Tossicologia Industriale
-
Upload
adeleadele -
Category
Documents
-
view
61 -
download
3
description
Transcript of Tossicologia Industriale
Antonio Mutti
Tutte le sostanze sono tossiche
Aureolo Filippo Teofrasto Bombasto von Hohenheim, noto come Paracelso (1493-1541)
Solo la dose determina se una sostanza è tossica oppure no.
Antonio Mutti
0
100
20
40
60
80
Esposizione/Dose, U.A.
Ris
po
ste,
%La relazione dose-risposta: paradigma fondamentale della tossicologia
Antonio Mutti
Matthieu Joseph Bonaventura Orfila (1787-1853)
Traité Des Poisons ou Toxicologie Generale”, Paris, 1814:
1. Studio degli effetti tossici attraverso l’esame autoptico dei diversi organi e tessuti.
2. Estrapolabilità all’uomo dei dati sperimentali ottenuti nell’animale da esperimento
Principi basilari della Tossicologia
Antonio Mutti
0
100
20
40
60
80
Esposizione/Dose, U.A.
Ris
po
ste,
%Diversi organi e diverse specie presentano diverse curve dose-risposta
Antonio Mutti
Rischio chimico: le dimensioni del problema# prodotti conosciuti a base di sostanze
chimiche: >11.000.000
# sostanze tossiche censite in banche dati (Toxline, ECDIN, ecc.): >100.000
# sostanze chimiche “esistenti” nel 1981 (tossicità poco conosciuta): ~30.000
# sostanze abbastanza conosciute da essere regolamentate: ~ 700
# sostanze conosciute e regolamentate in modo affidabile: ~ 100
Antonio Mutti
Rischio da agenti cancerogeni: alcuni numeri dalla Lista delle valutazioni IARC # sostanze e processi valutati dalla IARC: 900
# sostanze, miscele e processi classificati come cancerogeni umani (Gruppo 1): 95
# sostanze e processi classificati come probabili cancerogeni umani (Gruppo 2a): 66
# sostanze e processi classificati come possibili cancerogeni per l’uomo (Gruppo 2b): 241
# agenti, miscele e processi non classificabili rispetto alla cancerogenicità per l’uomo (Gruppo 3): 497
# sostanze, miscele e circostanze probabilmente non cancerogene per l’uomo (Gruppo 4): 1 (caprolattame)
Aggiornata il 22 luglio 2004
Antonio Mutti
Come affrontare il problema?
Etica
PartecipazioneEmotiva
Prudenza
Cautela
Pragm
atism
o
Razionalità
Impar
zialit
à
Parsim
onia
Saggezza
Antonio Mutti
Diversi approcci alla gestione del rischio chimico
Percezione del rischio
Principio di precauzione
Stima formale del rischio
Evidence Based Prevention
Antonio Mutti
Evidence-based prevention: approccio scientifico o slogan vuoto?
Domanda: Cosa succede in seguito ad interventi preventivi efficaci?
Risposta corretta: NULLA ovvero, se presenti, scompaiono intossicazioni e malattie (Prevention-based Evidence).
Antonio Mutti
Errori statistici nell’analisi dei dati e nella stima del rischio
I tipo: agente innocuo identificato come rischioso
(in genere <0.05);
II tipo: agente rischioso identificato come innocuo (in genere <0.2)
III tipo (non previsto nei testi di statistica): risposta corretta ad una
domanda sbagliata*
*Schwartz S, Carpenter KM. 1999. Am. J. Public Health 89:1175–80
Antonio Mutti
Gestione del rischio: come bilanciare la pressione di interessi contrapposti?
Paralisiattraverso l’analisi
Percezione del rischio
Principio di precauzione
Stima del rischio
Monitoraggio del rischio
EBP (PBE)
Governo della prevenzione
Antonio Mutti
Tempo/Grado di certezza
En
tità
del
l’im
peg
no
Percezione del rischio
Ricerca diconferma
Coinvolgimento parti in causa Interventi
precauzionali
Monitoraggio precauzionale
Stima del rischio
Interventi “evidence-based”
Da P. Grandjean: IMPLICATIONS OF THE PRECAUTIONARY PRINCIPLE FOR PRIMARY
PREVENTION AND RESEARCHAnnu. Rev. Public Health 2004. 25:199–223
Diversi approcci alla gestione del rischio chimico
Ricerca iniziale
Antonio Mutti
Different levels of proof may be needed for different purposes, depending on the severity of the problem.
