METALLI: spesso amici dell’uomo ma alcune volte pessimi nemici…

METALLI: SPESSO AMICI DELL’UOMO MA ALCUNE VOLTE PESSIMI NEMICI...

di Elga Baviera

La salute può essere compromessa da svariati tipi di sostanze presenti negli alimenti e nell’ambiente che ci circonda. Alcune di queste sostanze sono naturalmente presenti mentre altre provengono da attività umane (industrie metallurgiche, sistemi di smaltimento dei rifiuti, inceneritori, agricoltura, vernici, ecc.) sono cioè di origine antropica.

È questo il caso dei metalli e dei metalloidi, elementi con caratteristiche intermedie detti anche semi-metalli che rappresentano una classe di sostanze molto particolare. Presenti in natura dispersi nel suolo e nelle rocce, nell'acqua e nell'aria, la loro tossicità (insieme delle manifestazioni dannose che derivano dall'ingestione, inalazione o contatto con la molecola) può variare in relazione alla forma chimica (complessata, libera e in diversi stati di ossidazione) e in alcuni casi rappresentare un serio pericolo per la salute.

Alcuni di essi tuttavia rivestono una certa importanza per l’uomo essendo indispensabili per il normale sviluppo, in quanto entrano a far parte di numerose funzioni biologiche (www.epicentro.iss.it), e si   suddividono in:

  • macroelementi come calcio (Ca), fosforo (P), sodio (Na), potassio (K) e magnesio (Mg) il cui fabbisogno giornaliero varia a seconda l’elemento considerato;
  • microelementi o oligoelementi come ferro (Fe), rame (Cu), zinco (Zn), selenio (Se), cromo (Cr), manganese (Mn) e silicio (Si) il cui fabbisogno giornaliero può andare dai circa 20µg del vanadio fino a 50mg per il silicio presente in tracce ma importante per la “sintesi di collagene e tessuto connettivo, oltre a essere un costituente importante del tessuto osteoide”.

Alcuni di questi metalli come il ferro, il rame, il cromo o lo iodio sono considerati essenziali, la loro carenza infatti può determinare alterazioni delle normali funzioni fisiologiche. Il ferro ad esempio svolge diversi importanti ruoli come quello di trasportare l’ossigeno (legato all’emoglobina), il rame è presente come cofattore di enzimi coinvolti nella funzione nervosa e nella sintesi della melanina, lo iodio è legato alla funzionalità della tiroide, solo per citarne alcuni esempi.

La biodisponibilità dei minerali, ossia la quantità ingerita effettivamente convertita in forma attiva, varia notevolmente e dipende da svariati fattori come:

  • le condizioni di salute del soggetto e il sesso;
  • le condizioni del microbiota intestinale;
  • la presenza di eventuali fattori antinutrizionali;
  • la forma chimica dell’elemento;
  • interazioni con altre sostanze;
  • etc..

Il principale meccanismo d’azione dei metalli è rappresentato dalla loro capacità di legarsi attivamente a diversi enzimi rendendoli indisponibili, ad esempio il Piombo compete con il Ferro dell’emoglobina coinvolta nel trasporto di ossigeno, il Cadmio con lo Zinco, un minerale importante coinvolto in diverse funzioni metaboliche, e ancora, sono in grado di legarsi agli acidi nucleici (genotossicità e cancerogenesi) e sono coinvolti nei danni derivanti da stress ossidativo.

A limitare i danni da metalli pesanti intervengono i cosiddetti agenti chelanti in grado di “sequestrarli” rendendoli indisponibili per l’organismo e quindi limitando il loro effetto tossico, ne sono un esempio i tannini contenuti nel vino e nel tè o l’EDTA (acido etilendiamminotetracetico) usato proprio in caso di avvelenamento acuto da metalli.

MECCANISMO D’AZIONE

Per esercitare i loro effetti tossici i metalli devono penetrare nell’organismo e ciò può avvenire attraverso la cute, ossia per contatto, attraverso i polmoni o il tratto gastrointestinale, quindi per ingestione tramite l’assunzione di cibi e bevande.  Una volta penetrati raggiungono i vari tessuti e organi, in forma libera o legata a proteine, accumulandosi. La trasformazione metabolica cui vanno incontro, prevalentemente nel fegato, porta a reazioni di degradazione (ossidazione, idrolisi) e coniugazione. Questi meccanismi di trasformazione (biotrasformazione) possono dare origine a metaboliti chimicamente reattivi, come i radicali liberi, attraverso reazioni che portano alla formazione di composti intermedi o finali con una loro specifica attività.

