I Composti perfluoroalchilici (PFAS).
1
Inquinanti ambientali persistenti noti cancerogeni e interferenti endocrini 2
3
VINCENZO CORDIANO 4
5
6
VERSIONE 3.3.2 -‐ 13 MARZO 2015 7
Revisione della letteratura e cronistoria degli avvenimenti che hanno preceduto e seguito 8
la "scoperta" della contaminazione pluridecennale delle falde acquifere e della catena 9
alimentare in Veneto 10
Glossario dei termini tecnici e statistici ... 9 13
1. PFAS – Terminologia, proprietà chimico-‐fisiche ... 10 14
1.1. Terminologia dei composti chimici fluorurati ... 10 15
1.2. PFAS a catena lunga e corta ... 10 16
1.3. Catene lineari o ramificate ... 10 17
1.4. Principali usi industriali e commerciali dei PFAS ... 12 18
1.5. Proprietà chimico-‐fisiche dei PFAS ... 12 19
1.5.1. PFOS ... 12 20
1.5.2. PFOA ... 13 21
2. Meccanismo di azione dei PFAS ... 15 22
2.1. Negli animali ... 15 23
2.2. Profili di espressione genica ... 15 24
2.3. PFAS ed epigenetica ... 16 25
2.4. Interferenza (distruzione) endocrina associata ai PFAS ... 16 26
3. Tossicocinetica dei PFAS ... 17 27
3.1. Assorbimento ... 17 28
3.1.1. PFOA ... 17 29
3.1.1.1. Assorbimento per via respiratoria ... 18 30
3.1.1.2. Assorbimento per via transdermica ... 18 31
3.1.1.3. Assorbimento per via orale ... 18 32
3.1.2. PFOS ... 19 33
3.1.2.1. Assorbimento ... 19 34
3.1.2.2. Assorbimento negli animali ... 19 35
3.1.2.3. Ratti ... 19 36
3.2. Distribuzione ... 20 37
3.2.1. Legame con le proteine plasmatiche e tessutali. ... 20 38
3.2.2. Esposizione per via orale ... 21 39
3.2.2.1. Distribuzione negli esseri umani ... 21 40
3.2.2.2. Distribuzione negli animali ... 22 41
3.2.2.3. Ratti ... 22 42
3.3. Metabolismo ... 22 43
3.4. Escrezione ... 22 44
4. Inquinamento da PFAs in provincia di Vicenza – Antefatti e cronologia degli avvenimenti 45
e delle decisioni delle autorità politiche e sanitarie regionali ... 23 46
4.1. Episodi di contaminazione “accidentale” delle acque potabili nel mondo ... 23 47
4.1.1. Little Hocking, West Virginia, USA. ... 23 48
4.1.1.1. Class action contro la Dupont e origine del progetto C8HP ... 23 49
4.1.2. Cottage Grove, Minnesota, USA ... 24 50
4.1.3. Decatur, Alabama, USA ... 24 51
4.1.4. Sauerland, Germania ... 25 52
4.1.5. Aeroporto di Jersey, Regno Unito ... 25 53
4.2. Determinazione della diffusione nelle acque europee e in Veneto ... 26 54
4.2.1. Il progetto PERFORCE e l’inizio del monitoraggio ambientale in Europa ... 26 55
4.2.2. Stipulazione della convenzione fra MATMM e IRSAS-‐CNR per il monitaraggio dei PFAS 56
nelle acque italiane ... 26 57
4.2.3. Lo studio dei PFAS nelle acque Venete ... 26 58
4.2.4. Provvedimenti attuati dalla Regione Veneto, biomonitoraggio umano e della catena 59
alimentare ... 29 60
4.2.5. I Cittadini e le associazioni non si fidano delle pseudotranquillanti dichiarazioni delle 61
autorità sanitarie regionali venete ... 30 62
4.2.6. La sezione Veneta dell’ISDE chiede l’inizio immediato di uno screening e del monitoraggio 63
della popolazione esposta ai PFAS ... 30 64
5. I PFAS come inquinanti ambientali globali -‐ Distribuzione nell’ambiente, nell’acqua e 65
nella catena alimentare ... 33 66
5.1. Fonti di esposizione ... 33 67
5.2. Destino e trasporto dei PFAS in rapporto alla contaminazione dell'acqua potabile ... 34 68
5.2.1. Formazione di PFOA da precursori a lunga catena ... 34 69
5.2.2. Trasporto a distanza ... 35 70
5.3. Monitoraggio ambientale ... 35 71
5.4. I PFAS nella catena alimentare ... 36 72
5.4.1. Osservazioni su animali allevati in laboratorio ... 37 73
5.4.2. Presenza dei PFAS nella fauna selvatica ... 37 74
5.4.2.1. In Italia ... 37 75
5.4.2.2. In Europa ... 38 76
5.4.2.3. In Asia ... 39 77
5.4.3. Nel Nord America ... 39 78
5.5. I PFAS nei prodotti di consumo domestici e professionali ... 39 79
6. Restrizioni alla produzione, commercializzazione, importazione e uso dei PFAS stabilite 80
dagli Enti regolatori governativi e istituzioni di vari paesi ... 40 81
7. Valutazione del rischio derivante dall’esposizione a PFOA, PFOS e altri PFAS con l’acqua 82
potabile e variabilità dei limiti di esposizione in alcuni Paesi ... 42 83
7.1. Cenni sul processo di valutazione del rischio ... 42 84
