Salute nella polvere: ecco le ultime novità scientifiche sugli effetti del particolato

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L’Organizzazione Mondiale della Sanità riporta che l’inquinamento atmosferico è responsabile di 7 milioni di morti premature nel mondo[1]. Oltre 4 milioni di queste morti sono attribuibili all’inquinamento indoor, quasi totalmente derivanti dall’uso di combustibili “poveri” per uso domestico nei paesi in via di sviluppo dell’Africa e del Sud-est asiatico.
Le morti premature attribuibili all’inquinamento atmosferico comunemente inteso ammontano quindi in tutto il mondo a circa 3.7 milioni e il principale “killer” risulta essere il particolato atmosferico “fine”, le particelle sospese in atmosfera con dimensioni inferiori a 2.5 micrometri (PM2.5). Anche in questo caso, la mortalità più elevata si riscontra nei paesi dell’Asia, con la sola Cina che sconta circa 1.4 milioni di morti premature dovute all’inquinamento.
L’Europa non è comunque esente da questo problema, con un numero stimato in circa 870 mila morti premature dovute al PM2.5. La Fig. 1 mostra la riduzione dell’aspettativa di vita dovuta al PM2.5 in Europa. Appare evidente che i massimi di riduzione dell’aspettativa di vita si verificano nella Pianura Padana e nell’area attorno al Benelux.

Fig. 1 – Diminuzione statistica della speranza di vita in Europa (espressa in mesi relativamente all’anno 2000) dovuta ai livelli di concentrazione di PM2.5 antropico. 

Il particolato atmosferico fine

Il particolato atmosferico è costituito da particelle emesse da sorgenti naturali (polveri desertiche, spray marino, emissioni dalle foreste) e antropiche (produzione di energia, traffico veicolare, combustione di biomasse, ecc.).
Le particelle emesse come tali in atmosfera sono dette “particolato primario”. Una grossa percentuale del particolato atmosferico non viene però emessa come tale, ma viene formata in atmosfera per effetto di reazioni chimiche che, partendo da precursori gassosi, generano particelle solide dette quindi “particolato secondario”[2].
Per ridurre la concentrazione di particolato in atmosfera e preservare la salute umana si deve agire sulle sorgenti di origine antropica, non essendo ovviamente possibile controllare le sorgenti naturali. Le prime azioni messe in campo per la riduzione delle sorgenti di particolato hanno riguardato il particolato primario: agendo sulla sorgente con misure tecnologiche e/o di efficientamento si riducono le emissioni e, conseguentemente, la concentrazione in atmosfera.
Molto più complesso è invece agire per la riduzione del particolato secondario, in quanto occorre ridurre le sorgenti di inquinanti gassosi precursori, con l’ulteriore complicazione che, a causa delle reazioni chimiche responsabili della formazione del particolato secondario, la relazione sorgente-concentrazione in atmosfera non è lineare. Va poi evidenziato che l’identificazione e la quantificazione del particolato secondario, su cui gran parte della ricerca atmosferica si è applicata negli ultimi 20 anni, è invece un’acquisizione relativamente nuovo nell’ambito della legislazione.

Il PM2.5 ha una composizione molto variabile dipendentemente dalle sorgenti che lo generano ma, a grandi linee, si possono definire le seguenti componenti:
1. frazione inorganica, principalmente composta da solfato e nitrato d’ammonio (particolato secondario);
2. frazione organica, composta da migliaia di composti non tutti ancora identificati (particolato in gran parte secondario);
3. carbonio elementare (EC) derivante da tutti i processi di combustione (particolato primario).

Le evidenze scientifiche a livello europeo

Un paio di anni fa ho coordinato su richiesta della Commissione Europea la preparazione del Rapporto Research findings in support of the EU Air Quality Review nel quale sono elencate le più recenti acquisizioni della ricerca nel campo della qualità dell’aria in Europa in supporto all’azione della Commissione Europea che sta attualmente rivedendo le normative comunitarie per la qualità dell’aria e la protezione della salute[3].
I risultati essenziali del Rapporto si possono riassumere nei seguenti punti:

  1. non è stato fino a oggi possibile evidenziare singoli componenti del particolato cui possa essere attribuito l’effetto sulla salute, per questo l’indicatore che viene considerato nella legislazione è la concentrazione totale di particolato in atmosfera;
  2. vi sono comunque indicazioni di un effetto sulla salute del carbonio elementare, anche se non se ne conosce il meccanismo biologico di interazione, e per questo si sta valutando l’opportunità di prescrivere fra i parametri di legge da monitorare e controllare, anche la concentrazione di EC;
  3. per un’efficace riduzione dei livelli di PM2.5 occorre agire principalmente sulle emissioni dei precursori gassosi del particolato, in particolare la riduzione delle emissioni di ammoniaca (NH3), principalmente originate dalle attività agricole e zootecniche, possono portare a una notevole riduzione del particolato organico secondario;
  4. l’inquinamento atmosferico non conosce confini geografici o amministrativi (regioni, stati, continenti) ed il PM2.5 viene trasportato dai moti atmosferici anche a distanze di migliaia di kilometri nel giro di pochi giorni, è quindi importante che la riduzione delle emissioni inquinanti sia concordata fra le autorità preposte ai vari livelli: regionale, nazionale e continentale.

