La nanotossicologia è una disciplina che studia i potenziali effetti sull'ambiente e sulla salute umana dei nanomateriali e delle nanoparticelle.
Definizioni Per dimensioni nanometriche si intende un diametro medio compreso indicativamente fra 0,2 e 100 nm SCENIHR The appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies "the range of the nanoscale is from the atomic level, at around 0.2 nm up to around 100nm" pag. 8-9..
La nanotossicologia è volta allo studio sia dell'aspetto tossicologico che carcinogenico di tali materiali.
Forse per il fatto che la letteratura scientifica riguardante le patologie da inalazione di materiale inerte (si veda le pneumoconiosi, ad esempio) è ampia e consolidata da studi decennali, la nanotossicologia è stata fin dall'inizio impiegata per indagare principalmente l'aspetto polmonare di tali patologieOberdörster G (gennaio 2010) Safety assessment for nanotechnology and nanomedicine: concepts of nanotoxicology. J Intern Med. 2010 Jan;267(1):89-105..
La nanotossicologia come scienza a sé ha suscitato criticheKurath M, Maasen S (aprile 2006) Nanotoxicology as a science?--disciplinary identities reconsidered. Part Fibre Toxicol 28;3:6., poiché, contrariamente al suo ampio significato etimologico, essa riguarda invece un ambito settoriale ristretto della patologia che causa numerose ambiguità soprattutto per i "non addetti ai lavori". Le critiche riguardano anche il fatto che si è voluto dare, senza alcuna utilità, un ruolo del tutto nuovo a una branca della scienza, la patologia del lavoro, che di per sé non ne aveva bisognoKane AB, Hurt RH. (luglio 2008) Nanotoxicology: the asbestos analogy revisited. Nat Nanotechnol 3(7):378-9.
Il particolato fine Effetti sulla salute
Alcuni effetti sulla salute causati dal particolato fine (sia di natura organica che inorganica) sono già noti da tempo. La pneumoconiosi in genere (asbestosi, silicosi, talcosi, ecc.) o il mesotelioma nelle sue forme pleurica e peritoneale sono tra questi. Numerosi studi epidemiologici hanno infatti mostrato una chiara correlazione tra malattie cardiovascolari e respiratorie, da un lato, e quantità e concentrazione nell'ambiente di particelle (particulate matter, PM) di diametro aerodinamico medio inferiore a 10 micron (PM10) o a 2,5 micron (PM2,5). Sioutas C, Delfino RJ, Singh M. Exposure assessment for atmospheric ultrafine particles (UFPs) and implications in epidemiologic research. Environ Health Perspect. 2005 Aug;113(8):947-55. Abstract Delfino RJ, Sioutas C, Malik S. Potential role of ultrafine particles in associations between airborne particle mass and cardiovascular health. Environ Health Perspect. 2005 Aug;113(8):934-46. Abstract Esistono ampie prove che dimostrano come la facilità con cui il particolato entra nell'organismo dipenda in massima parte dalle sue dimensioni, al diminuire delle quali corrispondono maggiori quote d'ingresso.Poluzzi, V., Ricciarelli, I., Maccone, C. "Il monitoraggio ambientale di polveri ultrafini e nanoparticelle. ARPA Emilia-Romagna, 14 novembre 2006"The health effects of waste incinerators - 4th Report of the British Society of Ecological Medicine.
