Dosaggio degli elementi metallici nei capelli dei Bambini

Introduzione I capelli presentano una grande affinità chimica per i metalli che reagiscono con i gruppi sulfidrilici e vengono incorporati nella molecola della cheratina. Per questa proprietà i capelli sono considerati di interesse sia per la facilità di prelievo del campione sia per la stabilità nel tempo. Poiché il ritmo di crescita dei capelli è in media di 12 cm all anno, la valutazione degli elementi in questa matrice non è adatta per esposizioni recenti o per più antiche di un anno. Uno dei principali limiti è l impossibilità di discriminare l origine esogena o endogena degli elementi determinati, gli elementi metallici possono essere incorporati nella struttura cheratinica del capelli in seguito a contatto con cosmetici o prodotti applicati sui capelli o per polvere e inquinamento atmosferico. In altre parole non si può distinguere fra esposizione interna ed sterna. (Barbosa et al., 2001; Ashraf et al., 1994) La crescita dei capelli dipende dalla regione corporea, dall età, sesso, colore dei capelli, etnia, si stima che i capelli della zona occipitale crescano con un ritmo di 0.41 mm al giorno nella preadolescenza contro 0.34 degli adulti e 0.32 nei soggetti più anziani (Myers and Hamilton 1951). Per normalizzare il più possibile la determinazione si raccomanda il prelievo sempre dalla stessa zone, solitamente l occipitale e si esprimono i risultati peso/peso. Dosaggio degli elementi metallici nei capelli dei Bambini La determinazione degli elementi metallici nei capelli di bambini è una pratica molto diffusa a causa della non invasività del prelievo, tuttavia le variabili come sesso ed età hanno un peso molto più rilevante in questa categoria rispetto agli adulti. Molti sono gli studi che approfondiscono il peso di queste variabili nell analisi del livello di elementi metallici in bambini residenti in zone inquinate o in popolazioni di bambini affetti da patologie in cui si ipotizza un ruolo dell esposizione a metalli come ad es. l autismo. Khalique et al. (2005) dosano i livelli di 10 elementi metallici (Ca, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Cd, Co, Cr e Ni) in capelli della zona occipitale in donatori maschi e femmine dai 3 e 100 anni (59 uomini e 30 donne) mostrando che nei maschi il Cd mostra i livelli più bassi (1.15 μg/g) mentre nelle femmine il minimo è per il cobalto (0.92 μg/g). l ordine decrescente degli elementi misurati nei maschi è Ca > Zn > Mg > Fe > Cu > Mn > Ni > Cr > Co > Cd mentre per le femmine Ca > Zn > Mg > Fe > Cu > Mn > Cr > Ni > Cd > Co. Il gruppo di femmine mostra livelli aumentati di tutti gli elementi tranne ferro e cobalto se confrontati con la relativa controparte. Una forte correlazione positive si ha fra Fe e Zn (r = 0.841) nei campioni di maschi mentre nella categoria femminile Ca Mg (r = 0.617), Ca Zn (r = 0.569), Ca Mn (r = 0.565), Mg Mn (r = 0.655), Cr Cu (r = 0.655) e Cr Ni (r = 0.685). Lo studio mostra che per i maschi la concentrazione decresce con l età eccetto che per rame, cobalto e cromo. Tuttavia nelle femmine i metalli aumentano con l età eccetto che per il cobalto per il quale la concentrazione decresce con l età.i livelli di Fe, Zn e Mg decrescono considerevolmente con l età nei donatori maschi mentre il Mn, Cd e Ni hanno un calo solo marginale. I livelli di Cu, Co e Cr sembrano accumularsi nei capelli dei soggetti più anziani. Elevate livelli di Mg, Zn, e Cu sono nelle femmine ad indicare una probabile ritenzione metabolica di specifici elementi metallici correlato ai processi di invecchiamento (figura 1). Lekouch et al., (1999) determina Pb e Cd nei capelli di 327 bambini in età scolare residenti vicino a deposito di acque reflue a Marrakesh (Morocco) (figura 2,3). Le femmine hanno concentrazioni più elevate dei maschi (16.5 ± 5.4 µg/g e 12.5 ± 3.5 µg/g, rispettivamente). Tuttavia per il Cd l andamento è opposto (2.9 ± 0.6 and 2.2±0.4) ma l andamento non è significativo e il livello dei metalli decresce con 1

