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Inquinamento atmosferico: effetti sulla salute umana e sulla performance sportiva

Il problema dell'impatto sulla salute causato dall'inquinamento atmosferico è sempre più attuale e spesso sottostimato. Quali sono i principali inquinanti e quali gli effetti sulla salute, soprattutto a danno di alcune categorie di popolazione più esposte

 Effetti sulla salute dell'inquinamento

Introduzione generale al problema

Con il termine inquinamento atmosferico si intende l'introduzione nell’atmosfera di sostanze chimiche, polveri o materiali biologici che causano danno o disagio agli esseri umani, ad altri organismi viventi o all’ambiente naturale.


Gli agenti inquinanti possono essere divisi in inquinanti primari ed inquinanti secondari.


Gli inquinanti primari sono quelli che vengono emessi direttamente, esempio ne è il monossido di carbonio, che è frutto della combustione.


Con il termine inquinanti secondari invece ci si riferisce a quelli che si formano nell’atmosfera a seguito di reazioni tra altre sostanze già presenti. L’ozono ne è un tipico esempio, in quanto si forma dalla reazione del diossido di azoto e di alcuni composti organici volatili con i raggi ultravioletti.


Nella società industrializzata l’inquinamento atmosferico e il suo impatto sulla salute e sull’ambiente sono diventati con gli anni un problema sempre crescente, al punto che i governi e organizzazioni come l’OMS (Organizzazione Mondiale per la Sanità) si sono adoperati per analizzare queste problematiche.

Un passo importante è stato fatto nel 1997, con la sottoscrizione del protocollo di Kyoto, un trattato internazionale siglato da 160 Paesi in occasione della Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici, nel quale si prevedevano misure che obbligassero i Paesi aderenti a ridurre l’emissione di gas inquinanti (biossido di carbonio, metano, ossido di azoto, idrofluorocarburi, perfluorocarburi ed esafluoruro di zolfo).


L’Organizzazione Mondiale per la Sanità (OMS o in inglese WHO, World Health Organization) fornisce agli Stati linee guida sulle decisioni da prendere in termine di politica ambientale, necessarie a ridurre le emissioni di inquinanti atmosferici.

 

Per quanto riguarda la legge italiana, la normativa sugli inquinanti atmosferici è stabilita dal D.Lgs. 155 del 13/08/2010 che recepisce la Direttiva Europea 2008/50/CE e abroga una serie di leggi precedenti. 

Inquinanti e salute umana

L’inquinamento atmosferico ha un impatto negativo sulla salute umana e questo, oltre all’effetto sull’ambiente naturale, è uno degli aspetti più interessanti e preoccupanti.

L’esposizione agli inquinanti è stata associata ad una grande varietà di effetti dannosi e la maggior parte di essi, in particolare, a carico principalmente dell’apparato respiratorio e di quello cardiovascolare.

 

Il problema dell'inquinamento è sottostimato dalla popolazione, in quanto gli effetti più frequenti sono quelli meno gravi, che si presentano come asintomatici o comunque non richiedono ricovero ospedaliero.

Tuttavia si possono anche verificare eventi gravi, che aumentano il rischio di mortalità e possono causare riduzione dell’aspettativa di vita.


Questi sono generalmente i più studiati, anche a causa della maggior mole di dati reperibili.

Questa è una precisazione importante, perché gli effetti molto gravi, che portano al ricovero ospedaliero e in alcuni casi addirittura alla morte, sono quelli a cui spesso si dà maggior attenzione, in quanto hanno maggior visibilità e un maggior impatto a livello economico, ma rappresentano soltanto la punta dell’iceberg.

Infatti le persone che presentano sintomatologie gravi (fino ad arrivare in alcuni casi alla morte) sono molto spesso soggetti già afflitti da patologie pre-esistenti come ad esempio l'asma e la broncopneumopatia cronica ostruttiva.


La maggior parte dalla popolazione invece è colpita in modo minore e presenta effetti spesso sublicinici o comunque caratterizzati da problematiche non gravi, quali l’alterazione di parametri fisiologici riguardo l’efficienza del sistema cardiorespiratorio e cardiovascolare, non tali da giustificare ricovero ospedaliero o intervento medico.

Gli effetti appena citati possono però verificarsi anche a livelli di concentrazione degli inquinanti molto bassi, pertanto la problematica interessa una fetta molto ampia della popolazione, soprattutto se si considera che questa esposizione a lungo termine può portare ad effetti negativi cronici più tardi nella vita.

A questo proposito la WHO nelle sue linee guida per l’Europa, propone uno schema a piramide (in cui in verticale troviamo la gravità degli effetti, mentre l’ampiezza orizzontale rappresenta la fetta di popolazione colpita), al cui apice troviamo appunto la mortalità, subito al di sotto si trovano gli eventi che richiedono ricovero ospedaliero o intervento medico, a scendere fino alla base, dove troviamo gli eventi con effetto subclinico, riscontrabili in gran parte della popolazione.

