Lo stress ossidativo e la riparazione del DNA e l’espressione del gene della detossificazione negli adolescenti che vivono esposti ai metalli pesanti nella Zona di Milazzo-Valle del Mela (Sicilia, Italia)

Si ringrazia il prof. Francesco Squadrito per il lavoro miliare svolto per Milazzo e per la cortesia ricevuta nel pubblicare questo abstract. Claudio Italiano

Prof. Squadrito Francesco, Universita Messina[Oxidative stress and DNA repair and detoxification gene expression in adolescents exposed to heavy metals living in the Milazzo-Valle del Mela area (Sicily, Italy)]


Gabriele Pizzino , Alessandra Bitto, Monica Interdonato, Federica Galfo, , Natasha Irrera, , Anna Mecchio, Giovanni Pallio, Vincenzo Ramistella, Filippo De Luca, , Letteria Minutoli, Francesco Squadrito, Domenica Altavilla

Department of Clinical and Experimental Medicine, University of Messina, Messina, Italy

Department of Paediatric, Gynaecological, Microbiological and Biomedical Sciences, University of Messina, Messina, Italy

cfr anche cadmio e pubertà   cadmio e stress ossidativo e danneggiamento DNA  livelli metalli pesanti Milazzo Valle-Mela
 

A b s t r a c t

Contesto: L'area di Milazzo-Valle del Mela (Sicilia, Italia) è considerato ad alto rischio di crisi ambientale crisi da parte delle autorità regionali.

Obiettivo:

misurare lo stress ossidativo, la riparazione del DNA ed i geni di detossificazione in bambini in età scolare che vivono vicino la zona industriale e nei controlli di pari età.

Metodi:

Lo studio principale consiste in un'indagine di biomonitoraggio per valutare i livelli di metalli pesanti nelle urine in 226 bambini dai 12-14 anni, che vivono nella zona ad alto rischio, ed in 29 controlli di pari età che vivono a 45 km dal il sito industriale. Nel presente studio sono stati inclusi 67 adolescenti esposti e 29 controlli. I campioni sono stati analizzati per i livelli urinari di 8 -idrossideossiguanosina (8OHdG) e l'espressione genica di OGG1 (gene per la riparazione del DNA), NQO1, ST13, e MT1A (gene per la detossificazione).
 

Risultati

Il cadmio urinario era più alto (p=0,0004) negli esposti [media geometrica, 0,46 mg / L; 25° al 75°percentile:,3-0,56] rispetto agli adolescenti di controllo [media geometrica, 0,26 mg / L; Percentile 25° al 75°: dimensioni dai 0,20,3]. Il cromo fu anche significativamente elevato nei soggetti esposti [media, 1.52 mg / L; Percentile 25° al 75°:1,19-1,93] rispetto ai controlli [media  1,25 mg / L; 25° al 75° percentile: 1,05-1,48; p=0,02]. La concentrazione urinaria di 8-OHdG era maggiore negli esposti rispetto ai controlli (71.49 vs 61.87 mg / L, p=0.02),ed è stata correlata con i livelli di cadmio (r=0.46, p <0,0001), e con l'indice di esposizione combinata (r=0.43, p <0,0001). Inoltre, i livelli di cadmio hanno mostrato una forte correlazione con i livelli di espressione del gene OGG1 e gene MT1A (r=0.44, p <0,0001; r=0.39, p <0,0001, rispettivamente). Infine, OGG1 e MT1A risultavano sovraespressi negli adolescenti della zona Milazzo-Valle del Mela rispetto ai controlli (p=0,0004; p <0,0001, rispettivamente).

Conclusioni

L'esposizione continua a concentrazioni relativamente basse di metalli pesanti è associato con incremento del danno ossidativo al DNA e con l'espressione alterata dei geni di riparazione del DNA e dei geni di detossificazione negli adolescenti.

