Ambiente e salute: l’importanza dei capelli

I metalli pesanti sono una classe di inquinanti non biodegradabili presenti nell'ambiente a cui l’uomo è principalmente esposto attraverso la dieta. Molti di questi sono micronutrienti essenziali, che possono diventare tossici, dando luogo a processi di bioaccumulo, a concentrazioni superiori alla quantità fisiologica, altri sono elementi non essenziali, che sono tossici anche a concentrazioni molto basse e rappresentano quindi un serio rischio per la salute umana e gli ecosistemi.
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Unità di Epidemiologia ambientale e registri di patologia, IFC CNR, Pisa
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Istituto Fisiologia Clinica Cnr - Pisa

I metalli pesanti sono una classe di inquinanti non biodegradabili presenti nell’ambiente a cui l’uomo è principalmente esposto attraverso la dieta. Molti di questi sono micronutrienti essenziali (ferro, rame, zinco, cromo), che possono diventare tossici, dando luogo a processi di bioaccumulo, a concentrazioni superiori alla quantità fisiologica, altri sono elementi non essenziali (cadmio, arsenico, mercurio, piombo), che sono tossici anche a concentrazioni molto basse e rappresentano quindi un serio rischio per la salute umana e gli ecosistemi (Liang et al, 2017).

L’analisi tossicologica dei capelli è stata introdotta a partire dai primi anni ’50 con l’avvento della moderna medicina ambientale. Inizialmente veniva misurata la quantità dei soli metalli, ma da 30 anni, grazie allo sviluppo di tecniche analitiche più avanzate, si è resa possibile anche la determinazione delle sostanze organiche (pesticidi, droghe e farmaci come la doxiciclina). Ancora oggi è vivo il dibattito su quanto questo tipo di analisi sia correlato al cosiddetto body burden, o carico corporeo, di uno specifico inquinante ambientale. I critici del metodo enfatizzano i problemi di riproducibilità dei risultati e la variabilità tra laboratori attribuita sostanzialmente alle diverse tecniche di lavaggio, così come sulla mancanza di intervalli di riferimento adeguati.

I capelli rappresentano una delle principali vie di escrezione delle sostanze chimiche e presentano un’elevata affinità per gli elementi in traccia. Poiché la cheratina, la principale proteina che compone la struttura del capello, è costituita per circa il 14% dall’amminoacido cistina, si ritiene che i metalli presenti nei capelli siano legati agli atomi di zolfo della cistina e ai gruppi sulfidrilici (-SH) di altri amminoacidi per formare mercaptidi o metalloproteine. Inoltre i metalli possono legare anche la melanina, un polimero polianionico, con cui interagiscono tramite interazioni ioniche e forze di di van der Waal’s (Morton et al, 2002). Come sistema escretore, i capelli possono pertanto accumulare ed incorporare i metalli nella propria struttura durante il processo di crescita. L’analisi dei campioni di capelli è ritenuta dall’Organizzazione Mondiale della Sanità una delle matrici biologiche più importanti per stimare il grado di esposizione umana ad alcuni elementi tossici (Rahes and Hossam, 2007). C’è inoltre da dire che, rispetto a sangue, unghie, urina e saliva, i capelli hanno il vantaggio di avere maggiore stabilità, facilità di raccolta, trasporto e conservazione, oltre a rappresentare un “dosimetro biologico” dell’esposizione individuale a lungo termine (mesi e persino anni in alcuni casi) e a concentrazioni elevate di metalli (Do˘gan-Sa˘glamtimur and Kumbur, 2010; Evrenoglou L et al, 2017).

L’analisi del capello può avere applicazioni utili nelle indagini per la stima dei livelli di elementi in traccia assunti con l’alimentazione, nello screening dopo l’uso di droghe, così come nella valutazione dell’esposizione professionale e di quella ambientale a inquinanti in acqua, aria e suolo. Le analisi di sangue e urine costituiscono gli approcci più tradizionali e la fluttuazione nelle misure è la diretta conseguenza di qualsiasi cambiamento delle condizioni fisiologiche o ambientali. Diversamente, l’analisi dei capelli per il monitoraggio del carico corporeo presenta alcuni indiscutibili vantaggi poiché i metalli tossici tendono ad accumulare o bioconcentrare nei capelli e non diminuiscono come nelle altre matrici biologiche. Infatti, oltre a poter essere raccolti con metodo non invasivo, i campioni di capelli sono facilmente ottenibili dietro consenso informato, con bassissimo rischio post-contaminazione quando il campionamento e la conservazione sono adeguati (di solito sono usati allo scopo contenitori in polietilene) (Evrenoglou L et al, 2017).
La concentrazione di metalli misurata in una piccola quantità di capelli della lunghezza di 2-3 cm può quindi rappresentare potenzialmente l’esposizione, occupazionale e/o ambientale, agli stessi elementi negli ultimi 2-3 mesi (Chojnacka and Mikulewicz, 2012).

