CRITERI PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO TOSSICOLOGICO IN SICUREZZA ALIMENTARE FRANCESCA MARANGHI DIP. SANITA ALIMENTARE ED ANIMALE

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1 CRITERI PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO TOSSICOLOGICO IN SICUREZZA ALIMENTARE FRANCESCA MARANGHI DIP. SANITA ALIMENTARE ED ANIMALE

2 LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO TOSSICOLOGICO E UN PROCESSO A 4 FASI Identificazione degli effetti avversi Relazione dose-risposta Valutazione dell esposizione esposizione Caratterizzazione del rischio

3 IDENTIFICAZIONE DEGLI EFFETTI AVVERSI Aspetto Qualitativo: Cosa Fa? Che effetti induce la sostanza? Che tessuti/organi colpisce? Con quali meccanismi?

4 Che tipi di studi? Che Parametri? Tossicità acuta: : "pericolosit" pericolosità biologica", informazioni preliminari Irritazione (cute, occhi) ) e Sensibilizzazione (cute): ambiente di lavoro! Ad esempio considerati nella valutazione degli additivi dei mangimi Metabolismo e Cinetica: destino nell'organismo (assorbimento, metabolismo, ritenzione ed escrezione) Biomarcatori Residui Importante per esposizioni multiple!!!

5 Tossicità a dosi ripetute: effetti tossici, organi e/o tessuti bersaglio Tossicità cronica: effetti cumulativi o a lunga latenza, sulla durata di vita e sull'incidenza di patologie degenerative, insieme a Cancerogenesi (prevalenza delle neoplasie in generale, aumento della malignità o del numero di tumori per individuo, comparsa di patologie rare). Per comprendere un effetto cancerogeno,, la Genotossicità (in vitro/in vivo): presenza e tipo di interazioni con il genoma (mutazioni, aberrazioni cromosomiche)

6 Tossicità riproduttiva (2 generazioni): effetti sul ciclo riproduttivo, infanzia e maturazione sessuale (l unico protocollo sperimentale standard in cui vi è una esposizione completa per l intero sviluppo) Tossicità prenatale: effetti sulla gravidanza, malformazioni congenite Crescente interesse (effetti sull infanzia!) per alcuni tipi di effetti specifici: neurotossicità, immunotossicità

7 - L(owest) O(bserved) E(ffect) L(evel): il più basso livello di dose (esposizione( esposizione) ) in cui è osservabile un effetto. - N(o) O(bserved) E(ffect) L(evel): il più alto livello di dose (esposizione( esposizione) ) in cui vi è assenza di effetti osservabili. in genere: espressi come mg/kg peso corporeo/giorno - LOEC e NOEC (Concentration): nelle matrici (mg/l, etc.)

8 NOEL/fattori di sicurezza (incertezza) (in genere 100; maggiore per gravità di effetti e lacune nei dati) Dose di riferimento (Reference dose, RfD ) livello di esposizione con assenza di effetti apprezzabili sulla salute (nei( limiti delle conoscenze disponibili)

9 Cancerogeni genotossici: : non si può definire NOEL/RfD RfD, si ragiona in termini di livello di rischio Criteri della WHO = 1/ "tollerabile" (se la popolazione esposta è piccola), = 1/ milione "accettabile (considerare il costo sociale di eliminare la esposizione); = 1/>1 milione è definito "trascurabile" (in ogni caso).

10 RELAZIONE DOSE-RISPOSTA Aspetto Quantitativo A che livelli di esposizione si osserva un dato effetto? Qual è l effetto critico (che si vede a livelli di esposizione minori)? (se proteggo dall effetto critico proteggo anche dagli altri effetti)

11 VALUTAZIONE DELL ESPOSIZIONE ESPOSIZIONE Tutte le cose sono veleno e nulla è senza veleno. Solo la dose decide o no che qualcosa sia velenosa Teofrasto Bombast von Hohenheim detto il Paracelso ( ).

12 VALUTAZIONE DELL ESPOSIZIONE ESPOSIZIONE Quanta sostanza rischio di assumere? Per quali vie? (orale, inalatoria, cutanea..) In quali situazioni? Alimentazione, prodotti di uso quotidiano, ambiente indoor/outdoor, ambiente di lavoro. Quale sostanza? (ad es., possono essere importanti i prodotti di degradazione ambientale) Qual è la esposizione interna? Assorbimento/metabolismo biomarcatori di esposizione

13 Specificità dell esposizione attraverso gli alimenti Esposizione prolungata a basse dosi di xenobiotici Esposizione a miscele di contaminanti non ad un singolo composto Metabolita o composto parentale? Esempio POPs PCBs idrossilati,, PBDE idrossilati