Incendio a Milazzo

Altre notizie sul cadmio, tossicità per l'organismo

Il cadmio viene rilasciato nell'ambiente con i processi di incenerimento delle materie plastiche e di altri materiali che contengono questo elemento in forma di pigmento o come stabilizzante. Il rilascio nell'aria avviene anche in seguito al riciclaggio dell'acciaio placcato con cadmio, dato che questo elemento risulta abbastanza volatile al calore.  Sebbene il Cd2+ risulti alquanto idrosolubile, la presenza di ioni solfuro in grado di precipitare il metallo come CdS fa si che l'uomo, in genere, assuma solo una piccola percentuale del cadmio direttamente dall'acqua potabile o dall'aria. Fanno eccezione gli individui che vivono in prossimità di miniere e di fonderie, in modo particolare quelle che producono zinco.

 
Esistono aree isolate in cui la concentrazione del cadmio presente nell'acqua potabile è talmente elevata che la comune assunzione giornaliera risulta raddoppiata. Attualmente le principali cause di inquinamento atmosferico da Cd sono la combustione del carbone (industrie/riscaldamenti domestici), la combustione dei rifiuti (inceneritori), l’industria del cemento e la produzione di fertilizzanti, pesticidi e fungicidi. Il Cd viene rilasciato nell’ambiente anche in seguito ai processi di incenerimento delle materie plastiche e di altri materiali che contengono questo elemento in forma di pigmento o come stabilizzante nonchè in seguito al riciclaggio dell’acciaio placcato con Cd, data la volatilità di quest’ultimo. Ogni batteria contiene circa 5 g di Cd, gran parte del quale si volatilizza e si disperde nell’ambiente quando le batterie, ormai esaurite, vengono incenerite con i rifiuti. Nei fumi dell’inceneritore il Cd allo stato metallico tende a condensarsi in particelle più piccole, che vengono catturate con più difficoltà dai sistemi di controllo dell’inquinamento dell’impianto. In alcune zone estremamente inquinate per la presenza di inceneritori e complessi industriali la concentrazione di Cd può arrivare a 60/70 mg/l. Nelle zone rurali, dove il tasso di inquinamento è nettamente inferiore, la concentrazione media annuale di Cd nell’aria è di circa 300 µg/m³ mentre nelle zone industriali è di circa 500 µg/m³ alla settimana.

