Monitoraggio biologico Definizione Obiettivazione e quantificazione indiretta della esposizione di un gruppo di persone agli agenti nocivi presenti nel loro ambiente. La determinazione analitica dell agente tossico viene condotta su materiale biologico rappresentativo dell organismo esposto (sangue, urina, aria espirata,ecc); in tale materiale viene determinata la sostanza stessa, oppure i suoi metaboliti, oppure i suoi caratteristici effetti precoci i quali fungono da indicatori.
Il monitoraggio biologico, complementare a quello ambientale, è altrettanto indispensabile
Vantaggi del monitoraggio biologico 1. Tiene conto dell esposizione globale, cioè delle diverse vie di assorbimento e delle diverse forme di contaminazione. 2. Permette di indagare anche su altri parametri biologici capaci di fornire informazioni circa il rischio e l esistenza di alterazioni patologiche. 3. Tiene conto di variabili che determinano un diverso assorbimento, a parità di concentrazioni ambientali, quali il carico fisico di lavoro. 4. Tiene conto di fattori legati all ospite capaci di influenzare la farmacocinetica del tossico (età, caratteri genetici, ecc.).
Indicatori biologici di Dose interna - Dose vera ( biologicamente attiva) (siti; addotti DNA ed Hb). - Esposizione (correlabile con la dose ambientale). - Accumulo (nell organo di accumulo). Suscettibilità Effetto - Sub-critico: non vi sono alterazioni cellulari. - Critico : precoce, reversibile. - Rilevano condizioni individuali,congenite o acquisite, che possono indurre una ridotta capacità di reazione al tossico (es: G6-PDH)
Fattori che influenzano la variabilità Caratteristiche dell esposizione (contemporanea a più tossici) Caratteristiche individuali: fisiologiche: fumo, alcool, alimenti, farmaci. patologiche Metodica analitica utilizzata
Caratteristiche dell esposizione 1. Toluene + benzene = ridotta escrezione ac. Ippurico per inibizione competitiva di enzimi microsomiali. 2. Xilene + metiletilchetone o etilbenzene = ridotta escrezione di ac. metilippurico o etilbenzene. Caratteristiche individuali patologiche Esempio : nei soggetti anemici la piombemia può essere poco elevata dato che il 90% del Pb si lega ai globuli rossi.
Caratteristiche individuali fisiologiche Abitudini alimentari : As Urinario dopo assunzione di crostacei. Alcol: toluene nel sangue aumenta per ridotta metabolizzazione a livello epatico da inibizione competitiva delle ossigenasi microsomiali da parte dell etanolo. Fumo: maggior assorbimento di metalli e solventi per scarsa igiene personale. Farmaci: possono ridurre l escrezione di alcune sostanze = l aspirina riduce del 50% l escrezione di ac.metilippurico negli esposti a xilene per induzione di enzimi microsomiali epatici. Sesso: protoporfirina IX eritrocitaria più elevata nelle donne, per carenza costituzionale di Fe.
Metodica analitica utilizzata deve garantire: Precisione: valori riproducibili nello stesso campione (basso grado di dispersione); es: toluenemia molto più precisa di ac. Ippurico urinario. Accuratezza: capacità di valutare correttamente una esposizione ad un determinato composto; es:ac.ippurico poco accurato (viene escreto anche assumendo aminoacidi aromatici); ac. mandelico è accurato indicatore di esposizione a stirene.
Sensibilità: capacità di valutare anche minime variazioni del livello di esposizione ad una determinata sostanza esogena; es: protoporfirina IX eritrocitaria è più sensibile di ALA-U e CPU, dato che si eleva già a 40 mcg% di PbB. Specificità: capacità di variare esclusivamente al variare del fenomeno che rappresenta. In pratica, per gli indicatori biologici di effetto si privilegia la specificità (riduce i falsi positivi) e per quelli di esposizione la sensibilità (riduce i falsi negativi).
Corretto uso degli indicatori biologici Durata dell esposizione:esempi: PbB sinchè è presente esposizione a Pb; CdU dopo saturazione con metallotionina. Tempo di raccolta 1. Tossici a rapida cinetica: fine turno; esempi: idrocarburi aromatici (toluene, xilene). 2. Tossici a lenta cinetica: fine settimana; esempi: ATA in esposti a tricloroetilene. 3. Volatili (nell aria alveolare): varia significato =es. toluene: durante il turno= esposizione in atto. inizio turno (dopo 16 ore dal termine dell esposizione)= dose presente nei tessuti.
