Inquinamento atmosferico e malattie allergiche
Renato Ariano U.O. Medicina Generale e Modulo di Allergologia ed Immunologia A.S.L. N° 1 Imperiese Stabilimento di Bordighera (IM)
Introduzione
L'attenzione per l'ambiente e le sue interrelazioni con la salute dei pazienti ha sempre rappresentato un interesse prioritario degli Allergologi. Diveniva quindi fisiologico il ricorso a strumenti di studio come l'Aerobiologia. Questa disciplina, abbastanza recente, studia la produzione e la diffusione del materiale biologico che può danneggiare la salute dell'uomo e, negli ultimi vent'anni, in Italia, è stata introdotta anche in Allergologia Clinica, al fine di una migliore valutazione e controllo delle allergopatie respiratorie indotte da pollini, da spore fungine ed altre entità allergeniche, come alghe, Artropodi e loro emanazioni, protozoi.
Tuttavia, in anni più recenti ci si è resi conto che occorreva ampliare la panoramica degli studi aerobiologici, inserendo valutazioni legate all'inquinamento atmosferico ed in particolare del particolato di origine antropica. Alcuni studi dimostrano infatti una interazione tra inquinanti atmosferici e pollini aerotrasportati. L'attualità e l'importanza di questo argomento è sottolineata dal fatto che la nascente associazione A.A.I.T.O. (Associazione Allergologi Immunologi Territoriali ed Ospedalieri) ha inserito nel proprio Statuto la costituzione di una Sezione di Aerobiologia, Ecologia e Prevenzione Ambientale che ha in programma l'attivazione di gruppi di studio ed ha già posto in funzione una Rete di Monitoraggio Pollinico e Sporologico. La Rete è funzionante dal gennaio 2002, con la partecipazione di circa 25 Centri distribuiti su tutto il territorio e la diffusione di un Bollettino settimanale che diffonde non solo la situazione della settimana precedente ma anche la previsione pollinica per la settimana a seguire.
I dati sono disponibili direttamente su questo sito (www.pollinieallergia.net) o sul link inserito nel sito AAITO www.aaito.it.
Allergeni pollinici
La storia naturale del paziente pollinosico si inserisce nell’ambito di una più ampia e complessa vicenda legata alla riproduzione delle specie vegetali (Solomon 2002).
I granuli pollinici, assieme a spore fungine, microbi e virus, vengono a far parte degli aerosol biologici che inaliamo quotidianamente. Il granulo pollinico è una complessa struttura il cui scopo è quello di trasmettere i gameti maschili delle piante a seme, Angiosperme e Gimnosperme. L’impollinazione è il processo di trasferimento dei granuli pollinici dalle strutture riproduttive maschili a quelle femminili, può essere compiuto da tre vettori: vento, acqua o animali. Poiché questo è un mezzo di trasporto meno efficiente che nell’impollinazione entomofila, le piante anemofile producono una copiosa quantità di polline per assicurare una fecondazione efficace.
Il polline, a differenza di tutte le cellule vegetali, ha due pareti: l’esterna: esina, formata da sporopollenina, formata da politerpeni, e l’interna intina, formata da polisaccaridi.
Tra le sculture dell’esina, sui pori e nell’intina si trovano, oltre che a degli enzimi, proteine e glicoproteine che avrebbero la funzione originaria di fattori di ricognizione cellulare, enzimi facilitanti la germinazione del polline, o proteine nutritive A queste sono attribuibili le proprietà allergeniche.
La presenza di pollini nell’aria dipende dall’abbondanza delle corrispondenti piante produttrici e da fattori di rilascio e di dispersione.
Un granulo pollinico per essere in grado di provocare sintomi allergici deve rispondere ai 5 postulati di Thommen:
1 - deve contenere allergeni sensibilizzanti;
2 - deve utilizzare l’impollinazione anemofila;
3 - deve essere prodotto in quantità sufficientemente abbondanti;
4 - deve essere sufficientemente aerodinamico per poter essere veicolato a distanze considerevoli;
5 - le piante che producono il polline devono essere distribuite sul territorio ampiamente e in grande abbondanza.
La quantità di polline prodotta è in genere in funzione della temperatura assorbite dal terreno nell’anno precedente, cosicché è possibile, per alcune specie, come il Cipresso, definire parametri di previsione (Ariano, 1994).
