Approfondimenti

Inquinamento atmosferico e polveri
A cura del
Servizio Epidemiologia
del Dipartimento Sanità Pubblica AUSL Modena

- Introduzione
- Cosa sono le polveri
- Da dove provengono
- Dimensioni
- Classificazione in base a diametro delle particelle e modalità (mode) di formazione
- Composizione
- Effetti sulla salute
- Effetti stimati in Italia
- Valutazione di impatto sanitario in Italia
- Gruppi a rischio
- Possibili meccanismi patogenetici
- Per approfondire

Cosa sono le polveri
Le polveri (o particolato atmosferico) sono una complessa miscela di particelle presenti nell'aria sia allo stato solido che liquido. Le loro dimensioni fisiche, la loro morfologia, la loro composizione chimica sono molto eterogenee e variabili da un luogo all'altro, dipendendo dalle caratteristiche delle molteplici fonti di produzioni delle stesse e dalle condizioni fisico-chimiche dell'ambiente in cui si formano. Esse possono rimanere sospese nell'aria per un lungo periodo di tempo ed essere trasportate a grande distanza rispetto ai luoghi in cui si producono.


Da dove provengono
Le polveri possono avere origine molteplice sia naturale che antropica (prodotto dell'attività umana). Il principale processo di formazione è quello di combustione sia da fonti naturali (vulcani, incendi di boschi) che da industrie, centrali termoelettriche, riscaldamento abitazioni e, soprattutto nei centri urbani, il traffico veicolare. Altri processi di formazione sono rappresentati da erosione del pavimento stradale, usura di pneumatici e freni, frantumazione di rocce e metalli durante la loro lavorazione, tempeste di sabbia. A queste fonti si aggiungono poi con varie cadenze stagionali quelle biogeniche (pollini e spore).
Oltre che in maniera diretta le polveri possono poi formarsi indirettamente (particelle secondarie) attraverso reazioni chimico-fisiche tra i gas di scarico, i raggi solari e il vapore acqueo. Gli ossidi di azoto, il biossido di zolfo e i composti organici reagiscono con l'ozono ed altre molecole reattive (inclusi i radicali liberi) per formare nitrati, solfati e altre particelle.
Anche quando ci troviamo all'interno delle nostre abitazioni o uffici siamo esposti a polveri che spesso riconoscono come fonte principale il fumo di sigaretta, oltre a stufe e fornelli, ma una quota importante proviene anche dalle polveri esterne che penetrano facilmente all'interno. Questo tipo di esposizione può essere significativa poiché di solito la maggior parte del tempo la gente lo trascorre all'interno di spazi confinati (indoor). Tuttavia quando ci troviamo fuori (outdoor) tendiamo ad essere più attivi fisicamente e questo comporta un aumento della ventilazione e quindi un aumentata quantità di inquinanti che viene inalata. Attualmente la comunità scientifica sta cercando di quantificare il peso relativo dei due tipi di esposizione rispetto alla esposizione totale.

Dimensioni
La dimensione delle particelle è un parametro molto importante che determina poi il loro destino. Le particelle sono molto variabili rispetto alla loro densità (massa/volume) e spesso hanno una forma non sferica, quando si parla del loro diametro quindi ci si riferisce ad un diametro "equivalente" il cosiddetto diametro aerodinamico. Questo è definito come il diametro di una particella sferica con una densità di 1g/cm3 ma con una velocità di sedimentazione uguale a quella della particella in questione. La velocità di deposizione delle particelle in atmosfera e quindi il loro tempo di permanenza nell'ambiente è direttamente proporzionale al loro diametro aerodinamico. Anche la deposizione nei polmoni risente del diametro aerodinamico. Il diametro aerodinamico delle particelle costituenti le polveri atmosferiche spazia approssimativamente da 0,005 a 100 µm (dalle dimensioni di pochi atomi a circa le dimensioni del più sottile capello umano). L'analisi del numero di particelle e del volume delle particelle in funzione del loro diametro aerodinamico mostra che la maggior parte di esse è molto piccola, al di sotto di 0,1 µm; viceversa la maggior parte del volume e della massa è dovuta alle frazioni più grandi di 0,1 µm.

Fig. 1. Distribuzione del numero di particelle e del loro volume in funzione del diametro aerodinamico.

Fig.1 - fare click sulle immagini per ingrandirle

Fonte: adattata da Whitby KT, Sverdrup GM. 1980. California aerosols: their physical and chemical characteristics. In: Hidy GM, Mueller PK, Grosjean D, Appel BR, Wesolowski JJ, eds. The character and origins of smog aerosols: a digest of results from the California Aerosol Characterization Experiment (ACHEX). New York, NY: John Wiley & Sons, Inc.; pp. 477-517. (Advances in environmental science and technology: v. 9).