Indici biologici di esposizione adottati dall ACGIH nel 1992-93 INDICATORI PERIODO DI PRELIEO IBE Alcool metilico Metanolo nelle urine Acido formico nelle urine Prima dell ultimo turno della settimana lavorativa 15 mg/l 80 mg/g creatinina Aldeide furfurilico acido furoico totale nelle urine 200mg/g creatinina Anilina p-amminofenolo tot nelle urine metaemoglobina nel sangue 50 mg/g creatinina 1.5% Benzene Fenolo totale nelle urine Benzene nell aria espirata mista fine espirazione Cadmio Cadmio nelle urine Cadmio nel sangue Inizio del turno Non critico Non critico 50 mg/l 0.08 ppm 0.12 ppm 10 µg/g creatinina 10 µg/l Cromo (VI) fumo solubile in acqua, cromo tot nelle urine Aumento durante il turno Fine turno alla fine della settimana lavorativa 10 µg/g creatinina 30 µg/g creatinina
N- dimetilformammide N- metilformammide nelle urine 40 mg/g creatinina N-Esano 2,5 esandione nelle urine N-esano nell aria di fine espirazione Durante il turno 5 mg/l 40 ppm Etilbenzene Acido mandelico nelle urine Etilbenzene nell aria di fine espirazione e fine della settimana lavorativa 1.5 g/g creatinina Fenolo Fenolo totale nelle urine 250 mg/g creatinina Fluoruri Fluoruri nelle urine Inizio del turno 3 mg/l 10 mg/l Inibitori organofosforici della colinesterasi Attività colinesterasica nei globuli rossi Discrezionale 70% del valore normale dell individuo
Metaemoglobinizzanti Metaemoglobina nel sangue Durante o fine turno 1.5 % di emoglobina Metilcloroformio Metilcloroformio nell aria di fine espirazione Acido tricloroacetico nelle urine Tricloroetanolo tot nelle urine Tricloroetanolo tot nel sangue Inizio dell ultimo turno della settimana lavorativa Fine settimana lavorativa a fine settimana lavorativa 40 ppm 10 mg/l 30 mg/l 1 mg/l Metiletilchetone Metiletilchetone nelle urine 2 mg/l Nitrobenzene p-nitrofenolo tot nelle urine metaemoglobina nel sangue a fine settimana lavorativa 5 mg/g creatinina 1.5 mg/l Ossido di carbonio Carbossiemoglobina nel sangue CO nell aria di fine espirazione Meno dell 8% Meno di 40 ppm
Parathion p-nitrofenolototale nelle urine attività colinesterasica nei globuli rossi Discrezionale 0.5 mg/l 70% del valore normale dell individuo Pentaclorofenolo Pentaclorofenolo nelle urine Pentaclorofenolo libero nel plasma Inizio dell ultimo turno della settimana lavorativa 2 mg/l 5 mg/l Percloroetilene Percloroetilene nell aria di fine espirazione Percloroetilene nel sangue Acido tricloroacetico nelle urine Inizio dell ultimo turno della settimana lavorativa Inizio dell ultimo turno della settimana lavorativa Fine della settimana lavorativa 10 ppm 1 mg/l 7 mg/l Piombo Piombo nel sangue Piombo nelle urine Zinco protoporfirina nel sangue Non critico Non critico Dopo 1 mese di esposizione 50 µg/100 ml 150 µg/g di creatinina 250 µg/100 ml di eritrociti oppure 100 µg/100ml di sangue
Solfuro di carbonio Acido 2-tiotiazolidina 4-carbossilico nelle urine Stirene Acido mandelico nelle urine Acido fenilgliossilico nelle urine Stirene nel sangue venoso Toluene Acido ippurico nelle urine Toluene nel sangue venoso Toluene nell aria di fine espirazione Inizio del turno Inizio del turno Inizio del turno Ultime 4 ore del turno 5 mg/ creatinina 800 mg/g creatinina 300 mg/g creatinina 240 mg/g creatinina 100 mg/g creatinina 0.55 mg/l 0.02 mg/l 2.5 g/g creatinina 1 mg/l Tricloroetilene Acido tricloroacetico nelle urine Acido tricloroacetico e tricloroetanolo nelle urine Tricloroetanolo libero nel sangue Tricloroetilene nell aria di fine espirazione Xilene Acido metilippurico nelle urine Fine settimana lavorativa a fine settimana lavorativa a fine settimana lavorativa Fine turno Ultime 4 ore del turno 100 mg/l 300 mg/l 4mg/l 1.5g/g creatinina 2 mg/min
Alterazioni causate dal piombo a carico della sintesi dell EME Ciclo di Krebs Succinil coenzima A + glicina ALA-sintetasi Acido δ-aminolevulinico ALA-deidratasi Escreto con le urine UGP-isomerasi Porfobilinogeno Uroporfirinogeno III UGP-decarbossilasi Coproporfirinogeno III CPG-decarbossilasi Protoporfirina IX+ ferro EME-sintetasi EME Coproporfirine escrete con le urine Accumulo di protoporfirina IX nei globuli rossi
Cd U µg/l 90 70 > 6 mesi 50 30 10 < 6 mesi 0 < 5 10.1 30.1 50.1 70.1 90.1 Cadmio atmosferico (µg/m 3 ) Fig.1: Relazione tra le concentrazioni di cadmio nell atmosfera e livelli di cadmio nelle urine (Cd U) in lavoratori esposti al metallo per un periodo di tempo inferiore a sei mesi e superiore a sei mesi.
1500 1000 500 0 50 100 Toluene nell aria (ppm) Confronto delle funzioni di regressione tra concentrazioni ambientali di toluene e concentrazione urinaria di acido ippurico in caso di esposizione al solo solvente o ad una miscela di toluene e benzene.
100 mg 80 60 Acido tricloroacetico/urine 40 20 10 8 6 4 2 lun mar mer gio ven Comportamento delle concentrazioni medie di acido tricloroacetico nelle urine nei giorni della settimana in 1071 lavoratori esposti a tricloroetilene (da Lehnert e coll.1978).
ALAD mu/ml G.R. EP mcg/100ml G.R. 40 400 ALAD 30 300 ALAU CPU CPU mcg/l EP ALAU mg/l 500 400 300 20 15 20 200 200 10 100 100 10 20 40 60 80 100 120 140 Relazione tra piombemia e indicatori di effetto in soggetti maschi esposti a piombo (da Alessio 1981).
As nelle urine (µg/l) 600 As totale 400 200 DMA+MMA+ As inorg. 5 10 15 20 Tempo (ore) Livelli di arsenico urinario dopo ingestione di 100 gr di granchi ( da V. Foà e coll.1982)