Da P. Grandjean: IMPLICATIONS OF THE PRECAUTIONARY PRINCIPLE FOR PRIMARY PREVENTION AND RESEARCH Annu. Rev.
Public Health 2004. 25:199–223
Antonio Mutti
Accertamento del rischio e Principio di precauzione
Secondo gli orientamenti oggi prevalenti in sede comunitaria, occorre procedere all’accertamento del rischio (risk assessment) nei luoghi di lavoro, mentre è buona norma applicare il “Principio di Precauzione” (precautionary principle) in tossicologia ambientale.
Antonio Mutti
Rischio
Numero e suscettibilità degli esposti
Livelli diesposizione
Determinanti del rischio
Rischio come Probabilità Possibilità
(IUPAC, WHO)
Da: IUPAC, International Union of Pure & Applied Chemistry: Glossary for
Chemists of Terms used in Toxicology, Pure & Applied Chemistry 1993,
65: 2003-2122)
Tossicitàdella sostanza
Antonio Mutti
STIMA DEL RISCHIO GESTIONE DEL RISCHIO
MODELLO GENERALE (National Academy of Science, USA,
1983)Identificazione degli agenti di rischio(L’agente può essere causa di un danno alla salute?)
Definizione della relazione dose - risposta(Qual è la relazione tra quantità dell’agente e risposta biologica?)
Valutazione dell’esposizione(Quali esposizioni sono dimostrate, preventivabili o prevedibili?)
Caratterizzazione del rischio(Quali sono la probabilità e la gravità del danno per la salute?)
Valutazione delle conseguenze economiche, sociali, politiche e sulla salute pubblica(Valutazione del rischio)
Sviluppo di opzioni
Norme – Valori limite
1 2
Antonio Mutti
● Qual’è l’entità del danno alla salute che consideriamo tollerabile?
● Qual’è la proporzione di individui colpiti che consideriamo accettabile?
● Qual’è il grado di certezza della validità delle prove che consideriamo necessaria prima di intervenire?
Domande preliminari prima di definire priorità e modalità di intervento
Antonio Mutti
Antonio Mutti
Malattia
Effettiirreversibili
Effetti critici
Effetti subcritici
Adattamento
VdR
Esposizione professionale a dosi:
TLV® = Threshold Limit Value
0.5 1.0
Moderate Elevate
Livelli di esposizione rispetto al TLV®
Effetti attesi
Classi di esposizione
Antonio Mutti
0Dose, U.A.
100
20
40
60
80
Ris
post
a, %
Prevalenza spontanea
Effetto 1(Cancro)
Effetto 2
Effetto 3
Relazioni dose – risposta:il problema della soglia
Antonio Mutti
Exposure AssessmentQuantificazione o misura dell’esposizione
Monitoraggio ambientale
BLV
Esposizione
Dose
OEL
Risposta
BEI
Monitoraggiobiologico
Interpretazione
a livello di gruppo
Interpretazione
a livello individuale
Antonio Mutti
Utilità relativa del monitoraggio ambientale o biologico
Acuti o cronici Locali o sistemici Precoci o tardivi Reversibili o irreversibili Con soglia o stocastici
Antonio Mutti
Monitoraggio ambientale
Misura periodica della concentrazione di inquinanti aerodispersi, per confrontare le misure ottenute con
appropriati standard igienici
misura oggettiva e standardizzabile
facilmente interpretabile
può non riflettere la dose assorbita: – altre vie di assorbimento– effetto del carico di lavoro;– variabilità interindividuale nel metabolismo.
tende a semplificare fenomeni complessi – miscele– suscettibilità individuale
Antonio Mutti
Monitoraggio biologico
Misura periodica della concentrazione di un inquinante o di suoi metaboliti in matrici biologiche accessibili, per confrontare le misure ottenute con
appropriati valori di riferimento misura integrata della dose assorbita:
– per vie diverse dalla via respiratoria
– a causa di esposizioni extra-professionali
la misura della dose sistemica – non è utile per prevenire effetti acuti;
– è poco utile per prevenire effetti locali.
