Classificazione e funzione degli element

Gli elementi presenti nel corpo sono classificati come elementi in maggioranza o in traccia. Questa distinzione dipende dalla loro quantità. Gli elementi in traccia sono inoltre classificati come: a) essenziali per la dieta; b) poco essenziali; c) non essenziali; d) tossici.

Spesso la ricerca antropologica prende in considerazione anche alcuni elementi in maggioranza, quali idrogeno, calcio, fosforo, ossigeno, potassio, sodio e magnesio. Calcio e fosforo giocano un ruolo fondamentale per l’integrità strutturale dell’organismo, mentre carbonio, idrogeno e ossigeno sono essenziali per la formazione di aminoacidi, purine, piramidine.

Nella ricerca paleonutrizionale, in generale si può affermare che un oligoelemento è utile per questo tipo di studio se (Canci e Minozzi, 2005; Borgognini Tarli e Pacciani, 1993):

- ha una riconosciuta relazione con il tipo di dieta;

- non entra nell’organismo per vie diverse da quella alimentare; - si fissa nell’osso in quantità adeguate per un’accurata misurazione;

- non è soggetto a fenomeni diagenetici di contaminazione (arricchimento, perdita o sostituzione) dovuti alla giacitura.

Le concentrazioni dei vari elementi chimici (Fig. 3.2), sono distribuite diversamente fra le varie fonti alimentari per cui le variazioni di concentrazione di alcuni elementi (come: Sr, Ba, Cu, Zn, V) possono essere impiegate per stimare il tipo di cibo e la sua importanza nella dieta quotidiana degli individui oggetto di studio. Alcuni elementi come lo zinco, il ferro, il rame sono associati alle proteine animali, mentre lo stronzio, il magnesio, il manganese, il bario sono invece presenti in concentrazioni più elevate nel cibo di origine vegetale (Canci e Minozzi, 2005).

Il contenuto di Ca e P fornisce invece indicazioni sulle condizioni di conservazione del materiale osseo; Mn, Fe, Al, K, Na e altri elementi sono indicativi dell’influenza del suolo e degli effetti post

mortem sull’osso. A causa della sepoltura, degli effetti della diagenesi e delle diverse abitudini

alimentari, la composizione degli elementi nell’osso antico dovrebbe presentare alcune differenze rispetto alle ossa recenti. L’incremento nella concentrazione di alcuni elementi, come Al, Fe, Mn, è tipico, mentre la concentrazione di elementi in traccia, come As, Cd, Cu, Ni, Zn, dovrebbe essere

più alta o più bassa in relazione al luogo di sepoltura e alle abitudini alimentari (Zlateva et al, 2003).

Fig. 3.2 - Concentrazioni medie di alcuni elementi in tracce in varie classi di alimenti (Borgognini Tarli e Pacciani, 1993).

3.3.1 Elementi principali assunti

Stronzio. Tra i vari elementi, lo stronzio è un indicatore del tipo di dieta. Le osservazioni sul movimento dell’isotopo 90Sr dall’atmosfera al suolo e da qui alle acque, alle piante ed ai consumatori animali, erbivori e carnivori, hanno mostrato un abbassamento della concentrazione ad ogni passaggio attraverso i livelli trofici (Canci e Minozzi, 2005). Lo stronzio è un metallo alcalino-terroso con un comportamento chimico simile al calcio, ed è rinvenibile in concentrazione variabile nella litosfera. Le acque dolci dei fiumi contengono disciolta una concentrazione media di ioni Sr++ provenienti dai vari terreni attraversati, che viene incorporata in questa proporzione dagli organismi vegetali, i quali non hanno la capacità di distinguere tra gli ioni Sr++ e gli ioni Ca++; infatti sebbene il contenuto di stronzio vari considerevolmente tra le diverse specie vegetali e nelle varie parti del corpo della pianta e da stagione a stagione, il rapporto Sr/Ca mantiene in genere un ordine di grandezza costante (Canci e Minozzi, 2005).

