Il tallio, un pericolo da romanzo giallo

Citato più volte nei libri di Agatha Christie, il tallio  è un elemento che in passato ha trovato uso in topicidi e insetticidi, ma vista la sua tossicità, il suo uso in prodotti di largo consumo è stato bandito. Il tallio è ora utilizzato per particolari scopi industriali e nelle ricerche per lo sviluppo di materiali superconduttori ad alta temperatura.
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Istituto Fisiologia Clinica Cnr - Pisa
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Unità di Epidemiologia ambientale e registri di patologia, IFC CNR, Pisa

L’uso di metalli pesanti nei processi industriali è aumentato drammaticamente negli ultimi 50 anni, determinando un significativo incremento del rischio non solo per l’impatto sull’ambiente e gli ecosistemi, ma anche per gli effetti tossici sulla salute umana.

Un’indagine del 2014 (Petrini et al, 2015) ha riportato in alcune aree dell’acquedotto delle due località toscane di Valdicastello Carducci e Pietrasanta (Lucca) concentrazioni di tallio (Tl) fino a 5 volte superiori al limite massimo di 2 μg/L, indicato per le acque potabili dall’Agenzia per la Protezione dell’Ambiente statunitense (EPA, 2015).  La sorgente di Tl è stata identificata nei minerali di pirite presenti nei siti minerari abbandonati della zona e contenenti Tl a concentrazioni di 100-600 mg/kg (Biagioni et al, 2013). L’analisi del contenuto di Tl in capelli e urine condotta tra ottobre 2014 e ottobre 2015 su un campione di soggetti residenti nei due comuni, ha misurato livelli di Tl rispettivamente di 1–498 ng/g (vs. 0.1–6 ng/g nei soggetti non esposti) e 0.046–5.44 μg/L (vs. 0.006 μg/L, valore di riferimento della popolazione europea), evidenziando un’associazione significativa tra la concentrazione del metallo nei campioni biologici, la residenza in zone caratterizzate da elevata presenza di Tl, ed il conseguente consumo di acqua contaminata (Campanella et al, 2015). In particolare, in quasi il 40% della popolazione la concentrazione di Tl nei capelli superava i 30 ng/g, valori che correlavano positivamente con la concentrazione di Tl urinario (Campanella et al, 2015).  Uno studio di coorte retrospettiva sui residenti nel comune di Pietrasanta nel periodo 2000-2015, coordinato dall’Agenzia Regionale di Sanità della Toscana, su esposizione cronica a Tl e mortalità o morbosità, non ha osservato eccessi di rischio, ed anzi in una frazione più contaminata (Valdicastello) i rischi di mortalità e ospedalizzazione per cancro erano significativamente inferiori rispetto alle aree non esposte.

Comunque sia il “caso tallio” a Pietrasanta ha posto l’attenzione, in un clima di allarme della popolazione generale, sull’elemento Tl come inquinante ambientale emergente, sebbene la sua pericolosità sia ampiamente conosciuta.

Il Tl, pur essendo un elemento raro in natura, è ampiamente distribuito nella crosta terrestre con una concentrazione media di 0,1-0,7 mg/kg (Peter and Viraraghavan, 2005). Il Tl si presenta in due stati di ossidazione, Tl (I) e Tl (III) (la prima forma è predominante in soluzione acquosa e in assenza di agenti chelanti), non presenta funzioni biologiche né sembra essere essenziale per la vita. Grazie alla sua somiglianza con gli ioni potassio può attraversare la plancenta e la barriera ematoencefalica e la sua tossicità è addirittura considerata superiore a quella di mercurio, cadmio, piombo, zinco e rame (Rodríguez-Mercado and Altamirano-Lozano, 2013; Cheam, 2001), tanto che l’EPA lo ha incluso tra i 13 inquinanti tossici prioritari (EPA, 2009).

In passato i sali di Tl sono stati utilizzati nel trattamento delle malattie veneree, della tubercolosi e della malaria (Delvalls et al, 1999), come veleno per i roditori e successivamente come insetticidi (Nriagu, 1998), attualmente il Tl e i suoi composti trovano applicazione soprattutto nel campo delle nuove tecnologie (fabbricazione di termometri a bassa temperatura, materiali semiconduttori, contatori a scintillazione per la misurazione della radioattività e sistemi ottici) (Ramsden, 2002).

Le maggiori fonti antropogeniche di Tl sono le emissioni derivanti dalla combustione del carbone e dai processi industriali di estrazione e fusione dei metalli, ed è stato calcolato che circa 5.000 tonnellate di Tl siano rilasciate nell’ambiente ogni anno da attività industriali, di cui un quinto originato dalla combustione del carbone (Karbowska, 2016). Rilasciato in atmosfera il Tl entra nelle altre matrici ambientali, in particolare nei suoli (concentrazioni comprese tra 0,1 e 1 mg/kg), da cui il Tl viene assorbito e accumulato nella biomassa dei vegetali tramite l’apparato radicale, mentre i sali solubili di Tl possono percolare nelle acque di falda (concentrazioni di 5-10 nanogrammi/L) (Peter and Viraraghavan, 2005). Per quanto l’esposizione umana al Tl possa avvenire attraverso inalazione di polveri e contatto dermico, soprattutto in ambito occupazionale, il contributo prevalente all’esposizione al Tl è derivante dal consumo di acqua, frutta e verdura contaminate (Peter and Viraraghavan, 2005), con una quantità giornaliera stimata di tallio assunta con l’alimentazione pari a 2 µg totali (/).