7.1.1. No-‐observed-‐adverse-‐effect level (NOAEL) ... 42 85
7.1.2. Lowest observed adverse effect level (LOAEL) ... 42 86
7.1.3. Dose Benchmark (BMD) o Concentrazione Benchmark (BMC) ... 43 87
7.1.4. BMD Lowest ... 43 88
7.1.5. BMC Lowest ... 43 89
7.1.6. Risposta Benchmark (BMR) ... 43 90
7.1.7. Concentrazione di riferimento (RFC) ... 43 91
7.1.8. Dose di riferimento (RfD) ... 43 92
7.1.9. UF (Uncertainity Factor) o Fattore di incertezza ... 43 93
7.1.10. Lower Limit on Effective Dose10 (LED10) ... 44 94
7.1.11. Margin of Exposure (MOE) ... 44 95
7.1.12. Point of Departure (POD) ... 44 96
7.1.13. Tolerable Dose Intake (TDI) ... 44 97
7.2. Esempio di Applicazione operativa delle definizioni usate nell’analisi del rischio. ... 44 98
7.3. La valutazione del rischio associato a PFOA e PFOS nell’acqua potabile. Risultati differenti 99
nei vari Paesi ... 45 100
7.3.1. USEPA, 2005 ... 45 101
7.3.2. New Jersey, 2007 ... 46 102
7.3.2.1. Commento alle line guida del New Jersey ... 47 103
7.4. Committee on Toxicity of Chemicals in Food Consumer and Environment, UK, 2006-‐2009 47 104
7.5. European Food and Safety Authority (EFSA), 2008 ... 48 105
7.5.1. TDI per il PFOA ... 48 106
7.5.2. TDI per il PFOS ... 49 107
7.6. Minnesota, 2008 ... 49 108
7.6.1. USEPA, 2009 ... 49 109
7.7. Maine 2014 ... 50 110
7.8. Germania ... 50 111
7.8.1. Limiti accettabili in Germania nel medio e breve periodo qualora fossero superati i valori di 112
HPV1 di PFOA e PFOS nell’acqua potabile ... 51 113
7.8.1.1. Livelli per donne in gravidanza e per la preparazione delle formule di latte artificiale per 114
lattanti. 51 115
7.9. Carolina del Nord, 2012 ... 52 116
7.10. Italia, 2014 ... 53 117
7.10.1. PFAS nelle acque potabili umane e legislazione italiana: qualcuno ha omesso i controlli?
118
53
119
7.10.2. PFAS nelle acque potabili vicentine: vi era motivo di sospettarne la presenza prima 120
dell’estate del 2013? ... 54 121
7.11. Che cosa preferisci portare in tavola, la TDI dell’EFSA, quella dell’USEPA o la RfD dell’US-‐
122
EPA? 54 123
7.12. PFAS e conflitti di interesse dei membri delle commissioni e agenzie governative ... 56 124
7.12.1. USEPA ... 56 125
7.12.2. COT ... 56 126
7.12.3. EFSA ... 56 127
8. Alterazioni degli ormoni sessuali, della fertilità e della spermatogenesi indotte dai PFAS 128
58 129
8.1. Funzione dei testicoli e spermatogenesi ... 58 130
8.1.1. Studi condotti sull’animale ... 58 131
8.1.2. Studi sull’uomo ... 60 132
8.1.2.1. Studi occupazionali ... 60 133
8.2. PFAS e infertilità. ... 60 134
8.2.1. Studi sulla popolazione generale ... 60 135
8.3. Endometriosi e alterazioni del ciclo mestruale ... 63 136
8.3.1. I PFAS inducono irregolarità del ciclo mestruale, un marcatore surrogato di ridotta 137
fertilità. ... 63 138
8.3.2. Effetti dell’esposizone prenatale ... 63 139
8.4. Tossicità riproduttiva e livelli degli ormoni sessuali: effetti transgenerazionali ... 64 140
8.4.1. Studi negli animali ... 64 141
8.4.2. Studi sull’uomo ... 66 142
9. Tiroide ... 67 143
9.1. Studi condotti sugli animali ... 67 144
9.1.1. Studi condotti nell’uomo ... 67 145
10. Malformazioni congenite e teratogeniità ... 72 146
10.1. Teratogenicità ... 72 147
10.2. Restrizione della crescita fetale (basso peso fetale alla nascita) ... 72 148
10.2.1. Studi sui mammiferi ... 72 149
10.2.2. Studi sui non mammiferi ... 73 150
10.2.3. Commento dei risultati degli studi sugli animali ... 73 151
10.3. Studi sugli esseri umani ... 73 152
10.3.1. Conclusioni degli studi sugli esseri umani ... 74 153
10.3.1.1. Significato clinico dell’effetto dei PFAS sulla crescita fetale ... 75 154
11. Neurotossicità da PFAS ... 76 155
11.1. Studi sugli animali ... 76 156
12. Immunotossicità indotta da PFAS ... 77 157
12.1. Studi sugli animali ... 77 158
12.2. Studi sugli esseri umani ... 79 159
13. Epatopatie croniche “idiopatiche” ... 81 160
14. PFAS e Neoplasie ... 82 161
14.1. Studi negli animali ... 82 162
14.2. Studi nell’uomo ... 83 163
14.2.1. I risultati degli studi del progetto C8HP ... 83 164
14.2.2. Studi occupazionali sponsorizzati da industrie ... 84 165
14.2.3. Studi occupazionali indipendenti ... 86 166