La dimensione micrometrica Per particolato di dimensione micrometrica si intendono, in questo contesto, particelle di diametro aerodinamico medio compreso fra 10 ed un micron (10−5 - 10−6 m, cioè PM10) e PM2,5. Già per il PM10 è stata dimostrata una relazione diretta con i dati di mortalità cardiogena e respiratoria della popolazione esposta alle polveri. Donaldson K, MacNee W. Potential mechanisms of adverse pulmonary and cardiovascular effects of particulate air pollution (PM10). Int J Hyg Environ Health. 2001 Jul;203(5-6):411-5. Sunto Scendendo di dimensioni, ad esempio valutando gli effetti del PM2,5, è stata dimostrata una relazione molto stretta con la mortalità cardiogena. Fra le ultime indagini epidemiologiche vi è uno studio di Dominici e colleghi della Johns Hopkins University di Baltimora per stimare il rischio di malattie cardio-respiratorie in seguito all'esposizione a particolato fine pubblicato nel 2006. Francesca Dominici, PhD; Roger D. Peng, PhD; Michelle L. Bell, PhD; Luu Pham, MS; Aidan McDermott, PhD; Scott L. Zeger, PhD; Jonathan M. Samet, MD - JAMA. 2006;295:1127-1134. Sunto I ricercatori hanno analizzato le informazioni relative ai ricoveri di pazienti con problemi cardio-respiratori negli ospedali di 204 città (>200.000 ab.) degli USA dal 1999 al 2002. Nei soggetti di età superiore ai 65 anni che vivevano entro un raggio di 10 km da una centralina di monitoraggio delle PM2,5, i ricercatori hanno dimostrato un'evidente correlazione tra concentrazione di quel particolato e ricoveri ospedalieri per disturbi cardiorespiratori. Gli studi hanno rivelato che per ogni 10 µg/m3 di PM2,5 si ha un aumento di 1,28% di attacchi cardiaci, anche per esposizione di breve durata. Si consideri che la normativa italiana vigente sul limite di particolato nell'aria prende in considerazione solo il PM10, mentre per il PM2,5 si dovrà attendere il recepimento della recente nuova direttiva europea 2008/50/EC. In ambedue i casi, le rilevazioni continueranno ad essere gravimetriche e non considereranno le polveri per classi di numerosità legata alle dimensioni come sarebbe necessario per ricavare indicazioni sanitarie miglioriHarrison R.M., Shi J.P, Xi S., Khan A., Mark D., Kinnersley R., Yin J., "Measurement of number, mass and size of particles in the atmosphere." Phil. Trans. R. Soc. Lon. A (2000)2567-2580. Vi sono tuttavia evidenze che indicano come le quantità dei due tipi di particolato siano in stretta correlazione l'una con l'altra, e di conseguenza alcuni sostengono l'inutilità di sottoporli a misurazione separata. Kappos AD, Bruckmann P, Eikmann T, Englert N, Heinrich U, Hoppe P, Koch E, Krause GH, Kreyling WG, Rauchfuss K, Rombout P, Schulz-Klemp V, Thiel WR, Wichmann HE. Health effects of particles in ambient air. Int J Hyg Environ Health. 2004 Sep;207(4):399-407. Sunto
La dimensione nanometrica Scendendo ancora di dimensioni si entra nel campo delle nanopolveri (cioè particolato di dimensione nanometrica il cui diametro medio è ritenuto compreso indicativamente fra 0,2 e 100 nm).
Attualmente le classificazioni di particolato più consolidate spaziano dal PM10 (10 µm cioè 10000 nm) a scendere fino al PM0,1 (100 nm): in quest'ultimo caso si parla di "particolato ultrafine respirabile" (in grado di penetrare negli alveoli). Secondo la definizione suddetta già il PM0.1 (0.1 µm, cioè 100 nm) ricadrebbe nell'ambito delle "nanopolveri", visto che queste spaziano appunto da 100 nm a scendere fino a 0,2 nm (praticamente dimensioni molecolari o atomiche). Non ha tuttavia senso parlare di "particolato" per tali livelli di finezza, relativi più che altro a processi tecnologici (specie nell'industria elettronica) e materiali avanzati. Premesso che – in ogni caso – le patologie correlate non riguardano solo il particolato aerodisperso, relativamente all'inquinamento dell'aria la dicitura "nanopolvere" non ha ancora trovato una definizione univoca ed universalmente riconosciuta: ad esempio il centro di ricerche Agip considera "nanoparticelle" il particolato di dimensioni 40-50 nm ovvero si tratterebbe di PM0.04 - PM0.05 Definizioni di particolato e nanopolveri adottate dall'AGIP-ENI, pag. 40.