Antonio Mutti
Vantaggi e limiti del monitoraggio biologico (MB)
La dose è in rapporto più diretto con gli effetti sulla salute la stima del rischio mediante MB è più accurata rispetto a quella basata sul monitoraggio ambientale;Il dato biologico è potenzialmente meno influenzato da fattori interferenti (maschere, imbrattamento campionatori)
Per una corretta interpretazione dei dati di MB sono necessarie approfondite conoscenze tossicologiche (cinetica, dinamica, relazioni dose-effetto/risposta;Il MB è utile solo per effetti sistemici, anche se si stanno aprendo nuove prospettive relative alle sostanze con effetti tossici polmonari.
Antonio Mutti
Aspetti critici nella scelta degli indicatori
conoscenza del meccanismo d’azioneconoscenza della tossicocineticaconoscenza delle relazioni temporali tra esposizione ed effetto che si intende prevenire
Antonio Mutti
Cinetica e significato degli indicatori di dose
breve
intermedio
lungo
➨assorbimento durante l’esposizione
➨esposizione nei giorni precedenti
➨dose accumulata nei mesi/anni precedenti
t/2 significato
Antonio Mutti
Il monitoraggio biologico può essere finalizzato a:
Definire l’esposizione, per ridurre gli errori di classificazione in epidemiologia;Valutare la dose al bersaglio (organo, cellula o molecola);Valutare le relazioni dose-effetto e dose-risposta.
Antonio Mutti
Validità degli Indicatori Biologici
Validità intrinseca
•Pertinenza,
•Stabilità,
•Sensibilità,
•Specificità,
•Accuratezza,
•Precisione
Validità esterna
• Meccanismo d’azione• Vantaggi rispetto ad
altri metodi• Controllo dei fattori interferenti• Valore diagnostico e
prognostico
Variabilità interindividuale: dettaglio fastidioso o fattore determinante?
Da ridurre :differenze legate al campionamentofattori pre-analitici fattori analitici
Da spiegare:differenze nell’assorbimentodifferenze nella biotrasformazionedifferenze nelle capacità di eliminazione
Antonio Mutti
Exposure AssessmentQuantificazione o misura dell’esposizione
Monitoraggio ambientale
BLV
Esposizione
Dose
OEL
Risposta
BEI
Monitoraggiobiologico
Interpretazione
a livello di gruppo
Interpretazione
a livello individuale
Antonio Mutti
Monitoraggio biologico e limiti biologici
- Il problema della variabilità interindividuale
- Il problema dell’interferenza del carico di lavoro
- Il problema dell’interferenza di altri composti in miscela
- È ipotizzabile un BLVmiscela?
Antonio Mutti
[Biomarker] vs. [Esposizione]Media vs. Limite inferiore dell’IC 95 %
Livello di esposizione
Liv
ello
del
bio
mar
ker
Valore medio
Limite inferiore dell’IC 95 %
BEIY
BEIx
OELX
Antonio Mutti
[Biomarker] vs. [Esposizione]2. Effetto del carico di lavoro*
moderato
Esposizione ad A
bio
mar
ker
di A
leggero
riposoBEIY
BEIA
BEIX
OELX
*Effetti simili sono causati dal consumo dialcol o lipidi, dal sesso, etc.
Carico di lavoro
Antonio Mutti
[Biomarker] vs. [Esposizione] 3. OEL e BEI per miscele
Esposizione ad A
bio
mar
ker
per
A A soltanto
In miscelaBEIx
BEIA
OEL
Antonio Mutti
Limiti di esposizione a miscele
Indice di esposizione a miscele =
n
n
TLV
C
TLV
C
TLV
C
TLV
C ++++ ...3
3
2
2
1
1
> 1 supera il TLVmix
Il concetto è applicabile ai limiti biologici di esposizione?