14.2.4. Studi su popolazioni esposte a elevati livelli di PFAS contaminanti le falde acquifere ... 86 167
14.2.5. Studi sulla popolazione generale non esposta occupazionalmente ... 87 168
15. Alterazioni del metabolismo ... 89 169
15.1. I PFAS aumentano il colesterolo nell’uomo ma lo diminuiscono negli animali ... 89 170
15.2. Esposizione a PFAS e fattori di rischio per aterosclerosi e malattie cardio-‐e cerebro-‐
171
vascolari ... 90 172
15.2.1. Colesterolo, trigliceridi ... 90 173
15.2.2. Studi occupazionali indipendenti ... 90 174
15.2.3. Studi occupazionali sponsorizzati dall’industria ... 90 175
15.2.4. Studi sulla popolazione generale -‐ Bambini e Adolescenti ... 91 176
15.2.5. Studi sulla popolazione generale -‐ Adulti ... 92 177
15.2.6. Popolazioni con esposizione a concentrazioni elevate di PFAS nell’acqua potabile – 178
Bambini e adolescenti ... 93 179
15.2.7. PFAS e dislipidemia in donne gravide ... 94 180
15.2.8. Commento sull’associazione fra PFAS e dislipidemia nei bambini ... 95 181
15.2.9. Riduzione dei lipidi nel siero associata con la riduzione delle concentrazioni dei PFAS .. 95 182
15.3. Commento sugli studi sul metabolismo lipidico ... 96 183
15.4. Ipertensione arteriosa ... 96 184
15.5. Uricemia ... 97 185
15.5.1. Studi sulla popoalzione generale. Bambini e adolescenti ... 97 186
15.5.2. Studi sulla popoalzione generale -‐ Adulti ... 98 187
15.5.3. Studi sulla popoalzione generale -‐ Bambini e adolescenti ... 98 188
15.6. Diabete mellito ... 98 189
15.6.1. Studi sulla popolazione generale ... 98 190
15.6.2. Studi su popolazioni esposte ... 99 191
15.6.3. Studi occupazionali ... 99 192
15.7. Peso corporeo ... 99 193
PFAS, aterosclerosi e sue complicanze ... 100 194
15.8. Aterosclerosi sub-‐clinica ... 100 195
15.9. Malattie cardiovascolari e cerebrovascolari ... 102 196
15.9.1. Studi sulla popolazione generale ... 102 197
15.9.2. Studi occupazionali ... 104 198
15.10. Ictus cerebrale ... 104 199
16. Metabolismo e farmacocinetica dei PFAS ... 106 200
16.1. Studi sul metabolismo e la farmacocinetica negli esseri umani ... 106 201
Non sono più sicuri né meno tossici per la salute dell’ambiente e degli animali ... 107 202
16.4. I PFAS, vecchi e nuovi, sono diffusi ubiquitariamente nell’ambiente ... 107 203
16.5. Sono urgentemente necessarie maggiori informazioni sui PFAS ... 108 204
16.6. I “nuovi” PFAS potrebbero rivelarsi più pericolosi dei “vecchi” ... 108 205
16.7. Le regole devono essere valide per tutti i paesi ... 108 206
16.8. I PFAS, vecchi e nuovi, sono incorporati in prodotti di consumo persistenti ... 108 207
16.9. L’aumentata esposizione implica un aumento del rischio di eventi avversi ... 109 208
16.10. Costi enormi sarebbero sostenuti dalla comunità per studiare la tossicità dei PFAS-‐CC 109 209
17. Premesse e razionale per un’indagine epidemiologica sulla popolazione veneta esposta 210
per decenni ai PFAS ... 110 211
17.1. Studi condotti in altre parti del mondo ... 110 212
17.2. Diffusione dell’inquinamento da PFAS in Veneto ... 110 213
17.3. Alcune delle malattie probabilmente associate con l’esposizione ai PFAS sono più diffuse e 214
causano da decenni una maggiore mortalità nei territori interessati dall’inquinamento da PFAS 215
dell’acqua potabile ... 111 216
17.4. Neoplasie ... 111 217
17.5. In provincia di Vicenza c’è un eccesso storico di mortalità per malattie associate a PFAS e 218
altri interferenti endocrini ... 111 219
17.6. In provincia di Vicenza c’è un eccesso storico di eccesso di mortalità per linfomi e leucemie 220
113 221
17.7. Malattie della tiroide – Prevalenza nelle ULSS della Regione Veneto ... 114 222
17.8. Mortalità per tutte le cause nelle ULSS venete ... 115 223
17.9. Mortalità per altre malattie nelle ULSS contaminate da PFAS ... 115 224
17.10. Ictus cerebrale ... 116 225
Riassunto e conclusioni ... 117 226
Letture Consigliate ... 122 227
Riferimenti bibliografici ... 123 228
229
230
Note sull’autore
231
Vincenzo Cordiano, è Medico Chirurgo, specialista in Medicina Interna e in Ematologia.
232
È presidente della sezione di Vicenza dell’Associazione Medici per l’Ambiente –ISDE Italia 233
dal giugno 2002, dal momento della sua costituzione.