L’umidità ha la proprietà di far chiudere le antere, per cui il polline viene trattenuto nella pianta Il limite di emissione del polline è situato intorno al 65% di umidità relativa. Con l’umidità il polline è appesantito e vola meno. Le giornate di pioggia e quelle con alta umidità relativa fanno cadere al suolo i pollini. I pollini veleggiano meglio quando sono disidratati, in quanto più aerodinamici. Una pioggia breve ma intensa risulta più efficiente nell’abbattere i granuli pollinici particelle rispetto ad una pioggerella prolungata. L’innalzamento della temperatura facilita la liberazione del polline dalle antere rendendo i pollini meno ricchi d’acqua, con minor peso specifico e quindi più leggeri e volatili. Il vento aumenta la diffusione del polline. Il polline inizia a sollevarsi a partire da valori di velocità del vento superiori ai 3 metri al secondo. Quando la velocità del vento supera i 12-15 km l’ora, i granuli tendono a cadere.
Le particelle veicolanti gli allergeni aerotrasportati seguono le stesse regole fisiche di qualsiasi particella dello stesso diametro aerodinamico. Il granulo pollinico subirà le leggi che regolano i movimenti delle masse d’aria i fenomeni di trasporto a microscala, mesoscala e macroscala.
Il trasporto a microscala è limitato nel tempo e nello spazio, in ore e in centinaia di metri. Si ritiene che l’80% dei pollini prodotti dalle piante segua questo tipo di trasporto.
Il trasporto a mesoscala, che è legato a condizioni di escursione termica notturna e diurna, riguarda un periodo di tempo di alcuni giorni ed una distanza di qualche centinaio di km. Interessa i pollini rilasciati da erbe o piante collocate in posizioni elevate.
Il trasporto a lunga distanza, che si verifica in particolari condizioni di turbolenza atmosferica, può trasportare i pollini anche a migliaia di Km.
E’ intuitiva l’utilità di una previsione precisa e tempestiva delle presenze atmosferiche a breve termine di pollini e di spore. Numerosi investigatori hanno pubblicato modelli progettati per prevedere concentrazioni di particelle veicolanti allergeni specifici. I modelli previsionali sono numerosi e sempre più complessi. Si fondano su dati storici, sulle correlazioni con i dati meteorologici ed utilizzano metodologie statistiche. Negli ultimi tempi sono state utilizzate anche le reti neurali su concentrazioni storiche di pollini totali. Esistono diversi tipi di previsione a breve, a medio ed a lungo termine. Benché modelli previsionali continuino a migliorare, i modelli pubblicati falliscono almeno il 25% delle volte e sono disponibili per non tutte le specie polliniche. Purtroppo i sistemi sono ancora insoddisfacenti e questo costituisce un ulteriore campo di ricerca per il futuro.
Il polline riacquista la sua piena attività quando si idrata nuovamente e ciò avviene quando
incontra lo stigma di un fiore oppure viene a contatto con acqua, sia in atmosfera che al suolo e, infine, quando viene a contatto con le mucose delle vie aeree.
Difatti, a contatto con l’acqua il polline si idrata e rilascia le proprie proteine. Entro 2-30 secondi quelle dell’esina, dopo 30 secondi quelle dell’intina; è possibile, almeno per alcune specie, il rilascio di proteine dal citoplasma.
Oramai esistono numerose evidenze che testimoniano che gli allergeni pollinici possono essere veicolati non solo dai granuli pollinici ma anche da più piccole particelle che misurano pochi micron e che sono state denominate particelle paucimicroniche. (Takahashi, 1995).
Allergeni delle Graminaceae (Lol p 5) sono stati ritrovati su particelle < 5 millimicron durante temporali e spesso si vede la rottura dei granuli pollinici sui vetrini campionatori.
Le particelle più piccole, rilasciate dai pollini di Graminacee durante i temporali o anche in caso di elevata umidità relativa atmosferica, denominate amiloplasti, delle dimensioni inferiori a 3 millimicron, sono correlate con le crisi d’asma in questi periodi (Bellomo, 1992 Med J Aust.).