Antonio Mutti
Esempio di una misceladi 5 composti
X
T
E
BB
D
BenzeneTolueneEtilbenzeneXileneDiclorometano
da: Haddad et al. TAP 167(3):199-209, 2000
Antonio Mutti
Diclorometano 100 ppm + Benzene 50 ppm + Toluene 50 ppm + Etilbenzene 50 ppm + m-Xilene 50 ppm
Diclorometano
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8
Co
nce
ntr
azio
ne
ven
osa
(m
g/L
)
Benzene
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
0 2 4 6 8
Co
nce
ntr
azio
ne
ven
osa
(m
g/L
)
Toluene
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 2 4 6 8
Tempo (ore)
Co
nce
ntr
azio
ne
ven
osa
(mg
/L)
Etilbenzene
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 2 4 6 8
Tempo (ore)
Co
nce
ntr
azio
ne
ven
osa
(m
g/L
)m-Xilene
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 2 4 6 8
Tempo (ore)
Co
nce
ntr
azio
ne
ven
osa
(m
g/L
)
Puro
Miscela
Da: Haddad et al. TAP 167(3):199-209, 2000
Antonio Mutti
Perché utilizzare indicatori biologici?
Per aumentare la sensibilità nella valutazione dell’esposizione e degli effetti
Per ottenere una misura surrogata di fenomeni non misurabili in quanto
il tessuto è inaccessibile
la misura tecnicamente difficile
la misura è distruttiva
la misura è troppo costosa
Per comprendere un processo che conduce ad effetti che si vogliono prevenire.
Antonio Mutti
Esposizione DoseAlterata
funzione/struttura
Dose albersaglio Malattia
Epidemiologia molecolare, ovvero:modello multifattoriale semplificato
Indicatori di esposizione Indicatori di effetto
Indicatori di suscettibilità
Antonio Mutti
Classificazione degli indicatori biologici:
dosesostanza chimica o metabolita o prodotto di interazione con una molecola bersaglio, misurato in un compartimento accessibile.
effetto alterazione biochimica o funzionale misurabile, che in funzione della sua entità può indicare un potenziale rischio per la salute o una malattia.
suscettibilità condizione congenita o acquisita che predispone
agli effetti indesiderati degli agenti chimici.
Antonio Mutti
Biomarkers diDose, Effetto e Suscettibilità
EsposizioneDose
internaDose albersaglio
Effettobiologicoprecoce
Alteratastrutturafunzione
Malattia
Polimorfismi di Enzimi della
riparazione del DNAPolimorfismi Metabolici
Markers Immunogenetici(es., HLA Ag)
• Sostanze tal quali o metabolitiematici, urinari, ecc.• Addotti alle proteine (es., Hb)
•Addotti al DNA: in situ in GB in urina
• Mutazioni in oncogeni o geni soppressori • Citogenetica
(CA, SCE, MN, FISH)
• Proteinuria • Ormoni, ecc.
• Spettri mutazionali nei tumori• Antigeni tumore-specifici circolanti, ecc.
Antonio Mutti
Sostanze tal quali
I solventi organici possono essere misurati nell’aria
alveolare e nel sangue. L’aria alveolare può essere campionata in modo non invasivo ed analizzata in gascromatografia
Il prelievo dell’aria alveolare non è facilmente standardizzabile:
– l’emivita è molto breve (minuti) ed il tempo di prelievo è quindi critico;
– non è ancora disponibile una tecnica di riferimento (promettente il “BioVoc”).
L’analisi nel sangue ha tutti gli svantaggi dell’aria alveolare senza gli svantaggi
Antonio Mutti
Sostanze tal quali (segue)
I solventi organici possono essere misurati
nelle urine. I solventi tal quali disciolti nelle urine possono
essere analizzati in gascromatografia con tecniche oggi affidabili
Il significato delle concentrazioni urinarie dei solventi tal quali non è chiarissimo
– l’equilibrio aria/sangue e sangue/urine si realizza attraverso barriere a diversa permeabilità e flusso;
– non è chiaro il tempo di equilibrio e, quindi, di integrazione dell’esposizione;
– le concentrazioni sono molto piccole e possono comportare un notevole errore nell’estrapolare l’esposizione che le ha generate.
Antonio Mutti
Addotti al DNA
Prodotti di legame covalente tra composti elettrofili e
gruppi nucleofili C, N, O, P del DNA. integrano:
–l’esposizione a genotossici–le differenze nella biotrasformazione –le differenze nei meccanismi di riparazione
possono non riflettere:–la dose vera (per problemi analitici);–la dose al bersaglio;–controllo proliferazione e apoptosi cellulare.
