Sezione Medicina

Polonio: arma letale anche nel fumo di tabacco

Categoria: Pneumologia

da Leadership Medica n. 4 del 2007

Abstract

Il Polonio 210 (Po-210), con emivita di circa 138,38 giorni, è uno dei più potenti cancerogeni fra quelli presenti nel fumo di tabacco. Vari studi indicano, come fonte principale di Po-210, il fertilizzante utilizzato in tabacchicoltura, rappresentato dai polifosfati ricchi di radio (Ra-226) da cui emana il radon (Rn-222) che in aria decade a piombo-210 (Pb-210) e in parte a Po-210. Tramite i tricomi il Pb-210 viene concentrato nella foglia di tabacco dove si trasforma in Po-210 che, alla temperatura di combustione della sigaretta (800°-900°C), passa allo stato gassoso, principalmente adsorbito sulle micro-particelle liberate dalla combustione. Il fumo, così diventato radioattivo, nella sua componente gassosa e corpuscolata, arriva a livello dell'apparato broncopolmonare, in particolare sugli speroni. In questa sede in maniera sia singola che sinergica con gli altri cancerogeni, esplicherà, col tempo e specie in pazienti con clearance muco-ciliare molto compromessa, il suo potere cancerogeno. Vari studi confermano che il rischio biologico del Po-210 in un fumatore di 20 sigarette/die per un anno è pari a quello di 300 radiografie del torace, con una capacità oncogenica autonoma di 4 tumori polmonari su 10.000 fumatori. Durante la combustione parte del Po-210 si disperde nell'ambiente circostante e così lo si ritrova anche nel fumo passivo.

Sommario

Introduzione
Che il fumo di tabacco faccia male alla salute è un fatto già documentato fin dagli anni '50.1 Ciononostante ci sono ancora nel mondo 1,2 miliardi di fumatori, con una epidemia da tabacco, come la chiama l'OMS, di 4,2 milioni di decessi per patologie fumo-correlate. Un trend che se continuerà a persistere porterà ad una ecatombe da fumo di 10 milioni di morti nel 2030.2 Le patologie fumo correlate sono rappresentate soprattutto da cancro del polmone, esofago e pancreas, patologie cardiovascolari, BPCO, polmoniti, morti improvvise in culla, prematuranze e morti da incendio da fumo di tabacco.3 Il cancro del polmone, da solo, uccide più di 1 milione di persone nel mondo4 e il fumo di tabacco è la maggior causa di tumore polmonare.5

Ciononostante 1,200 miliardi persone nel mondo, 47 milioni di statunitensi (25%)6, e 12,2 milioni di italiani (24,3%) continuano a fumare.7,8
Se è vero che i meccanismi carcinogenetici del fumo di tabacco non sono ancora totalmente ben conosciuti9 è altrettanto vero che pochi fumatori e non fumatori sanno cosa, rispettivamente, aspirano e respirano. Il fumo di tabacco è una miscela composta da una fase corpuscolata (5%) e una fase gassosa (95%). Il catrame costituisce la fase corpuscolata totale senza acqua o nicotina. Vi sono 0,3-3,3 miliardi di particelle per ml di fumo di sigaretta e oltre 4.000 costituenti,10 compresi 55 cancerogeni noti, con "sufficient evidence for carcinogenicity" secondo l'International Agency for Research on Cancer (IARC).11
Forse non tutti sanno che fra i cancerogeni organo specifici presenti nel fumo di tabacco, oltre ai già noti Idrocarburi Aromatici Policiclici, al 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK), 2-naftilammina, 4-amminobifenile, arsenico e cromo, ce n'è uno che pochi conoscono e che suo malgrado ha avuto recentemente l'onore delle cronache con la spy story Litvinenko: il Polonio 210 (Po-210). In effetti fino a pochi mesi fa, il Polonio era un elemento sconosciuto ai più. Probabilmente qualcuno lo pensava solo un personaggio dell'Amleto di Shakespeare. E quell'elemento sconosciuto ai più, scoperto nel 1898 da Marie e Pierre Curie e battezzato Polonio in omaggio alla terra natale della signora Curie-Sklodowska, è divenuto oggetto di curiosità massmediatica e medico-scientifica. Per la scoperta di radio e polonio Madame Curie vinse il Nobel per la Chimica nel 1911.

