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Epidemiologia

Cosa sono gli studi epidemiologici?

Gli studi epidemiologici sono studi che vengono condotti su un numero di solito molto grande di persone per rilevare relazioni di tipo causa-effetto tra l’esposizione ad un fattore inquianante e l’insorgere di una malattia (o morte). L’approccio è spesso empirico ma suffragato da adeguate tecniche statistiche. Oggetto dello studio può essere un intera comunità (ad es. città) o sottoinsiemi omogenei di essa (ad. es. asmatici, cardiopatici).

Ad esempio, nel caso dei PM si studia in una, o più città, l’impatto, di un esposizione ad una data concentrazione, su una serie di indicatori di importanza sanitaria quali il tasso di mortalità, i ricoveri ospedalieri o l’uso di medicinali specifici.

A cosa servono questi studi?

Numerosi studi epidemiologici hanno dimostrato l’esistenza di relazioni statisticamente significative tra esposizione a concentrazioni ambientali di PM e una serie di aspetti sanitari quali: la mortalità, i ricoveri ospedalieri , le visite mediche, i sintomi respiratori e i cambiamenti fisiologici della funzione polmonare. Tali relazioni riguardano sia esposizioni a breve termine che esposizioni a lungo termine e servono, in accordo con le conoscenze derivate da altre discipline (tossicologia, dosimetria, ecc.) a definire un problema in termini di rischio per stabilire limiti di esposizione per la protezione della salute umana.

Il tipo di indagine epidemiologica condotta influenza la significatività dei fattori di rischio trovati.
Si distinguono principalmente due tipi di studi:

  • studi retrospettivi con serie storiche
  • Quando si intraprendono questo tipo di studio gli eventi “esposizione” e “malattiasi sono già verificati e si cerca di trovare una correlazione statistica usando serie storiche di dati. Un esempio di questo tipo di studio sono i confronti fra le variazioni giornaliere di PM e i tassi di mortilità e morbidità giornalieri. Gli studi retrospettivi su serie storiche stimano però solo gli effetti dell’esposizione acuta e i fattori di rischio calcolati sono quindi sottostimati. L’analisi delle variazioni giornaliere di PM e di mortalità infatti misurano solo il cosidetto “harvesting” ovvero la mortalità anticipata provocata dall’inquinamento da PM e che colpisce persone che si trovano già in uno stato debilitato (anziani,ammalati cronici). L’entità dell’anticipo è difficle da stimare ma è verosimilmente dell’ordine di giorni o settimane.

  • studi prospettici o di coorte
  • In questo caso invece l’evento “esposizione” può essersi già verificato ma la “malattianon si è ancora manifestata. Il ricercatore seleziona due gruppi di persone (esposti e non esposti) e li segue negli anni registrando le esposizioni, l’insorgere di malattie, le mortalità e l’esposizione ad altri fattori confondenti. I rischi calcolati con questo approccio stimano le conseguenze dell’esposizione cronica e sono quindi di gran lunga migliori rispetto a quelli ottenuti a posteriore con studi retrospettivi. Per contro gli studi di coorte richiedono tempi molto più lunghi (diversi anni).

Ma questi studi epidemiologici spiegano i meccanismi di azione con cui i PM possono causare problemi alla salute?

Sebbene gli studi epidemiologici continuino ad evidenziare e a confermare le relazioni significative tra esposizione ai PM e danni sanitari, i risultati più recenti nelle ricerche delle relazioni causali non sono ancora soddisfacenti ma aggiungono elementi che permettono di formulare varie ipotesi sui meccanismi con cui i PM, da soli o in concomitanza con altri cofattori, possono causare danni alla salute.

Esistono infatti ancora molti dubbi da risolvere riguardo:
la magnitudine e le variabilità dei rischi stimati per i PM ambientali; la capacità di attribuire un dato effetto saniatario ad un dato componente dei PM; l’intervallo di tempo in cui si manifestano gli effetti sulla salute; la possibilità di generalizzare i risultati su scala geografica.