234
La pagina Facebook di ISDE Vicenza è qui https://www.facebook.com/isdevicenza.it 235
Il sito Internet di ISDE Italia è qui http://www.isde.italia.it 236
Il curriculam vitae et studiorum del dottor Cordiano è qui 237
http://www.ulss5.it/binary/ulss5/operazionetrasparenza/CordianoVincenzo.12577627 238
19.pdf 239
Il blog personale del dottor Vincenzo Cordiano è qui. http://enzucciu.blogspot.it 240
Email: vincenzo.cordiano@gmail.com 241
242
Associazioni scientifiche 243
Associazione Italiana di Epidemiologia 244
FADOI (Federazione delle Associazioni dei Dirigenti Ospedalieri Internisti) 245
European Haematology Association 246
Associazione dei Medici per l’Ambiente-‐ ISDE Italia, della cui sezione provinciale di 247
Vicenza è presidente dal giugno 2012 248
Medicina Democratica 249
Slow Medicine 250
In Copertina immagine riprodotta con il consenso di IRSA-‐CNR. Estensione 251
dell’inquinamento da PFAS nei fiumi e nelle falde acquifere nel Nord Est nel 2013 252
C-‐HDL = Colesterol-‐ High Density Lipoprotein (cosiddetto colesterolo “buono”) 254
C-‐LDL = Colesterol-‐ Low Density Lipoprotein (cosiddetto colesterolo “cattivo”) 255
CT= CT 256
C8 = Molecole a 8 atomi di carbonio (sinonimo di PFOA e PFOS) 257
C8HP = C8 Healt Project 258
C6= PFAs la cui molecola è costituita da 6 atomi di carbonio 259
FSH = Follicle Stimulating Hormon 260
FTOH = Fluorotelomeri alcolici 261
IARC = International Agency for Research on Cancer 262
ISS = Istituto Superiore di Sanità 263
LH = Luteinizing Hormone 264
LOAEL = Lowest Observed Adverse Effect Levels, È la minima concentrazione o quantità 265
di una sostanza che in condizioni sperimentali provoca alterazioni della morfologia, della 266
funzione, della crescita, dello sviluppo o della durata di vita di un organismo 267
NHANES = National Health and Nutrition Examination Survey 268
NOAEL (No Observed Adverse Effect Levels) = Livello o concentrazione di una sostanza 269
chimica (somministrata o assorbita da un animale) in corrispondenza della quale non si 270
osserva l’effetto tossico (o gli effetti tossici) oggetto dello studio ) 271
PBT = Persistent, Bioaccumulative and Toxic 272
PFAs= sostanze o composti perfluoroalchilici 273
PFAS-‐CC = PFAS a corta catena 274
PFAS-‐LC = PFAS a lunga catena 275
PFBS = perfluorobutanosolfato 276
PFNA = acido perfluorononanoico 277
PFOA = acido perfluorottanoico 278
PFOS = acido perfluorottanoico solfato 279
POPs= Persistent Organic Pollutants, Inquinanti organici persitenti 280
Reference Dose, dose di riferimento , vedi RfD 281
RfD, Reference Dose, dose di riferimento. Secondo l’USEPA è la dose orale massima 282
accettabile di una sostanza chimica 283
ROS = Reactive Oxygen Species 284
SCHER = Scientific Committee on Health and Environmental Risks 285
SER= Servizio Epidemiologico Regionale del Veneto 286
SIR= Standard Incidence Ratio, Rapporto dell’incidenza standardizzata 287
SMR = Standard Mortality Ratio, 288
USEPA =United States Environmental Protection Agency 289
WHO = World Health Organization 290
Glossario dei termini tecnici e statistici
291
Hazard Risk (HR), Vedi Odds Ratio 292
Mortalità Standardizzata Il tasso standardizzato è un sistema di aggiustamento di un tasso 293
che permette di confrontare tra loro popolazioni diverse, ad esempio di età. Se si studia un 294
evento tipico degli anziani, come può essere l'incidenza di un tumore, in due popolazioni che 295
pure hanno lo stesso rischio di sviluppare il tumore, di cui una con molti anziani in più 296
dell'altra, avremmo un tasso grezzo più alto nella popolazione con più anziani. Aggiustando il 297
tasso grezzo per l’età si elimina l’influenza del fattore età sulla valutazione degli effetti di altre 298
cause di tumore. Spesso si usa il SMR per la mortalità è il SIR per valutare l’incidenza di una 299
malattia 300
Incidenza, Nuovi casi di malattia all’anno 301
Prevalenza, tutti i casi di una detrminata malattia presenti ina popolazione in un determinato 302
periodo 303
Odds Ratio (OR) o rapporto di rischio è uno degli indici utilizzati per definire il rapporto di 304
causa-effetto tra due fattori, per esempio tra un fattore di rischio e una malattia.
305
Detta molto grossolanamente, indica la probablità o il rischio che in un gruppo ci sia una 306
malattia rispetto ad un altro se. L’OR è 2, per esempio,significa che tale probabilità è doppia 307
rispetto ad un gruppo di controllo; se è inferiore a 1 significa che il rischio o probabilità è 308
inferiore nel primo gruppo. Si usa spesso negli studi retrospettivi. Concetti simili sono espressi 309
dall’Hazard Risk o dal Rischio relativo (RR).
310
Risk Rate, RR o rischio relativo è la probabilità che un individuo, appartenente ad un gruppo 311
esposto a determinati fattori, sviluppi la malattia, rispetto alla probabilità che un soggetto 312
appartenente ad un gruppo non esposto sviluppi la stessa malattia 313
314
1. PFAS – Terminologia, proprietà chimico-‐fisiche
315
I composti fluorurati sono molecole artificiali, non esistenti in natura, che appartengono a 316
una più vasta categoria di composti che comprende un numero enorme di sostanze 317
organiche e inorganiche, accomunate dalla proprietà di conteere almeno un atomo di 318
fluoro ma dotate di numerose proprietà chimico-‐fisiche, spesso notevolmente diverse fra 319
di loro (Buck et al., 2011). Un sottogrupo dei composti fluorurati è rappresentato dai 320
PFAS, molecole con un numero variabile di atomi di carbonio (da C4 a C14), a catena 321
lineare o ramificata. Nei PFAS tutti gli atomi d’idrogeno legati agli atomi di carbonio sono 322
stati sostituiti da atomi di fluoro, formandosi così il residuo perfluoroalchilico CnF2n+1 323
(Buck et al., 2011). I membri più noti della famiglia dei PFAS sono indubbiamente il PFOS 324
e il PFOA, entrambi costituiti da otto atomi di carbonio, donde anche la sigla C8 con la 325
quale sono spesso indicati. Le principali caratteristiche chimico-‐fisiche di queste sostanze 326
fluorurate sono una natura anfifilica e una debole tensione superficiale (Rotander et al., 327
2015).