Chimica

Il Polonio 210, chiamato anche "radio F", fu scoperto dai coniugi Curie mentre questi cercavano la fonte della radioattività della pechblenda detta, in senso lato, anche uraninite, i cui campioni continuavano a manifestare radioattività anche dopo essere stati depurati dal radio e dall'uranio che essi contenevano.12 Per avere un'idea delle dimensioni del lavoro che essi compirono alla fine del 1800 per estrarre e caratterizzare questo nuovo elemento, basti pensare che per ottenere circa 0,1 mg di Polonio occorre una tonnellata di uraninite o pechblenda. Lo si ritrova in natura nelle rocce contenenti pechblenda. Il Polonio, in condizioni standard, è un metallo radioattivo di colore argento. Esso è presente in natura nella pechblenda, ma in maniera così diluita che non è conveniente tentarne l'estrazione per cui l'isotopo più stabile, il Po-210, che ha una emivita di 138,38 giorni, viene prodotto in laboratorio per bombardamento neutronico di Bi-209. Importanti giacimenti di pechblenda si trovano in Canada, USA, Rep. Dem. del Congo (ex Zaire), Rep. Sudafricana. Il Polonio è presente nella tavola periodica di Mendeleev con numero atomico 84 e peso molecolare 210. Di Polonio - esistono 25 isotopi: sono tutti radioattivi e molto pericolosi, ma il Po-210 è il più pericoloso tra i vari tipi esistenti.

Tossicità

Il polonio è un elemento tossico, altamente radioattivo e pericoloso da manipolare, persino in quantitativi dell'ordine del milligrammo o meno. Le radiazioni alfa, costituite da nuclei di elio-4 (He-4), hanno un elevato potere ionizzante e, di conseguenza, sono particolarmente dannose quando entrano in contatto con i tessuti viventi. Il limite massimo tollerabile di radioattività da polonio è 1100 Bq (0,03 µCi), una quantità corrispondente a quella prodotta da 6,8 miliardesimi di milligrammo di Polonio.13
0,1 mg di questo metalloide emette lo stesso numero di particelle alfa di 5 grammi di radio. Un killer potentissimo. L'effetto sull'uomo è dunque devastante: si muore, ovviamente, per conseguenza della radioattività, in quanto si innesca un meccanismo per cui le cellule vanno in necrosi, "come bruciate". Si ha, cioè, un effetto massivo che l'organismo non è in grado di fronteggiare, perché non è capace di "rimpiazzare" in tempi brevi la grande quantità di cellule "bruciate" andate in necrosi.13

Impieghi principali

Gli usi del Po-210 sono estremamente limitati sia per la sua elevata emissione di radioattività alfa sia per le difficoltà estrattive in natura e in laboratorio. Impieghi principali:
a) Come sorgente di neutroni quando è mescolato in lega con berillio.
b) Come sorgente di energia per satelliti e in altri dispositivi spaziali.
c) Nei dispositivi antistatici di alcuni strumenti di precisione e in speciali spazzole che eliminano la polvere accumulata sui negativi fotografici. Il polonio in queste spazzole è sigillato e schermato in modo da minimizzare i rischi da radiazioni.
d) In dispositivi per eliminare la carica elettrostatica nelle manifattura di stoffe, ma è stato rimpiazzato da sorgenti di raggi beta, più facilmente disponibili e meno pericolose.13