 

schema a piramide per rappresentare la gravità degli effetti dell'inquinamento sulla salute

Fonte: WHO, Air Quality Guidelines Global Update 2005

 

Prendendo in considerazione la stratificazione della popolazione, è importante sottolineare il fatto che ci siano sottogruppi che sono maggiormente esposti agli effetti negativi dell’esposizione agli inquinanti.

Parlando di categorie a rischio, bisogna citare sicuramente i bambini, e in particolare un sottogruppo ancora più esposto è quello dei bambini affetti da patologia asmatica.

 

In un’indagine epidemiologica, condotta dai Dipartimenti di Prevenzione delle AULSS 12 e 13, in collaborazione con il Dipartimento di Medicina Ambientale e Sanità Pubblica dell’Università di Padova, ci si è posti l’obiettivo di valutare i possibili effetti dell’inquinamento atmosferico sulla funzionalità respiratoria dei bambini affetti da asma bronchiale.

In particolare i ricercatori si sono concentrati sull’analisi dei fondamentali parametri fisiologici, caratterizzanti la funzionalità respiratoria del bambino, mettendoli in relazione con le rilevazioni delle principali sostanze inquinanti.

I bambini, scelti nella popolazione tra 6 e 11 anni, sono stati individuati in base al consumo di farmaci antiasmatici.

I bambini sottoposti all’indagine hanno effettuato misurazioni due volte al giorno, per 70 giorni, del picco di flusso espiratorio (PEF) e del volume espiratorio massimo secondo (FEV1), due parametri della funzionalità respiratoria.

Il PEF (Peak Expiratory Flow), picco di flusso espiratorio, indica la velocità massima con la quale l’aria esce dal polmone all’inizio dell’espirazione.

Rappresenta il flusso massimo dei primi 10-20 millisecondi dell’espirazione forzata.

Il FEV1 (Forced expiratory volume in the first second), volume espiratorio massimo secondo, indica invece la quantità d’aria espulsa durante il primo secondo di espirazione forzata. Il volume espiratorio forzato in 1 secondo è un parametro che si ottiene dall'analisi del volume in rapporto al tempo.

I dati delle registrazioni della funzionalità respiratoria (resi omogenei per le condizioni ambientali, cioè tenuto conto del tipo di abitazione, della presenza di fumatori nell’abitazione e di altri parametri raccolti in un questionario appositamente disposto) sono stati messi a confronto, tramite un’analisi di tipo statistico, con i dati dell’inquinamento e in particolare con i valori di concentrazioni di PM2,5 (particolato fine), SO2, NO2 e CO. Tali inquinanti costituiscono parte della miscela di inquinanti presenti nell’aria che respira la popolazione.

L’analisi delle associazioni tra inquinanti e funzionalità respiratoria è stata condotta specificando modelli mono-inquinante, cioè includendo un inquinante alla volta, modellato come termine lineare: è difficile, infatti, valutare congiuntamente gli inquinanti in quanto frequentemente interagiscono, non consentendo di separare correttamente gli effetti.

L’analisi dei dati ha confermato la correlazione tra i valori degli inquinanti PM2,5, NO2, SO2, CO e ha indicato che il loro aumento è associato alla diminuzione di due indicatori della funzionalità respiratoria (diminuzione della PEF e del FEV1) anche a livelli di concentrazione non necessariamente superiori a quelli consentiti.

Tuttavia l’associazione più forte è stata riscontrata con l’NO2 che è risulta dunque essere il parametro più sensibile per individuare effetti nocivi sulla salute.

Va comunque ribadito come l’analisi per singolo inquinante sia una forzatura dell’analisi statistica, in quanto soggetti sono in realtà esposti ad una miscela di sostanze, che tutte insieme, a determinare l’effetto misurato.

In ogni caso lo studio appare confermare l’ipotesi che il danno da inquinamento atmosferico consista nella somma di tanti piccoli effetti a carico dell’apparato cardiorespiratorio e che vi siano sottogruppi della popolazione, in questo caso i bambini asmatici, da considerare particolarmente a rischio.

In linea di massima comunque, tutti i bambini (quindi non solo quelli già affetti da patologie a carico dell’apparato respiratorio) ed anche gli anziani, devono essere considerati appartenenti a categorie particolarmente a rischio. 


Meccanismi di azione degli inquinanti

I vari inquinanti atmosferici sono considerati tossici, nocivi o cancerogeni.

Le sostanze tossiche vengono classificate, anche in termini legislativi, in base alla gravità del danno che possono indurre (tossiche sono le sostanze che possono provocare la morte, nocive sono le sostanze che provocano danni di minore entità), alla via di introduzione nell’organismo (inalazione, ingestione o penetrazione cutanea), alla reversibilità degli effetti sui normali processi fisiologici (reversibili o irreversibili).