328
1.1. Terminologia dei composti chimici fluorurati 329
I PFAS sono sostanze alifatiche con uno o più atomi di carbonio in cui tutti gli atomi di 330
idrogeno presenti negli analoghi non fluorurati sono stati sostituiti da atomi di fluoro, 331
cosicché contengono il residuo perfluoroalchilico. I composti perfluoroalchilici, PFAS, in 332
cui tutti gli atomi di idrogeno legati agli atomi di carbonio sono stati sostituiti da un 333
atomo di fluoro sono distanti dalle sostanze polifluoroalchiliche, definite come le molecole 334
alifatiche in cui tutti gli atomi di idrogeno di almeno un atomo di carbonio, ma non di tutti 335
gli atomi di carbonio, sono stati sostituiti da atomi di fluoro.
336
Le sostanze polifluoroalchiliche hanno la capacità potenziale, dimostrata in alcuni casi, di 337
trasformarsi in composti perfluoroalchilici (Buck et al., 2011).
338
1.2. PFAS a catena lunga e corta 339
I PFAS, soprattutto gli acidi perfluoroalchilici e i loro anioni, sono frequentemente distinti 340
in molecole a "lunga catena" (PFS-‐LC) o a "corta catena" (PFAS-‐CC). Secondo l' 341
Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD), onde evitare 342
confusioni la definizione di "lunga catena" dovrebbe riferirsi soltanto agli acidi 343
perfluoroalchilici carbossilici (PFCA) con almeno otto atomi di carbonio (cioè con sette o 344
più atomi di carbonio perfluorurati) e agli acidi sulfonici perfluoroalchilici (PFSA) con 345
almeno sei atomi di carbonio (cioè con sei o più atomi di carbonio perfluorurati) 346
(“ENVPFC -‐ OECD,” n.d.).
347
1.3. Catene lineari o ramificate 348
Molti PFAS esistono come miscele d’isomeri a causa della ramificazione della catena 349
principale. Gli isomeri lineari, di cui può esistere soltanto un solo congenere a parità di 350
numero di atomi di carbonio, sono costituiti da atomi di carbonio che sono legati soltanto 351
352
Figura 1 -‐ PFOA e PFOS -‐ Formula chimica
353
354 355
ad uno o due altri atomi di carbonio. Gli isomeri ramificati, di cui esistono diversi 356
congeneri in ogni gruppo di omologhi a parità di atomi di carbonio, sono composti da 357
atomi di carbonio legati ad almeno altri due atomi di carbonio, con la conseguente 358
formazione di una catena ramificata. Per esempio, il PFOS è spesso presente nell'ambiente 359
come una miscela di isomeri lineari di 10 isomeri ramificati, essendo possibile 360
teoricamente 89 congeneri (Rayne and Forest, 2010; Riddell et al., 2009). Lo studio del 361
tipo d’isomeri in una determinata matrice ambientale è molto utile perché il processo di 362
produzione influenza il tipo d’isomeri presenti nel campione da esaminare, facilitando in 363
questo modo l’identificazione della fonte di produzione dei PFAS. La telomerizzazione 364
produce principalmente o esclusivamente PFAS lineari, mentre la fluorurazione 365
elettrochimica produce una miscela di isomeri lineari e ramificati (Buck et al., 2011).
366
L'esistenza di miscele di isomeri lineari e ramificati rappresenta un problema di notevole 367
importanza, e di altrettanto difficile soluzione, per la determinazione quantitativa 368
accurata e precisa di molti PFAS nelle matrici ambientali (Riddell et al., 2009). La 369
presenza di miscele d’ incerta composizione può contribuire alla notevole variabilità 370
inter-‐laboratorio osservata nella determinazione dei PFAS in alcune matrici 371
particolarmente "difficili", per esempio i pesci o l’acqua (Paiano et al., 2012; van Leeuwen 372
et al., 2009).
373
Che siano necessari numerosi sforzi per standardizzare le metodiche di laboratorio per la 374
misurazione dei PFAS (Trojanowicz and Koc, 2013), lo dimostrano i risultati di uno 375
studio internazionale cui parteciparono 38 laboratori di 13 nazioni, ad ognuno dei quali fu 376
chiesto di analizzare 13 PFAS in diversi campioni, tre ambientali e due umani. La 377
concordanza fra i laboratori fu soltanto di circa il 65% per il PFOS e il PFOA nei campioni 378
di plasma e di sangue umano; tuttavia i risultati non furono altrettanto “buoni” per quanto 379
riguarda gli altri PFAS. La maggioranza dei laboratori ottenne una sottostima delle 380
concentrazioni degli PFAS negli estratti di pesce e nell'acqua potabile (Martin et al., 2004;
381
van Leeuwen et al., 2006). I risultati di un secondo studio di questo tipo, cui 382
parteciparono 21 laboratori europei ed americani, dimostrano che negli ultimi anni sono 383
stati compiuti sostanziali progressi, con un aumento della precisione e dell'accuratezza 384
delle metodiche utilizzate.
385
Tuttavia, è doveroso sottolineare che questi risultati di buona qualità sono stati ottenuti 386
in un numero ristretto di laboratori altamente specializzati, per cui è necessario attendere 387
che queste metodiche siano disponibili su larga scala per sapere se possono essere 388
replicati anche nei comuni laboratori di alìnalisi (van Leeuwen et al., 2009).
