Frontiere della Farmacologia

Introduzione

La frase contaminazione chimica è una chiara indicazione della presenza di sostanze chimiche dove non dovrebbero essere, o sono presenti in una quantità che è in una concentrazione più elevata rispetto all’importo attribuito sicuro. I rischi chimici sono una delle principali cause di contaminazione alimentare associata a focolai di malattie di origine alimentare (Faille et al., in stampa). Le origini dei contaminanti chimici sono diverse dal campo alla piastra, vale a dire suolo, ambiente, sottoprodotti di disinfezione, prodotti per la cura personale, aria, acqua e materiale di imballaggio. I contaminanti chimici inibiscono quasi tutti i prodotti di uso quotidiano prodotti in serie come disinfettanti, materie plastiche, detergenti, deodoranti, pesticidi e così via. Anche il cibo che viene consumato e l’acqua che viene presa non è al sicuro dall’invasione di sostanze chimiche in concentrazioni non sicure. La contaminazione alimentare, accidentale o intenzionale, è un atto spiacevole che porta sulla sua scia numerose gravi implicazioni sulla salute umana. La contaminazione alimentare è stata registrata nella storia già da 8.000 anni fa; tuttavia, la crescita dell’agroalimentare e le globalizzazioni hanno aiutato il problema a diffondersi in tutto il pianeta (Robertson et al., 2014). Il Centro statunitense per il controllo e la prevenzione delle malattie ha confermato più di 11.000 infezioni di origine alimentare nell’anno 2013 (Salter, 2014), con diversi agenti come virus, batteri, tossine, parassiti, metalli e altre sostanze chimiche che causano contaminazione alimentare (Callejón et al., 2015). I sintomi della malattia di origine alimentare a causa della contaminazione chimica vanno dalla gastroenterite lieve ai casi fatali di sindromi epatiche, renali e neurologiche. È in questo contesto che la contaminazione alimentare spesso irrompe nei titoli dei giornali a causa delle sue conseguenze dannose. Un totale di 1527 focolai di malattie di origine alimentare sono stati testimoni negli Stati Uniti tra il 2009 e il 2010, ha provocato 29.444 casi di malattia e 23 decessi (CDC, 2013). Inoltre, la contaminazione alimentare è diventata più grave negli ultimi anni a causa dello sviluppo dell’industria e del conseguente inquinamento ambientale (Song et al., 2017). Oltre a ciò, l’ingestione di cibo contaminato con pesticidi e metalli pesanti potrebbe causare infezioni gastrointestinali (Song et al., 2017). Ad esempio, si stima che 400-500 bambini siano morti per avvelenamento da piombo acuto a causa dell’ingestione di cibo contaminato da suolo e polvere contenenti piombo in Nigeria (Tirima et al., in stampa). Tenendo presenti tali incidenti e le implicazioni generali sulla salute dannosa in primo piano, questa recensione esamina le ragioni e i tipi di contaminanti chimici negli alimenti insieme all’esposizione individuale a tali alimenti contaminati su base giornaliera ed elabora ulteriormente gli impatti sulla salute di tali impurità alimentari.

Le ragioni della contaminazione alimentare

Il cibo è un contributo cruciale al benessere della salute umana e una fonte importante di preoccupazioni, piaceri e stress (Wilcock et al., 2004), con una delle ragioni dietro lo stress e la preoccupazione, sono le malattie causate a seguito di cibo contaminato. Ci sono molteplici ragioni per la contaminazione del cibo (Ingelfinger, 2008). Preparazione del cibo subisce attraverso una lunga catena di lavorazione, dove ogni fase è una potenziale fonte di contaminanti chimici invasione del cibo. Il trasporto di cibo può anche gettare le basi per la contaminazione del cibo, in particolare in cattive condizioni sanitarie (Unnevehr, 2000). Allo stesso modo, alcune sostanze chimiche vengono miscelate deliberatamente durante il processo di preparazione del cibo per migliorare la durata di conservazione di un prodotto alimentare. I contaminanti possono includere impurità alimentari quando cotti in cucina; tuttavia, la trasmissione dipende principalmente dall’efficacia dell’igiene della cucina (Gorman et al., 2002). I contaminanti chimici entrano naturalmente nella catena alimentare anche con agenti patogeni presenti nell’ambiente e mostrano un elevato numero di batteri su alcuni cibi crudi chiave come la carne di pollame (Humphrey et al., 2007).