Sono definiti cancerogeni gli agenti che inducono il cancro o che sono in grado di aumentarne la frequenza di insorgenza in una popolazione esposta. Nella comparsa delle neoplasie hanno notevole influenza molti fattori individuali come il fumo, il consumo di alcol, l’alimentazione e l’ereditarietà, ma spesso il fattore scatenante di questa malattia può essere rappresentato dall’esposizione ad agenti chimici, come il caso, appunto, degli inquinanti atmosferici.

 

Il lungo periodo di latenza fra l’esposizione a un agente cancerogeno e l’insorgenza del tumore porta tuttavia ad una difficile identificazione di una chiara relazione causa-effetto.

Tra i più importanti cancerogeni vi sono gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) che si formano dalla combustione incompleta di sostanze organiche.

Essi costituiscono i componenti cancerogeni del catrame e si trovano nei gas di scarico delle auto, nel fumo nero dei motori diesel e nel catrame del fumo di tabacco (Gruppo Collaborativo EPIAIR, 2009).

Per quanto riguarda i meccanismi d’azione, la ricerca si concentra principalmente sui processi di tipo infiammatorio e sullo stress ossidativo.

 

Gli inquinanti inducono la risposta infiammatoria attraverso la modificazione della permeabilità delle vie respiratorie (sia per fenomeni di per ossidazione dei lipidi di membrana che per azione distruttiva diretta sui componenti citoscheletrici cellulari).

Questo facilita l'interazione a livello mucosale degli agenti irritanti aerodispersi con le cellule infiammatorie attivate quali mastociti, macrofagi e cellule dendritiche.

Inoltre favoriscono il rilascio da parte delle cellule epiteliali ed endoteliali del microciclo alveolare di mediatori pro-infiammatori, e l'espressività di molecole di adesione cellulare che mediano il danno tissutale prodotto dalla attivazione di cellule infiammatorie quali eosinofili, mastociti e linfociti. (Zanasi, Tursi, 2005)

 

Parlando dei vari effetti negativi degli inquinanti, è stato usato spesso il termine “stress ossidativo”.

Lo stress ossidativo è un termine introdotto da Helmut Sies nel 1985, che lo ha definito come “un’alterazione nell’equilibrio tra i meccanismi pro ossidante e antiossidante a favore del primo, che può causare potenziali danni”.

Essenzialmente questo processo indica il flusso di elettroni da una molecola a un'altra in un ambiente biologico.

Alla base di questo fenomeno ci sono i radicali liberi, cioè atomi o raggruppamenti di atomi che presentano un elettrone spaiato, questo rende il radicale estremamente reattivo, in grado di sottrarre un elettrone ad altre molecole vicine.

Questo processo porta dunque all’ossidazione, e quindi al danneggiamento, della molecola con cui il radicale reagisce, e può quindi causare danni cellulari.

I radicali liberi non sono sempre dannosi, in quanto svolgono anche importati funzioni di regolazione di molti processi biologici, ma il loro eccesso, oppure la riduzione delle fisiologiche difese antiossidanti, può causare problemi.

 

Il polmone, è un importante organo bersaglio per lo stress ossidativo.

Ha pertanto un forte sistema di difesa antiossidante extracellulare, per proteggere le sue delicate cellule epiteliali.

E’ stato dimostrato che il liquido che riveste il polmone contiene un’ampia gamma di molecole antiossidanti.

Le sostanze inquinanti riducono i livelli antiossidanti fisiologici, che rivestono particolare importanza nel mantenere l'integrità di membrana della cellula epiteliale.

 

Quando gli inquinanti reagiscono con i substrati non-antiossidanti presenti nel liquido di rivestimento del polmone, come proteine e lipidi, generano prodotti ossidanti secondari che possono essere tossici per l’epitelio polmonare sottostante.

Inoltre, come già spiegato, gli inquinanti producono processi infiammatori a livello polmonare.

In questo modo vendono generati radicali liberi da parte delle cellule infiammatorio, e questo da vita a una seconda ondata di stress ossidativo.(Wei Yang et al. 2008)

 

Tabella riassuntiva meccanismo d'azione degli inquinanti atmosferici

tabella riassuntiva meccanismo d'azione degli inquinanti atmosferici

Il monitoraggio degli inquinanti


Le Agenzie Regionali per la Protezione Ambientale sono enti pubblici dotati di autonomia amministrativa, tecnico-giuridica, patrimoniale e contabile.

Garantiscono l’attuazione degli indirizzi programmatici nel campo della previsione, prevenzione e tutela ambientale.

 

Tale valutazione è condotta attraverso:


1) monitoraggio in continuo degli inquinanti più significativi;

Le stazioni sono dislocate sul territorio in modo da rappresentare in maniera significativa le diverse situazioni di fondo, di traffico e industriali.