389
1.4. Principali usi industriali e commerciali dei PFAS 390
I PFAS – assieme ai surfactanti, agli emulsionanti e ai polimeri per la cui sintesi chimica 391
sono essenziali -‐ sono stati ampiamente utilizzati dagli anni ’50 in numerosi prodotti e 392
applicazioni industriali e commerciali: prodotti per la pulizia di tappeti, pavimenti e 393
detersivi in genere; trattaemnti impermeabilizzanti e/o coloranti di pelli e tessuti; come 394
componenti inerti nei pesticidi e insetticidi (Kennedy et al., 2004). Ulteriori impieghi 395
sono la produzione di contenitori di alimenti (ad esempio nei fast food), pellicole 396
fotografiche, shampoo, dentifrici, schiume antincendio, scioline, ritardanti di fiamma in 397
vernici e solventi, cromatura dei metalli e e come antidetonante nei carburanti (Buck et 398
al., 2011; Calafat et al., 2006; Diderich, n.d.; Giesy and Kannan, 2001; Minoia et al., 2008;
399
Trier et al., 2011).
400
I PFAS sono quindi utilizzati per la produzione di un numero imprecisato di prodotti di 401
largo consumo, in virtù della stabilità chimica e termica del residuo perfluoroalchilico, 402
stabilità che, associata alla sua duplice natura idrofobica e lipofolica, li rende molto utili 403
per la produzione di manufatti e merci particolarmente resistenti. In particolare, il PFOA è 404
utilizzato come composto intermedio per la produzione di politetrafluoroetilene (PTFE), o 405
Teflon®, molto noto per le sue proprietà antiaderenti e per la sua inerzia chimica (Davis 406
et al., 2007). Un’altra famosa applicazione è rappresentata dal Gore-‐Tex®, materiale 407
resistente, impermeabile, caratterizzato da elevata traspirabilità e biocompatibilità, 408
impiegato nella realizzazione di abbigliamento tecnico-‐sportivo e di articoli medicali e 409
sanitari, per esempio protesi vascolari, valvole cardiache, fili di sutura e in chirurgia 410
estetica. Il Gore-‐Tex® ha trovato ulteriori applicazioni nell’industria aerospaziale 411
(rivestimento di tute degli astronauti), nella filtrazione industriale (impianti di 412
depurazione) come materiale isolante nella componentistica elettronica (Martin et al., 413
2010; Prevedouros et al., 2006).
414
1.5. Proprietà chimico-‐fisiche dei PFAS 415
416
Il legame C-‐F è molto forte e stabile rendendo i PFAS particolarmente resistenti 417
all’idrolisi, alla fotolisi e alla degradazione microbica (Buck et al., 2011; Giesy and Kannan, 418
2001; Prevedouros et al., 2006). Questa resistenza spiega alcune delle principali proprietà 419
dei PFAS, quali la tendenza ad accumularsi e a persistere nell’ambiente e la loro capacità 420
di bioaccumulo e biomagnificazione.
421
Pertanto non è prevedibile una riduzione dell’entità dell’esposizione umana ai PFAS nel 422
prossimo futuro.
423
1.5.1. PFOS 424
425
Il PFOS è prodotto a partire dal perfluorooctansulfonato fluoruro (POSF) che è usato 426
come intermedio per sintetizzare altri prodotti florurati. Il POSF si ottiene generalmente 427
con una reazione chimica nota come fluorurazione elettrochimica di Simons nella quale 428
gli atomi di idrogeno legati al carbonio dell’ 1-‐octansulfonato fluoruro sono sostituiti da 429
atomi di fluoro (Diderich, n.d.).
430 431
Tabella 1 -‐ Principali proprietà chimico-‐fisiche di PFOA, APFO e PFOS
432
433
Acido Acido Ammonio
Perfluoroottansolfonico
(PFOS) Perfluoottanoico
(PFOA) Pefluoroottanoato (APFO)
N. Chemical Abstracts Registry (CAS)
2795-‐39-‐3* 335-‐67-‐1 3825-‐26-‐1
Formula Chimica
C8F17O3S C8HF15O2 C8HF15O2NH3
Sinonimi Ac pefluorocaprilico ac.
pentadecafluorocanoico
Ammonio
pentadecafluoroottanoato Peso
molecolare 500,13 414 431,1
Colore/aspetto Polvere bianca Polvere bianca Polvere bianca
Punto di ebollizione
133° C a 0,8 kPa 189°C Decomposizione
Punto di
fusione >400°C 45-‐50°C Decomposizione >105°C
Pressione di
vapore 3,31 x10-‐4 Pa a 20°C 4,2 a 25°C; 2,3 a 20°C
128 a 59,3°C 3,7 a 90°C; 0,00081 a 20°C Solubilità in
acqua 519 mg/L in acqua fesca a 25°C; 124 mg/L in soluzione
slaina a 22-‐23°C
9,5 g/L a 25°C;
4,1 g/L a 22°C >500 g/L
pKa -‐ 1,5-‐2,8 -‐
pH 2,6 g/L a 20°C 5
* Il numero CAS si riferisce al sale potassico del PFOS che è il composto più frequentemente utilizzato,
434
Il legame fra carbonio e fluoro conferisce al PFOS una notevole stabilità cosicché risulta 435
non biodegradabile nell'ambiente. Per questo motivo la produzione del PFOS negli Stati 436
Uniti fu sospesa "volontariamente" dalla 3M nel 2002. Il PFOS è solubile in acqua naturale 437
alla concentrazione di circa 519 mg/litro. La solubilità diminuisce notevolmente con 438
l'aumentare del contenuto di sali nella soluzione. La solubilità in ottanolo puro è di 56 439
mg/litro. Questi dati suggeriscono che il PFOS, quando contamina una risorsa idrica, 440
tende a rimanere in quel medium purché non sia assorbito da materiale particolato o 441
assimilato da organismi viventi. Se il PFOS si lega a materiale solido, questo resterà nel 442
sedimento.