Un importante studio a livello globale

Già diversi mesi fa il collega Jos Lelieveld del Max Planck for Chemistry di Mainz mi aveva inviato in via confidenziale un lavoro sottomesso per la pubblicazione sulla rivista Nature, che mi era subito sembrato di grossa importanza per la valutazione degli effetti sulla salute del PM2.5 a livello globale, ma che non potevo citare, data la stretta politica di embargo che la rivista attua. Finalmente il lavoro è stato pubblicato nell’ultimo numero di Nature[4]
Senza entrare troppo nei dettagli della ricerca si possono però evidenziare alcuni importanti, e per certi versi sorprendenti, risultati.
Gli autori hanno infatti stimato il numero delle morti a livello mondiale ascrivibili all’inquinamento atmosferico valutando, tramite un modello chimico di trasporto globale, il contributo ai livelli di  PM2.5 in atmosfera di diverse sorgenti di particolato. Molte parti degli USA e dell’Europa hanno visto un sostanziale miglioramento della qualità dell’aria negli ultimi decenni, a causa delle politiche di regolazione delle emissioni inquinanti, mentre così non è per vaste regioni del globo, particolarmente per i paesi asiatici con popolazione elevata che continuano a soffrire elevati livelli di inquinamento atmosferico con i conseguenti effetti negativi sulla salute e l’elevato numero di morti premature.
A livello mondiale la sorgente più importante responsabile delle morti premature è l’utilizzo di energia per scopi commerciali e civili. Sorprendentemente, la seconda sorgente responsabile della mortalità a livello globale risultano essere le attività agricole e zootecniche, che rilasciano NH3 dagli allevamenti e dall’uso di fertilizzanti. NH3 reagisce in atmosfera formando particelle di solfato e nitrato d’ammonio. Seguono poi in ordine di importanza a livello globale la produzione di energia, le attività industriali, la combustione di biomasse, ed il traffico veicolare.
Nella Fig. 2 vengono evidenziate le categorie principali che hanno l’impatto predominante sulla mortalità dovuta all’inquinamento atmosferico nelle diverse aree del globo.

Fig. 2 – Categorie di sorgenti maggiormente responsabili della mortalità dovuta all’inquinamento atmosferico nel 2010. Le diverse sorgenti sono classificate con diversi colori (scala a destra) che corrispondono a: attività industriali (IND), traffico veicolare (TRA), utilizzo dell’energia a fini commerciali e residenziali (RCO), combustione di biomasse (BB), produzione di energia (PG), agricoltura e zootecnia (AGR), sorgenti naturali (NAT, principalmente la sabbia desertica. Nelle aree senza indicazione di colore la concentrazione media annuale di PM2.5 è al di sotto della soglia di confidenza. (Fonte - Lelieveld, J., J.S. Evans, M. Fnais, D. Giannadaki and A. Pozzer (2015), The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale. Nature, 525, 367-371.)


Si vede quindi come in Europa e Russia l’impatto più forte sulla mortalità derivi dalle attività agricole e zootecniche, che globalmente sono responsabili del 20% delle morti premature. Negli USA, questa sorgente di particolato è predominante nella parte atlantica del paese, mentre in altre parti sono prevalenti la produzione di energia ed il traffico veicolare.
La combustione di biomasse è la sorgente preponderante in gran parte dell’America latina, nell’Africa sub-Sahariana, in parte del Sud-est asiatico e nella Russia boreale, a causa delle emissioni dovute alla distruzione delle foreste ad opera dell’uomo.
In gran parte dell’Africa, del Medio Oriente e della Cina occidentale la causa di morte prevalente è associata a sorgenti naturali, la sabbia del deserto. Il traffico veicolare è responsabile per il 20% delle morti premature dovute all’inquinamento in USA, Germania e Gran Bretagna, ma il suo peso a livello globale è appena del 5%.
L’importanza di questo studio risiede chiaramente nella possibilità per i legislatori di organizzare le politiche di abbattimento dei livelli di PM2.5 a seconda delle sorgenti maggiormente responsabili nelle diverse aree del globo. Infatti, come si è visto, il peso relativo delle diverse sorgenti di PM2.5 e dei precursori è diverso in diverse aree in funzione della popolazione, struttura economica e produttiva, tecnologie disponibili, ecc..
Chiaramente, la risoluzione spaziale del modello utilizzato (110x110 km) non permette di catturare gli effetti a scala locale delle sorgenti di inquinamento da particolato. Inoltre una limitazione di questo importante studio deriva dal considerare uguale la tossicità di tutti i componenti chimici del particolato. D’altra parte, come evidenziato dallo studio europeo sopra menzionato, non esiste a tutt’oggi una metodologia che permetta l’assegnazione univoca di livelli di tossicità diversa ai diversi componenti.
Mentre gli studi sulla relazione fra qualità dell’aria e salute umana si stanno sempre più perfezionando sia dal punto di vista epidemiologico che tossicologico, studi come quelli qui presentati già possono fornire ai responsabili politici della sicurezza ambientale importanti informazioni su come meglio affrontare questa piaga ambientale con interventi efficaci nel merito, giustificati secondo le più recenti acquisizioni scientifiche, rifuggendo da azioni basate a volte su una semplice componente emozionale o propagandistica.



[1] WHO Regional Office for Europe, OECD. Economic cost of the health impact of air pollution in Europe: Clean air, health and wealth. Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2015.

[2] Fuzzi, S., U. Baltensperger, K. Carslaw, S. Decesari, H. Denier van der Gon, M.C. Facchini, D. Fowler, I. Koren, B. Langford, U. Lohmann, E. Nemitz, S. Pandis, I. Riipinen, Y. Rudich, M. Schaap, J. Slowik, D.V. Spracklen, E. Vignati, M. Wild, M. Williams, S. Gilardoni (2015) Particulate matter, air quality and climate: lessons learned and future needs. Atmos. Chem. Phys., 15, 8217-8299.

[3] Maione, M. and S. Fuzzi, editors (2013) Research Findings in support of the EU Air Quality Review (105 pp.) European Commission, Luxembourg.

[4] Lelieveld, J., J.S. Evans, M. Fnais, D. Giannadaki and A. Pozzer (2015), The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale. Nature, 525, 367-371.

 

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