 

La Decisione 2001/752/CE definisce:

  • Fondo: stazioni che rilevano livelli di inquinamento non direttamente influenzato da una singola sorgente ma riferibili al contributo integrato di tutte le sorgenti presenti nell'area (in particolare quelle sopra vento).
  • Traffico: stazioni situate in posizione tale che il livello di inquinamento sia influenzato prevalentemente da emissioni provenienti da strade limitrofe.
  • Industriali: stazioni che rilevano il contributo connesso alle attività produttive limitrofe al sito in cui la stazione è inserita.

Nelle stazioni sono collocati gli strumenti di misura e campionamento, che prelevano l'aria dall’esterno della cabina tramite una linea di campionamento in materiale inerte.

A seconda del composto chimico da rilevare gli strumenti utilizzano una determinata metodologia chimico-fisica (dall'assorbimento dei raggi infrarossi per misurare il CO, alla cromatografia vera e propria per il benzene e gli altri composti organici).

Gli strumenti effettuano la misura sul campione di aria esterna generando un segnale in uscita che è registrato dal sistema informatico di cabina ed è trasformato in un dato di concentrazione di un determinato inquinante.

I dati acquisiti sono sottoposti ad una prima validazione per individuare le situazioni palesemente anomali, mentre per le anomalie meno evidenti è necessario procedere a valutazioni dei dati su periodi temporali più lunghi. Quest’ultima tipologia di validazione viene definita validazione di secondo livello propedeutica alla certificazione e storicizzazione dei dati.

 

2) stima della distribuzione spaziale degli inquinanti tramite la modellistica di dispersione, di trasporto e di trasformazione in atmosfera.

L’integrazione dei dati misurati dalla rete di monitoraggio con quelli stimati attraverso i modelli di dispersione consente di ottenere informazioni sui livelli di qualità dell’aria, con elevato dettaglio spaziale e temporale su tutto il territorio regionale.


I dati stimati attraverso i modelli, oltre a produrre elementi utili alla descrizione dei livelli di inquinamento anche in aree non coperte dalla rete di monitoraggio, consentono di valutare i possibili impatti sulla qualità dell’aria derivanti da variazioni del quadro emissivo quali, ad esempio, nuovi insediamenti produttivi, modificazioni del parco auto veicolare o utilizzo di nuovi combustibili.

Gli inquinanti possono avere origine da attività produttive, e più in generale umane, oppure derivare da fenomeni naturali.

Inquinamento e attività fisica

Dopo aver visto quali sono i principali inquinanti presenti in atmosfera, e i loro effetti sulla salute umana a livello generale, ci chiediamo quali siano invece questi effetti su categorie particolarmente esposte.

 

Il nostro interesse va principalmente alle persone che praticano attività fisica o attività lavorativa intensa in quanto, vista la maggior ventilazione causata dall'esercizio fisico, inalano potenzialmente una maggior quantità di inquinanti.

Gli studi che trattano l'associazione attività fisica-inquinamento atemosferico sono molti.

Diversi studi tra quelli considerati mettono a confronto alcuni parametri fisiologici (in particolare numero di neutrofili e mediatori infiammatori nel sangue e composizione cellulare del sangue in generale, e composizione del liquido di lavaggio bronchiale) dopo l’attività fisica in due diverse condizioni, una delle quali in presenza di aria pulita, mentre l’altra in presenza dei principali inquinanti.

 

In uno studio molto significativo (Kargarfard et al., 1999) 20 studenti presso l'Università di Isfahan, Iran, volontari, sono stati selezionati per essere sottoposti al protocollo.

I test si svolgevano in due località con lo stesso clima (Umidità 48.5% per il primo e 49.5% per il secondo; Temperatura 9.8° C per il primo e 9.6° C per il secondo; Altitudine 1626 m per il primo e 1600 m per il secondo), di cui uno con un basso livello di concentrazione di inquinanti, mentre il secondo con un più alto tasso di inquinamento. 

 

In particolare le concentrazioni per i vari inquinanti erano, rispettivamente per il primo e il secondo ambiente:

  • CO (ppm) 1.6 / 10.1
  • O3 (ppb) 1.6 / 10.1
  • PM10 (micron/m3) 20 / 248
  • NO2 (ppb) 18.3 / 45.4
  • SO2 (ppb) 18.2 / 46.9

Il PSI (Pollution Standard Index) era minore di 50 per il primo ambiente e maggiore di 200 per il secondo (nella cui scala un valore minore 50 indica una buona qualità dell’aria, mentre un valore superiore al 200 indica un ambiente il cui livello di inquinanti è molto pericoloso per la salute).

Il test utilizzato è stato un test di Cooper sul campo, che consiste in 12 minuti di corsa continuativa.

Il test è stato effettuato nell’area a basso tasso inquinamento, e dopo 7 giorni è stato ripetuto nell’area maggiormente inquinata.

Durante la prova, tramite l'utilizzo di un cardiofrequenzimetro, è stato registrato il valore di frequenza cardiaca massima.

Il valore di massimo consumo di ossigeno è stato calcolato usando una formula indiretta.