443
Gli studi condotti in laboratorio sui ratti suggeriscono che il PFOS non si concentra nella 444
frazione lipidica. Invece, tende a legarsi alle proteine plasmatiche , soprattutto albumina 445
(Chen and Guo, 2009; Luo et al., 2012) e transitiretina (una delle proteine di trasporto 446
dgli ormoni tiroidei) plasmatiche (Audet-‐Delage et al., 2013), oltre che con il DNA e altre 447
macromolecole tessutali e tessutali (Zhang et al., 2009).
448
Grazie alle sue proprietà di surfactant, il PFOS forma tre strati in soluzione acquosa di 1-‐
449
ottanolo, cosicché il suo coefficiente di ripartizione non può essere determinato. Il sale 450
potassico del PFOS ha una bassa pressione di vapore; la costante di dissociazione acida 451
(pKa) non è stata determinata anche se la molecola sembra avere una bassa pKa 452
(Diderich, n.d.).
453
1.5.2. PFOA 454
Il PFOA è prodotto mediante fluorurazione elettrochimica o durante la telomerizzazione 455
(Buck et al., 2011). Nella fluorurazione, tutti gli atomi di idrogeno legati agli atomi di 456
carbonio nella molecola precursore sono sostituiti da atomi di fluoro, creandosi il 457
composto perfluorato, in seguito al passaggio di una corrente elettrica nella soluzione.
458
Nella telomerizzazione, il tetrafluoroetilene e i composti fluorurati reagiscono per 459
formare intermedi florurati che poi sono convertiti a PFOA (HSDB (Hazardous Substances 460
Data Base), 2014). L'ammonio perfluorottanoato (APFO) è il sale del PFOA ed è utilizzato 461
nella produzione di alcuni fluoropolimeri, specialmente come emulsificante in soluzione 462
acquosa durante la polimerizzazione del tetrafluoroetilene. Il sale d'ammonio del PFOA 463
non viene consumato durante il processo di polimerizzazione (HSDB (Hazardous 464
Substances Data Base), 2014). Una parte del PFOA presente nell’atmosfera proviene dalla 465
degradazione ambientale e dalla trasformazione o deposizione superficie dei precursori 466
(fluorotelomeri alcolici, olefine, composti perfluoroalchilici solforati)(Buck et al., 2011;
467
Wallington et al., 2006).
468
Nonostante il PFOA non sia una molecola polare, ciascun legame fra carbonio e fluoro è un 469
dipolo, risultante dalla differenza di elettronegatività fra fluoro e carbonio, che produce 470
una carica negativa parziale su ogni legame covalente del fluoro ed un parziale carica 471
positiva su ogni atomo di carbonio fluorurato. La repulsione fra gli atomi di fluoro 472
parzialmente negativi e fattori sterici favoriscono una conformazione quasi lineare della 473
molecola di PFOA, la quale presenta una parziale carica negativa sulla superficie esterna, 474
costituita dagli atomi di fluoro, che, assieme al gruppo carbossilico ionizzato, favorisce il 475
legame fra il PFOA e le superfici positive delle proteine e di altre macromolecole , sia 476
nell'uomo che negli animali (Han et al., 2003; Witzmann et al., 1994; Wu et al., 2010).
477
In alcune formulazioni del commercio il PFOA è una miscela di isomeri a catena lineare o 478
ramificata (Loveless et al., 2006).
479
Le proprietà chimico-‐fisiche dei principali PFAS sono riassunte brevemente nella tabella.
480
1. Queste proprietà aiutano a comprendere il comportamento del PFOA degli altri PFAS 481
nell'ambiente e negli ecosistemi viventi (Buck et al., 2011). Il PFOA e i suoi sali sono 482
composti molto stabili. Essi sono solidi a temperatura ambiente e hanno una bassa 483
pressione di vapore. Il punto di fusione del PFOA è di circa 40-‐50° centigradi; la pressione 484
di vapore aumenta con l'aumentare della temperatura in prossimità del punto di fusione.
485
Il PFOA ha una moderata solubilità in acqua, comunque inferiore rispetto all'APFO.
486
Entrambe le molecole sono insolubili in solventi non polari, spiegandosi così le loro 487
proprietà oleorepellenti. La solubilità in acqua aumenta in presenza di altri ioni e di altri 488
fattori che modulano la solubilità nei fluidi corporei (Lindstrom et al., 2011). Con 489
l'aumentare delle concentrazioni di PFOA nelle soluzioni acquose, la molecola forma 490
micelle colloidali con i gruppi funzionali carbossilati orientati verso l'esterno e la catena 491
fluorocarboniosa disposta verso l'interno. La costante di dissociazione acida (pKa) del 492
PFOA varia fra 1,5 e 2,8. Pertanto, il PFOA è presente nella maggioranza dei liquidi 493
biologici (secrezione gastrica esclusa) principalmente come anione perfluorottanoato, 494
caratteristica che rappresenta un fattore decisivo per l'assorbimento e il trasporto 495
attraverso le membrane cellulari.