Anche i fumatori risultano esposti al cadmio, assorbito da parte delle foglie di tabacco, dal suolo e dall'acqua di irrigazione e quindi rilasciato con il fumo della sigaretta; i forti fumatori assumono approssimativamente il doppio del cadmio assunto da tutte le altre fonti da parte dei non fumatori. Analizzando 6 diverse marche di sigarette, sono stati trovati tassi di cadmio oscillanti tra 19-27, mg/20 sigarette. Non ci si deve quindi stupire del fatto che i fumatori accumulano più cadmio nei reni, nel fegato e nei polmoni rispetto ai non fumatori E’ stato quindi ipotizzato che il cadmio sia in parte responsabile dell'azione tossica del fumo di tabacco sui polmoni; è stato in effetti osservato che una parte del cadmio presente nel tabacco si ritrova nel fumo e che i soggetti morti di bronchite cronica o di enfisema hanno una maggior quantità di cadmio accumulata nel fegato (importante organo di deposito che riflette in parte la quantità totale di cadmio contenuta nell'organismo) rispetto ai soggetti morti per altre cause. Per molti di noi, tuttavia, la maggior esposizione al cadmio deriva dall'apporto alimentare. I frutti di mare (molluschi) e gli organi interni, in particolare i reni, possiedono le concentrazioni più elevate (100 mg o più/Kg) rispetto agli altri alimenti. Occorre precisare che la maggior quantità di cadmio presente nella alimentazione deriva in genere dalle patate, dal grano, dal riso e altri cereali, tenendo conto che normalmente la maggior parte delle persone consuma questi alimenti in misura molto maggiore rispetto a molluschi e al rene. Una eccezione è rappresentata dagli Inuit, una popolazione che vive nei territori del Nord-Ovest del Canada, la cui alimentazione comprende i reni del caribù, organi altamente contaminati dal cadmio che raggiunge le regioni artiche trasportato dal vento proveniente dalle zone industriali dell'Europa e del Nordamerica. Per la sua somiglianza chimica con lo zinco, le piante assorbono il cadmio con l'acqua di irrigazione; lo spargimento sui campi coltivati dei fertilizzanti a base di fosfati, contenenti cadmio in forma ionica come contaminante naturale, e dei fanghi degli impianti di depurazione dei liquami contaminati da cadmio provenienti dagli scarichi industriali incrementa il livello di tale elemento nel suolo e di conseguenza la sua concentrazione nelle piante che crescono su quel terreno. In futuro sarà possibile rimuovere il cadmio dai fertilizzanti a base di fosfati prima che vengano immessi in commercio. Il suolo viene contaminato dal cadmio anche in seguito a deposizione atmosferica. Poich l'assunzione del cadmio da parte delle piante aumenta con il diminuire del pH del suolo, un effetto delle piogge acide è quello di incrementare la concentrazione del cadmio negli alimenti. Deriva le sue proprieta' tossicologiche proprio dalla sua somiglianza chimica allo zinco, un micronutriente essenziale per le piante, gli animali e gli esseri umani. Il cadmio e' trasportato nel fegato principalmente tramite il sangue. Nel fegato si lega con alcune proteine e forma complessi che sono trasportati ai reni dove si accumula e danneggia i sistemi di filtrazione. Cio' causa l'escrezione di proteine essenziali e di zuccheri dal corpo ed un ulteriore danno renale. Il cadmio non riveste alcun ruolo biologico nel corpo umano. Sia lui che i suoi composti sono tossici perfino a basse concentrazioni e tendono ad accumularsi negli organismi e negli ecosistemi. L'inalazione di polveri di cadmio provoca rapidamente problemi alle vie respiratorie ed ai reni, spesso fatali per insufficienza renale. L'ingestione provoca immediato avvelenamento e danneggia il fegato e i reni. I composti del cadmio sono cancerogeni. Oltre a danneggiare i reni causano anche osteoporosi e osteomalacia.

Altri effetti sulla salute che possono essere causati dal cadmio:
-Diarrea, mal di stomaco e vomito severo
-Fratture alle ossa
-Problemi riproduttivi e persino possibilita' di infertilita'
-Danneggiamento del sistema nervoso centrale
-Danneggiamento del sistema immunitario
-Disordini psicologici
-Possibilita' di danni al DNA e sviluppo del cancro

cadmio ed oncogenesi

Molti composti del Cd in associazione con sostanze genotossiche ambientali, possono avere diversi effetti negativi anche sulla espressione aberrante di geni deputati alla regolazione del ciclo cellulare, responsabili della riparazione dei danni del DNA, che modulano le reazioni delle cellule agli stress ossidativi, che regolano l’apoptosi cellulare e che sono deputati a correggere errori di duplicazione del DNA, etc. - Questi squilibri sono stati evidenziati attraverso studi sperimentali realizzati su cellule di mammifero in vitro dove si è osservato che il Cd può indurre a livello genico “uno stress” che si traduce in una disregolazione di oncogeni, i quali attivano una proliferazione cellulare esagerata, dando luogo ad un’iperplasia cellulare che può evolvere in una neoplasia vera e propria. Infatti gli oncogeni su cellule normalmente quiescenti inducono l’attivazione della trascrizione di geni che modulano le diverse fasi di crescita, divisione e differenziazione cellulare ed influenzano il processo apoptico che in queste cellule viene inibita e totalmente bloccata, comportando in vitro il fenomeno della “immortalità cellulare”che è alla base della neoplasia. Questo può essere considerato il momento cruciale per il quale, se gli stimoli tossici continuano nel tempo, possono seguire ulteriori eventi mutevoli che inducono la tumorigenesi.

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