Particolato fine e BPCO

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1 L inquinamento dell aria: dall ambiente alla salute Particolato fine e BPCO Terni, 14 Dicembre 2012 Dr. Roberto Tazza Responsabile U.O. di Pneumologia A.S.L. 4 Terni

2 BPCO: Definizione La BPCO, malattia frequente, prevenibile e trattabile, è caratterizzata da una limitazione persistente al flusso aereo, che è in genere evolutiva e si associa ad una aumentata risposta infiammatoria cronica agli inquinanti inalatori a carico delle vie aeree e dei polmoni. Riacutizzazioni dei sintomi e comorbidità croniche contribuiscono alla gravità complessiva nel singolo paziente

3 BPCO: EPIDEMIOLOGIA La BPCO è la 4 a causa di morte negli Stati Uniti (dopo cardiopatie, neoplasie e malattie cerebrovascolari) Nel 2000 l OMS ha stimato che ci siano state 2.8 milioni di morti per BPCO Nel 1990 tra le malattie più frequenti, la BPCO era al 12 posto; nel 2020 sarà al 5

4 Situazione in Italia L ultima stima riportata dall Istituto Nazionale di Statistica si riferisce ad una diagnosi, nota agli intervistati, di bronchite cronica o enfisema ed è pari a 4,5% per l intera popolazione, con una lieve minor frequenza nelle femmine rispetto ai maschi. Istituto Nazionale di Statistica. Condizioni di salute e ricorso ai servizi sanitari. Rilevamento Disponibile dal sul sito

5 BPCO: COSTI Tra il 1985 ed il 1995 il numero di visite mediche per BPCO negli USA è aumentato da 9 a 16 milioni. Nel 1995 i ricoveri per BPCO negli USA sono stati con una spesa sanitaria di circa 15 miliardi di dollari.

6 BPCO: FATTORI DI RISCHIO FATTORI LEGATI ALL OSPITE: geni (ad esempio: deficit di a 1 antitripsina) iperreattività bronchiale crescita del polmone FATTORI LEGATI ALL AMBIENTE: fumo di sigaretta fattori professionali inquinamento esterno e domestico infezioni stato socio-economico

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8 BPCO: PATOGENESI AGENTI NOCIVI (fumo di sigaretta, inquinanti, agenti professionali) BPCO Fattori genetici Infezioni respiratorie Altri fattori

9 Particelle e gas nocivi Anti-ossidanti Infiammazione polmonare Fattori legati all ospite Anti-proteasi Stress ossidativo Proteasi BPCO Meccanismi di riparazione

10 BPCO: Fisiopatologia Flusso = Parenchima Infiammazione e distruzione Perdita attacchi alveolari (ENFISEMA) Riduzione della pressione di ritorno elastico Pressione di ritorno elastico Resistenze Vie aeree periferiche Infiammazione e rimodellamento Restringimento del lume (BRONCHIOLITE) Aumento delle resistenze Limitazione al flusso aereo

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13 BPCO: DIAGNOSI PUNTI CHIAVE La diagnosi di BPCO si basa su una storia di esposizione a fattori di rischio e sulla presenza di una riduzione del flusso aereo espiratorio non completamente reversibile, con o senza presenza di sintomi I soggetti che presentano tosse cronica, escreato ed una storia di esposizione a fattori di rischio dovrebbero essere studiati per valutare la presenza di una riduzione del flusso aereo espiratorio, anche se non riferiscono dispnea In una percentuale variabile dal 5% al 15% la BPCO non e correlabile ad esposizione a fumo.