Inoltre sono stati raccolti 2 ml di sangue da ogni soggetti per misurare il livello di lattato nel siero, e per effettuare l’esame emocromocitometrico completo, che misura, tra gli altri parametri, il conteggio dei globuli rossi (RBC), l'emoglobina (Hb), l’ematocrito (Hct), il volume corpuscolare medio (MCV), il valore medio di emoglobina (MCH), il conteggio dei globuli bianchi (WBC) e delle piastrine.

 

E' poi stata effettuata un'analisi che mettesse a confronto le situazioni dopo le prove nelle due diverse aree.

Sono state evidenziate una riduzione significativa della VO2 max, del numero di globuli rossi, del valore di emoglobina, di ematocrito e di contenuto medio di emoglobina. Inoltre si è registrato un aumento significativo del livello medio di lattato, del numero di globuli bianchi e del volume corpuscolare medio.

Nessuna differenza significativa è stata documentata per altri parametri come il numero di piastrine o la frequenza cardiaca massima.

Questo studio ha dimostrato come l’attività fisica in ambiente con aria fortemente inquinata determini una significativa riduzione delle prestazioni a livelli submassimali di sforzo fisico.

E’ stato riscontrato un significativo aumento del lattato, con significativa riduzione del massimo consumo di ossigeno senza però notare una variazione significativa della frequenza cardiaca massima.

Questo può essere dovuto al fatto che gli inquinanti inalati possono ostacolare il trasporto di ossigeno nel sangue.

In particolare il monossido di carbonio (CO) è uno dei più importanti inquinanti con effetto negativo sul trasporto di ossigeno nel flusso ematico.

La sua affinità per l’emoglobina (Hb) è infatti più di 200 volte superiore rispetto a quella dell’ossigeno. Il CO si lega alla Hb formando carbossiemoglobina (COHb), e questo fa si che l’Hb non sia più disponibile per trasportare l’ossigeno.

Questo spiega i risultati ottenuti, perché la riduzione di massimo consumo di ossigeno e l’aumento della concentrazione di lattato può essere causata del fatto che l’aumento di COHb fa in modo che l’ossigeno trasportato ai tessuti sia minore, e quindi che entri in funzione il sistema anaerobico prima di quanto farebbe se ci fosse piena disponibilità di ossigeno.

La relazione tra inquinamento atmosferico e fattori ematologici rimane di difficile spiegazione, ma i risultati dello studio sono comunque in linea con i risultati di studi precedenti, (Goto et al., 2004) che dimostravano diminuzione dell’ematocrito e del numero di globuli rossi anche negli animali.

Le diminuzioni dei parametri citati potrebbe essere dovuta al leggero aumento del volume di sangue a causa dell'inquinamento atmosferico.

Anche l’aumento del numero di cellule immunitarie è in linea con quanto dimostrato da altri studi che comparavano questi parametri dopo l’attività fisica in ambienti più o meno inquinati.

 

Nel dettaglio, in uno studio (Jacobs et al., 2010) sono stati messi a confronto i parametri fisologici di 38 volontari (età media: 43 ± 8,6 anni, 26% donne) rilevati dopo una pedalata di circa 20 minuti nel traffico reale nei pressi di una strada molto trafficata ad Anversa (esposizione media UFP: 28.867 particelle per cm3) con quelli rilevati dopo una prova della stessa durata e della stessa intensità effettuata però in un laboratorio con aria filtrata (esposizione media UFP: 496 particelle per cm3).

Questo studio ha mostrato che la percentuale di neutrofili nel sangue aumentava significativamente di più dopo l'esercizio fisico su che dopo l'esercizio in laboratorio.

Questo studio non ha avuto riscontri invece di cambiamenti significativi per quanto riguarda il NO esalato, le interleuchine plasmatiche IL-6, la funzione piastrinica, del livello plasmatici di proteine delle cellule di Clara e il numero totale dei leucociti nel sangue

A livello di apparato respiratorio si è registrato invece un aumento di eosinofili nel liquido di lavaggio bronchiale, e una maggior espressione di molecole di adesione dell’endotelio vascolare.

In un'altro studio (Sehlstedt et al., 2010), quindici soggetti sono stati esposti ad aria con concentrzioni diverse di inquinanti per valutarne le differenze.

Ogni soggetto è stato esposto a DE diluito in ad un’approssimativa concentrazione di particelle di 300 μg/m3 e ad aria filtrata. Ogni esposizione durava un’ora, durante la quale i soggetti alternavano 15 minuti di esercizio e 15 di riposo, per simulare una moderata attività fisica all’aperto.

L’esercizio veniva eseguito utilizzando un cicloergometro.

Le esposizioni sono state effettuate in due diverse occasioni, ad almeno tre settimane di distanza.

Immediatamente prima, e subito dopo il test venivano misurate la capacità vitale forzata (FVC), e il volume espiratorio massimo nel primo secondo (FEV1).

