INQUINAMENTO AMBIENTALE E MAGGIORE DIFFUSIONE DI SARS-CoV-2 (COVID-19): ESISTE UNA POSSIBILE CORRELAZIONE?

A cura di Russo Stefania, Area Ambiente e Salute FIMP; Paola Palestini, Università Milano Bicocca)

 

La differente modalità di circolazione del COVID-19 nella popolazione, con marcate differenze di morbilità e letalità nelle varie regioni di Italia, sta spingendo il mondo scientifico a cercare di identificare i vari elementi che possono favorire la diffusione del virus.  Diversi gruppi di ricerca hanno iniziato ad analizzare il ruolo del particolato atmosferico (PM), evidenziando alcune prime correlazioni. Il Covid-19, come altri virus, potrebbe trasmettersi anche per via aerea e il particolato potrebbe svolgere un duplice ruolo nel favorire l’infezione :

• un ruolo di carrier attraverso l’aerosol, aumentandone e facilitando la diffusione;
• un ruolo nel potenziamento della risposta infiammatoria  a  livello  polmonare  che

aumenterebbe la capacità di penetrazione del Covid-19 nelle cellule.

Si giustificherebbe, così, una maggiore espressione della malattia nelle aree più inquinate di Italia. In primis la Pianura Padana.

Queste ipotesi rappresentano però il punto di partenza per future analisi sulla correlazione positiva tra diffusione del CoVid19 e inquinamento.

 

La trasmissione aerea del virus SARS-CoV-2 (COVID-19): le evidenze scientifiche

Il nuovo coronavirus SARS-CoV-2 si trasmette principalmente attraverso le goccioline di saliva (droplets) espulse dal soggetto infetto e inalate dall’ospite recettivo. A causa delle dimensioni e del peso relativamente significativi le droplets percorrono distanze brevi prima di cadere al suolo. Si presuppone, pertanto, un contagio ravvicinato. Alcuni studi propongono, inoltre, la possibilità che il contagio possa avvenire tramite aerosol. (1) La trasmissione per aerosol si differenzia  dalla precedente perché si tratta di una sospensione di particelle molto piccole (droplets nuclei, di diametro tra 0,001 e 100 micrometri), solide o liquide, all’interno di una fase gassose che sedimentano lentamente e che possono essere facilmente veicolate dalle correnti d’aria promuovendo, così, il contagio a lunga distanza. Il virus dell’influenza aviaria è stato rilevato in grandi concentrazioni nell’aria, ad esempio, a seguito delle tempeste di polvere avvenute in Asia anche a notevole distanza dai focolai di provenienza. (2)

In una recente analisi proposta su The New England Journal of Medicine, il virus SARS-CoV-2 ha rivelato una stabilità in aerosol e sulle superfici non diversa da quella di SARS-CoV-1. (3) Le superfici analizzate sono state plastica, acciaio inossidabile, rame e cartone. Si è osservato che CoVid-19 persiste più a lungo su plastica (fino a 72 ore) e acciaio, meno su rame e cartone. Nell’aerosol, CoVid-19 rimane per 3 ore riducendo lentamente la capacità infettiva. L’emivita di SARS-Cov-2 e Cov-1 è simile nell’aerosol, con una media di circa 1.1 – 1.2 ore. Entrambi i virus persistono quindi per giorni sulle superfici e ore in aerosol. (3)

Numerosi studi hanno, inoltre, messo in evidenza un’associazione tra le infezioni di SARS-CoV-1 e la ventilazione negli edifici, come nel caso di altri virus (morbillo, influenza aviaria). Una bassa velocità di ventilazione aumenterebbe la probabilità di diffusione dei virus attraverso l’aria, la quale circola da un ambiente all’altro con flusso turbolento favorendo l’instaurarsi di microambienti ove i patogeni proliferano. La distanza a cui viaggiano i virus trasportati dall’aerosol dipende quindi dal design degli edifici in cui circolano. (4) Una analisi della trasmissione indoor dei virus è stata realizzata, tra l’altro, durante l’epidemia di SARS-CoV-1. Lo studio ha mostrato come i droplet inizino a evaporare dopo il rilascio e possano diminuire in grandezza e dimensione al punto di circolare nell’aria. (5) Il sistema di ventilazione e la trasmissione aerea del virus sono stati altresì analizzati all’interno di un complesso residenziale ove si è registrato un numero elevato di contagi, gli Amoy Gardens, a Hong Kong. (6) La bassa ventilazione e lo scarso ricircolo dell’aria in ambienti chiusi sono inoltre risultati avere un ruolo importante nella diffusione aerea di SARS-Cov1 anche nelle cabine degli aerei. I passeggeri sintomatici, durante il volo, rilascerebbero i  droplets  contenenti il virus che potrebbe raggiungere gli altri passeggeri tramite l’aerosol. (7)