Dalla terra al tabacco

Il Po-210 è un radionuclide alfa-emittente presente in tracce anche in molte piante ed alimenti - che poi ritroviamo nei tessuti umani.14 La maggiore sorgente di apporto di Po-210 naturale è rappresentata dal cibo. Dati di Spencer et al. indicano che il 77,3% dell'apporto giornaliero di Po-210 di un maschio adulto proviene dagli alimenti, il 4,7% dall'acqua e lo 0,6% dall'aria. L'inalazione di fumo di sigaretta apporta molto più Po-210 (17,1%) di quello presente nell'acqua che si beve e nell'aria che si respira messe assieme.15
La scoperta della presenza del Po-210 nel fumo di tabacco risale ai primi anni '60 grazie a Turner e Radley nel 1960, Marsden e Collins nel 1963 e Radford ed Hunt nel 196416, quando gli scienziati individuarono la presenza di radioattività alfa nel tabacco. Il Polonio (Po-210) ed il suo precursore, il Piombo (Pb-210), presenti nelle piante di tabacco possono avere origini diverse.17 Si ritiene che il Po-210 possa essere assorbito dalla pianta del tabacco, attraverso vie variamente combinate fra di loro:
1) Direttamente da terreni contenenti Uranio attraverso le radici.18,19,20
2) Per deposizione sulle foglie, attraverso eventi meteorologici, di pioggia, neve e pulviscolo atmosferico. Infatti il Radon-222, derivato dalla catena di decadimento dell'U-238, essendo un gas nobile, è volatile per cui sfugge, in parte, dal terreno e passa nell'atmosfera, dove decade a sua volta con formazione di Piombo-210 e, in parte, di Polonio-210. Questi assorbiti dal pulviscolo atmosferico formano le particelle di Aitken che si depositano poi sulle foglie delle piante accumulandosi nei tricomi tramite una deposizione diffusiva browniana, con la conseguente crescita nel tempo del Polonio-210 derivante dal decadimento del Piombo-210.21,22 Skwarzec et al. indicano questa via come la principale sorgente di Po-210 nelle piante di tabacco19 in contrasto con gran parte degli autori, e in particolare Singh e Nilekani, che hanno evidenziato l'importanza dei fertilizzanti utilizzati.24
3) Da fertilizzanti costituiti da polifosfati di calcio provenienti da terreni con presenza di Pechblenda e Apatite, che contenendo Uranio e suoi prodotti di decadimento,18,23 sono di conseguenza arricchiti in radio, chimicamente simile al calcio. Non a caso vari studi hanno dimostrato che le sigarette indiane, fatte con tabacco scarsamente concimato, come da agricoltura povera, sono all'incirca da 6 a 15 volte meno radioattive di quelle statunitensi24, fabbricate con tabacchi coltivati in regime di agricoltura intensiva e iperfertilizzata.
La pianta di tabacco ha la caratteristica di essere dotata di numerosissimi tricomi, una specie di pori filamentosi, che sono dei gran concentratori di Pb-210 e Po-210. Fleisher e Parungo hanno confermato sperimentalmente che i prodotti di decadimento del radon ed il Pb210 sono fortemente concentrati nei tricomi delle foglie.22 I meccanismi di accumulo del Pb-210 nei tricomi del tabacco sono stati discussi e studiati da Martell e Poet.25, 2

Dal tabacco al polmone

Il viaggio verso l'apparato broncopolmonare del Po-210 e del Pb-210 inizia con l'accensione della sigaretta, nel fornello di combustione dove, il tabacco, in fase aspirativa brucia a circa 800-900° C. Si forma così il fumo di tabacco che è un melange composto da una fase corpuscolata (5%) e una fase gassosa (95%).10 Considerando le differenti temperature di ebollizione per Po-210 (962° C) e Pb210 (1740° C), nella fase gassosa è presente, fra le altre sostanze, anche il Po-210 che in parte viene eliminato nell'ambiente esterno e in parte viene "a far corpo" con la fase corpuscolata, che conterrà, oltre al Po-210, anche una elevata presenza di particelle insolubili di Pb-210, debole alfa emittente (<1/100.000) gamma, beta e X emittente, e precursore del Po-210. Tutte queste particelle inalate si depositano nell'apparato broncopolmonare ed in particolare, per effetto dell'azione ciliare, a livello delle biforcazioni dei bronchi segmentari. Misurazioni eseguite da Cohen et al. sul condensato di sigaretta hanno mostrato la presenza anche di Radium e Torio, fermo restando che il 99% della radioattività proviene dal Po-21023 che, una volta inalato viene ritenuto nell'apparato broncopolmonare.27
Tutte queste particelle avranno un diverso destino a seconda dell'efficienza della Clearance Muco-Ciliare. Questa depurazione meccanica viene progressivamente a mancare nei fumatori con BPCO. Ciò comporta una stasi della carica radioattiva28 che in parte, attraverso il circolo polmonare e sistemico, raggiunge vari organi e tessuti causando nel tempo mutazioni della struttura cellulare genetica, deviazione delle caratteristiche cellulari dallo standard ottimale, invecchiamento accelerato e morte più rapida ad opera di un largo spettro di patologie.29,30 I livelli di Po-210 sono infatti significativamente superiori, del 30% nel sangue e di 6 volte nelle urine, nei fumatori rispetto ai non fumatori.16,31 Le elevate concentrazioni di Polonio nel polmone dei forti fumatori si possono spiegare soprattutto attraverso l'accumulo di particelle insolubili di Piombo-210 che poi nel tempo decade a Polonio-21021, a causa di un sempre più progressivo rallentamento della Clearance Muco-Ciliare. Più aumenta il grado di BPCO, più aumenta il rischio di accumulo di carica radioattiva.28
La dose-radiazioni apportata dalle concentrazioni locali di Polonio sulla parete dell'epitelio bronchiale, dipende dalla frazione di particelle accumulate in queste aree e dal loro tempo di permanenza. Holzman17 nelle sue ricerche ha dimostrato che le concentrazioni di Pb-210 sono maggiori nello scheletro e nei polmoni dei fumatori rispetto a quello dei non fumatori. Pertanto visto che il Polonio ha un T ½ di 138,38 giorni ed il Piombo, che poi decade in Polonio, di 22 anni, ne deriva che un significativo rischio di cancro49,50 può essere attribuito ad una cronica esposizione a bassi livelli di particelle insolubili alfa emittenti che sono responsabili di dosi locali molto elevate in piccole aree tissutali, soprattutto delle biforcazioni (hot spots).21 Tutto ciò viene facilitato in presenza di un'alterazione della Clearance Muco-Ciliare spesso presente nei fumatori a causa della bronchite cronica, nella quale, come peraltro ha dimostrato Auerbach, sono presenti lesioni metaplasiche dell'epitelio ciliato nel 100% dei forti fumatori.32 Il Po-210, presente nelle particelle insolubili, diventa così più penetrante attraverso le zone disepitelizzate o scarsamente ciliate ove ristagna maggiormente il muco.16,33 Non è un caso la recente osservazione che i pazienti con severa BPCO, fumatori ed ex fumatori, abbiano una maggior incidenza di neoplasia polmonare.28