Le difficoltà sono legate al fatto che l’eziologia della maggior parte delle malattie legate all’inquinamento sono altamente multifattoriali e l’impatto causato delle esposizioni all’inquinamento atmosferico su tali malattie è spesso modesto rispetto ad altri fattori eziolgici (ad. es fumo di sigaretta).

Come si esprime il rischio?

In generale, nel procedimento di valutazione dell’esistenza di una associazione sono in gioco due variabili: la presunta causa (o variabile indipendente) e l’effetto (detto «variabile dipendente» in quanto subordinato appunto alla variabile indipendente). In genere l’effetto è rappresentato dalla comparsa della malattia, e quindi l’esistenza della associazione si dimostra confrontando la frequenza della malattia in due popolazioni costituite rispettivamente da individui esposti e non esposti ad una presunta causa (o «fattore di rischio»).

Per quantificare il rischio si calcola il rischio relativo (RR) che è il rapporto tra l’incidenza (di un dato effetto) negli esposti e l’incidenza nei non esposti.

Per l’interpretazione del RR bisogna considerare che l’indice può assumere valori teorici compresi fra 0 e +infinito. È intuitivo che un valore =1 indica assenza di associazione tra malattia ed esposizione, in quanto testimonia che l’incidenza negli esposti è uguale all’incidenza nei non esposti.
Un valore <1 indica una associazione negativa (cioè il fattore può proteggere dalla malattia) mentre un rapporto >1 indica l’esistenza di una associazione positiva (il fattore può causare la malattia). Naturalmente, valori crescenti indicano associazioni più forti.

[http://www2.unipr.it/~bottarel/epi/cause/ris_rel.htm]

Quali sono gli effetti dell’esposizione a PM a breve termine ?

Nel [1] sono stati considerati molti studi e, con poche eccezioni, il tasso RR è generalmente positivo e statisticamente significativo ad indicare un influenza negativa dell’esposizione ai PM sulla salute umana.

L’analisi delle 90 città più grandi americane ha permesso di calcolare un incremento medio nazionale di circa 2.3% nella mortalità totale dovuto ad un aumento di 50 microg PM10 per 24 ore.
Rianalisi di altri studi americani sia multi-città che su singole città, riporta incrementi compresi tra 2.5 – 5% per incrementi di 50 microg PM10 .
Studi analoghi condotti in città europee conducono a stime analoghe a quelle americane.

Un’altra autorevole fonte, l’Organizzazione Mondiale della Sanità, ha così quantificato i RR per esposizioni a incrementi di 10 microg/m3 di PM10 e PM2.5 nelle 24 ore:

Sommario dei fattori di rischio (RR) per esposizione a breve termine associati a incrementi della concentrazione di 10 microg/m3
  Rischio Relativo per PM2.5 Rischio Relativo per PM10
Uso di broncodilatatori   1.0305   (1.0201-1.0410)
Tosse   1.0356   (1.0197-1.0518)
sintomi respiratori minori   1.0324   (1.0185-1.0464)
cambiamento del PEF*   -0.13%  (da -0.17% a -0.09%)
Ospedalizzazione per problemi respiratori   1.008   (1.0048-1.0112)
mortalià 1.015   (1.011-1.019) 1.0074   (1.0062-1.0086)
*PEF=peak expiratory flow (picco di espirazione massima)

[1- Us.EPA – Fourth External Review Draft of Air Quality Criteria for Particulate Matter (June,2003),Vol.II]
[WHO??]

Ci si puo’ ammalare per esposizioni ai PM per breve termine ?

Le sempre maggiori evidenze ottenute dai nuovi studi epidemiologici permettono di asserire che l’esposizione a concentrazioni ambientali di PM sono correlate in varia misura con patologie cardiovascolari e respiratorie infatti l’impatto dell’esposizione a PM sui ricoveri ospedalieri per queste cause è generalmente maggiore rispetto ai ricoveri totali.