Classificazione in base a diametro delle particelle e modalità (mode) di formazione.
In base a queste caratteristiche si distinguono le particelle coarse-mode, la maggior parte delle quali ha un diametro superiore a 1-3 µm, e che riconoscono generalmente una genesi meccanica da diverse fonti (ad es. per erosione del suolo); e le particelle fine-mode (particelle fini), la maggior parte delle quali ha un diametro inferiore a 1-3 µm, e che sono prevalentemente un prodotto dei processi di combustione. A loro volta le particelle fine-mode si distinguono in due sottofrazioni che prendono il nome dai principali meccanismi di formazione coinvolti: la componente nuclei-mode con un diametro al di sotto di 0,1µm, spesso definita dagli epidemiologi e tossicologi con il termine di ultrafine; e la componente accumulation-mode, costituita da particelle con diametro tra 0,1 e 1-3 µm.
Le particelle ultrafini si formano mediante meccanismo di nucleazione di sostanze in fase gassosa. Le singole particelle ultrafini non restano a lungo in atmosfera poiché tendono a trasformarsi in particelle fini attraverso meccanismi di coagulazione (due particelle più piccole si fondono in una più grande) e di condensazione (molecole gassose si condensano sulle particelle già formate); esse però, come categoria, sono sempre presenti in atmosfera poiché generate in maniera continua dai processi di combustione.
Questa classificazione non sempre viene rispettata negli studi scientifici e il significato dei termini coarse e fine, quando non esplicitamente spiegato dagli autori, deve essere estrapolato dall'uso che ne viene fatto.

Fig. 2. Meccanismi di formazione delle particelle da traffico , loro volume e diametro aerodinamico.

Fig.2 - fare click sull'immagine per ingrandirla

Fonte: adattata da Health Effects Institute. 2002. Understanding the Health Effects of Components of The Particulate Matter Mix: Progress and Next Steps. HEI Perspectives. Health Effect Institute, Boston MA.

La dimensione delle particelle determina anche quale tratto dell'albero respiratorio è più probabile possa essere raggiunto. Le particelle più grandi di 10µm si depositano quasi esclusivamente a livello di naso e gola mentre le particelle fini ed ultrafini sono in grado di penetrare più in profondità fino raggiungere gli alveoli dove avvengono gli scambi gassosi con il circolo sanguigno e tramite questo possono anche essere trasportate in organi distanti. Le particelle fini ed ultrafini inoltre, a parità di massa, hanno una superficie molto più grande di quella delle particelle di maggior diametro e possono fungere da vettori di una notevole quantità di sostanze tossiche verso le parti più profonde dei nostri polmoni. Per questo alcuni ricercatori ritengono che le particelle ultrafini sono più tossiche.
Più in profondità quindi le particelle riescono ad arrivare, minori diventano le possibilità che il nostro organismo riesca ad eliminarle mentre aumentano le probabilità che si inneschino fenomeni di tossicità diretta e/o indiretta che portano a fenomeni infiammatori sia in loco che anche a distanza.

Fig. 3. Livello di deposizione delle particelle nelle vie dell'albero respiratorio

Composizione
La composizione delle particelle di polvere è molto variabile, dipendendo da molti fattori tra cui la fonte di origine, il clima e la topografia del luogo. Anche nello stesso luogo la composizione può variare tra un anno e l'altro, tra una stagione e l'altra, tra un giorno e l'altro. Le particelle di polvere possono contenere ioni, gas reattivi, composti metallici, carbonio elementare (che spesso rappresenta la parte centrale della particella), composti organici, acqua. Soprattutto la frazione organica di questa miscela è molto complessa, potendo contenere centinaia di composti.
Le particelle secondarie sono composte soprattutto da solfato di ammonio, nitrato di ammonio e composti organici secondari derivanti da reazioni chimiche che si producono in atmosfera tra alcuni gas e composti organici reattivi.
In generale la composizione delle particelle più grandi differisce da quella delle particelle più piccole

Tab. 1. Confronto tra particelle di tipo fine e coarse.

Fonte: adattata da Wilson WE, Suh HH. 1997. Fine particles and coarse particles: concentration relationships relevant to epidemiologic studies. J. Air Waste Manage. Assoc. 47: 1238-1249.

Gli scienziati ipotizzano che molto probabilmente alcune componenti delle polveri siano più tossiche ed hanno maggiori effetti sanitari rispetto ad altri componenti. Nella tabella 2 sono elencate le sostanze maggiormente associate a effetti biologici.

Tab. 2. Componenti chimiche delle polveri e loro effetti biologici.

(1) Formati per neutralizzazione del vapore di acido solforico, generato dall'ossidazione del biossido di zolfo emesso dalla combustione di carburanti contenente zolfo, come ad esempio quelli usati nella autotrazione e nelle centrali termiche a olio o carbone.
(2) Formatisi dal vapore di acido nitrico, che si genera in atmosfera nelle reazioni degli ossidi di azoto.

Fonte: adattata da Health Effects Institute. 2002. Understanding the Health Effects of Components of The Particulate Matter Mix: Progress and Next Steps. HEI Perspectives. Health Effect Institute, Boston MA.