Tipi di contaminanti alimentari

I contaminanti alimentari in genere includono contaminanti ambientali, contaminanti per la lavorazione degli alimenti, adulteranti e additivi alimentari non approvati e migranti provenienti da materiali di imballaggio (Mastovska, 2013). I contaminanti ambientali sono impurità introdotte dall’uomo o che si verificano naturalmente nell’acqua, nell’aria o nel suolo. I contaminanti per la lavorazione degli alimenti includono quei composti indesiderati, che si formano nel cibo durante la cottura, la torrefazione, l’inscatolamento, il riscaldamento, la fermentazione o l’idrolisi (Schrenk, 2004). Il contatto diretto degli alimenti con i materiali di imballaggio può portare alla contaminazione chimica dovuta alla migrazione di alcune sostanze nocive negli alimenti. Inoltre, l’uso di additivi non approvati o errati può causare contaminazione alimentare.

Contaminanti naturali negli alimenti

Diversi batteri, virus e parassiti abitano le superfici degli alimenti crudi in modo naturale. La contaminazione del cibo crudo può anche verificarsi a causa delle acque reflue, del suolo, delle superfici esterne, degli animali vivi, degli organi interni degli animali da carne. Un’ulteriore fonte di cibo contaminato è il cibo che ha avuto origine da animali malati anche se il progresso della salute ha quasi eliminato questa fonte di contaminazione alimentare (Marriott e Gravani, 2006). La contaminazione alimentare dalle fonti chimiche include la miscelazione accidentale di forniture chimiche negli alimenti o le sostanze chimiche nei mangimi o iniezioni di antibiotici somministrate agli animali da pollame (Martin e Beutin, 2011). Diversi parassiti sono presenti anche nel cibo da relazioni simbiotiche tra l’organismo e il parassita. Numerosi di questi causano infezioni e focolai di origine alimentare. Un’ampia categorizzazione di questi parassiti è presentata nella Tabella 1A (Newell et al., 2010).

Le infezioni enteriche dovute a parassiti possono essere trasmesse per via fecale-orale consumando intrinsecamente il cibo contaminato o attraverso l’assorbimento di parassiti viventi liberi dagli ambienti. La contaminazione dei prodotti alimentari come carne, verdure e frutta è possibile attraverso l’introduzione del parassita nelle acque reflue, nell’acqua di irrigazione, nelle feci, nel suolo, nella manipolazione umana o nel processo improprio della carne infetta. Gli animali che producono cibo possono a loro volta trasferire i parassiti, poiché sono essi stessi infetti (Pozio, 1998).

Contaminazione durante le fasi di produzione, lavorazione, conservazione e preparazione degli alimenti