Questo darebbe supporto ad entrambe le seguenti ipotesi :

  • gli effetti acuti dell’esposizione ai PM si realizzerebbero secondo un percorso cardio-polmonare,
  • persone affette da pre-esistenti malattie cardiovascolari e respiratorie hanno una maggiore suscettibilità all’esposizione a PM.

[2- Us.EPA – Fourth External Review Draft of Air Quality Criteria for Particulate Matter (June,2003),Vol.I ]

Quali sono le osservazioni per gli effetti cardiovascolari?

Complessivamente, come mostrato nella seguente figura, il RR calcolato per i ricoveri ospedalieri dovuti a incrementi di 50 microg/m3 PM10 si aggirano tra il 3 ed il 7%.

Nella figura qui sopra tratta da [3] sono riportate i fattori di rischio relativo (RR) calcolati per le ospedalizzazioni dovute a eventi acuti cardiovascolari per esposizione ai PM (incremento di 50 microg/m3) (CVD=malattie cardiovascolari.)

Gli studi che hanno osservato le relazioni PM e malattie cardiovascolari (ricoveri ospedalieri, misure funzionalità cardiaca e cambiamenti nelle caratteristiche del sangue) permettono di fare le seguenti affermazioni:

  • gli studi sulle ammissioni ospedaliere indicano che gli effetti all’esposizione a PM è immediata con qualche strascico nel giorno successivo all’esposizione
  • non ci sono ancora adeguate conoscenze per individuare una componente dei PM, sia come composizione che come dimensione, più responsabile di altre per gli effetti sulle malattie cardiovascolari.
  • sebbene alcuni studi rilevino una maggiore incidenza dei ricoveri ospedalieri negli anziani (>65 anni) le differenze spesso non sono così evidenti e incontrovertibili
  • le serie storiche considerate spesso sono state trattate in modo da escludere le variazioni meteorologiche e la presenza di coinquinanti. Nello studio di quest’ultimi, spesso il ruolo del monossido di carbonio (CO) emerge come uno degli inquiananti gassosi maggiormente associato a ospedalizzazioni per malattie cardiovascolari. Tuttavia le tipicamente basse concentrazioni misurate in questi studi e il modesto impatto che ci si può aspettare da tali concentrazioni indicherebbero per il CO un ruolo in realtà secondario quale indicatore di prodotti di processi di combustione (come i PM).

[3 Us.EPA – Fourth External Review Draft of Air Quality Criteria for Particulate Matter (June,2003),Vol.II ]

Quali sono le osservazioni per gli effetti respiratori?

Gli studi che correlano le ospedalizzazioni e le visite di primo soccorso per problemi respiratori con l’esposizione ad un incremento di 50 microg/m3 di PM10 indicano tutti una relazione positiva, significativa statisticamente, che si traduce in percentuali di RR che varia tra il 5 ed il 25% (come mostrato nella seguente figura)

Un altra indicazione che sta emergendo da studi su sintomi respiratori e decrementi della funzionalità polmonare in gruppi di asmatici, è il ruolo importante che i PM sembrano svolgere nel peggioramento della sintomatologia asmatica.

Questo tipo di studi viene condotto monitorando in gruppi di asmatici la gravità dell’affezione asmatica attraverso la misurazione della funzionalità polmonare (PEFR, portata massima espiratoria polmonare) e l’insorgere di sintomi respiratori (tosse,catarro, respirazione difficoltosa, uso di broncodilatatori).
Le misure di PEFR dimostrano piccoli decrementi della funzionalità in relazione ad aumenti di PM10 e PM2.5. Spesso vengono riportate correlazioni forti con l’ozono i cui effetti spesso non sono distinguibili in questi studi.

Anche i sintomi respiratori risultano positivi alla correlazione se pur meno consistenti rispetto ai risultati sulla funzionalità polmonare.

La funzionalità polmonare in gruppi di non asmatici varia in modo non consistente, mentre i sintomi respiratori sono simili a quelli rilevati per il gruppo asmatici ma con incrementi generalmente non significativi statisticamente.