A questo livello estese indagini epidemiologiche non sono ancora state condotte, a causa della difficoltà di precise misurazioni e monitoraggio ambientale delle nanopolveri ma soprattutto della relativamente recente attenzione che l'argomento sta destando. La ricerca sta in ogni caso procedendo alquanto rapidamente. I dettagliati meccanismi di formazione di queste nanopolveri sono ancora oggetto di studio. Particelle non biodegradabili di dimensioni che possono arrivare a qualche millesimo di millimetro (micrometriche) sono prodotte naturalmente da alcune fonti come i vulcani, ma l'origine più comune di particelle nanometriche (milionesimi di millimetro) in ambiente urbano è costituita da procedimenti ad alta temperatura, industriali e non, e soprattutto dal traffico automobilistico e dagli impianti di riscaldamento: tali fonti antropiche sono cioè in grado di produrre particolato molto più fine di quello di origine naturale.
Le "nanoparticelle"
Uno dei metodi utilizzati per caratterizzare queste particelle è una tecnica di indagine in microscopia elettronica a scansione ambientale (ESEM), associato ad uno spettroscopio a dispersione d'energia, (EDS). Questo strumento è in grado di elaborare immagini ingrandite di campioni provenienti da biopsie e di caratterizzare forma, dimensioni e composizione atomica delle particelle.
Si tratta di nanopolveri che, oltre ad avere piccolissime dimensioni, sono di natura inorganica (quindi da aggregati e leghe di metalli come, per esempio, Ti, Al, W, Ba, Si, Bi, Fe, Zn sia di origine antropica come combustioni ad alta temperatura, le esplosioni di ordigni all'uranio impoverito, che di origine naturale come ad esempio le ceneri basaltiche vulcaniche).
Vi sono ancora pareri discordanti sul "raggio d'azione" di queste polveri. Secondo alcuni si potrebbero diffondere per centinaia di chilometri. Una volta rilasciate in sospensione nell'aria sotto forma di aerosol sarebbero trasportate dal vento per poi disperdersi ed essere respirate o ricadere sui vegetali o nei mari, entrando anche nella catena alimentare.
È stato addirittura suggerito che alcuni prodotti industriali, come le gomme da masticare contenenti microsfere di vetro (per la pulizia dei denti) siano probabili fonti di nanoparticelle, ma non vi sono prove della loro eventuale pericolosità. È stato anche suggerito che il talco contenga nanoparticelle pericolose, ma anche qui per ora non vi sono prove, anzi, un recente studio ha evidenziato come non vi sia alcun incremento del rischio di tumori per lavoratori esposti ad alti livelli di talco.
Epidemiologia La novità della ricerca, la sua ancora scarsa diffusione, pur con l'interesse in grande aumento, e il fatto che il nanoparticolato (non liquido o idrosolubile) sia in grandissima parte di origine antropica assai recente fanno sì che non esistano studi epidemiologici estesi sull'argomento, richiedendo questi tempi assai lunghi.
I ricercatori sottolineano la complessità che la valutazione dell'esposizione alle polveri ultrafini presenta, dovute a diversi fattori intrinseci: la grande variabilità dei dati nello spazio, la grande varietà di fonti esistenti (sia indoor che esterne) e le forti variabilità stagionali dovute a fattori meteorologici. Questo richiede che siano sviluppate, oltre che validate, tecnologie e metodologie di indagine adeguate, che tengano in considerazione tali elementi.
Esistono, comunque, lavori (citati) sulle malattie cardiovascolari e dell'apparato respiratorio, così come diverse ricerche condotte intorno ad inceneritori di rifiuti, grandi produttori di nanopolveri.
Un contesto epidemiologico riguarda l'incidenza delle malattie nei militari che presero parte alla prima guerra del Golfo (sindrome del Golfo), e della guerra del Kosovo (sindrome dei Balcani). In entrambe le campagne militari fu fatto largo uso di proiettili all'uranio impoverito, una fonte certa di nanopolveri inorganiche (di numerosi metalli ma non di uranio) prodotte a temperature superiori ai 2500-3000 °C. In tale contesto sono state identificate nanoparticelle nei tessuti biologici degli individui ammalati, tuttavia non sono state svolte analisi epidemiologiche che indagassero eventuali correlazioni tra la presenza delle particelle e l'insorgere delle patologie. Gli studi epidemiologici che invece hanno analizzato, in generale, la correlazione tra la partecipazione alle missioni e l'incidenza di varie patologie non hanno rilevato incrementi significativi..