I vertebrati invece eliminano stronzio a livello del tratto gastrointestinale e, nella formazione di tessuto osseo (dove finisce il 99% di tutto lo Sr corporeo), questo elemento è discriminato in favore del calcio. Ne consegue che gli erbivori hanno un rapporto Sr/Ca minore rispetto a quello

delle piante di cui si cibano. I carnivori invece avranno un rapporto ancora più spostato a favore del calcio, sia perché operano una seconda selezione metabolica sui tessuti degli erbivori (che avevano a loro volta già discriminato) sia perché si cibano principalmente di tessuti molli in cui si trova solo una minima parte dello stronzio corporeo. Un onnivoro come l’uomo avrà una concentrazione di stronzio nelle ossa intermedia tra carnivori ed erbivori e le fluttuazioni all’interno di questo range daranno indicazioni sul variare dell’ammontare di cibo di fonte animale rispetto a quello vegetale (Canci e Minozzi, 2005). In altre parole, una maggiore concentrazione di Stronzio nelle ossa di un individuo starebbe ad indicare una dieta basata prevalentemente sul consumo di vegetali, mentre un individuo con abitudini alimentari carnivore dovrebbe essere caratterizzato da un basso contenuto osseo di Stronzio (Borgognini Tarli e Pacciani, 1993). Alte concentrazioni di Sr perciò riflettono un consumo di alimenti vegetali che attestano una dieta prevalentemente vegetariana. Un basso rapporto Sr/Ca indica invece un consumo di cereali come il mais (Zlateva et al, 2003).

Nei bambini il tasso di assunzione metabolica dello stronzio è maggiore rispetto a quello degli adulti, mentre la quantità assoluta di stronzio nelle ossa può essere inferiore, a causa di una minore disponibilità di questo elemento nella dieta infantile. Il latte, infatti, pur essendo molto ricco in calcio, ha un rapporto Sr/Ca decisamente basso, per effetto della ritenzione dello stronzio a livello delle ghiandole mammarie. Un bambino non svezzato avrà un basso rapporto Sr/Ca, fenomeno che si manifesterà ancora più potenziato quando l’allattamento si protrae oltre l’anno, momento in cui il tratto gastrointestinale comincia a discriminare contro lo stronzio (Canci e Minozzi, 2005). La bassa quantità di stronzio nel latte, contro la sua elevata concentrazione nei cereali e nei vegetali in genere, e il rapido turnover delle ossa degli individui in crescita permettono, ove si noti un drastico cambiamento nei valori di stronzio ad una data età, di fissare con una certa precisione il momento dello svezzamento (Canci e Minozzi, 2005).

Le variazioni invece che insorgono nel metabolismo del calcio nella donna durante la gravidanza e l’allattamento possono modificare l’assorbimento di tutti i metalli alcalino-terrosi e dello stronzio in particolare. La ritenzione dello stronzio da parte delle ghiandole mammarie e del tessuto placentare incrementa la concentrazione di questo elemento nel plasma materno e porta perciò ad un arricchimento nello scheletro della madre (Canci e Minozzi, 2005).

Fig. 3.3 - Ciclo dello stronzio nell’ambiente e nelle ossa umane (Borgognini Tarli e Pacciani, 1993).

Bario. Il Bario essendo immediatamente al di sotto dello stronzio nella tavola periodica, perciò di maggior peso e diametro atomico, è più facilmente riconoscibile dall’organismo rispetto allo stronzio stesso e per questo dovrebbe essere un indicatore di dieta più efficace. Il bario però, al contrario dello stronzio, è talvolta soggetto all’entrata nell’osso per diagenesi (Canci e Minozzi, 2005; Smrcka, 2005). Un basso contenuto di Bario indica un consumo di cibo di mare, ciò è avvalorato dal riscontro di un basso rapporto Ba/Sr (Smrčka, 2005; Zlateva et al, 2003).

Zinco. Questo elemento sembra essere esente dai processi diagenetici. Una elevata concentrazione di Zn attesta una dieta prevalentemente vegetariana; alte concentrazioni di zinco si ritrovano però anche nelle noci e nei molluschi (Smrčka, 2005; Zlateva et al, 2003). Mentre lo stronzio diminuisce nella successione erbivori (400-500 ppm) – onnivori (150-400 ppm) – carnivori (100-300 ppm), lo zinco aumenta le sue concentrazioni nella stessa serie: 90-150 – 120-220 – 175- 250 ppm.

