Metalli pesanti e cosmetici

Beatrice Bocca e Anna Pino

Reparto Bioelementi e Salute

Dipartimento Ambiente e Connessa Prevenzione Primaria

Istituto Superiore di Sanità

20/06/2013 Giornata informativa sui prodotti cosmetici: aspetti regolatori e problematiche emergenti

Metalli Regolamento (CE) n. 1223/2009 (art. 14) vieta:

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- Le sostanze di cui all’allegato II n° 40 Sb e suoi composti n° 43 As e suoi composti n° 46 Ba e suoi sali n° 54 Be e suoi composti n° 68 Cd e suoi composti n° 97 Cr, acido cromico e suoi sali n° 101 Co (benzene solfonato di) n° 221 Hg e suoi composti n° 289 Pb e suoi composti n° 297 Se e suoi composti n° 317 Tl e suoi composti n° 391 Zr e suoi composti n° 453 Co dicloruro n° 454 Co solfato n° 1093 Ni

Metalli come coloranti Regolamento (CE) n. 1223/2009 (art. 14) ammette:

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- I coloranti di cui all’allegato IV ossidi di Cr(III) (esente da ioni cromato) (verde) idrossido di Cr(III) (esenti da ioni cromato) (verde) ossido di Co-Al (verde) ossido di Fe (arancione, rosso, giallo, nero) biossido di Ti (bianco) ossido di Zn (bianco) solfato di Ba (bianco) carbon black (nero) - I filtri UV di cui all’allegato VI biossido di Ti (fino a un 25% nei preparati pronti per l’uso)

Sostanze CMR Regolamento (CE) n. 1223/2009 (art. 15) vieta:

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- Le sostanze classificate come cancerogene, mutagene o tossiche per la riproduzione (CMR), di categoria 1A, 1B e 2, ai sensi del regolamento (CE) n. 1272/2008 relativo alla classificazione, all'etichettatura e all'imballaggio delle sostanze e delle miscele: Ni ossidi, Ni solfuri: Carc 1A

Ni, Ni solfati : Carc 2 composti del Cr(VI) (eccetto Cr solfato): Carc 1B Cr(VI) triossido: Carc 1A, Muta 1B, Repr 2, Cd e Cd ossidi: Carc 1B, Muta 2, Repr 2 Pb cromato : Carc 2, Repr 1A Co cloruro, Co solfato: Carc 1B + Ni: Skin sens. 1 Cr: Skin sens. 1 Co: Skin sens. 1

Nanomateriali Regolamento (CE) n. 1223/2009 (art. 16) prevede:

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- Identificazione e descrizione del nanomateriale - Profilo tossicologico e di sicurezza del nanomateriale - Condizione di esposizione prevedibili - Indicazione della sigla “nano” posta tra parentesi dopo il nome

INCI dell’ingrediente nell’elenco in etichetta» Raccomandazione Europea 2011/696/CE (GU L 275 del 20.10.2011) fornisce la definizione: «almeno il 50% delle particelle di dimensione compresa 1-100 nm» I più utilizzati sono TiO2, ZnO nei solari (trasparenza, alto potere di riflessione e dispersione della luce); dentifrici e prodotti per il make-up possono contenere silicio, ossidi di Fe, ossidi di Al e carbon black a livello di nanostrutture

Tracce di sostanze vietate Regolamento (CE) n. 1223/2009 (art. 17) tollera

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la presenza di metalli a condizione che: - sia tecnicamente inevitabile nonostante l’osservanza di

buone pratiche di fabbricazione - siano sicuri per la salute umana se utilizzati in condizioni

d'uso normali o ragionevolmente prevedibili

La presenza di tracce di metalli è verosimilmente possibile sia: - come residuo del processo di produzione/conservazione del

cosmetico - come impurezza di altri ingredienti del cosmetico (coloranti

o ausiliari)

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Non esistono:

1. metodi «normalizzati» per la determinazione del contenuto totale dei metalli in «traccia» in cosmetici

2. metodi per la determinazione delle specie chimiche (CrVI o CrIII)

3. metodi «armonizzati» per la determinazione dei nanomateriali metallici (dimensione, forma, aggregazione) al fine di rispondere alla Raccomandazione Europea