Nel corpo umano il Tl si diffonde attraverso il circolo sanguigno entro poche ore dall’esposizione e raggiunge il sistema nervoso centrale dopo alcuni giorni, oltre ad accumularsi anche nelle ossa e nei reni (Ghaderi et al, 2017; Karbowska, 2016). L’emivita del Tl nell’organismo è di 3-8 giorni, fino a 30 giorni per alcuni autori, e varia in dipendenza dell’età, della modalità, della dose, e della durata dell’esposizione. L’escrezione avviene prevalentemente attraverso la filtrazione renale e pertanto la determinazione del Tl nell’urina è considerata il test più accurato essendo in grado di rilevare l’elemento da un’ora dopo fino a due mesi successivi all’esposizione (Karbowska, 2016). La concentrazione media di Tl urinario della popolazione americana, monitorata negli anni 2009-2010, è di 0,142 µg/L, con valori leggermente superiori negli uomini rispetto alle donne, e in bambini e adolescenti rispetto agli adulti (US-EPA, 2009). Le unghie di soggetti non esposti mostrano un livello di Tl tre volte superiore rispetto a quello dei capelli, con una media di 51 μg/kg, e la concentrazione di Tl misurata nei diversi organi suggerisce che si accumuli preferenzialmente negli organi periferici (Karbowska, 2016).

Ulcere allo stomaco e intestinali, alopecia e polineuropatia sono considerati effetti classici di avvelenamento da Tl. Altri sintomi includono insonnia, paralisi, perdita di peso corporeo, emorragie interne, infarto del miocardio, fino alla morte per l’ingestione di quantità di Tl superiori a 1,5 mg/kg di peso corporeo (Karbowska, 2016; Peter and Viraraghavan 2005). In studi sperimentali è stato osservato che la somministrazione acuta di Tl è in grado di ridurre l’attività di alcuni enzimi coinvolti in processi di detossificazione, può quindi interferire con il metabolismo di carcinogeni organici, aumentando di fatto il rischio di cancro (Fowler et al, 1993). Alcuni studi in vitro e in vivo indicano anche che i composti del Tl hanno deboli effetti mutagenici, per quanto non sia ancora stata dimostrata l’induzione primaria del danno al DNA (Rodríguez-Mercado and Altamirano-Lozano, 2013).

Alla luce dell’impiego diffuso del Tl a livello industriale, del suo rilascio nell’ambiente e del conseguente incremento potenziale dell’esposizione, sono necessari ulteriori studi di approfondimento per l’analisi degli effetti sulla salute associati a basse concentrazioni di Tl, oltre che una rivalutazione delle concentrazioni limite nelle diverse matrici ambientali e nel biota da parte delle autorità di regolazione.

Bibliografia

  • Biagioni C, D’Orazio M, Vezzoni S, Dini A, Orlandi P. Mobilization of Tl–Hg–As–Sb–(Ag, Cu)–Pb sulfosalt melts during low-grade metamorphism in the Alpi Apuane (Tuscany, Italy). Geology 2013; 41:747–750.
  • Campanella B, Onor M, D’Ulivo A, Giannecchini R, D’Orazio M, Petrini R, Bramanti E. Human exposure to thallium through tap water: A study from Valdicastello Carducci and Pietrasanta (northern Tuscany, Italy). Sci Total Environ. 2016;548-549:33-42.
  • Cheam V. Thallium contamination of water in Canada. Water Qual Res J Can 2001;36:851-77.
  • EPA, Environmental Protection Agency, 2015. Regulation development for drinking water contaminants. Disponibile a: http://www.epa.gov/safewater.zendesk.com/hc/en-us/section/202346197-Thallium.
  • EPA, Environmental Protection Agency, 2009. Toxicological Review of Thallium and Compounds (CAS No. 7440-28-0), EPA/635/R-08/001F. http://www.epa.gov/iris .
  • Delvalls TA, Saenz V, Arias AM, Blasco J. Thallium in the marine environment: first ecotoxicological assessments in the Guadalquivir estuary and its potential adverse effect on the Don˜ana European natural reserve after the Aznalcollar mining spill. Cienc Mar 1999;25:161–175.
  • Fowler BA, Yamauchi H, Conner EA, Akkerman M. Cancer risks for humans from exposure to the semiconductor metals. Scand J Work Environ Health. 1993;19:101-103.
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  • Karbowska B. Presence of thallium in the environment: sources of contaminations, distribution and monitoring methods. Environ Monit Assess. 2016;188:640.
  • Petrini R, D’Orazio M, Giannecchini R, Bramanti E. Thallium ecosystem diseases in dismissed mine sites as a threat for public health: the Valdicastello–Pietrasanta (Italy) case history. Congresso SIMP-SGI-SoGeI-AIV, 2015.
  • Ramsden D. Thallium. Mol Death 2002;304–311.
  • Rodríguez-Mercado JJ, Altamirano-Lozano MA. Genetic toxicology of thallium: a review. Drug Chem Toxicol 2013;36:369-383.

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