Elementi contaminanti: il Piombo. La concentrazione di piombo fornisce un’informazione di tipo paleopatologico dell’individuo in questione, individuando uno stato di intossicazione da parte di questo elemento. Le concentrazioni di piombo vengono usate per determinare le differenze socio- economiche, le categorie occupazionali dei singoli individui, il livello di assimilazione di questo elemento e il relativo grado di contaminazione dell’organismo. Anche il piombo è però un elemento soggetto a cambiamenti diagenetici. Alta concentrazione nelle ossa antiche è messa in relazione ad una intossicazione da piombo causata dal suo largo impiego per la produzione di vasellame da cibo e contenitori per bevande dei greci e romani (Smrčka, 2005).

3.3.2 Problematiche nell’interpretazione dei dati

Lo studio degli elementi in traccia presenta alcuni problemi e difficoltà di interpretazione: il principale problema è rappresentato dalle contaminazioni diagenetiche, cioè dai cambiamenti nella composizione chimica dell’osso che avvengono dopo la morte dell’organismo, quindi non più in relazione al tipo di dieta. Durante il periodo di interramento quindi, un osso può subire perdite per dilavamento o arricchimenti per assorbimento dal suolo degli elementi presenti in origine, con conseguente alterazione dei livelli di concentrazione che l’individuo aveva in vita. Queste perturbazioni possono verificarsi in uno stesso campione per tutti gli elementi o solo per alcuni di essi. Mentre sodio e calcio sono soggetti ad un’uscita post-mortem dall’osso, ferro, alluminio, manganese, potassio e probabilmente rame e bario tendono ad entrare nell’osso dal suolo di giacitura attraverso le acque percolanti (Canci e Minozzi, 2005).

Inoltre variazioni climatiche, fitogeografiche e di pH del suolo possono influire sulla solubilità di un dato elemento e sulla sua assorbibilità da parte dei vegetali. Le variazioni riscontrate, nelle ossa di animali provenienti dallo stesso sito, nel corso del tempo possono essere così dovute non ad un cambiamento del loro regime dietetico, ma ad una alterazione alla base della catena alimentare.

Anche la variabilità tra popolazioni ed individui di una stessa popolazione deve essere presa in considerazione; tale variabilità individuale può essere dovuta a fattori come l’età, il sesso, stati fisiologici e condizioni patologiche che abbiano come conseguenza alterazioni del metabolismo (Borgognini Tarli e Pacciani, 1993).

Da considerare sono le differenze metaboliche relative ai vari distretti scheletrici, se si tiene presente il diverso periodo di turnover delle ossa (0.9% per la tibia, 16-19% per le costole) l’esame

di più ossa può portare varie informazioni (Canci e Minozzi, 2005). Ossa lunghe come la tibia o il femore, forniscono valori relativi degli elementi incorporati in età adulta, mentre ossa come le costole, più sensibili alle fluttuazioni delle abitudini alimentari, riflettono invece la dieta degli ultimi anni della vita dell’individuo oggetto di studio (Canci e Minozzi, 2005).

Infine bisogna ricordare che due fattori incidono sui livelli di elementi in tracce in ossa di soggetti di diversa età: i cambiamenti di dieta veri e propri ed un assorbimento differenziato dovuto a cause metaboliche (Canci e Minozzi, 2005). Alcune patologie, specialmente quelle causate da un’alimentazione non bilanciata, alterano il flusso di oligoelementi nell’organismo; l’assorbimento dei metalli alcalino-terrosi può essere inibito nel caso di deficienza di vitamina D, o potenziato ove vi sia una carenza di calcio (Canci e Minozzi, 2005).

Inoltre l’interpretazione delle concentrazioni nello scheletro è spesso offuscata dalla scarsità delle informazioni sugli elementi che costituivano i cibi nelle epoche passate a causa di problemi legati alla difficoltà di valutare gli effetti delle tecniche di preparazione del cibo e gli effetti delle variazioni ambientali sulla dieta. Da tenere in considerazione anche il fatto che una parte di elementi in traccia può penetrare nel cibo come contaminante attraverso gli utensili da cucina.