4. valori limite per le «tracce» di metalli a livello EU, è necessaria una valutazione di rischio “caso per caso” - in relazione alle vie e entità dell’esposizione (rinse-off/leave-on, spray, prodotti per occhi e labbra)

Criticità

Obiettivo 1. Sviluppo e validazione contenuto totale dei metalli in cosmetici

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Attività Note Parametro

Sensibilità Prove ripetute (almeno 10) sul campione tal quale e sul campione fortificato ad un livello basso di concentrazione

LoD (3SD, mg/kg) LoQ (10SD, mg/kg)

Specificità Analisi del peso delle interferenze LR (m/ m 300) MR (m/ m 4000)

Taratura Prove ripetute (almeno 3) di taratura su almeno 5 livelli (incluso lo zero) di concentrazione

R2, plot residui

Ripetibilità Prove ripetute (almeno 10) sul campione tal quale e sul campione fortificato a 3 livelli diversi di concentrazione

Scostamento tipo relativo (CV%) Limite di ripetibilità (mg/kg)

Esattezza Prove ripetute (almeno 10) sul campione tal quale e sul campione fortificato a 3 livelli diversi di concentrazione

Recupero medio (%)

Incertezza di misura

Calcolo delle componenti di incertezza (taratura, ripetibilità, esattezza) e applicazione del fattore di copertura

Incertezza estesa (U, mg/kg)

Circuito PT Analisi di un cosmetico in polvere (LGC Standards Proficiency Testing, Cosmetics and Toiletries Proficiency Testing Scheme)

Z-score

Carte di controllo Controllo del metodo nel tempo

a) digestione acida in MW di una cipria in polvere b) analisi con HR-ICP-MS (Element2, ThermoFischer)

c) caratteristiche prestazionali e calcolo dell’incertezza (ISO, EURACHEM) e partecipazione a circuito interlaboratoriale (LGC)

Accreditamento 17025 (2012, ACCREDIA) 1) cosmetici in polvere

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Estensione (2013, ACCREDIA): 2) cosmetici a matrice grassa: ROSSETTO

Bocca B, Forte G, Pino A, Alimonti A. Heavy metals in powder-based cosmetics quantified by ICP-MS: an approach for estimating measurement uncertainty. Analytical methods 2013;5(2):402-408 oppure sito del Reparto Bioelementi e Salute http://www.iss.it/bioe

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Tecnica Dimensione

e distribuzione

Numero Forma Agglomerati

Composizione Concentrazione

DLS X X X

FFF-MALS X X X X

FFF-MALS-ICP-MS X X X X X X

Tecnica Pretrattamento Analisi

DLS H2O, 15 min sonicazione 25°C, detector angolo di scattering a 173°

FFF-MALS

H2O, 15 min sonicazione

Fase mobile H2O

Membrana di cellulosa 10 KDa

4 min Focus , 15 min di Eluizione in gradiente (1 ml/min-0.1 ml/min)

detector 18 angoli di scattering

FFF-MALS-ICP-MS H2O, 15 min sonicazione 63Cu, 64Zn, 52Cr, 47Ti

Cella di collisione He

Dwell time 1 ms

a) Uso di più di un metodo analitico (EFSA 2010; OECD 2010)

b) H2O per dissolvere i campioni e fase mobile per compatibilità

con ICP-MS e sonicazione per evitare la ri-aggregazione

Obiettivo 2. Sviluppo di metodologie combinate per le nanoparticelle di metallo

Misure DLS (Zetasizer Nano ZS, Malvern)

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Pigmenti per tatuaggi Diametro idrodinamico medio (nm) D(50) nm Arancione 147 56.2 Nero 98 67.0 Nero 150 102 Viola 31; 137 24.2 Blue 421 255

Marrone 418 305 Rosso 211 143

Verde chiaro 277 144

Verde scuro 337 230

Raggi idrodinamici medi tra 31 e 421 nm 4 colori sono “nanomateriali”: il 50% di particelle con raggio idrodinamico < 100 nm

Le curve di autocorrelazione sono stabili, decadono rapidamente (particelle nano) e non vi sono fenomeni di aggregazione

Misure in FFF-MALS (AF4 Wyatt, DAWN Heleos)