496
2. Meccanismo di azione dei PFAS
497
2.1. Negli animali 498
Nei roditori i PFAs si comportano da agonisti per il recettore attivato dai proliferatori 499
perossisomiali di tipo α (PPARα) (DeWitt et al., 2009; Kennedy et al., 2004). I PPARs sono 500
una famiglia di recettori ormonali nucleari, che comprende PPARα, PPARβ e 501
PPARβ/δ, i quali svolgono un ruolo essenziale nella regolazione del metabolismo lipidico 502
e glucidico (Abbott, 2009); partecipano anche al controllo dei processi infiammatori 503
associati con l’evoluzione dell’aterosclerosi (Chinetti et al., 2001; Delerive et al., 2001;
504
Elangbam et al., 2001; Ferré, 2004; Fruchart et al., 1999; Marx et al., 2001). Nello specifico 505
PPARα è espresso in diversi organi (principalmente fegato, rene, cuore) e nel tessuto 506
adiposo bruno dove, in seguito all’interazione con il suo ligando (leucotriene B4, dPGJ2), 507
regola l’espressione di numerosi geni. Nei roditori il recettore PPARα è il principale 508
bersaglio molecolare del PFOA (Kennedy et al., 2004), e, una volta attivato, induce la 509
trascrizione di geni coinvolti nel metabolismo lipidico, determinando un incremento 510
dell’ossidazione di acidi grassi e una conseguente diminuzione del peso corporeo 511
dell’animale. La contemporanea riduzione dei livelli plasmatici di trigliceridi e colesterolo 512
è invece spiegabile con l’interferenza del PPARα con la biosintesi degli steroli e degli acidi 513
biliari.
514
Studi condotti su topi knock-‐out per PPARα (nei quali i geni erano stati eliminati) 515
suggeriscono l’esistenza di altri bersagli molecolari.
516
Oltre alla modulazione dei recettori nucleari PPAR, è probabile che gli effetti dei PFAS 517
siano mediati anche da altri recettori nucleari, compresi NR1I2 (PXR), NR1I3 (CAR), 518
NR1H3 (LXRA), e NR1H4 (FXR)(Vanden Heuvel et al., 2006). Infatti, numerose 519
osservazioni ricavate da studi condotti su topi PPARα-‐knockout dimostrano la 520
persistenza di effetti indipendenti dall'attivazione di questo recettore . Negli epatociti di 521
uomo e di roditori la risposta metabolica al PFOA e al PFOS determina un significativo 522
spostamento dal metabolismo glucidico verso l'ossidazione degli acidi grassi e l'accumulo 523
di trigliceridi a livello epatico; le variazioni sono più evidenti dopo esposizione degli 524
epatociti al PFOS rispetto al PFOA (Bjork et al., 2011).
525
PFOS, PFOA e altri PFAS inibiscono l'attività della 11 beta-‐idrossisteroide deidrogenasi 1 526
(11betaHSD1) (Zhao et al., 2011)foa guruge, un enzima che svolge un ruolo importante 527
per la produzione locale di alcuni glucocorticoidi, quali il cortisolo nell'uomo o i 528
corticosteroidi nei roditori. L'attività inibitoria è stata dimostrata sia su cellule polmonari 529
umane che murine, suggerendo una possibile interferenza con lo sviluppo fetale e 530
neonatale dei polmoni (Ye et al., 2012).
531
2.2. Profili di espressione genica 532
Nei ratti Sprague-‐Dawley nutriti con dosi variabili di PFOA, su 500 geni analizzati 106 533
erano costantemente iperespressi e 38 ipoespressi in tutti gruppi di topi, 534
indipendentemente dal dosaggio somministrato; tuttavia nei topi che ricevettero le dosi 535
più alte di PFOA fu osservato che oltre 800 geni subivano variazioni dell'espressione 536
genica (Guruge et al., 2006). I geni più frequentemente iperspressi controllano il trasporto 537
del metabolismo dei lipidi (Rosen et al., 2008); le altre categorie di geni iperspressi sono 538
coinvolti nella comunicazione fra cellule, nell’adesione e nella crescita cellulare, 539
nell'apoptosi, nelle vie di regolazione della sintesi ed escrezione ormonale, nella 540
trasmissione del segnale fra cellule (Liu et al., 2007; Qazi et al., 2009; Yang et al., 2014).
541
Fra i geni la cui espressione era ridotta o abolita figuravano alcuni geni implicati nel 542
trasporto dei lipidi, nelle risposte infiammatorie e immunitarie e nell'adesione cellulare 543
(Guruge et al., 2006).
544
Alterazioni dell'espressione di geni coinvolti nel metabolismo del trasporto dei lipidi sono 545
state dimostrate da numerosi autori in diversi sistemi sperimentali in vitro e negli animali 546
(Hickey et al., 2009), con effetti anche transgenerazionali, cioè visibili nella progenie di 547
madri nutrite durante la gravidanza con PFOA ed altri PFAS (Rosen et al., 2007).
548
2.3. PFAS ed epigenetica 549
La percentuale delle sequenze di DNA LINE-‐1 metilate nei leucociti di 685 adulti (47%
550
maschi) ad elevata esposizione ai PFAS fu correlata con le concentrazioni plasmatiche di 551
vari PFAS in condizion basali e durante il follow-‐up (Watkins et al., 2014). Fu osservato un 552
aumento monotonico della metilazione delle sequenze LINE-‐1 con l'aumentare delle 553
concentrazioni di PFOS e PFNA, ma non di PFOA o PFHxS, suggerendo che questi composti 554
sono epigeneticamente attivi (Leter et al., 2014; Tian et al., 2012; Upham et al., 2009).
555
2.4. Interferenza (distruzione) endocrina associata ai PFAS 556
I PFAS sono interferenti endocrini, per cui è logico attendersi che gli effetti sulle ghiandole 557
endocrine siano argomento di intensa ricerca, sia negli uomini che negli animali (Jensen 558
and Leffers, 2008; White et al., 2011). Particolare preoccupazione suscitano gli effetti 559
degli interferenti endocrini ambientali sull’apparato riproduttivo maschile (Jeng, 2014) e 560
femminile durante il periodo prenatale e dello sviluppo evolutivo (Uzumcu and Zachow, 561
2007).
562 563