Antonio Mutti
Biomarkers diDose, Effetto e Suscettibilità
EsposizioneDose
internaDose albersaglio
Effettobiologicoprecoce
Alteratastrutturafunzione
Malattia
Polimorfismi di Enzimi della
riparazione del DNA
Polimorfismi Metabolici
Markers Immunogenetici(es., HLA Ag)
• Sostanze tal quali o metabolitiematici, urinari, ecc.• Addotti alle proteine (es., Hb)
•Addotti al DNA: in situ in GB in urina
• Mutazioni in oncogeni o geni soppressori Cytogenetica
(CA, SCE, MN, FISH)
• Proteinuria • Ormoni, ecc.
• Spettri mutazionali nei tumori• Antigeni tumore-specifici circolanti, ecc.
Antonio Mutti
“…an indicator of an inherited or acquired limitation of an organism’s ability to respond to the challenge of exposure to a specific xenobiotic substance”
National Research Council 1989 .
Biomarker of susceptibility
Antonio Mutti
Funzioni cellulari Polimorfismi genetici Biotrasformazione
· Fase 1 ADH 1B, ADH 1C, ALDH2, CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1 , CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1 , CYP3A4, SOD2,
· Fase 2 COMT, GSTA1 , GSTA2 , GSTA4, GSTM1, GSTM3 , GSTT1 , GSTT2 , EPHX1 , MTHFR, MPO , N QO1 , NAT - 1 , NAT - 2 , SULT1A1, TPMT, UGT1A1, UGT1A7
Riparazione DNA
· Reversione diretta MGMT
· Excisione di basi APE1, ERCC1, ERCC2, ERCC4, ERCC5, hOGG1, LIG3, MPG, PCNA, POLB,
· Rotture a doppio filamento
XRCC1, XRCC2, XRCC3, XRCC9
Proliferazione, apoptosi CDKN1A, CDKN1B, EGF, EGFR, H- ras, MDM2, p53, VHL
Controllo ormonale AR, CYP17, CYP19, GRPR, SRD5A2, VDR Controllo nervoso DAT, DRD2, DRD4 Controllo immunitario HLA, citochine e loro recettori, chemochine e loro recettori
Alcuni polimorfismi genetici noti
Antonio Mutti
Biotrasformazione delle sostanze esogene
Super Idrofobiche Idrofobiche Idrofile Polari
Accumulo nelTessuto adiposo
Metabolismo (fase I):ossidazione, idrolisi(in genere attivazione)
Metabolismo (fase II)coniugazione (in genere
detossificazione)
Escrezione urinaria o biliare
Antonio Mutti
Biomarkers di suscettibilità
Effetti precoci
Alterata
struttura funzione
Malattia
Polimorfismimetabolici
Markers immuno-genetici (es. HLA)
• Mutazioni di oncogeni o digeni soppressori
Test citogenetici (CA,SCE, MN, FISH)
•
•
Ormoni •
- Spettri mutazionali nei tumori (es. p53)
- Marcatori tumorali circolanti
- Citologia esfoliativa
Esposizioneinterna Dose Dose al
bersaglio
• Agenti chimici o metaboliti
nel sangue,nelle urine,ecc.
• Addotti alle
Proteine, specie all’Hb
• Addotti al DNA : in situ nei GB nelle urine
Biomarkers di esposizione
Polimorfismi diEnzimi di ripara-zione del DNA
Biomarkers di effetto
Antonio Mutti
Problemi aperti nel Monitoraggio Biologico: Validità e Validazione
• INDICATORI DI DOSE:– Dose al bersaglio, dose biologicamente efficace,
dose cumulativa: cumulo di dosi o cumulo di effetti?
• INDICATORI DI EFFETTO:– Predittività rispetto all’outcome: indipendente
dall’esposizione? (es. AC)
• INDICATORI DI SUSCETTIBILITA’– Il problema delle interazioni e ruolo dei markers di
suscettibilità individuale (modificatori di effetto).