14 Esposizione: specificità della salute riproduttiva dipendenza dall organismo materno, quindi passaggio transplacentare passaggio nel latte materno (sostanze che bioaccumulano nei grassi) Fase-specificità Identificare la popolazione esposta nella reale fase di suscettibilita (ad es., per l induzione l di una patologia dello sviluppo - talidomide)

15 CARATTERIZZAZIONE DEL RISCHIO Quale popolazione e e più esposta? e/o Quale popolazione è più suscettibile? Infatti, se proteggo questa/e popolazione/i proteggerò anche la popolazione generale

16 Per gli xenobiotici presenti negli alimenti ADI (Acceptable Daily Intake): RfD orale, cronica,, per additivi/pesticidi TD(W)I (Tolerable Daily/Weekly Intake): RfD orale, cronica,, per contaminanti Concentrazioni Massime Ammissibili (es. Limiti Massimi di Residui,, per pesticidi, additivi e farmaci zootecnici) - garantire esposizione al di sotto della RfD

17 SUSCETTIBILITA INDIVIDUALE Fase del ciclo vitale Gravidanza, diverso status ormonale della madre Su base genetica Valutare il ruolo di polimorfismip olimorfismi,, soprattutto del complesso CYP, es. aromatasi (Gonnelli & Brandi 2001, J Clin Endocrinol Metab. 86: ) Su base metabolica (?) Alterazioni metaboliche (anche subcliniche) ) con ricadute sul sistema endocrino (malattia celiaca, diabete, obesità..)

18 ALIMENTAZIONE E STILI DI VITA Un argomento complesso.. Fitoestrogeni nella dieta (protettivi??) studi sperimentali [Biosci[ Biotechnol Biochem 2002; 66: ] Diete dimagranti (composti che bioaccumulano??) Allattamento al seno (preventivo nei confronti degli effetti dei PCB sullo sviluppo neurocomportamentale?) [Adv Exp Med Biol 2000;478: ]

19 UN ESEMPIO di applicazione dei principi di valutazione del rischio tossicologico Endocrine Disrupting Chemicals (Sostanze chimiche con Attività Endocrina Interferenti Endocrini)

20 COSA SONO? Un eterogeneo gruppo di sostanze caratterizzate dal potenziale di interferire con il funzionamento del sistema endocrino attraverso svariati meccanismi e bersagli (recettoriali, metabolici, ecc.) L omeostasi degli steroidi sessuali e della tiroide sono i principali bersagli degli effetti degli EDC; La salute riproduttiva e l infanzia sono le fasi biologiche più suscettibili

21 UN ELENCO NON ESAUSTIVO Contaminanti Organici persistenti (POP) Policlorobifenili (PCB): effetti complessi sulla omeostasi degli steroidi e della tiroide Diossine e PCB diossina-simili : agonisti del recettore arilico DDT e derivati: agonisti estrogeni e/o antagonisti androgeni

22 Pesticidi,biocidi,antiparassitari Insetticidi clorurati (es. Lindano) Omeostasi degli steroidi (estrogeni e/o antiandrogeni) Triazoli, Imidazoli (fungicidi) Inibitori della sintesi degli steroidi Vinclozolin, Procimidone (fungicidi) Linuron (erbicida) Antiandrogeni Triazine (erbicidi) asse neuroendocrino-ipofisario Etilene tiourea (maneb, mancozeb..), benzimidazoli Tireostatici

23 Sostanze industriali & prodotti di consumo Nonil/ottil-fenoli (detergenti) - agonisti estrogeni ER a Bisfenolo A (odontoiatria, plastiche..) - agonista estrogeno - ER a Ftalati (PVC, deodoranti, colle: es., dietilesil-) agonisti recettore pregnano X, antiandrogeni, metabolismo degli steroidi. Organostannici (conservanti) - inibitori dell aromatasi Polibromo difenileteri (ritardanti di fiamma) - interazione recettore pregnano X con conseguente alterazione omeostasi ormoni steroidi e tiroidei Cadmio (agonista estrogeno ER a); Arsenico (diabetogeno) Paraben (cosmetici): Agonisti estrogeni ER a

24 Ed inoltre Fitoestrogeni (isoflavoni, lignani,, ecc.) Presenti in alimenti di origine vegetale ed a base di soia SERM (Selective( Estrogen Receptor Modulator), elevata affinità per ER β (Xenoestrogeni:: tendenzialmente ER alfa)

25 Perche ci preoccupano? Identificazione degli effetti avversi I dati (soprattutto sperimentali) indicano il rischio di effetti ritardati sullo sviluppo (esposizione prenatale o perinatale con effetti osservabili alla pubertà o nell et età adulta) Insufficienza degli approcci tossicologici (o epidemiologici) disponibili per una valutazione adeguata.