I contaminanti possono essere presenti negli alimenti nelle loro fasi grezze a causa di fonti ambientali di contaminanti. Durante il trasporto di cibo, le fonti comuni di contaminazione includono gli scarichi del veicolo di diesel e benzina o la contaminazione incrociata nel veicolo utilizzato per il trasporto di alimenti. Anche le navi a lunga distanza per il trasporto sono spesso contaminate da sostanze chimiche utilizzate per la disinfezione o altre fonti (Nerín et al., 2007a). Le alte barriere utilizzate per la protezione degli alimenti avvolgendoli durante il trasporto a lunga distanza non sono sempre testate per le loro proprietà di barriera, il che lo rende una causa di contaminazione. Nella fase di pulizia della produzione e preparazione degli alimenti, i contaminanti possono invadere a causa dei residui lasciati dai disinfettanti e dai detergenti sulla superficie delle apparecchiature per la movimentazione degli alimenti (Nageli e Kupper, 2006; Villanueva et al., 2017). Il trattamento termico nel processo di produzione è un’altra fonte di contaminanti. L’uso di alta temperatura di cottura nelle case e nelle industrie è il metodo ampiamente utilizzato per il processo alimentare. L’uso di alte temperature per la cottura in coppia con fattori esterni porta potenzialmente alla formazione di composti tossici che lasciano un impatto sulla sicurezza e sulla qualità degli alimenti. Composti tossici come nitrosammine cloropropanoli, acrilammide, furani o IPA si formano durante i metodi di lavorazione degli alimenti come riscaldamento, tostatura, grigliatura, cottura, conservazione, fermentazione o idrolisi (Nerín et al., 2016). La frittura è una delle principali fonti di generazione di una gamma di composti tossici nei processi di preparazione degli alimenti (Roccato et al., 2015). Inoltre, il riscaldamento a microonde può anche dare alla luce contaminanti negli alimenti, poiché la caratteristica comune della cottura a microonde è che il cibo viene cotto nel contenitore o nel film di avvolgimento (materiale di imballaggio) nel forno a microonde (Nerín et al., 2003). I materiali di imballaggio microwavable includono cartone, compositi e plastica e durante la cottura i componenti di questi materiali possono trasferire dal pacchetto al cibo, con un conseguente calo della sicurezza e della qualità alimentare (Ehlert et al., 2008).

L’imballaggio alimentare presenta diversi vantaggi come la protezione fisica e una maggiore protezione alimentare; tuttavia, può ancora rappresentare una minaccia (Marsh e Bugusu, 2007). I processi di imballaggio fanno uso di diversi additivi come stabilizzanti, antiossidanti, plastificanti e agenti scivolanti per migliorare le proprietà del materiale di imballaggio. Tuttavia, qualsiasi contatto diretto o indiretto con l’alimento con il materiale di imballaggio può comportare il trasferimento di queste sostanze dall’imballaggio all’alimento. Tale fenomeno è definito come migrazione. Quando le lattine metalliche vengono utilizzate negli imballaggi, la corrosione rappresenta una fonte di contaminazione alimentare dovuta alla migrazione di ioni metallici negli alimenti (Buculei et al., 2012). Per evitare ciò, il lato interno delle lattine è comunemente rivestito con vernici come le resine epossidiche per evitare la corrosione, ma anche i sottoprodotti minori della produzione di resine epossidiche come cyclo-di-BADGE, bisfenolo A o bisfenolo A diglicidil etere (BADGE) possono migrare verso il cibo. Tali composti sono noti come interferenti endocrini (Cabado et al., 2008). Esiste anche il rischio che sostanze aggiunte non intenzionalmente migrino dal materiale di imballaggio al cibo producendo effetti avversi (Nerin et al., 2013). La conservazione degli alimenti è un altro passo che può portare a tossine nel cibo. Alcuni dei fattori contaminanti includono la luce solare diretta che accelera il deterioramento degli alimenti e degli imballaggi e l’adsorbimento di odori indesiderati. Gli alimenti con una maggiore durata di conservazione contengono sapori e colori che compromettono il valore nutritivo del cibo. Inoltre, gli alimenti ad alto contenuto di grassi sono soggetti a contaminazione da odori (Nerín et al., 2007a). La contaminazione degli alimenti dovuta all’intera lavorazione degli alimenti fino alle fasi di confezionamento è riassunta nella Figura 1.