Quantità di Po-210 nel fumo di tabacco

Il grado di radioattività alfa da Po-210 nel fumo di tabacco dipendente da numerose variabili: la regione geografica dove il tabacco cresce, tempi e modi di stoccaggio del tabacco, presenza o assenza del un filtro, grandezza e composizione del filtro e modo di fumare.50 Il rischio associato al fumo di sigarette è dovuto non solo alla quantità e qualità dei carcinogeni, ma anche alla scarsa efficienza dei filtri usati che non riduce adeguatamente la quantità dei carcinogeni presenti nel fumo di tabacco. L'efficienza media dei comuni filtri di sigaretta utilizzati in commercio riduce l'attività del Po-210 di circa 4,6% del Po-210 contenuto nel tabacco di sigaretta.52 L'utilizzo di filtri di resina minimizza ancora di più l'esposizione dei polmoni dei fumatori alle alfa radiazioni.53 Radford and Hunt16 nel 1964, Mussealo-Rauhammaa e Jaakkola54 nel 1985 hanno riscontrato il 6.5-22% di Po-210 nella corrente primaria del fumo di sigaretta. Altri Autori hanno riportato differenti percentuali valutate in un range di 3.7-58%.55 In media, secondo Parfenov, approssimativamente il 50% del Po-210 presente nel tabacco di sigaretta è trasferito nel fumo, il 35% rimane nel mozzicone e circa il 15% lo si ritrova nella cenere.58 Da alcuni anni, assieme al professor Enrico Gattavecchia dell'Unità Complessa di Scienze Chimiche, Radiochimiche e Metallurgiche dell'Università di Bologna, in collaborazione con l'ENEA e con la Società Italiana di Tabaccologia-SITAB, stiamo effettuando alcuni studi sulla radioattività alfa da Polonio 210 nel fumo di tabacco. Dalle nostre ricerche abbiamo riscontrato che il fumo di una sigaretta manufatta con tabacco occidentale contiene una radioattività alfa da Po-210 di circa 75 mBq, variamente distribuito fra fumo attivo, fumo passivo e cenere: fumo attivo (mainstream) 5 mBq (6,7%), fumo passivo (sidestream) 1,2 mBq (1,6%), (cenere 68,8 mBq (91,7%).43,56,57