26 Effetti ritardati sistema riproduttivo femminile Imprinting epigenetico su geni chiave per lo sviluppo del sistema riproduttivo femminile gioca un ruolo chiave nella funzionalità di tali tessuti nell adulto (esempio DES sia studi sperimentali che dati epidemiologici)

27 Nuovi Bersagli - Nuovi Effetti PR: : bersaglio per molti POPs più sensibile di ER α [Toxicol Appl Pharmacol 2004; 201:137-48] GR: bersaglio per As (diabetogeno)) [Chem[ Res Toxicol 2004; 17: ] 76] Pregnano-X-R: : bersaglio per ftalati [Toxicol[ Appl Pharmacol 2004;199:266-74] CAR Costitutive Androstane Receptor: bersaglio di pesticidi organoclorurati, nonilfenolo,, etc. [Chem Biol Interact 2005; 155(3):111-28]

28 RELAZIONE DOSE-RISPOSTA Effetti endocrini si manifestano a dosi più basse rispetto ad altri effetti (cancerogenicit( cancerogenicità, teratogenicità, etc.) Difficoltà a definire livelli senza effetto osservabile su cui basare la valutazione/gestione del rischio Problema: effetti a dosi molto basse di agonisti/antagonisti recettoriali (es. Bisfenolo A) (?) interazione simil-ormonale anche se molto debole ma in una fase non dovuta e critica per la programmazione dell organismo ad es., differenziazione sessuale

29 VALUTAZIONE DELL ESPOSIZIONE ESPOSIZIONE IE persistenti, liposolubili e bioaccumulano ben noti DDT e suoi metaboliti, Diossine, Policlorobifenili, Insetticidi clorurati.. ma anche organostannici, alchilfenoli [molluschi], metalli Esposizione multipla attraverso le catene alimentari, il latte, accumulo nell organismo.. continua..

30 Ftalati, Alchilfenoli, Bisfenolo A, Ritardanti di Fiamma, Paraben: IE relativamente deboli (in paragone ad es., a pesticidi/pcb/diossine), ma usi importanti (materie plastiche, prodotti domestici..), quindi potenziale esposizione della popolazione generale Italia: Ftalati in sangue di cordone ombelicale [Biol Neonate 2003;83(1):22-4]

31 Non sottovalutiamo l esposizione l della popolazione generale a pesticidi [Reprod[ Biol Endocrinol May 31;4(1):30] Il complesso processo riproduttivo femminile (ciclo mestruale, produzione di oociti, fertilizzazione, impianto, crescita e sviluppo del concepito) individua brevi ma specifici intervalli di elevata suscettibilità anche a basse dosi di contaminanti Pesticidi: esposizione multipla attraverso la catena alimentare. Basse dosi di composti debolmente estrogenici possibile effetto anche a concentrazioni inferiori a quelle biologicamente attive per il singolo composto

32 CARATTERIZZAZIONE DEL RISCHIO Gli IE sono ETEROGENEI = usi e vie di esposizione multiple possibile esposizione combinata a EDC diversi attraverso l ambiente l e gli alimenti non si possono escludere effetti additivi o sinergici (stessi bersagli e/o meccanismi di azione) come valutarli? Sviluppo di biosensori per la evidenziazione di specifiche attività endocrine in matrici ambientali, biologiche.. modelli cellulari (ad es. umani) per valutare l assorbimento a livello intestinale e determinarne la biodisponibilità.

33 Interferenti Endocrini E SALUTE RIPRODUTTIVA FEMMINILE

34 Abortività precoce - Pesticidi Studi sperimentali: inibitori dell aromatasi (triazoli, dicofol) ) e tireostatici (mancozeb( mancozeb) ) causano embrioletalità per disturbi all impianto ed alla placentazione. Studi epidemiologici: forti indizi sulla correlazione fra esposizione lavorativa a pesticidi e abortività [Int J Occup Med Environ Health 2004, 17:223-43] Situazioni di elevata esposizione lavorativa (serre,( disinfestatori) ) a potenziali IE (atrazina, clorurati, benzimidazoli..): aumento time to pregnancy e aumento abortività (dato italiano) nelle compagne non esposte dei lavoratori [Environ Health Prev Medicine 2003;8: 77-81]

35 Abortività precoce e clorurati persistenti Studi sperimentali sul LINDANO (che non ha forti interazioni con ER α,, AR, PR ma può interferire con il metabolismo degli steroidi) mostrano effetti sull impianto e le prime fasi embrionali [Reprod Toxicol 2003;17: ] 303] Livelli ematici di POPs (PCB, DDT..) aumentati in donne con abortività,, in particolare ricorrente in Germania [Environ Health Perspect 1998;106: Environmental Research 1999; 80: ] ] ma non in Giappone [Am J Reprod Immunol 2003; 50(6):485-9]