6 ore dopo l’esposizione veniva effettuata la broncoscopia e veniva campionato il liquido di lavaggio bronchiale. Inoltre venivano registrati i parametri di funzione polmonare.

I risultati hanno dimostrato che, rispetto all’aria filtrata, l’esposizione a DE causa un aumento dell’espressione di molecole di adesione dell’endotelio vascolare, e un aumento del numero di eosinofili nel liquido di lavaggio bronchiale, sintomi di risposta infiammatoria.

Non sono state individuate invece significative variazioni nella funzionalità polmonare, in termini di FEV1 e FVC.

L’effetto sulla funzionalità polmonare dell’esposizione al particolato è stato però preso in considerazione anche in altri studi, i quali sottolineerebbero come ci sia un decremento della funzione polmonare immediatamente dopo l’esposizione, effetto che tenderebbe ad affievolirsi dopo poche ore.

Questo è ciò che dimostrerebbe uno studio (Strak et al., 2010) in cui per 16 giorni i partecipanti (12 adulti sani e non fumatori ) pedalavano per circa un’ora (durante l’ora di punta), dal centro di Utrecht al campus universitario. Il gruppo era diviso in due parti, di cui una pedalava lungo una strada molto trafficata, mentre l’altra lungo una strada meno trafficata.

La media del numero totale delle particelle era superiore del 59% sulla strada molto trafficata rispetto a quella meno frequentata , e la sostanza per cui c’era maggior differenza (39% era la fuliggine), mentre non c'era alcuna differenza per quanto riguarda le concentrazioni di PM10.

La funzionalità polmonare (FEV1, FVC, PEF), il NO esalato (metodo non invasivo per monitorare le infiammazioni delle vie aeree), venivano misurati prima e dopo il percorso. Il NO esalato veniva misurato 6 h dopo l'esposizione per permettere il tempo per lo sviluppo dell’infiammazione.

L’associazione tra variazione nei parametri fisiologici prima e dopo la pedalata ed esposizione agli inquinanti è veniva studiata tramite modelli di regressione lineare.

I risultati mostrano come l’associazione tra inquinamento atmosferico durante il percorso e il cambiamento nella funzione polmonare immediatamente dopo la pedalata erano erano per lo più positive, mentre quest’associazione si affievoliva sei ore dopo l’attività.

Le variazioni per quanto riguarda il NO esalato non sono state considerate significative.


Riassumendo, gli effetti del fare attività fisica in ambiente inquinato, riscontrabili in letteratura, sarebbero molteplici:

  • Significativa riduzione delle prestazioni a livelli submassimali di sforzo fisico.
  • Brusca riduzione del massimo consumo di ossigeno (VO2max).
  • Significativo aumento di concentrazione media di lattato, con significativa riduzione del massimo consumo di ossigeno.
  • Riduzione del numero di globuli rossi, del valore di emoglobina, di ematocrito e di contenuto medio di emoglobina.
  • Aumento significativo del numero di globuli bianchi e del volume corpuscolare medio.
  • Aumento di eosinofili nel liquido di lavaggio bronchiale, e una maggior espressione di molecole di adesione dell’endotelio vascolare a livello del sistema respiratorio.
  • Riduzione dei parametri concernenti la funzionalità polmonare, quali l’FVC (capacità vitale forzata),il FEV1 (volume di aria espirata nel primo secondo di un’espirazione forzata) , e il PEF (picco di flusso espiratorio).

Se si parla di attività fisica in relazione all’inquinamento atmosferico, è naturale chiedersi quali siano le zone in cui le caratteristiche ambientali facciano in modo che si sia meno esposti agli agenti inquinanti.

In letteratura è possibile rintracciare studi che prendono in considerazione questa tipologia di variabile.

E’ stato riscontrato che effettivamente c’è una forte variabilità dei livelli di concentrazione di particolato anche nello stesso ambiente.

Le variabili che influenzano questo dato sono molteplici.

Una di queste è legata alla presenza di vento ed alla sua velocità e direzione.

Quando questo ha una bassa velocità, il particolato viene poco diluito e le concentrazioni risultano maggiori.

 

Il traffico stradale è un altro elemento importante, ed infatti spesso al mattino si registrano concentrazioni di particolato quasi doppie rispetto a quelle pomeridiane, dato dovuto appunto al più intenso traffico veicolare.

Inoltre, concentrazioni elevate sono state registrate in zone in cui i veicoli solitamente rallentano per poi accelerare nuovamente, come ad esempio i semafori.

Anche gli edifici lungo le strade possono influenzare le concentrazioni di particolato.

Livelli più elevati sono state registrati i strade con edifici su entrambi i lati, che “intrappolano” le particelle.

Inoltre gli edifici possono ostacolare il vento. (Berghmans et al., 2008)

Un altro studio sottolinea invece come le aree in cui risiedono persone con reddito più elevato tendano in generale ad avere un più basso tasso di inquinamento.