Cancerogenicità del Po-210 nel fumo di tabacco

Martell stima che la dose cumulativa di radiazioni alfa a livello delle biforcazioni bronchiali del fumatore che muore di cancro polmonare è di circa 80 rad (1.600 rem), che è la dose sufficiente ad indurre trasformazione maligna da interazioni alfa con le cellule basali.34,35 Vari studi sperimentali hanno dimostrato l'induzione di tumori in animali da esperimento dopo inalazioni di Po-210.36 Secondo osservazioni cliniche e sperimentali di Marmorstein,37 il viraggio di istotipo di tumore polmonare che si è osservato negli ultimi 40 anni è dovuto alla radioattività alfa da fumo di tabacco sostenuta dall'uso e abuso di fertilizzanti polifosfatici. L'inutile quanto dannosa componente radioattiva veicolata dai fertilizzanti potrebbe essere ridotta attraverso un uso alternativo delle sorgenti di polifosfati, come i fertilizzanti fosfatici animali38 o con un trattamento degli stessi polifosfati minerali (ammonio fosfato al posto di calciofosfato)38 e/o con tecniche diverse di stoccaggio e/o passando a modificazioni genetiche delle piante di tabacco con riduzione significativa della concentrazione di tricomi sulle foglie di tabacco. Uno studio ha dimostrato che la concentrazione di radioattività da Po-210 nel tabacco aumenta col tempo in fase di stoccaggio, dopo essere stato raccolto39 . Una utile e opportuna raccomandazione dei ricercatori è quella di raccogliere il tabacco ancora verde ed evitare stoccaggi prolungati nei silos per evitare l'aumento delle concentrazioni di Po-210 che avviene per lento decadimento del Pb-210.
Applicando ai valori da noi riscontrati i dati ENEA del 199040 circa il tempo medio effettivo di permanenza nei polmoni per il Po-210, che è di 53 giorni, i dati del Comitato BEIR IV del 198841 sul rischio cancro al polmone in seguito ad esposizione a radom e suoi prodotti di decadimento (Pb-210 e Po-210), i dati corretti e stimati dalla ICRP42 in base ai sopravvissuti alla bomba A, risulta un rischio "puro" di tumore al polmone pari a 4 x 10-4 anno-1 (4 casi su 10.000 fumatori all'anno pari a 4.480 su una popolazione italiana di 12.200.000 fumatori), senza contare il ruolo di promotore (co-carcinogeno) nel tumore broncopolmonare per un'azione complessiva sinergica con le altre sostanze cancerogene, circa 55 note, presenti nel fumo di tabacco. Per capire il danno biologico che può essere causato dal Po-210 presente nel fumo di tabacco, è stato paragonato a quello da Raggi X utilizzati nelle comuni radiografie del torace. Per avere un rapporto con questa comune sorgente di radiazioni, si consideri che una moderna radiografia al torace comporta una dose equivalente pari 0,034 mSv/radiografia,48 per cui, in pratica, un fumatore di 20 sigg./die, in 1 anno riceve una dose di radiazioni equivalenti a circa 300 radiografie al torace.43,44
Ciò che comunque determina l'impennata del rischio cancerogenesi, non è tanto l'azione singola e neanche la sommatoria della radioattività alfa agli idrocarburi policiclici, agli altri cancerogeni ed ai radicali liberi (prodotti per pirolisi e per danno da radiazioni alfa), quanto l'azione sinergica e moltiplicativa dei singoli componenti carcinogeni e co-carcinogeni.44,45,46,47
La presenza di Po-210 nel fumo di tabacco non determina ovviamente una contaminazione acuta da radiazioni alfa bensì una contaminazione di tipo cronico, lento e progressivo che, nel fumatore, diventa sempre più importante e pericolosa con l'andare del tempo. Una contaminazione cioè che interessa tutti i fumatori ovvero 1,3 miliardi di persone.

Conclusioni

Di questa presenza radioattiva alfa nel fumo di tabacco le multinazionali del tabacco erano perfettamente a conoscenza fin dagli anni '60, ma hanno strategicamente mantenuto una ferrea sordina a tutto il problema.
Andando a curiosare fra gli oltre 37 milioni di documenti desecretati e resi pubblici sul sito www.pmdocs.com, per una sentenza dello Stato del Minnesota contro Phillip Morris (PM), si trovano 462 documenti-memorandum confidenziali sulla radioattività alfa da Po-210 del fumo di tabacco (documenti presenti a tutto il 14 marzo 2007). Uno di questi, datato 1980, rivela, per esempio, che la PM era già a conoscenza che le sigarette contenevano Piombo e Polonio radioattivo e che ciò era dovuto in gran parte ai fertilizzanti utilizzati, segnatamente ai fosfati di calcio, nella coltivazione del tabacco.
I produttori di sigarette erano inoltre, perfettamente a conoscenza degli studi di Martell et al. sulla possibilità di poter ridurre i livelli di radioattività del tabacco e del fumo, riducendo quella dei fertilizzanti mediante la trasformazione del calcio fosfato in ammonio fosfato"un procedimento però troppo dispendioso" (Newscript: Radioactive cigarettes, PM, Apr 2,1980, doc. 2012611337/1138).
La grande maggioranza dell'opinione pubblica invece ignora ancora la presenza di radioattività da Polonio 210 nel fumo di tabacco che rappresenta una grave minaccia per la salute pubblica, ma può rappresentare anche una grande opportunità dal punto di vista comunicativo e motivazionale.
Sarebbe pertanto opportuno aggiungere un nuovo avviso sui pacchetti di sigarette: "rappresentano una fonte di esposizione a radiazioni alfa".
E visto il timore dell'opinione pubblica verso tutto ciò che è radioattivo, una campagna di informazione adeguata potrebbe contribuire ad accelerare il percorso motivazionale del fumatore e ad aumentare significativamente l'efficacia dei programmi anti-fumo.51

Professor Vincenzo Zagà

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