Fin qui abbiamo parlato dell’esposizione a breve termine, ma cosa succede a lungo termine?

Gli effetti a lungo termine sono stati studiati negli ultimi anni seguendo nel tempo gruppi di persone (coorti). Gli individui inclusi nella sperimentazioni vengono registrati e monitorati nel tempo sia per le esposizioni che per gli effetti sulla salute.

[ Us.EPA – Fourth External Review Draft of Air Quality Criteria for Particulate Matter (June,2003),Vol.II ]

Ll’Organizzazione Mondiale della Sanità, ha così quantificato i RR per le esposizioni a lungo termine ai PM:

Sommario dei fattori di rischio (RR) per esposizioni a lungo termine associati ad incrementi della concentrazione di 10 microg/m3
  Rischio Relativo per PM2.5 Rischio Relativo per PM10
Morte 1.14  (1.04-1.24) 1.10   (1.03-1.18)
Morte 1.07    (1.04-1.11)  
Bronchiti 1.34   (0.94-1.99) 1.29   (0.96-1.83)
cambiamento % FEV bambini -1.9%    ( da -3.1% a -0.6%) -1.2%    (da -2.3% a -0.1%)
cambiamento % FEV adulti   -1.0%
FEV=Volume Espiratorio Forzato (dall’inglese, Forced Expired Volume)

Lavori recenti, oltre a confermare gli effetti dei PM sulle mortalità per cause respiratorie e cardiovascolari, hanno sostanziato il legame tra l’esposizione a lungo termine a polveri fini e l’insorgenza di cancro al polmone. Quest’ultima evidenza è consistente con i risultati che riportano un aumento del rischio di contrarre cancro al polmone per esposizione ai gas esausti di motori diesel, un importante fonte di PM2.5 nelle aree urbane americane.

Da altri studi emerge che i PM2.5 sono la componente dei PM piu’ chiaramente associata nelle relazioni PM-mortalità.

Altri studi sugli effetti a lungo termine, riportano le seguenti osservazioni :

  • l’esposizione ai PM di donne in stato di gravidanza può essere associato ad una crescita intrauterina rallentata con bambini nati sotto peso,
  • un precoce esposizione postnatale ai PM può portare ad un incremento della mortalità infantile.

Ma gli effetti attribuiti ai PM in questo genere di studi sono affidabili?

In generale le analisi degli studi considerati portano a dire che gli effetti osservati:

  • non sono verosimilmente inficiati da tecniche statistiche inadeguate o da condizioni climatiche/meteorologiche;
  • possono essere in qualche modo confusi o modificati da co-inquinanti e possono variare da stagione a stagione;
  • non c’e’ una chiara evidenza per un valore soglia per gli effetti sulla mortalità.

E’ vero che le polveri fini (PM2.5) sono più pericolose delle polveri grezze (PM2.5-10) ?

Solo un numero limitato di studi suggerisce un ruolo causale delle particelle fini associate alla mortalità ma, alla luce delle serie storiche, della plausibilità biologica e dei risultati di studi sulla morbidit&agrave, è da considerare verosimile un ruolo più importante delle polveri fini su quelle grezze .

Alcuni lavori indicano la frazione PM2.5 come la componente più importante nel prevedere le fluttuazioni delle mortalità osservate, tuttavia diversi altri lavori danno una importanza equivalente alla frazione PM2.5-10 per lo meno in certi siti (generalmente piu’ secchi e aridi) e probabilmente a causa di una maggior presenza di materiale biogenico (pollini, muffe).

Esiste una componente dei PM10 più pericolosa?

Sebbene gli studi che possono essere usati per la valutazione delle sorgenti siano limitati e da considerare con cautela, le analisi condotte finora indicano che il contributo piu’ importante sulla mortalità deriva da PM prodotti da combustibili fossili (petrolio, carbone), da combustione di materiali vegetali, da solfati di formazione secondaria mentre non sembrano essere implicati le componenti dei PM di orgine minerale (crosta terrestre).