SARS-coV-1 e CoVid19 rivelano dunque simili modalità di trasmissione e persistenza nell’aria, con possibilità di trasporto a distanze maggiori rispetto a quelle osservate nel contagio da contatto ravvicinato.

 

Il Particolato Atmosferico (PM) nell’aerosol : la definizione e i rischi per la salute

Il PM, Particulate Matter, indica l’insieme di particelle disperse nell’aria per un tempo sufficiente a causarne diffusione e trasporto (Environmental Protection Agency, USA). Tali particelle, di varie fonti e composizione, vengono classificate in PM10, PM2,5, e UFP (polveri ultrafini), in relazione al loro diametro (rispettivamente inferiore a 10, a 2,5, a 0,1 micrometri). Le particelle sottili, in quanto microscopiche, sono soggette a inalazione involontaria da parte di coloro che vivono in aree inquinate, con conseguenti danni alla salute umana. Soprattutto le sub-micromiche sono in grado di penetrare profondamente nei polmoni fino agli alveoli polmonari raggiungendo da lì il circolo sanguigno e quindi i vari organi e apparati. La loro tossicità è aumentata dalla capacità di assorbire altri contaminanti come gli IPA (idrocarburi policiclici aromatici) e i metalli pesanti. Diversi studi  attribuiscono al PM numerose patologie soprattutto a carico dell’apparato respiratorio e cardiaco con un incremento delle morti premature e dei ricoveri. L’Organizzazione Mondiale della Sanità ha stimato che la sovraesposizione al PM causa circa 4,2 milioni di morti l’anno in tutto il mondo (8), e ha recentemente classificato il particolato , riferito all’inquinamento esterno, come inquinante cancerogeno per l’uomo. Il principale bersaglio sono i bambini per una serie di fattori, immaturità dei sistemi di detossificazione e immunitario e gli alti tassi di inalazione. E’ stata dimostrata una correlazione tra l’esposizione a PM e malattie neurodegenerative, disturbi del neuro-sviluppo, patologie metaboliche e neoplastiche. Le nano particelle possono addirittura entrare nel nucleo cellulare e arrecare danni epigenetici. Il rischio maggiore riguarda le grandi aree urbane del mondo ove l’antropizzazione dei territori è elevata e gli individui sono maggiormente esposti a particolato (PM10 e PM2,5), ozono e biossido di azoto (NO2). L’inquinamento indoor, principalmente nelle grandi aree urbane, merita altresì considerazione, soprattutto per quanto riguarda le polveri ultrafini fortemente rappresentate negli ambienti confinati e il tempo di esposizione prolungato. I nostri bambini passano l’80 % del loro tempo prevalentemente in casa, oggi ancor più di prima in considerazione della  pandemia COVID-19.

 

Il Particolato Atmosferico (PM) nell’aerosol: Il ruolo nella trasmissione virale

L’aria è dunque un veicolo mediante il quale gli agenti microbici possono muoversi nell’ambiente. Frammenti vegetali e cellulari, batteri e virus, parassiti, spore e funghi possono comporre il bioaerosol. (9). Il particolato atmosferico potrebbe agire come carrier, vettore di trasporto, per molti virus, ma non solo, potrebbe potenziarne la diffusione nell’aerosol creando un microambiente adatto alla loro persistenza. (10) L’inalazione a sua volta trasporta il particolato – quello di dimensioni inferiori a 2,5 micron (PM2,5 e particelle ultrafini) soprattutto – all’interno dei polmoni, in profondità. Permettendo così al virus di svilupparsi all’interno del tratto respiratorio e causare infezioni.