14 IL PERCORSO DEGLI INQUINANTI: DALLA ESPOSIZIONE AL RISCHIO INDIVIDUALE - Esposizione - Inalazione - Impatto con le vie respiratorie - Metabolizzazione Tutti questi passaggi sono regolati e modificati dai meccanismi di risposta individuale (suscettibilità) e dalla presenza di altri fattori di rischio - Eliminazione

15 BPCO Nel caso della BPCO è ormai riconosciuto il ruolo assolutamente prevalente del fumo di sigaretta Altri meccanismi possono agire come fattore di associazione, sinergicamente capaci di incrementare il rischio potenziale del fumo e di agevolarne il passaggio a rischio reale. Inquinamento atmosferico Esposizione infantile a fattori di rischio Esposizione occupazionale Carenze dietetiche, alcolismo, etc

16 BPCO Difficilmente valutabile la rilevanza dei fattori ambientali per la difficoltà di isolare il ruolo del fumo (la quasi totalità dei pazienti BPCO hanno storia di fumo); Certamente rilevante è l azione aggravante delle condizioni ambientali sui pazienti già ammalati; E stata rivalutata l importanza di fattori antiossidanti naturali (vit. C e E);

17 Principali inquinanti urbani Ozono (O3) Biossido di Azoto (NO2) Biossido di Zolfo (SO2) PM respirabile (PM10- PM2.5) Aeroallergeni (spore fungine,derivati vegetali)

18 Tra i principali inquinanti dell'aria il particolato (PM) rappresenta il principale responsabile del danno polmonare.

19 Materiale Particolato (PM10 e PM2.5) Il PM2.5 è la frazione più fine del PM10, costituita dalle particelle con diametro uguale o inferiore a 2,5 µm Il PM2,5 è il particolato più pericoloso per la salute e l'ambiente: questo particolato può rimanere sospeso nell'atmosfera per giorni o settimane. Le particelle maggiori (da 2,5 a 10 µm) rimangono in atmosfera da poche ore a pochi giorni, contribuiscono poco al numero di particelle in sospensione, ma molto al peso totale delle particelle in sospensione. Sono significativamente meno dannose per la salute e l'ambiente

20 Materiale Particolato (PM10 e PM2.5) Principali inquinanti urbani Il PM2,5 è una miscela complessa di migliaia di composti chimici e, alcuni di questi sono di estremo interesse a causa della loro tossicità. L'attenzione è rivolta agli idrocarburi aromatici policiclici (PHA) che svolgono un ruolo nello sviluppo del cancro tra i quali: Fluoranthene, Pyrene, Chrysene, Benz[a]anthracene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo[a]pyrene, Dibenz[a,h]anthracene.

21 PRINCIPALI FONTI DI INQUINAMENTO MEZZI DI TRASPORTO diesel autoveicoli non catalizzati autoveicoli catalizzati metano e GPL

22 I meccanismi attraverso i quali il particolato causa danno polmonare sono lo stress ossidativo, che innesca cascate enzimatiche culminanti con l attivazione di geni che svolgono un ruolo di primo piano nella risposta infiammatoria e l infiammazione attraverso l up-regulation di alcuni mediatori proinfiammatori come citochine e chemochine. Il processo si manifesta con una iperespressione dei meccanismi dell infiammazione per cui, nel paziente cronico (asma, BPCO), si verifica il perpetuarsi del processo flogistico, accentuandone sia la sintomatologia che i caratteri isto-patologici.

23 Diametro delle particelle inalate e deposizione nelle vie respiratorie > 5 micron: Strutture orofaringee 2 5 micron: Vie respiratorie centrali < 2 micron: Vie respiratorie distali/alveoli

24 EFFETTI NEGATIVI SULLA SALUTE Di tipo meccanico (PM10) irritazione delle mucose Di tipo chimico (PM2.5) danno cellulare mutazione tumorale

25 Il PM2.5, che è in grado di raggiungere le vie aeree distali, agisce soprattutto determinando danno respiratorio: nei soggetti anziani, nei bambini nei soggetti affetti da patologie cardiovascolari e Respiratorie. L esposizione al particolato determina un aumento della sintomatologia respiratoria.