Il capello è un eccellente bioindicatore per la determinazione della concentrazione di metilmercurio, la forma organica di mercurio assunta principalmente attraverso il consumo di prodotti ittici contaminati. L’80% del mercurio nei capelli è in forma metilata, e la concentrazione totale di mercurio è non solo correlata linearmente ai livelli di mercurio e metilmercurio plasmatici, ma anche ai livelli presenti in cervello, cervelletto, cuore, fegato, milza e reni (Suzuki et al, 1993).

Anche specifici polimorfismi genici giocano un ruolo importante e se sono causa di un ridottà attività di glutatione sintasi e glutatione transferasi (enzimi coinvolti nella detossificazione del mercurio dall’organismo), determinano una più bassa concentrazione dell’elemento sia nelle urine che nei capelli (Goodrich et al, 2011).

È di grande interesse che nell’eziopatogenesi dei disturbi dello spettro autistico (DSA), che registrano una prevalenza di 16,8 casi ogni 1000 bambini di 8 anni, oltre ad una componente genetica ereditaria che rende conto del 30-40% dei casi, un crescente numero di evidenze identifichi anche il coinvolgimento dell’esposizione a inquinanti ambientali. Tra una quarantina di studi che hanno messo a confronto il carico corporeo da sostanze tossiche in bambini autistici con quello in gruppi di controllo, circa la metà ha misurato la concentrazione dei metalli nei capelli. I metalli principalmente misurati sono mercurio, alluminio, cadmio e piombo e, pur con risultati piuttosto eterogenei, tutti gli elementi analizzati sono in grado di produrre uno stato fisiologico simile a quello riscontrato nel fenotipo DSA, caratterizzato da diminuzione delle riserve di glutatione, incremento dello stress ossidativo, disregolazione del sistema immunitario, danneggiamento della funzione mitocondriale e signaling cellulare (Rossignol et al, 2012; Gorini et al, 2014).

La quasi totalità delle evidenze epidemiologiche supporta il ruolo del mercurio quale fattore di rischio nell’insorgenza dei DSA (Kern et al, 2016). Il mercurio in forma di metilmercurio, etilmercurio (un componente del Thimerosal presente nei vaccini), o inorganica è infatti in grado di produrre danno neuronale, neuroinfiammazione e perdita di connettività neuronale nel tessuto cerebrale.  In uno dei primi studi, Holmes et a. (2003) riscontrarono che il contenuto di mercurio nei capelli dei bambini autistici era inferiore a quello dei controlli e che correlava inversamente al grado di severità dei sintomi, suggerendo che i bambini con autismo hanno maggiore difficoltà ad eliminare il mercurio attraverso escrezione dai capelli. In uno studio successivo, tuttavia, la concentrazione di mercurio nei capelli era associata positivamente alla gravità della malattia (Lakshmi Priya and Geetha, 2011). Inoltre, il tempo di crescita del capello sembra essere un parametro importante perché bambini più giovani con DSA hanno livelli di mercurio nei capelli più bassi mentre i bambini di età superiore mostrano concentrazioni più elevate rispetto a bambini normotipo (Majewska et al, 2010). Quindi i risultati finora osservati portano a ipotizzare che vi siano due variabili tra loro in competizione, la suscettibilità, ossia la capacità di eliminazione del mercurio corporeo, e la durata di esposizione, oltre al fatto che le due variabili possono anche variare con il tempo, come conseguenza di cambiamenti nell’esposizione stessa e di variazioni nei processi di detossificazione (Kern et al, 2016).

Alcuni studi hanno documentato associazioni dirette tra il contenuto di manganese nei capelli, i livelli di esposizione ambientale al metallo, e deficit cognitivi in bambini e adolescenti (Coetzee et al, 2016; Bouchard et al, 2011).  Inbambini affetti da disturbi del sistema osteomuscolare è stato osservato che la concentrazione di piombo, zinco e magnesio nei capelli è più elevata rispetto a gruppi dei controllo, mentre i livelli di rame sono inferiori (Lech, 2002).

È quindi evidente come l’analisi dei capelli sia uno strumento importante per la valutazione del profilo di esposizione nel medio-lungo periodo a elementi metallici (contributo all’esposoma), così come per la determinazione dellacorrelazione con il contenuto degli stessi metalli in altri distretti corporei, con la dose assorbita attraverso gli alimenti, e con selezionati esiti di salute.

Poiché il capello è suscettibile alla contaminazione da sorgenti esterne come polvere, acqua e prodotti per capelli rendendo talvolta difficile il confronto dei risultati tra studi differenti, una delle prossime sfide sarà quella della standardizzazione dei metodi di lavaggio del campione con lo scopo di minimizzare il contributo della contaminazione esterna alla misura (Jursa et al, 2018).

BIBLIOGRAFIA

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