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Pigmenti per tatuaggi

Tempo di ritenzione (min)

Raggio di girazione medio

(nm)

% nanoparticelle < 100 nm

Nero 8-12 73.2 (± 0.2%) 93

Viola 8-12 91.8 (± 0.2%) 91

Verde 8-12 147.7 (± 0.1%) 21 Blu 8-12 158.0 (± 0.1 %) 6

Nero

Baseline Voidd

Raggi di girazione medi tra 73.2-158 nm 2 colori sono “nanomateriali”: più del 90% di particelle con raggio di girazione < 100 nm

- l’intero campione è ben focalizzato in cella - interazione trascurabile tra membrana - campione

Nero Viola

Blu

Verde

Misure FFF-MALS-ICP-MS (NexIon Perkin Elmer)

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SF-ICP-MS FFF-MALS- ICP-MS

Ti 197000 mg/kg NP di Ti

Cr 2.5 mg/kg NP di Cr

Cu 1600 mg/kg Cu dissolto Zn 1987 mg/kg Zn dissolto

Nano-Ti

Nano-Cr

Zn Cu

Nano-Ti

Nano-Cr

Zn Cu

Verde

Raccolta di frazioni FFF e analisi off-line con HR-ICP-MS

Misure FFF-MALS su cipria

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Cipria Tempo di ritenzione (min) Raggio di girazione (nm)

Picco 1 13.5 – 23.5 127 ± 40

Picco 2 23.5 – 29.5 212 ± 29

Ottimizzazione della separazione cromatografica e recupero su standard nanoparticellari e ripetibilità Per cosmetici a matrice grassa: estrazione in esano, rimozione dell’esano e sospensione in acqua

Obiettivo 3. Sviluppo di tecniche combinate per il contenuto di CrIII e CrVI modificato da ‘Chromium speciation in landfill leachates, LGC Internal Report‘

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HPLC DRC-ICP-MS (Perkin Elmer, Software Chromera)

Fase mobile: 2mM TBAOH + 0.5mM K2EDTA in 5% MeOH (pH 7.5)

C8 Nucleosil 100 (12.5 cm x 4.6 mm)

Iniezione 50 µL

Nebulizzatore Meinhard Ciclonico 52Cr e NH3 (0.50 ml/min: RPq 0.65) in cella di reazione per separare 40Ar12C+

Cr3+- EDTA

Cr6+

Ottimizzazione: colonna 3 cm x 3 mm e minore concentrazione del TBAOH per ridurre i tempi di eluizione Applicazione sui cosmetici: diluizione con la fase mobile e reazione a caldo per 30 min per assicurare la formazione dei complessi con l’EDTA

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Non esistono:

1. metodi «normalizzati» per la determinazione del contenuto totale dei metalli in «traccia» in cosmetici

2. metodi per la determinazione delle specie chimiche (CrVI o CrIII)

3. metodi «armonizzati» per la determinazione dei nanomateriali metallici (dimensione, forma, aggregazione) al fine di rispondere alla Raccomandazione Europea

4. valori limite per le «tracce» di metalli a livello EU; è necessaria una valutazione di rischio “caso per caso” in relazione al metallo e alle vie e entità dell’esposizione (rinse-off/leave-on, spray, prodotti per occhi e labbra)

Criticità

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Obiettivo 4. Livelli di tracce di metalli

mg/Kg Germania a

Canada b

ISS c

As 5 3 1

Cd 5 3 5

Co 5

Cr III 5

Cr VI 1

Hg 1 3 1

Ni 10

Pb 20 10 20

Sb 10 5 10

a) Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), 2006 "Kosmetische Mittel: BfR empfiehlt Schwermetallgehalte über Reinheitsanforderungen der Ausgangsstoffe zu regeln", Stellungnahme Nr. 025/2006 des BfR vom 05. April 2006. Web site: http://www.bfr.bund.de/cm/343/kosmetische_mittel_bfr_empfiehlt_schwermetallgehalte_ueber.pdf b) Health Canada. Guidelines for Canadian Drinking Water Quality: Guideline Technical Document - Arsenic. May 2006; Health Canada. (2009). Draft Guidance on Heavy Metal Impurities in Cosmetics. http://www.hc-sc.gc.ca/cps-spc/legislation/consultation/_cosmet/metal-metaux-consult-eng.php c) ISS documento n° SGT 43/09 19721 FARM-CHF22 (prot. 03/07/2009-0034194) – Proposta di limiti ammissibili per alcuni elementi tossici inquinanti nei prodotti cosmetici. ISS documento n° SGT 80/09 17930 FARM-CHF 22 (prot. 16/09/2009-0045187) – Oggetto: violazione art. 7 della legge 11.10.86 n. 713. Parere tecnico su concentrazione di cromo trivalente