Gli allergeni delle Graminaceae sono stati misurati in aerosol costituiti da fini particelle e collegati a granuli di amido ed a particelle derivate dalla combustione di motori automobilistici (scarico diesel) Suphioglu, 1998). Sollevati dal vento questi allergeni potrebbero essere veicolati da altre microparticelle anemofile come granuli di amido (amiloplasti) o particelle del particolato dell’inquinamento atmosferico (come il particolato dei gas di scarico dei motori diesel). La presenza di queste particelle allergeniche non trasportate da pollini si verifica non solo durante il periodo di liberazione dei pollini, ma anche prima o dopo Per spiegare le origini degli allergeni pollinici, veicolati da particelle non polliniche, sono state avanzate diverse ipotesi come:
1) provenienza dell’allergene da parti non polliniche delle piante,
2) da granuli di amido dopo rottura dei granuli (Graminaceae),
3) dagli orbicoli, al momento della liberazione dall’antera,
4) da particelle ambientali che si trovano già in natura,
5) da particelle inquinanti a cui questi allergeni aderiscono.
I risultati di questi studi indicano che vi è necessità di nuovi metodiche più accurate di campionamento e di misurazione degli allergeni pollinici per produrre più dati riguardo l’esposizione potenziale dei soggetti sensibilizzati. Ma fino a che queste metodiche non saranno disponibili per osservazioni continue, la semplice conta pollinica resterà sufficiente per informazioni attendibili.
Ma il polline non trasporta solo allergeni. Recentemente si è dimostrato che, in condizioni di umidità, i pollini possono liberare dei mediatori chimici (tipo eicosanoidi). Questi mediatori sono molto simili strutturalmente ai leucotrieni ed hanno la capacità di reclutare ed attivare, in vitro, i granulociti polimorfonucleati (Traidl-Hoffmann, 2002). Questa attività può essere allergene indipendente e può agire da adiuvanti nella flogosi allergica.
Alternaria tenuisOltre ai pollini altri allergeni aerotrasportati sono rappresentati dalle spore fungine che presentano le stesse dimensioni dei pollini e che sono molto più numerose. La mancanza di pochi estratti diagnostici caratterizzati (Aspergillus, Cladosporium ed Alternaria) e la possibilità di cross-reazioni tra i vari generi ci fa pensare che il problema dell’allergie nei confronti delle spore fungine sia ancora molto sottostimato, nella pratica clinica.
Un’altra categoria di allergeni aerotrasportati è quella degli Artropodi, che rilasciano numerosi frammenti a veleggiare in atmosfera e per i quali pure non disponiamo ancora di estratti soddisfacenti. Infine non si possono dimenticare vere epidemie prodotte da aerosols di particelle biologiche, durante lo scarico di navi mercantili, quella di ricino a Marsiglia e di soya ad Ancona, a Napoli, a Barcellona, Valencia e Coruna.
L’aumento mondiale della prevalenza delle malattie allergiche, nei paesi maggiormente industrializzati è stato attribuito, da parte di molti autori, ai fattori inquinanti ambientali.
Il Tipo I di inquinamento atmosferico è caratterizzato da gli inquinanti primari: SO2 e Particolato grossolano. Questo tipo di inquinamento è caratteristico della Germania dell’Est ed è anche presente in alcuni paesi dell’Europa Orientale. E’ associato soprattutto infiammazioni ed infezioni alle vie respiratorie superiori.
Il Tipo II di inquinamento atmosferico è caratterizzato dalla presenza di inquinanti primari o secondari, essendo emessi da sorgenti outdoor ed indoor. E’ presente nelle aree urbane industrializzate e dense di abitazioni nel mondo occidentale..
Gi inquinanti ambientali come i gas di scarico delle auto, ozono, NO2, SO2 ed altre particelle inorganiche aerotrasportate hanno mostrato di correlarsi positivamente con allergie respiratorie ed esisterebbe una sostanziale differenza di prevalenza tra zone urbane e zone rurali (Ishizaki, 1987; Popp, 1989, von Mutius, 1992; Wjst, 1993; Jorres, 1996; Popp, 1989; Braback, 1992).
Le esperienze epidemiologiche, collegate alla caduta del muro di Berlino, nel 1989, hanno messo in evidenza come, prima di tale data, esistesse una maggiore prevalenza delle malattie allergiche nella Germania dell’Ovest rispetto a quella dell’Est. Dopo il 1989 si è verificato un graduale cambiamento della qualità dell’aria nella Germania Est, con significativa riduzione nel SO2 outdoor e particelle aerodisperse. Si è potuto chiarire che l’esposizione al Tipo I di inquinanti dell’aria è inversamente associata con le sensibilizzazioni e le malattie allergiche e la crescita degli inquinanti di tipo II è stata accompagnata da una parallela crescita di rinite stagionale nei bambini atopici (Beherendt, 1991; Von Mutius, 1998, 1999; Kramer, 2000). Un recente studio, in Germania, ha notato differenze nella produzione di citochine dal cordone ombelicale di neonati tra Est ed Ovest. Anche in questo caso i bambini dell’Ovest presentano una maggiore predisposizione Th2 che non risulta influenzata da anamnesi familiare ma da fattori ambientali, come la stagionalità e lavori di ristrutturazione della casa, durante la gestazione materna (Lehmann, 2002).