l età. La media di Pb e Cd è maggiore nei bambini esposti (14.8 f 4.5 bg/g and 2.5 f 0.5 bg/g, respectively) che in quelli non esposti, ma la differenza non è significativa (4.6 f 2.2 bg/g and 0.6 f 0.2, respectively). Una analisi di regression multipla dei dati indica che il piombo e il cadmio nei capelli decresce con l età il che riflette il fatto che l assorbimento di tal elementi decresce con l età. Questo è in accordo con altri studi che dimostrano che la concentrazione di piombo nei bambini è molto più alta rispetto agli adulti (Maravelias et al., 1989). I valori di piombo capelli riportati sono nel range 4.4-36.5 µg/g, con i valori più alti registrati per bambini con padre saldatori. il Cd è maggiore nei maschi ma non in modo significativo (2.9 f 0.6 and 2.2 f 0.4, rispettivamente) in accordo con quanto riportato da Barlow et al. (1985). Molti autori non trovano differenze significative fra i due sessi (Wilhelm et al., 1994). La presenza di genitori che fumano non altera le concentrazioni di piombo e cadmio nei capelli dei bambini. Invece l occupazione dei genitori è un fattore che influenza positivamente l accumulo di elementi nei capelli. La media delle concentrazioni di Pb e Cd nei bambini i cui genitori sono impiegati in attività vicino alla sorgente è significativamente superiore rispetto a quelli impiegati lontano ( P < 0.001). Anche altri autori riportano che la polvere portata a casa dalle scarpe e abiti da lavoro influenza l esposizione di bambini, in maggior misura quelli più piccoli con l abitudine di portare alla bocca gli oggetti (Delour and Squinazi, 1989). Park et al., (2007) analizza capelli di 655 bambini dai 3 ai 6 anni provenienti da aree metropolitane o piccole città della Corea. Non trovano differenze significative tra valori di bambini residenti nelle diverse zone, c è invece una correlazione positiva fra età e livelli di Zn, Ca, Na, P, Mn, e Li e negativa fra età Cr, V, e U (figura 4). I VR proposti per Zn, Mg, Ca, As, e Cd dei bambini coreani sono inferiori rispetto a quelli degli altri paesi, mentre per gli altri elementi i valori non differiscono da quelli degli altri paesi (figura 5) Il confronto degli elementi fra maschi e femmine mostra livelli di Zn, Na e Pb significativamente superiori nei maschi e livelli di Fe and Bi nelle femmine. Inoltre anche se non significativi, P, Cr, Mn, Se, V, Al, As, Cd, and Ba hanno una tendenza maggiore nei bambini maschi e Cu, Mg, K, Ca, e Hg nelle femmine. Tuttavia il litio, Co e Mo non mostrano differenze fra maschi e femmine. Zn, Ca, Na, P, Mn, e Li hanno una correlazione positive (p<0.05) con l aumento dell etàmenter Cr, V, and U negativa (p<0.01). Nel 2006 Dunicz-Sokolowska et al., hanno condotto un importante studio dosando elementi metallici in un garnde numero di soggetti stratificandoli per fasce di età con il fine di definire i valori di 5 elementi essenziali e 2 tossici nei capelli di bambini polacchi (4000 di cui 1828 femmine e 2264 maschi) da 1 a 10 anni raccolti dal 1991 al 2004 (figura 6,7). Dalla loro analisi risulta che differenze significative fra maschi e femmine di Ca, Mg e Zn sono presenti soprattutto fra I 7 e I 10 anni (p = 0.0000). La massima concentrazione di ferro nei bambini di entrambi i sessi è fra i 3 e i 5 anni con diminuzioni successive. Nessuna differenza significativa sono riportate invece nelle concentrazioni di rame fra maschi e femmine della stessa età. La più alta quantità di piombo e cadmio caratterizza I bambini fra 1 e 5 anni, con tendenza maggiore nei maschi rispetto alle femmine. Gli autori ipotizzano che gli ormoni sessuali hanno probabilmente un ruolo significativo e multi direzionale in entrambi i sessi poiché influenzano numerose funzioni base come la crescita, la differenziazione e la maturazione degli organi sessuali oltre a processi metabolici, immunologici, e adattativi che possono modulare la glicemia, la calcemia e il ph del sangue (Murray 1998, Konieczna 2005, Meinbohm 2002). I bambini fra 1 e 10 anni, se paragonati a alle altre fasce di età, sono caratterizzati da una massiccia presenza degli elementi nei capelli risultante da fattori endogeni ed esogeni e dal fatto che l abilità di detossiicare ed eliminare elementi tossici aumenta con l età (figura 8,9). 2

Anche Rivai et al., 2001 dosando metalli nei capelli di 112 bambini dai tre anni concludono che alte quantità di Pb, Cu e Zn sono caratteristici nel gruppo di bambini inferiori a 14 anni per poi scendere nel gruppo 15-44 e >44 (figura 10). Conclusione L analisi degli studi che hanno determinato gli elementi metallici nei capelli di bambini nel tentativo di compilare valori di riferimento o all interno di studi caso-controllo di situazioni di esposizione o patologiche ha messo alla luce l importanza de alcune variabili che possono alterare l interpretazione dei dati. Innanzitutto abitudini alimentari e zone di residenza possono influire sull accumulo di elementi soprattutto di quelli considerati tossici da qui l importanza del confronto con valori di riferimento interni per gli studi caso-controllo. Per quanto riguarda i bambini il sesso e l età possono influenzare l accumulo nei capelli soprattutto di alcuni elementi rispetto ad altri. FIGURA 1 VALORI MEDI DI ELEMENTI METALLICI DOSATI NEI CAPELLI DI BAMBINI E BAMBINE DAGLI 1 AI 10 ANNI RISPETTO AL GRUPPO DAI 10 AI 20 (KHALIQUE ET AL., 2005). FIGURA 2 PIOMBO DOSATO NEI CAPELLI DI BAMBINI SUDDIVISI PER SESSO E FASCE DI ETÀ RESIDENTI IN ZONE INQUINATE E ZONE DI CONTROLLO(LEKOUCH ET AL., 1999) 3