26 Modificazioni dell apparato respiratorio in età senile Alterazioni della meccanica respiratoria - Ridotta elasticità del tessuto polmonare - Ipotonia muscolare Alterazioni del pattern respiratorio durante il sonno Minore efficacia del riflesso tussigeno Difetti delle barriere difensive - Compromissione della clearance mucociliare - Riduzione difese bioenzimatiche - Decremento IgA secretorie - Ridotta funzionalità macrofagica - Ridotta funzionalità dei linfociti B (BALT) e dei linfociti T

27 I bambini sono più suscettibili all inquinamento per: Parete bronchiale non completamente formata Imperfezione dei meccanismi di difesa

28 PM 0,1 particolato ultrafine (nanoparticelle) < 0.1 micrometri di diametro, è in grado di penetrare profondamente nei polmoni fino agli alveoli Composizione particolato: In genere la composizione delle particelle più grandi contiene maggiore componente organica e differisce da quella delle particelle più piccole contenenti, in rapporto al peso, maggiore componente metallica e idrocarburi policiclici aromatici.

29 Rapporto tra concentrazione di massa, dimensioni, numero e superficie delle particelle Concentrazione nell aria Diametro particelle (micron) Particelle in un ml d aria (numero) Superfice torale delle particelle (micron quadrati) in 1 ml

30 Nanoparticelle: dove si trovano? In natura, da sempre: incendi, emissioni vulcaniche, condensazione di gas, formazione biogenica Di origine antropica: a) Indesiderata: inceneritori, motori a combustione, centrali termoelettriche, vapori metallici. b) Sintetizzate per diversi scopi: cosmetica, medicina, etc

31 Per le loro ridotte dimensioni sono in grado di penetrare la barriera alveolare e traslocare dai polmoni a distretti extra-polmonari. Il polmone è il primo e primario bersaglio ma altri organi distali possono essere colpiti.

32 Sono fagocitate meno efficacemente ma possono essere assorbite per endocitosi e pinocitosi dalle cellule epiteliali e dall endotelio ed essere traslocate nella circolazione sistemica. Vasi > Cuore > Fegato > Encefalo Danneggiando le strutture del citoscheletro indeboliscono l abilità dei macrofagi di fagocitare le altre particelle.

33 Qual è il ruolo delle nanoparticelle a livello cellulare e d organo? Radicali liberi persistenti inducono danno al DNA incremento dei tumori correlati alla dose incremento dei livelli di stress ossidativo

34 Le nanoparticelle, quando associate alle endotossine batteriche e al lipopolisaccaride, possono incrementare la flogosi polmonare di circa 20 volte

35 Effetti biologici dei diversi componenti Materiale carbonioso: Metalli irritazione e fibrosi a lungo termine infiammazione, danni al DNA, alterazione permeabilità cellulare Compoenti organici: Ioni: Gas reattivi: mutazione e iniziazione oncogenica, irritanti, allergenici riduzione clearance muco-ciliare, influenza disponibilità metalli e altri composti (acidità) lesioni epiteliali profonde.

36 Effetti delle nanoparticelle sull apparato respiratorio Compromissione della funzione respiratoria Riacutizzazione delle malattie respiratorie Danno polmonare Tumore del polmone Compromissione delle difese immunitarie

37 Effetti cumulativi e irreversibili sui bronchi Cellule epiteliali Inattivazione enzimi protettivi Neuroni sensoriali Attivazione recettori della capsaicina Muscolo liscio Contrazione

38 Le nanoparticelle, ma non le microparticelle, inducono disfunzione del surfattante polmonare. La risposta biofisica del surfattante è determinata dalla taglia e dalla superficie ricoperta.

39 Conclusioni La tossicità del PM è in funzione dei costituenti specifici e della loro disponibilità ad interagire con i sistemi biologici La complessa costituzione del PM, la sua alta variabilità di composizione e concentrazione e la conseguente esposizione multipla a diversi costituenti rende difficile individuare il reale effetto di ciascun componente. L esatto ruolo dei diversi costituenti e del caratteristico rapporto superficie/massa delle particelle di PM resta ancora in gran parte sconosciuto.

40 Sono necessari ancora ulteriori studi clinici e di laboratorio per comprendere la complessità e la interattività del network biologico che influenza la comparsa delle malattie polmonari da inquinamento ambientale.

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