36 Time-To To-Pregnancy - IE Un indicatore importante,, di cui occorre capire meglio il significato biologico Interazione di più fattori??? Intera catena dalla gametogenesi alla sopravvivenza dell embrione. Relazione significativa fra elevati livelli di pesticidi in donne impiegate in serre per floricoltura e prolungato TTP [Int[ Arch Occup Environ Health 2005, 70: ]

37 IE E PARTO PREMATURO Studi epidemiologici indicano una possibile associazione fra l aumentato l bioaccumulo di PCB (alcuni congeneri) ed un incremento del rischio di parti prematuri Studi sperimentali: aumentata contrattilità uterina; attivazione della fosfolipasi A2 e/o aumentata risposta all ossitocina Italia: di-(2 (2-etilesil) etilesil)-ftalato ed il suo metabolita metil nel sangue materno e fetale (cordone ombelicale) Livelli correlati con una minore (1 settimana) durata della gravidanza [ [Environ Health Perspect 2003;111(14): (14):1783-5]

38 IE E PUBERTA PRECOCE (sviluppo precoce del seno) Maggiore conoscenza della fisiologia della pubertà e rivalutazione delle misure standard relative alla crescita del seno nelle bambine [Best Pract Res Clin End Metab 2006 Mar 20(1):63-75] Ratio estrogeno/androgeno CYP3A4, Aromatasi Focolai ( (anche in Italia) ) per l uso l illegale di anabolizzanti ormonali in zootecnia (omogeneizzati) Correlazione con livelli di DDE in Belgio [ [Hum Reprod 2001;16:1020-6] 6] Ftalati a Portorico [ [Environ Health Perspect 2000;108: ] 900] in casi senza fattori di rischio

39 IE E ENDOMETRIOSI Studi epidemiologici indicano l associazione l fra aumentato bioaccumulo di PCB diossina simili e/o diossine ed un incremento del rischio di endometriosi [Toxicol Sci 2002;70: rassegna] Alterazioni immunitarie croniche (differenziazione linfocitaria,, sistema delle citochine) Interazioni con AhR nel tessuto uterino Modelli sperimentali: non effetti diretti, ma interazioni complesse con lo status endocrino [Reprod[ Toxicol 2004;18: ] 801]

40 IE E ENDOMETRIOSI Dato Italiano: : alti livelli plasmatici di di-(2 (2- etilesil)-ftalato in donne con endometriosi [HumHum Reprod 2003; 18:1512-5] 5] IE potrebbero rappresentare un fattore di rischio importante per l endometriosil Interazioni sistema endocrino-immunitario immunitario

41 IE e altre patologie uterine Leyomiomi e fibroidi elevata prevalenza, circa 25% delle donne occidentali caucasiche elevata morbidità (princ.. infertilità) elevata dipendenza dai livelli di estrogeno circolante [Repr[ Toxicol 2005;20(1):81-4]

42 IE E ALLATTAMENTO IE persistenti, liposolubili e bioaccumulano (DDT, Diossine, PCB, Insetticidi clorurati..) formazione del body burden - Livelli in calo (interventi regolatori), ma problemi con i ritardanti di fiamma (PBDE) - Rischio di effetti sulla tiroide e neurocomportamentali, ma..

43 IE E ALLATTAMENTO Neonato meno suscettibile del feto anche se l esposizione è maggiore Allattamento al seno previene gli effetti dei PCB sullo sviluppo neurocomportamentale [Adv Exp Med Biol 2000; 478: ] Ma livelli di PCB inversamente correlati con produzione e contenuto lipidico del latte

44 LE PRIORITA Necessità di valori di riferimento Fattori personali, culturali e sociali che modulano l esposizionel e la vulnerabilità (genetici, alimentazione, stili di vita..) Biomarkers di esposizione ed effetto per colmare le lacune esistenti fra esposizione alimentare ad IE e patologie del sistema riproduttivo femminile approccio olistico alla prevenzione

45 Suggerimenti Carenze di approcci sperimentali ad hoc per lo studio di esposizioni multiple a contaminanti Importanza di studi che coinvolgano la valutazione dell apporto alimentare di composti ad azione estrogenica per stabilire i potenziali effetti benefici e/o dannosi di tali composti in periodi critici dello sviluppo e della riproduzione Modelli sperimentali per valutazione di eventuali effetti protettivi di principi attivi presenti negli alimenti (es. antiossidanti) assunti in combinazione con xenobiotici durante fasi critiche del ciclo vitale (gravidanza)

46 Francesca Maranghi Dip. Sanità Alimentare ed Animale Tel