I microrganismi associati alle particelle inquinanti (PM10 e PM2,5) possono quindi venire inalati. Un’analisi metagenomica della composizione di organismi presenti tra gli inquinanti dell’aria – condotta a Pechino (Cina) in un periodo con livello di smog elevato – ha identificato le sequenze di diversi patogeni anche virali (0,1%, sia in PM10 che in PM2,5), registrando l’aumento della quantità di patogeni nelle vie respiratorie all’aumentare della concentrazione degli inquinanti. (11) La correlazione positiva tra concentrazione di PM e diffusione dei virus è stata osservata anche nel caso del morbillo in Cina. L’analisi delle concentrazioni di PM2,5 in 21 città cinesi ha dimostrato una correlazione positiva con il numero di casi giornalieri di morbillo in ciascuna città, riscontrando un aumento significativo di incidenza della malattia in caso di incremento di PM2,5 pari a 10μg/m3, favorito dalle condizioni climatiche. (12) Una simile analisi dei dati della diffusione del virus sinciziale respiratorio (RSV) in Cina nel 2015 mostra la stessa correlazione. Il virus RSV nei bambini causa danni ai polmoni e bronchiti ed è stata osservata una correlazione positiva tra il virus e la concentrazione di PM. L’inquinamento aumenta il rischio di infezione di RSV.

Negli Stati Uniti, in un recentissimo studio, è stata raggiunta un’evidenza statisticamente significativa sulla relazione tra l’esposizione a lungo termine a PM2,5 e tassi di mortalità al COVID-19. I ricercatori, applicando un modello statistico (corretto per i confondenti), hanno associato a un aumento di 1 μg /m3 di esposizione a lungo termine a PM2,5, un aumento del 15% del tasso di mortalità da COVID-19. (13) I risultati di questo articolo suggeriscono che l’esposizione a lungo termine all’inquinamento atmosferico aumenta la vulnerabilità al verificarsi dei più gravi risultati COVID-19. Questi risultati sono in linea con la relazione nota tra l’esposizione a PM2,5 e molte delle comorbidità, cardiovascolari e respiratorie, che aumentano notevolmente il rischio di morte nei pazienti COVID-19. (14)

È di questi ultimi giorni il comunicato stampa della SIMA (Società Italiana dei Medici per l’Ambiente) che annuncia il ritrovamento di RNA virale di SARS-Cov-2 nel particolato atmosferico in area ambiente. (15,16). Questa prima prova aprirebbe la possibilità di testare la presenza del virus nel PM come indicatore per rilevarne precocemente la ricomparsa e poter così adottare adeguate misure preventive. (16). L’individuazione del virus sulle polveri potrebbe inoltre diventare un buon marker per verificarne la diffusione negli ambienti indoor come ospedali, uffici e locali aperti al pubblico. Appare sempre più chiaro che le goccioline di saliva potenzialmente infette possono raggiungere distanze anche di 7 o 10 metri, imponendoci quindi di utilizzare per precauzione le mascherine facciali in tutti gli ambienti . (17). Questi dati necessitano di ulteriore approfondimento.

 

IL Particolato Atmosferico e la trasmissione di SARS-CoV2: la Lombardia la regione d’Italia più colpita

Già un’analisi ARPA ( Agenzia Regionale Protezione Ambiente) svolta in Lombardia nel 2018 associava i ricoveri e il numero di nuovi casi di RSV alla concentrazione di PM10. I risultati di questa analisi avevano evidenziato che nel periodo designato il numero più elevato di ricoveri in ospedale avveniva a Milano, città che aveva raggiunto la concentrazione massima di PM10. (18). La position paper di SIMA attribuirebbe all’inquinamento atmosferico la maggiore incidenza di COVID-19 in questa regione. Il PM funzionerebbe da carrier favorendo  la diffusione del virus  in un territorio quale quello dell’area della Pianura Padana dove la percentuale di polveri sottili è la più alta d’ Italia così come si è verificato nella città di Wuhan (Hubei, Cina), in occasione del primo focolaio. (10). A rafforzare la posizione c’è l’osservazione che Bergamo, Brescia e Milano, le città italiane che hanno registrato il maggior numero di infetti, durante i mesi di gennaio e febbraio 2020 hanno presentato concentrazioni superiori alla media annua consentita di PM10 e PM2,5. Ma la correlazione positiva tra inquinamento in Lombardia ed esplosione dell’epidemia potrebbe essere anche dovuta ad un’altra motivazione. È noto infatti – da dati in vitro, in-vivo e da studi epidemiologi su popolazioni – che un’esposizione duratura ad agenti inquinanti dispersi nell’aria induce a livello delle cellule polmonari uno stato di infiammazione cronica. (19, 20, 21 , 22 , 24 , 25 , 26 )