Le aree migliori, sono quelle situate vicino al centro della città ma non nel centro stesso, e sono abitate quasi esclusivamente da famiglie con reddito elevato.(Marshall et al., 2009)

Per valutare l’attività fisica in relazione agli inquinanti atmosferici, è poi necessario prendere in considerazione il fatto che quando si pratica tale attività ci si trovi in condizioni di iperventilazione.

Gli studi dimostrano come effettivamente l’assorbimento degli inquinanti sia molto maggiore, in quanto durante l’esercizio fisico si ha una ventilazione in media di 4/5 volte superiore rispetto a quella in condizioni di riposo.(Panis et al., 2010; Bernmark et al. 2006).

Modelli fisiologici relativi al progetto aGRISÙ e monitoraggio negli impianti sportivi e domestico

 

Abbiamo visto in precedenza come ci siano classi, come anziani e bambini, che sono considerate particolarmente a rischio.

Non è ancora chiaro invece, ed è questo che sarebbe importante dimostrare, quale sia l’effettivo impatto dell’esposizione agli inquinanti sulle persone che praticano attività sportive in aree in cui c’è una consistente concentrazione di queste sostanze.

Chi pratica appunto attività fisica, soprattutto di tipo aerobico, avrà ovviamente un’iperventilazione, che porterà quindi ad una maggiore esposizione agli elementi inquinanti che si trovano nell’ambiente.

Abbiamo dunque costruito un modello utile a cercare di quantificare l’aumento di esposizione ed assorbimento degli inquinanti per chi si trova in condizioni di iperventilazione rispetto a una persona che ha una normale frequenza respiratoria.

Stabilire questo può consentire di adattare i limiti di guardia, in quanto quelli stabiliti dalla legge e dalle agenzie che si occupano di ambiente, si riferiscono all’esposizione in condizioni di normale ventilazione.

 

Il primo passaggio da fare è quantificare la maggior ventilazione che si ha facendo esercizio fisico.

 

Per stabilire la relazione tra frequenza cardiaca e ventilazione, sono necessari più passaggi.

Innanzitutto stabilire la funzione che lega ventilazione e consumo di ossigeno [VO2 = f (VE)] e quella che lega frequenza cardiaca e consumo di ossigeno [VO2 = f (HR)].

Le due funzioni servono per ottenere la relazione diretta tra frequenza cardiaca e ventilazione.

Utilizzando la formula inversa della funzione che lega HR e VO2, possiamo ottenere il consumo di ossigeno a partire dalla frequenza cardiaca registrata tramite cardiofrequenzimetro.

A questo punto, utilizzando la funzione che lega invece VE e VO2, utilizzando il dato relativo al consumo di ossigeno, possiamo ottenere il valore relativo alla VE.

Il valore di ventilazione ottenuto deve essere però corretto, perché alcuni parametri biologici come età e genere, e antropometrici, come peso e altezza, lo alterano ulteriormente.

Ottenuta la reale maggior ventilazione, e conoscendo la concentrazione degli inquinanti nell’aria, possiamo ottenere l’assorbimento di questi per ogni individuo in relazione all’attività svolta, anche in ambiente indoor.

In questo modo si può adattare il limite del livello di guardia dei vari inquinanti, in modo da sapere se trovandosi in condizione di maggior ventilazione, si è sopra la soglia di rischio anche se le concentrazioni nell’aria sono inferiori a quelle di soglia per le condizioni normali.

 

Dall’esigenza di poter monitorare l’effettiva esposizione agli inquinanti, è nato il progetto aGrisù, del Dipartimento di Scienze Mediche dell’Università degli Studi di Torino.

Come precedentemente descritto, mettendo a confronto i parametri fisiologici di un individuo a riposo e quelli di un individuo praticante una attività, si nota che differiscono frequenza cardiaca, ventilazione polmonare, livelli di saturazione di ossigeno. Tali parametri incidono sulla quantità di sostanze inquinanti assunte.

Questa maggiorata introduzione nell’organismo di tali sostanze, può andare a inficiare parzialmente o totalmente i benefici dell’attività fisica, o, addirittura, causare danni maggiori rispetto alla sedentarietà.

aGrisù fornisce un indice di qualità dell’ambiente in cui ci si trova tenendo conto sia di parametri fisiologici individuali quali il peso, l’età, il genere, sia di parametri performativi, sia di parametri propri del luogo e legati alla qualità dell’aria. Tali indici permettono agli utilizzatori di aGrisù di avere consapevolezza dell’impatto che l’ambiente ha sul proprio organismo e nello specifico. Il sistema è stato brevettato a livello eruropeo e statunitense (WO2014108851 - US2015356851 - EP2943945 – ITTO20130022: System for signalling danger warnings arising from exposure of a subject to atmospheric pollutants, and corresponding method and mobile device).

 

 aGrisù fornisce un indice di qualità dell’ambiente in cui

 

Lo strumento trova utilizzo in qualsiasi luogo indoor o outdoor sia esso soggetto a livelli di inquinamento costanti ed elevati o sia solamente percepito come potenzialmente dannoso perché situato vicino ad una fonte potenzialmente inquinante, come l’ambiente domestico.