La tossicità dei metalli può essere acuta, quando gli effetti si fanno sentire nel giro di breve tempo, e cronica quando l’organismo assume dosi anche piccole, ma continuate nel tempo finché non si accumulano provocando danni a carico del sistema nervoso  (neurotossicità), dei reni (nefrotossicità), del sistema circolatorio (cardiotossicità), etc.

Nichel e Cromo possono provocare dermatiti da contatto, Berillio e Platino attacchi di asma e orticaria, Arsenico e Berillio danni all’apparato respiratorio, Piombo neurotossicità, etc., inoltre la tossicità varia a seconda della forma chimica in cui si trovano, ad esempio il metilmercurio è tossico per il SNC mentre i composti inorganici lo sono per il rene.

METALLI TOSSICI E ALIMENTI

Tra i metalli tossici che costituiscono un pericolo per la salute troviamo il Cd (Cadmio), l’As (Arsenico), il Be (Berillio), l’Hg (Mercurio) e il Pb (Piombo) e il Cr (Cromo). Alcuni di essi rappresentano una fonte alimentare di esposizione per l’uomo che lo introduce quindi con la dieta.

Vediamone una breve rassegna...

 Cadmio

È un metallo non essenziale le cui concentrazioni naturali ambientali sono incrementate da impianti industriali e da concimi fosfatici, mentre la principale fonte di esposizione per l’uomo è rappresentata dal fumo di sigaretta e dall’alimentazione attraverso il consumo di vegetali (nelle piante non è fitotossico a basse concentrazioni) come gli ortaggi, i legumi, la frutta a guscio, i frutti di mare e il pesce.  Nei primi del ‘900 il cadmio causò un’intossicazione collettiva a Toyoma in Giappone, dovuta al consumo di riso irrigato da acqua contaminata. L’avvelenamento da cadmio (sindrome itai -itai) provoca fragilità e deformazione ossea con fratture patologiche, complicazioni renali e morte.

Gli alimenti che maggiormente contribuiscono alla maggior parte dell'esposizione al cadmio nella dieta sono cereali e prodotti a base di cereali, verdure, noci e legumi, radici di amido o patate e carne e prodotti a base di carne. L'esposizione media per adulti in tutti i paesi dell'UE è compresa tra 1,9 e 3,0 μg/kg di peso corporeo, maggiore nei bambini (in relazione al peso), mentre i vegetariani hanno un'esposizione più alta calcolata in 5,4 μg/kg. Il cadmio si accumula nel fegato e nei reni e viene escreto lentamente con un’emivita (tempo necessario per ridurre la concentrazione di una sostanza in un dato organo del 50%) che varia da 10 a 30 anni, lo IARC (Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro) lo ha classificato come cancerogeno (Gruppo 1). Gli effetti tossici cronici sono a carico dei reni (nefrotossico) e dei polmoni, del tratto gastrointestinale (tossicità acuta) e può causare demineralizzazione ossea in quanto altera il metabolismo del Calcio. Si concentra nei capelli e nelle unghie che rappresentano quindi un buon indicatore biologico di accumulo (concentrazioni di Cd nel sangue e nelle urine possono rivelare contaminazioni recenti, ma in caso di accumulo il livello nel sangue diminuisce).

Il Comitato congiunto di esperti FAO-OMS sugli additivi alimentari (JEFCA) e il gruppo CONTAM dell’EFSA hanno valutato nuovamente la DST (Dose Settimanale Tollerabile) per il Cadmio nel 2011, concludendo che la dose di 2,5 g/kg era ancora appropriata come stabilito nel 2009.

Piombo

Contenuto in svariati alimenti a base di cereali, patate, ortaggi, selvaggina, acqua, il piombo è un inquinante ambientale ubiquitario la cui concentrazione è aumentata in seguito ad attività antropiche e nonostante non si usi più come additivante nei carburanti e nelle vernici, il suo utilizzo persiste ancora (es.: produzione di batterie e cavi). Non esiste un valore fisiologico noto del piombo e non esiste un livello sicuro di esposizione a questo xenobiotico. L'esposizione alimentare stimata per gli adulti in Europa varia da un minimo di 0,36 a un massimo di 2,43 μg/kg al giorno.

Una volta penetrato attraverso l’apparato respiratorio e digerente, il piombo entra rapidamente in circolo accumulandosi nel fegato, nei reni e nelle ossa. I suoi bersagli principali sono il sistema emopoietico e il sistema nervoso, è in grado altresì di attraversare la placenta e di passare nel latte materno. Interferisce con cationi bivalenti come calcio, ferro, magnesio, rame e zinco.