Limite dermatologico per Ni, Cr e Co: 1 mg/kg * * D A. Basketter, G. Angelini, A. Ingber, P. S. Kern And T. Menne´. Nickel, chromium and cobalt in consumer products: revisiting safe levels in the new millennium, Contact Dermatitis 2003: 49: 1–7

Manca una regolamentazione sulle concentrazioni considerate «tracce tollerabili»

Attività istituzionale

Analisi di seconda istanza su prodotti cosmetici vari sequestrati dai NAS e analizzati dalle ARPA/ASL

Pareri sulle concentrazioni di metalli nel prodotto e valutazione di sicurezza d’uso

Metalli valutati: As, Cd, Co, Cr, Hg, Ni, Pb, Sb

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Categorie di prodotti esaminati (n. 58)

58% (ombretti)

5% (fondotinta e correttori)

6% (cipria)

13% (smalto)

10% (rossetto)

8% (matita occhi e eye liner)

Analisi di revisione:

15/58 (25%) esaminati, fabbricati in Europa 43/58 (75%) dei cosmetici esaminati, fabbricati in Cina

Pareri:

33 prodotti confrontati per il contenuto di metalli rispetto ai limiti esistenti in altri Paesi e eventuale valutazione del rischio

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Concentrazione di metalli presenti in prodotti EU

0

5

10

15

20

25

30

g/g

As Cd Hg Co Cr Ni Pb Sb

Co (ISS) As, Cd, (Canada) 3 Hg (Germania) As , Cr (ISS) 1

Pb (Canada) Ni (ISS)

Cr 25.5 Cr 1346

Cr 15.0

Cr 11.5

1mg/kg

Concentrazioni metalli presenti in prodotti Cinesi

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0

5

10

15

20

25

30

g/g) As Cd Hg Pb Sb

Co (ISS) Sb (Canada) As, Cd, Hg 3 (Canada)

Pb (Canada)

14891

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Concentrazioni metalli presenti in prodotti Cinesi

0

5

10

15

20

g/g

Co Cr Ni

Ni 28 Ni 49

Cr 32

Cr 51

Ni 92 Ni 37

Cr 43 Cr 40

1 mg/kg

Analisi di revisione Prodotti considerati non conformi secondo i limiti esistenti

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Prodotti europei (n. 15)

Germania Canada ISS

As 0 0 0

Cd 0 0 0

Co 0

Cr 8

Hg 0 0 0

Ni 0

Pb 0 0 0

Sb 0 0 0

Prodotti cinesi (n. 43)

Germania Canada ISS

As 0 3 13

Cd 10 13 10

Co 1

Cr 25

Hg 17 2 17

Ni 4

Pb 11 10 11

Sb 0 1 0

la maggior parte dei dati di revisione confermano i risultati delle analisi effettuate dalle ARPA

I prodotti europei sono conformi ai limiti, tranne 8 campioni per il Cr I prodotti cinesi sono non conformi per As, Cd, Cr, Hg e Pb

Pareri su sicurezza d’uso Prodotti considerati non conformi secondo i limiti esistenti

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Germania Canada ISS

As 0 2 5

Cd 10 2 11

Co 0

Cr 7

Hg 0 1 0

Ni 0

Pb 10 2 10

Sb 0 0 0

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Esempio di parere Cromo, valutazione di rischio

Cipria Fondotinta

Metalli Concentrazione (mg/kg) Concentrazione (mg/kg) As 1.23 0.23 Cd <0.008 <0.008

Cr 11.85 3.16 Ni 6.36 3.77 Pb 2.35 0.61

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Cromo – parametri del modello di contatto dermale diretto

