assorbanza che per le misure di irradianza spettrale.

7 Set-up sperimentale Radiometro a banda larga della YES utilizzato per le misure dell irradianza efficace UV La calibrazione dei dosimetri a polisolfone è stata effettuata in situ prima di ogni campagna sperimentale

8 Calibrazione dei film a polisolfone radiometro elettronico portatile radiometro Yes Per la calibrazione del polisolfone è stato utilizzato anche un radiometro portatile (dosimetro elettronico)

9 Campagne sperimentali Al fine di valutare la variabilità dell esposizione personale a radiazione solare ultravioletta, sono state condotte tre campagne sperimentali su viticoltori nel sito rurale di S. Felice (SI) in Toscana, (Lat.43.3 N, Long.11.3 E, altitude 300m asl). Le valutazioni dosimetriche sono state effettuate nell Aprile, all inizio della stagione lavorativa, nel Luglio, durante il periodo nel quale l irradianza solare raggiunge il suo massimo livello, e nell Ottobre del 2005, alla fine della stagione lavorativa outdoor. Questi periodi sono stati selezionati sulla base delle differenti posture durante le diverse attività lavorative. La calibrazione è stata effettuata all inizio di ogni campagna sperimentale.

10 Calibrazione dei film a polisolfone Erythemal dose (Jm -2 ) Polysulphone calibration curves Diffey San Felice April 22, 2005 San Felice July 12, 2005 San Felice, October 12, Absorbance variation (ΔA)

11 Calibrazione dei film a polisolfone Le curve di calibrazione del polisolfone sono state best fittate con una legge polinomiale del III ordine del tipo: H eff = c( ΔA + aδa 2 + bδa 3 ) Dove i coefficienti a e b riflettono caratteristiche intrinseche della reazione di fotodegradazione del polisolfone, mentre il coefficiente c è funzione dello spettro della radiazione a b = = 1 9 Funzioni dello spessore del film c g = H H eff PSF = S S CIE PSF ( λ) H ( λ) H λ λ dλ dλ Funzione dello spettro della radiazione

12 Calibrazione dei film a polisolfone Il coefficente c dipende dalla concentrazione dell Ozono totale O 3 e dall angolo zenitale SZA. ~ ~ ) g ( O 3, SZA ) = g ( O 3, SZ A ) ao 3 + bsza b ( SZA In particolare g è approssimativamente una funzione lineare in O 3 e una funzione quadratica in SZA )^ 2 g as function of ozone concentration and zenit angle g SZA co3 0

13 Metodi In questo studio è stato preso in considerazione un campione (da 13 a 22 sogetti nelle differenti campagne) di viticoltori volontari. A ciascun volontario sono stati fatti indossare due dosimetri: uno sul braccio e l altro sulla schiena. Inoltre, sono state effettuate misure pre e post esposizione dei parametri di riflettività e temperatura cutanee. Tali misure sono state effettuate mediante tecniche colorimetriche. In particolare sono stati misurati, all inizio e alla fine della giornata lavorativa, i seguenti parametri: - rossore cutaneo, a - giallinicità cutanea, b - temperatura cutanea, T La concentrazione di radicali liberi nel sangue periferico (test di reazione di Fenton) È stata misurata all inizio della stagione lavorativa, campione pre-esposizione (22 Aprile, 2005) e durante il periodo estivo, campione di esposti (12 Luglio, 2005). Per questa tecnica vedere la pubblicazione: Free radicals as markers for monitoring chemical and physical exposure in workers groups. Lisi A.* Grimaldi S.* Rosola E.* Ledda M.* Sisto R.# Sartorelli P. ± Montomoli L.± De Bartolomeo R. Quintili M. and Tranfo G.# Proceedings della Conferenza Internazionale ICOH2006

14 Metodi: posizionamento dei dosimetri I parametri cutanei colorimetrici sono stati misurati sulla guancia Un lavoratore volontario durante la campagna autunnale

15 Campagna all inizio della stagione lavorativa outdoor 0.16 Effective irradiance April 22, W eff /m Local time Dose efficae UV ambientale dalle 8.00 alle (Local time=utc+2 h) H eff = 2381J m eff 2

16 Campagna estiva: cattive condizioni meteo! Erythemal irradiance, July 12, W eff /m time (LT) Dose efficace ambientale UV dalle 7.30 alle (LT) H eff = 2283J m eff 2

17 Campagna estiva: cattive condizioni meteo! Erythemal irradiance, July 13, W eff /m time (LT) Dose efficace ambientale UV dalle 7.30 alle (LT) H eff = 1569J m eff 2 IV CONVEGNO NAZIONALE:Controllo ambientale degli Agenti Fisici, ARPA 2009