FIGURA 3 CADMIO DOSATO NEI CAPELLI DI BAMBINI SUDDIVISI PER SESSO E FASCE DI ETÀ RESIDENTI IN ZONE INQUINATE E ZONE DI CONTROLLO(LEKOUCH ET AL., 1999) 4

FIGURA 4 VALORI MEDI DEGLI ELEMENTI METALLICI DOSATI NEI CAPELLI DI 655 BAMBINI DAI 3 AI 6 ANNI NON ESPOSTI (PARK ET AL., 2007) 5

FIGURA 5 CONFRONTO FRA I VALORI DOSATI IN DIFFERENTI STUDI DI DOSAGGIO DI ELEMENTI METALLICI IN CAPELLI DI BAMBINI, 6

FIGURA 6 (DUNICZ-SOKOLOWSKA ET AL., 2006) FIGURA 7(DUNICZ-SOKOLOWSKA ET AL., 2006) 7

FIGURA 8 ANDAMENTO DEI LIVELLI DI PIOMBO DOSATI NEI CAPELLI DI BAMBINI E BAMBINE (DUNICZ-SOKOLOWSKA ET AL., 2006) FIGURA 9 ANDAMENTO DEI LIVELLI DI CADMIO DOSATI NEI CAPELLI DI BAMBINI E BAMBINE (DUNICZ-SOKOLOWSKA ET AL., 2006) 8

FIGURA 10(RIVAI ET AL., 2001) Bibliografia Bencko V., 1995. Use of human hair as a biomarker in exposure to pollutants in occupational settings. Toxicology 101: 29-39 A. Khalique, S. Ahmad, T. Anjum, M. Jaffar*, Munir H. Shah, N. Shaheen, Saadia R. Tariq, And S. Manzoor A Comparative Study Based On Gender And Age Dependence Of Selected Metals In Scalp Hair. Environmental Monitoring and Assessment (2005) 104: 45 57 Esteban E, Rubin CH, Jones RJ, Noonan G. Hair and blood as substrates for screening children for lead poisoning. Arch Environ Health 1999; 54:436-40. Paschal DC, DiPietro ES, Phillips DL, Gunter EW. Age dependence of metals in hair in a selected U.S. population. Environ Res 1989; 48:17-28. Miekeley N, Dias Carneiro MT, da Silveira CL. How reliable are human hair reference intervals for trace elements? Sci Total Environ 1998;218:9-17 Barbosa, A.C., Jardim,W., Dorea, J.G., Fosberg, B. and Souza, J.: 2001, Hair mercury speciation as a function of gender, age, and body mass index in inhabitants of the Negro River basin, Amazon, Brazil, Arch. Environ. Contam. Toxicol. 40(3), 439 444 Rivai, I.F.: 2001, Heavy metals in human hair related to age groups and automotive pollution levels of Bandarlampung city, Indonesia, Bull. Environ. Contam. Toxicol. 66(4): 443 448. Wilhelm, M., Pesch, A., Rostek, U., Begerow, J., Schmitz, N., Idel, H. and Ranft, U.: 2002, Concentrations of lead in blood, hair and saliva of German children living in three different areas of traffic density, Sci. Total. Environ. 297, 109 118. IAEA Review. 1994: Application of hair as an indicator for trace element exposure in man. NAHRES 22, IAEA Deanna K. Harkins and Allan S. Susten Hair Analysis: Exploring the State of the Science Environmental Health Perspectives 111 (2003) 576-578. ATSDR. 2001. Hair Analysis Panel Discussion: Exploring the State of the Science. Summary Report. Atlanta, GA:Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Available: http://www.atsdr.cdc.gov/hac/hair_analysis/ [accessed 12 February 2003]. Bencko V. 1995. Use of human hair as a biomarker in the assessment of exposure to pollutants in occupational and environmental settings. Toxicology 101:29 39. 9

Esteban E, Rubin CH, Jones RL, Noonan G. 1999. Hair and blood as substrates for screening children for lead poisoning. Arch Environ Health 54(6): 436 440 Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. In : Harper s Biochemistry. Twenty- fourth edition. Warsaw : PZWL, 1998 : 1-1074. Konieczna L, Lamparczyk H. Gender effects on pharmacokinetics of some drugs. In : Statistics and data mining in scientific research (in Polish). Warszawa- Kraków, StatSoft Polska, 2005 : 33-52 ; (www.statsoft.pl in English). Meinbohm B, Beierle I, Derendorf H. How important are gender differences in pharmacokinetics? Clin Pharmacokinet 2002 ; 41 : 329-42. 10