 

Infatti le persone svolgono le proprie attività quotidiane in un ambiente che spesso è pervaso da sostanze inquinanti che incidono sulla loro salute.

 

aGrisù fornisce un indice di qualità dell’ambiente in cui ci si trova

 

Il sistema aGrisù valuta in tempo reale la qualità dell'aria nel luogo esatto in cui ci si trova fornendo indici e alert visivi e rendendo semplice verificare se si è in condizioni di  sovraesposizione ad agenti inquinanti.

 

Allo stato attuale esistono in commercio prodotti per la rilevazione di inquinanti atmosferici non trasportabili. I prodotti e strumenti esistenti non sono in grado di correlare tra loro le diverse tipologie di dati rilevati. Tali strumenti non sono, quindi, in grado di discriminare l’effetto dell’aria respirata sulla base delle caratteristiche fisiche di un individuo nè possono con precisione e accuratezza misurare in continuo i parametri ambientali ed il livello di inquinanti presenti nell’aria, fornendo una stima attendibile degli stessi. 

Conclusioni e discussioni 

Sulla base delle informazioni trattate finora, sembra evidente che il problema dell'inquinamento atmosferico sia sottovalutato da parte di un'ampia porzione della popolazione.

Come sottolineato anche dalla WHO, probabilmente questo è dovuto al fatto che gli effetti negativi dell'esposizione agli inquinanti spesso non si manifestino in modo così chiaro, con sintomi non immediatamente riconducibili all'inquinamento.

In realtà, invece, le problematiche causate dall'esposizione a queste sostanze sono importanti e possono essere anche a lungo termine ed addirittura in alcuni casi non reversibili.

Le analisi storiche indicano come negli anni siano cambiati gli inquinanti su cui occorre focalizzare l'interesse.

Il monossido di carbonio ad esempio, che anni fa rappresentava una delle sostanze più pericolose, ha subito brusche riduzioni nelle emissioni, principalmente per merito dello sviluppo nel settore dei veicoli a motore, anche grazie all'applicazione delle norme Euro.

Questo dimostra che, almeno in parte, gli sforzi fatti dalle varie agenzie come la WHO e dai governi, possono portare a buoni risultati.

Tuttavia non per tutti gli inquinanti la situazione può essere definita positiva, infatti ci sono sostanze come l'ozono che mantiene livelli medi preoccupanti.

Per questo, è necessario fare ulteriori sforzi per migliorare la qualità dell'aria respirata dalla popolazione urbana.

Abbiamo ampiamente visto come ci siano porzioni della popolazione maggiormente esposte ai rischi che comporta l'inquinamento atmosferico.

 

I limiti stabiliti dalla legge e dalle varie agenzie che si occupano di qualità dell'aria sono calibrati su un'esposizione normale, quindi considerano l'assorbimento degli inquinanti a cui si è soggetti quando ci si trova in situazione di riposo.

Come dimostrato, durante una attività fisica intensa o durante un lavoro , ci si trova in condizione di iperventilazione, cioè un situazione in cui si assorbe una quantità d'aria (e di conseguenza di inquinanti in essa contenuti) molto maggiore, fino a quattro volte.

E' dunque immediatamente chiaro come, in una situazione simile, non si possano prendere in considerazione i limiti stabiliti normalmente, ma che questi vadano assolutamente adattati.

Per fare quest'operazione però, era necessario quantificare la maggior esposizione, ed è stato quindi creato un algoritmo che, a partire dai dati antropometrici e fisiologici degli utilizzatori e dalle reali concentrazioni di inquinanti, può quantificare l'esposizione effettiva alle sostanze tossiche.

Il fatto che ci si debba preoccupare della possibilità che l’attività svolta in determinati ambienti, come ad esempio quelli domestici, possa avere effetti negativi è un chiaro segnale sintomatico del fatto che sia necessario incrementare gli sforzi per migliorare, a livello globale, la qualità dell'ambiente in cui quotidianamente viviamo.

La creazioni di dispositivi quali il sistema aGrisù può essere considerato un segnale in positivo in questo senso, in quanto dimostra l'attenzione che viene data a questa problematica e fornisce un ottimo strumento attraverso l'uso del quale è possibile limitare i danni, evitando di esporsi consapevolmente a concentrazioni di inquinanti potenzialmente dannose.

 

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*Gli autori

Marco IvaldiSUISM - Struttura Universitaria di Igiene e Scienze Motorie Dipartimento di Scienze Mediche, Università degli Studi di Torino

Marco Testa - SUISM - Struttura Universitaria di Igiene e Scienze Motorie

Luca FelettiaGrisù S.r.l. Incubatore Università degli Studi di Torino

Giovanni CugliariIstituto italiano per la Medicina Genomica (IIGM)

 

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