Il Particolato Atmosferico PM e il danno alle cellule polmonari : stress ossidativo e infiammazione, sistema immunitario, azione tossica diretta.

Numerosi studi epidemiologici hanno ipotizzato come l’esposizione agli agenti inquinanti possa aumentare la suscettibilità e la gravità delle malattie associate al virus in particolare quelle respiratorie, con un aumento del tasso di mortalità. Come già visto, il PM ha dimensioni ridotte e per questo può essere inalato e l’inalazione ripetuta di queste particelle può causare danni per la salute a livello polmonare. L’esposizione al particolato duratura nel tempo può indurre danni sistemici. (19). Le cellule del tratto respiratorio sono il primo target del particolato, ma anche il primo target dei virus respiratori. L’esposizione delle cellule polmonari al PM può causare: stress ossidativo, con stimolo alla produzione di radicali liberi che inducono danni all’interno delle cellule, e infiammazione cellulare, a seguito di attivazione della risposta immunitaria indotta da PM. Un recente studio (Zerboni et al., 2019) analizza l’effetto di diversi particolati derivanti dagli scarichi diesel, in-vitro, su cellule polmonari e vascolari. L’analisi mette in luce l’aumento di ROS, specie reattive dell’ossigeno che rappresentano marker dello stress ossidativo. (19). Il particolato derivante dal diesel (DEP) contiene molti ossidi dei metalli tossici per l’uomo. Un’analisi sulle cellule polmonari A549 ha dimostrato un aumento significativo di IL8, interleuchina, utilizzata come indicatore della risposta pro-infiammatoria a seguito dell’esposizione agli agenti inquinanti. (21)

L’esposizione agli agenti inquinanti  altera altresì la risposta immunitaria delle cellule in particolare polmonari sia modulando la risposta antivirale dei macrofagi. (21) che inducendo un aumento dello stress ossidativo e infiammatorio. Questa condizione delle cellule facilita l’attacco dei virus e aumenta la gravità delle infezioni virali nei soggetti esposti al particolato atmosferico. Con il duplice effetto di ridurre la risposta immunitaria sia al virus, sia al PM10. Come si è riscontrato nei casi di infiammazioni delle vie respiratorie da virus sinciziale (RSV), causa frequente di polmonite virale in neonati e anziani, in episodi di alto inquinamento da PM10. (22)

Il PM10 esplica inoltre un’azione tossica diretta sul parenchima polmonare. L’analisi sul contenuto del BALBf (fluido derivante dal lavaggio broncoalveolare di topo) ha evidenziato un incremento dei marker che indicano la citotossicità. Il PM contiene poi metalli con effetto citotossico molto elevato sulle cellule. Oltre a indurre infiammazione e stress ossidativo. Si osserva così un aumento importante di alcune proteine (HO-1 e Hsp70), le quali indicano la reazione delle cellule polmonari allo stress ossidativo. (24, 25)

 

Che messaggi possiamo portare a casa da questa sequenza di documenti ?

I numerosi lavori scientifici riportati in questa disamina sul tema  supportano l’ipotesi che vi sia una correlazione fra inquinamento atmosferico e diffusione di CoVid 19 anche se finora non è stata dimostrata una relazione diretta con la pandemia in corso. Gli  studi scientifici vanno completati, perché correlazione non significa incontrovertibile causalità.

Lo scenario drammatico di questa pandemia ci deve, però, far riflettere sull’importanza del rispetto dell’ambiente in cui viviamo. Stravolgere l’ambiente e modificare pesantemente la biodiversità può favorire il passaggio di virus all’uomo e facilitare l’insorgenza di zoonosi emergenti anche nel prossimo futuro.

 

 

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