• Assorbimento cutaneo: 0.1% per i cosmetici in polvere (cipria) 1% per i cosmetici a base liquida (fondotinta) * (approssimazione abbastanza ragionevole e conservativa per scopi regolatori) per il Cr si assume che tutto il Cr presente nel cosmetico sia Cr (VI) (forma più fortemente associata a sensibilizzazione cutanea e ad effetti tossici) • frazione assorbita: 0.1% (cipria) e 1% (fondotinta) • frequenza di applicazione: 365 giorni • area esposta: 565 cm2

• quantità di prodotto applicata: 0.8 g • durata dell’esposizione: 960 min • peso corporeo: 61 Kg

* Herag (HEALTH RISK ASSESSMENT GUIDANCE FOR METALS). Assessment of occupational dermal exposure and dermal absorption for metals and inorganic metal compounds health risk assessment Guidance For Metals. August 2007.

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Cromo - Risultati

Cipria Esposizione esterna dermale: 0.017 g/cm2

Dose interna cronica: 1.55x10-7 mg/kg bw/d

Fondotinta Esposizione esterna dermale: 0.00447 g/cm2

Dose interna cronica: 4.14x10-7 mg/kg bw/d

• E’ stato riportato un limite massimo di esposizione umana (S-Rfd) al Cr di 0.01 µg/cm2 al di sotto del quale non si manifestano reazioni cutanee in soggetti sensibilizzati *

• Non si possono trarre conclusioni circa effetto a livello sistemico, sebbene Cr, insieme ad altri metalli sia CMR per altre vie di somministrazione

* G. F. Gerberick, M. K. Robinson, C.A. Ryan, R. J. Dearman, I. Kimber, D. A. Basketter, Z. Wright, J. G. Marks. Contact allergenic potency: correlation of human and local lymph node assay data. Am J Contact Dermat 2001: 12: 156–161.

* D A. Basketter, G. Angelini, A. Ingber, P. S. Kern And T. Menne´. Nickel, chromium and cobalt in consumer products: revisiting safe levels in the new millennium, Contact Dermatitis 2003: 49: 1–7.

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Concentrazioni di alcuni metalli (Cr, Ni, Pb) a livello di centinaia e

migliaia di ppm non possono essere considerate «tracce tollerabili»

Necessità di definire limiti che possano identificare in maniera cogente e univoca tali «tracce»

Considerazioni

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Partecipazioni Gruppo di Lavoro «Nanomaterials» nell’ambito della Platform of European Market Surveillance Authorities on Cosmetics (PEMSAC-nanomaterials) PROSAFE Joint Action 2013-15 (the Product Safety Enforcement Forum of Europe) «Nanotechnology and cosmetics»

Pubblicazioni Heavy metals in powder-based cosmetics quantified by ICP-MS: an approach for estimating measurement uncertainty. B Bocca, G Forte, A Pino, A Alimonti. Analytical methods 2013;5(2):402-408. Toxic metals contained in cosmetics: a status report. A. Alimonti, B. Bocca, G. Forte, A. Pino., Science of Total Environment, in press 2013 Levels of nickel and other potentially allergenic metals in Ni-tested commercial body creams. B Bocca, G Forte, F Petrucci, A Cristaudo. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis 2007;44(5):1197-1202. Monitoraggio dell’esposizione a nanoparticelle: una nuova sfida analitica. F Petrucci, B Bocca e A Alimonti. Convegno “Nanomateriali e Salute”, ISS 10-11 Maggio 2012, Roma. Abstract Book. Metalli e nanoparticelle in inchiostri per tatuaggi. Esperienze e obiettivi futuri. B Bocca. “Tatuaggi e Trucco permanente”, ISS Centro Nazionale ONDICO, 4 Dicembre 2012, Roma Market survey on toxic metals contained in tattoo inks. G Forte, F Petrucci, A Cristaudo eB Bocca. Science of Total Environment 2009;407:5997-6002

Ringraziamenti Alice Brun (Alfatest, Malvern) Barbara Roda (byFlow) Riccardo Magarini (Perkin Elmer)

Grazie per l’attenzione

beatrice.bocca@iss.it anna.pino@iss.it

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