D’altronde l’Hygiene hypotesis da sola non riuscirebbe a spiegare come l’incremento della prevalenza delle malattie allergiche avvenga non solo nelle fasce di età più giovanili, ma anche in tutte le altre. Incominciano ad esservi ripetute segnalazioni di malattie allergiche che insorgono in età non giovanile. Un recentissimo lavoro di Broadfield (2002) evidenzia come l’incremento della prevalenza alle sensibilizzazioni cutanee, nei confronti di tutti gli allergeni, non sia esclusiva delle classi più giovani. Noi stessi, qualche anno fa, avevamo segnalato la comparsa di forme di asma allergica di prima insorgenza in soggetti di età superiore ai 65 anni (Ariano e coll., 1998).
I particolati derivati da motori diesel hanno mostrato spostare la risposta dei T linfociti verso un pattern Th2 (Tsien, 1997; Diaz Sanchez, 1997). Più recentemente il gruppo di Diaz-Sanchez (2002) ha dimostrato che i DEP stimolano i basofili alla produzione di IL4 e al rilascio d’istamina in maniera indipendente da meccanismi allergici.
Estratti da particelle di polvere atmosferica raccolti in grandi città della Germania Ovest hanno mostrato influenzare il rilascio di mediatori, inducendo un rilascio d’istamina dai basofili umani.
Gli inquinanti di 2° tipo come il fumo di tabacco e i prodotti da motori diesel sono potenti adiuvanti per la produzione di IgE in modelli animali e sembrerebbero importanti anche nell’uomo (Fujimaki, 1984; Muranaka, 1986; Seymour, 1997; Zetterstrom 1081; Lovic, 1997).
Instillazioni nasali di DEP (Particolati derivati dai motori diesel) in soggetti atopici aumentano di 25 volte i livelli di IgE locali (Diaz-Sanchez, 1994). aaI particolati derivati da motori diesel hanno inoltre mostrato spostare la risposta dei T linfociti verso un pattern Th2 (Tsien, 1997). Difatti impiegando DEP associato ad un neo antigene (emocianina da Megathura crenulata) si elicita risposta IgE specifica (Diaz- Sanchez, 1999).
Effetti indiretti dell’inquinamento possono agire attraverso il suolo. Esperimenti di laboratorio hanno mostrato che NO2 e SO2 e CO possono provocare modificazioni nella composizione di proteine solubili dei granuli pollinici (Ruffin, 1983, 1986; Santra, 1991). NO2 ed O3 provocano, sulle mucose nasali di soggetti allergici, incremento della proteina cationica da liquido di lavaggio nasale, come se attivassero gli eosinofili (Devalia, 1998).
I granuli pollinici, che sono la maggior sorgente di allergeni outdoor, possono interagire con gli inquinanti aerei, in atmosfera. L’esposizione in vitro dei pollini alle particelle aerosospese comporta modifiche morfologiche e alterato rilascio da parte dei granuli (Beherendt, 1997). I granuli pollinici raccolti vicino a strade con alto traffico erano ricoperti da numerose microparticelle di diametro inferiore a 5 millimicron. Si è visto che SO2 permette un calo dose-dipendente nel rilascio dell’allergene dal polline. Per contrasto l’esposizione dei pollini al VOCs (Composti Organici Volatili) porta ad un incremento del rilascio di allergene (Beherendt, 1992). Queste evidenze provano che le sostanze organiche assorbite da particelle aeree si agglomerano sulla superficie del polline e portano alla preattivazione locale dei granuli pollinici, con liberazione dei loro allergeni. In condizioni idonee il rilascio di allergene locale può avvenire con la produzione di aerosol allergenici formati da particelle sub-microniche. Nelle aree ad elevato inquinamento atmosferico il Particolato Atmoferico può trasportare non solo inquinanti ma anche le già citate particelle allergeniche paucimicroniche non veicolate da granuli pollinici. Viceversa i pollini possono, a loro volta, veicolare non solo gli allergeni, contenuti nel loro citoplasma, ma anche gli inquinanti adesi alle loro pareti.
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