Antonio Mutti
Biomarker Soglia Nota
Esposizione coerentemente correlato Considerati background con l’esposizione1 ed interferenti
Effetto coerentemente correlato Considerata l’incidenza con il rischio di malattia2 spontanea
Suscettibilità distingue gruppi a rischio3 A parità di esposizione
Postille del tossicologo:1consente di prevedere l’effetto o la risposta biologica2coerentemente correlato con la dose3svolge un ruolo fisiopatologico: se è un polimorfismo metabolico, incide sulla biotrasformazione del substrato; se è un polimorfismo recettoriale modifica la trasduzione del segnale; se è un oncogene condiziona la conversione neoplastica, ecc.
Criteri di validità per un “biomarker” (dal punto di vista epidemiologico)
Antonio Mutti
I Biomarcatori possono assumere diverso significato in funzione dell’uso e della validazione
EsposizioneDose
assorbita
Dose al
bersaglio
EffettoBiologicoPrecoce
AlterataStrutturaFunzione
Malattia
TossicocineticaTossicodinamica
Patogenesi
S U S C E T T I B I L I T A’
Antonio Mutti
Prospettiva Genetica
Malattia
S U S C E P T I B I L I T A’
Antonio Mutti
Prospettiva Igienistica
Esposizione Malattia
Antonio Mutti
Prospettiva Epidemiologica
Esposizione Malattia
S U I B I
Antonio Mutti
Prospettiva Clinica
AlterataStruttura oFunzione
Malattia
Patogenesi
I L I T A’
Antonio Mutti
Prospettiva Tossicologica
Tossicocinetica
Tossicodinamica
Esposizione DoseDose
alBersaglio
EffettoBiologicoPrecoce
AlterataStruttura oFunzione
S U S C E T T I B I
Antonio Mutti
Valutazione del Rischio:effetti stocastici
Antonio Mutti
Rischio
Tossicitàdella sostanza
Numero e suscettibilità
degli esposti Livelli diesposizione
Determinanti del rischio
Rischio comeProbabilità Possibilità
(IUPAC, WHO)
Da: IUPAC, International Union of Pure & Applied Chemistry: Glossary for
Chemists of Terms used in Toxicology, Pure & Applied Chemistry 1993,
65: 2003-2122)
Antonio Mutti
Solo Geni
Solo Ambiente
Genix
Ambiente
Contributo relativo dell’ambiente
N. d
i cas
iInterazioni Geni-Ambiente nella patologia degenerativa
5 95
Antonio Mutti
Diversi genipossono
interagire con fattori ambientali causando una
sola malattia
Ma…
Ciascun gene può interagire con molti fattori di rischio ed essere associato con molte malattie.
Disease 6Disease 5
Disease 4Disease 3
Disease 2Fattore di rischio 1
Disease 6Disease 5
Disease 4Disease 3
Disease 2Malattia 1
Gene 6Gene 5
Gene 4
Malattia 1
Gene 3Gene 2Gene 1
Environment 3Environment 2Fattore
ambientale 1
Complessità delle interazioni gene-ambiente
Antonio Mutti
A grain in the balance will determine which individual shall live and which shall die…
Charles Darwin, 1859
attivazione inattivazionedanno riparazione
aggressione difesaassorbimento escrezione
Pro-ossidante Anti-ossidante
inibizione induzione
consapevolezza ignoranza
Antonio Mutti
Il problema della sorveglianza sanitaria.
Antonio Mutti
Sorveglianza sanitaria e monitoraggio degli effetti biologici
Sorveglianza sanitaria
Monitoraggio effetti biologici
Individui Chi Gruppi
Idoneità del lavoratore Perché Idoneità del lavoro
Clinica Metodologia Epidemiologica
Specifici Test impiegati Sensibili
Valori di riferimento Confronto con Gruppo di controllo
Dicotomiche Variabili Continue
Diagnosi di malattie o ipersuscettibilità
Conclusione Esclusione di malattie
Antonio Mutti
L’importanza degli aspetti etici dipende dallo scopo dell’attività e dall’uso dei dati
Aspetti etici
Attività
Sorveglianza
Diagnosi
Monitoraggio effetti biologici
Analisi, Stima, Valutazione, Misura,
Determinazione, Quantificazione
Assenti
Molto importanti
Moderati
Modesti
Screening
Antonio Mutti
The most important cause of misuse is misconception