I segni di intossicazione possono andare dai disturbi gastrici con vomito, diarrea e crampi addominali, fino all’insufficienza renale ed encefalopatia (convulsioni, delirio). Sintomi più generali comprendono anche cefalea, disturbi del sonno, vertigini e irritabilità. L’escrezione avviene prevalentemente attraverso i reni. L’emivita è di circa 30 giorni per il piombo inorganico nel sangue e di 10-30 anni nelle ossa.

In alcuni studi è emerso che la presenza di alcuni importanti micronutrienti può influenzare l'assorbimento del piombo, ad esempio una dieta povera di calcio e ferro può incrementare la suscettibilità alla tossicità da piombo aumentandone l’assorbimento, viceversa la presenza di zinco e ferro sembrerebbero ridurne l'assorbimento a livello intestinale.

Arsenico

Si tratta di un metalloide presente nell’acqua (alcune zone geografiche ne sono più ricche di altre come Taiwan e Sud America) e con gli alimenti quali cereali e derivati, alcune bevande come birra caffè, verdure, crostacei. Secondo una stima l’esposizione media negli adulti si aggirerebbe tra i 0,09 e i 0,38 μg/kg al giorno. Lo IARC lo ha classificato come cancerogeno per gli esseri umani inserendolo nel Gruppo 1.

Una volta assorbito dal tratto gastrointestinale, sia in forma inorganica che organica entrambe dannose per la salute, passa in circolo dove raggiunge fegato, reni, ossa, cute (capelli e unghie) dove può portare a forme di ipercheratosi e iperpigmentazione. L’intossicazione cronica porta a cirrosi, anemia e lesioni delle mucose, cardiopatie e ad alcune forme tumorali.

In un parere scientifico del 2009 “gli scienziati dell’EFSA hanno concluso di non potere fissare un livello di sicurezza per l’arsenico negli alimenti. Tuttavia, hanno stimato l’intervallo di dose all’interno del quale l’arsenico causa probabilmente un piccolo ma misurabile effetto su un organo umano. Si chiama dose di riferimento (BMD) ed è stata fissata a 0,3-8 microgrammi per chilogrammo di peso corporeo al giorno (μg/kg p.c./giorno) per un aumento del rischio di cancro del polmone, della pelle e della vescica, nonché di lesioni cutanee.”

Si tratta invero di un intervallo di “sicurezza” che indica come i livelli di arsenico negli alimenti e quindi l’esposizione alimentare nell’UE dovrebbero essere il più possibile al di sotto del limite inferiore di questo intervallo.

Nella tabella sottostante (www.efsa.europa.eu) sono indicati alcuni alimenti che contengono arsenico inorganico:

Come si può notare il riso, specialmente quello integrale, presenta un elevato livello di arsenico inorganico. Per ridurne il livello si consiglia di sciacquare accuratamente il riso prima della bollitura preferibilmente in abbondante acqua.

Cromo

Il cromo è un minerale ampiamente distribuito nella crosta terrestre, rilasciato nell'ambiente da fonti antropogeniche, è presente in diversi stati di ossidazione: trivalente (Cr (III)) ed esavalente (Cr (VI)), quelli più stabili e predominanti. Mentre il Cr (III) è presente naturalmente in diversi tipi di alimenti come alcuni ortaggi (broccoli, sedano, carote), pesci, molluschi, crostacei, carni, birra, vino, latte e prodotti lattiero caseari, funghi compresi dli integratori alimentari, il Cr (VI) deriva da processi industriali ed è presente nell'acqua potabile solitamente in seguito a contaminazione antropica. Nel caso di esposizione alimentare l'assorbimento del cromo è relativamente basso (<10% della dose ingerita) e dipende dal suo stato di valenza, il Cr (VI) è più pericoloso e l'assunzione attraverso l'acqua potabile e il cibo provoca effetti tossici. Alcuni microrganismi possono attenuare, se non addirittura prevenire gli effetti tossici causati da metalli pesanti, è stato visto come Lactobacillus, Streptococcus, Bacillus e Bifidobacterium presenti nell'intestino e negli alimenti fermentati abbiano capacità disintossicanti.  L’assorbimento del Cr inoltre è influenzato positivamente dalla presenza di vitamina C e dalla carenza nella dieta di Fe e Zn.

La biodisponibilità complessiva del Cr (III) è abbastanza bassa, diversamente dal Cr (VI) che è in grado di attraversare le membrane cellulari e di ridursi facilmente a Cr(III). Studi hanno confermato che il Cr (VI) è in grado di attraversare la placenta e accumularsi nei tessuti fetali, avvelenamenti da Cr (VI) includono quadri clinici a carico del sistema respiratorio, epatico, renale, gastrointestinale.


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Dr.ssa Elga Baviera
Biologa - Esperta in Sicurezza degli Alimenti

Co-founder dello Studio ABR  -  www.alimentiesicurezza.it

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