Contaminazione dovuta a influenze ambientali

Il formato di analisi del biosensore aiuta a determinare i numerosi inquinanti ambientali che causano la contaminazione degli alimenti (Baeumner, 2003). Diversi metalli, principalmente metalli pesanti tossici cadmio, mercurio, piombo e policlorobifenile (PCB) entrano attraverso l’ambiente industriale per contaminare il cibo. L’esempio di un’area industriale di Huludao nel nord-est della Cina, che è gravemente contaminata da metalli pesanti come mercurio, piombo, cadmio, zinco e rame a causa della fusione di metalli pesanti nell’area (Zheng et al., 2007). Le piante costituiscono la base della catena alimentare e possono facilmente assorbire sostanze tossiche dal suolo, contaminando non solo frutta e verdura ma anche i frutti di mare (Peralta-Videa et al., 2009). L’ambiente del suolo è un’altra fonte di contaminazione alimentare. I metalli pesanti delle aree industriali possono penetrare nel terreno ed entrare nella catena alimentare per infettare le fonti di cibo grezzo (Krishna e Govil, 2006). I pesticidi usati come agenti fitosanitari entrano anche nella catena alimentare e l’esposizione umana a queste sostanze chimiche mostra una vasta gamma di problemi di salute come la soppressione immunitaria, l’intelligenza diminuita, l’interruzione degli ormoni, il cancro e le anomalie riproduttive (Abhilash e Singh, 2009). Circa 3 miliardi di kg di pesticidi vengono applicati ogni anno in tutto il mondo, (Pimentel, 2005) che rappresenta una seria minaccia, poiché le sostanze chimiche contaminano le fonti grezze di cibo. Nel caso dei pesticidi, tuttavia, il livello massimo di residui (LMR) è un importante fattore determinante del rischio che comporta per la salute umana. I livelli di residui di pesticidi negli alimenti sono regolati dalla legislazione per ridurre al minimo la sua esposizione al consumatore (Nasreddine e Parent-Massin, 2002). Tuttavia, in numerosi paesi sottosviluppati, tale legislazione non è in vigore o è scarsamente emanata. Simili ai pesticidi sono i residui di farmaci veterinari negli animali da allevamento che possono rimanere nella carne e minacciare l’individuo attraverso l’esposizione a questi residui di farmaci, il trasferimento di resistenza agli antibiotici e il rischio di allergie (Reig e Toldrá, 2008).

Contaminanti chimici nell’acqua potabile

La questione del consumo alimentare si è evoluta da una breve catena commerciale tra produttore e consumatore a una complessa catena di varie parti (Pongratz et al., 2011). Simile al cibo, l’acqua potabile è anche a rischio di contaminanti con gravi implicazioni per la salute non solo per la vita umana, ma anche per la vita marina e altri organismi che consumano l’acqua impura. Le fonti di questi contaminanti sono molteplici tra cui scarichi industriali e municipali, formazioni geologiche naturali, deflusso urbano e rurale, processo di trattamento dell’acqua potabile e materiali di distribuzione dell’acqua (Calderon, 2000). Le attività umane come la fratturazione idraulica e la perforazione orizzontale hanno aumentato la produzione di energia, ma hanno anche aumentato l’incidenza della contaminazione dell’acqua potabile. L’acqua potabile proveniente dalle acque sotterranee può anche essere contaminata da metalli pesanti (ad esempio, nichel, mercurio, rame e cromo) che potrebbero causare un aumento dei casi di difetti di salute di natura cancerogena e non cancerogena (Wongsasuluk et al., 2013), compresa la contaminazione fecale (Kostyla et al., 2015). Tale fonte di contaminazione dell’acqua potabile è particolarmente diffusa nei paesi a basso e medio reddito (Bain et al., 2014). I sottoprodotti dei prodotti farmaceutici sono anche tossici e un’altra fonte identificata di contaminazione dell’acqua da sostanze chimiche (Shen e Andrews, 2011).

I contaminanti dell’acqua potabile includono diversi prodotti chimici come arsenico, alluminio, piombo, fluoro, sottoprodotti della disinfezione, radon e pesticidi (Tabella 1B). I loro effetti sulla salute vanno da numerosi tumori, malattie cardiovascolari, esiti riproduttivi avversi e malattie neurologiche. Currie et al. (2013) hanno anche identificato che il consumo di acqua contaminata chimicamente da parte delle madri, in particolare quelle meno istruite, mostra effetti significativi sulla gestazione dei neonati e sul peso alla nascita del bambino.