18 0.08 Campagna autunnale Erythemal irradiance, October 12, 2005 W eff /m time (LT) Dose efficace ambientale UV dalle 8.30 alle (LT) H eff = 474J m eff 2

19 April 22 July 12 July 13 October 11 October 12 N.of volunteers 13 Heff Jm2(back) Risultati dosimetrici Heff Jm2(arm) Arm/back ratio Back/envirom ratio Arm/envirom ratio Mean Standard deviation Mean Standard deviation Mean Standard deviation Mean Standard deviation Mean T exp 480 min from 8.00 to LT 555 min from 7.30 to LT sunny time from about 8.40 to about LT About 300 min From 7.30 to LT About 240 min from 8.00 to LT About 240 min from 8.00 to LT Standard deviation

20 Risultati dosimetrici Livelli assoluti di dose Sfortunatamente, i livelli assoluti di dose efficace misurati nelle differenti campagne sperimentali non sono molto significativi a causa della variabilità delle condizioni meteorologiche. In particolare, le dosi efficaci misurate a Luglio sono chiaramente sottostimate. In Aprile è stata misurata un irradianza massima di 0.15 W eff /m 2 ed una dose efficace media sulla schiena di 1870± 280 J eff /m 2. Assumendo per la MED (Dose Minima per l Eritema) per soggetti caucasici debolmente pigmentati un valore tra 60 e 300 Jeff/m 2, la dose efficace misurata eccede la MED dalle 6 alle 30 volte.

21 Risultati dosimetrici Ciò che è più interessante è il rapporto fra la dose efficace misurata sulla schiena o sul braccio del soggetto esposto e la dose efficace ambientale. In particolare, il rapporto tra dose alla schiena e dose ambientale è best fittato da una legge del tipo: back/env ratio=sen(sza) dove SZA è l angolo solare zenitale medio. Quindi, la conoscenza dell angolo zenitale SZA e dei livelli ambientali di radiazione permette di stimare con una certa accuratezza la dose personale efficace sulla schiena. D altra parte, il rapporto fra la dose efficace sul braccio e sulla schiena è piuttosto riproducibile nelle differenti stagioni.

22 Risultati: parametri cutanei Principal components (April 22 ) at the beginnning of working day (pre-exp sample) and at the end of working day (post-exp sample) 2.5 post-exp 2 pre-exp L 1.5 a b 1 T 0.5 PC PC1 Il parametro che meglio discrimina il campione pre e post esposizione è la temperatura cutanea. Un test di Student standard fornisce un risultato molto significativo (soglia di significatività: p<0.05): <T pre-exp >=33 0 C p<10-6 <T post-exp >=38 0 C

23 Risultati: parametri cutanei Principal component analysis: pre- exp sample(april 22), exp pre-exp (April 22) sample (July 12) 2.5 exp (July 12) L 2 a 1.5 b PC PC1 La luminanza cutanea, L, decresce chiaramente con il tempo di esposizione Il rossore cutaneo, a, è anch esso una variabile che decresce con il tempo di esposizione.

24 Risultati: parametri cutanei PC analysis at the beginning of working season (April 22, 2005)- during the summer period (July 12, 2005) pre-exp(april 22) exp (July 12) Free rad L a b PC PC1 La concentrazione di radicali liberi nel sangue periferico durante l estate subisce un incremento rispetto alla stessa variabile misurata all inizio della stagione lavorativa. IV CONVEGNO NAZIONALE:Controllo ambientale degli Agenti Fisici, ARPA 2009

25 PC2 Risultati: parametri cutanei PC analysis at the beginning of working day (October 12), pre-exp sample and at the end of the working day, post-exp sample pre-exp post exp L a b T PC1 Alla fine della stagione lavorativa, i parametri cutanei: luminanza, rossore, giallinicità, temperatura, non sono più in grado di discriminare il campione prima dell esposizione (inizio della giornata lavorativa) dal campione dopo l esposizione (fine della giornata lavorativa).

26 Conclusioni I lavoratori outdoor sono esposti ad alte dosi di radiazione ultravioletta. I parametri cutanei, luminanza, rossore, giallinicità (in soggetti caucasici) tendono a diminuire, come ci si aspetta, al crescere del tempo di esposizione a causa della pigmentazione cutanea. Il ruolo della concentrazione dei radicali liberi nel sangue periferico come indicatori dell esposizione alla radiazione solare meriterebbe di essere investigato su un campione statisticamente più significativo di quello utilizzato nel presente studio. IV CONVEGNO NAZIONALE:Controllo ambientale degli Agenti Fisici, ARPA 2009