Implicazioni per la salute dei contaminanti alimentari

Le malattie di origine alimentare contano circa 48 milioni di malattie all’anno negli Stati Uniti. (Gould et al., 2013) Il cibo contaminato chimicamente ha gravi implicazioni sulla salute degli individui. Gli effetti nocivi vanno da problemi gastrici minori a gravi incidenti mortali per la salute. I contaminanti chimici sono fortemente legati a gravi conseguenze, mancanza di controllo personale ed effetti a lungo termine (Kher et al., 2011). Il consumo di cibo è la fonte più probabile di esposizione umana ai metalli. Metalli come cadmio e piombo possono facilmente entrare nella catena alimentare. I metalli pesanti possono seriamente esaurire nutrienti specifici nel corpo che possono diminuire le difese immunologiche, compromettere le strutture psico-sociali e causare ritardo della crescita intrauterina. Il consumo di metalli pesanti è anche associato alla malnutrizione e aumenta i tassi di malattie gastrointestinali (Khan et al., 2008). I contaminanti alimentari sono anche una delle principali cause di cancro (Abnet, 2007) L’esposizione ai policlorobifenili (PCB) dovuta alla contaminazione degli alimenti può influire negativamente sullo sviluppo neurologico dei bambini e sulla risposta immunitaria (Schantz et al., 2004). I pesticidi nel cibo come contaminanti mostrano anche gravi implicazioni per la salute. Livelli eccessivi di queste sostanze chimiche nel cibo causano danni neurali e renali, disabilità congenite, problemi riproduttivi e possono rivelarsi cancerogeni (Bassil et al., 2007). L’accumulo di pesticidi nei tessuti del corpo può anche provocare una degradazione metabolica (Androutsopoulos et al., 2013). C’è anche il rischio di disturbi dello sviluppo neurologico come disturbi da deficit di attenzione, autismo, paralisi cerebrale e ritardo mentale causati da sostanze chimiche industriali come arsenico, PCB e piombo sia nel cibo che nell’acqua. L’esposizione a tali sostanze chimiche nelle fasi fetali dello sviluppo può causare lesioni cerebrali e tali disabilità per tutta la vita a dosi molto più basse di quelle che possono influenzare la funzione cerebrale adulta (Grandjean e Landrigan, 2006).

Esposizione individuale a contaminanti alimentari

Il consumo di cibo è una via cruciale per l’esposizione a contaminanti provenienti da varie fonti. L’esposizione di un individuo a questi contaminanti è elevata, il che rappresenta l’elevato numero di casi e malattie ospedalizzati non solo negli Stati Uniti ma anche in tutto il mondo. I contaminanti alimentari sono presenti in quasi tutti i prodotti alimentari, tra cui frutta, prodotti da forno, verdure, pollame, carne e latticini (Kantiani et al., 2010). Non è raro che un singolo prodotto alimentare contenga residui di cinque o più di cinque tossine chimiche persistenti (Schafer, 2002). Uno studio ha esaminato l’esposizione alimentare di 37 contaminanti negli Stati Uniti e ha rivelato che 20 dei contaminanti studiati avevano concentrazioni di benchmark del cancro disponibili. Queste concentrazioni di riferimento indicavano che l’esposizione giornaliera dei contaminanti aveva una probabilità di mostrare effetti collaterali avversi (Dougherty et al., 2000). Un altro studio ha stimato l’esposizione di numerosi contaminanti alimentari sui bambini; i risultati hanno scoperto che il benchmark del cancro dei contaminanti superava in tutti i bambini per dieldrina, arsenico, DDE e diossine (Vogt et al., 2012).

Le misure preventive per controllare la contaminazione degli alimenti

Esiste una legislazione per regolare i livelli di diverse sostanze chimiche negli alimenti. Additivi malsani e adulteranti non sono legalmente consentiti per l’uso. Tuttavia, sono necessari sistemi di sorveglianza e risposta efficaci per evitare che i rischi chimici entrino nell’approvvigionamento alimentare e arrechino danni al pubblico. La FDA prescrive i livelli minimi di sostanze chimiche consentite negli alimenti, come la concentrazione di pesticidi non dovrebbe superare il limite assegnato (Bajwa e Sandhu, 2011). Tuttavia, possono ancora verificarsi errori nel seguire la concentrazione e le linee guida determinate. Soprattutto nel caso dei paesi in via di sviluppo e sottosviluppati, l’applicazione della legislazione è ancora debole sulla gestione della concentrazione di contaminanti nocivi negli alimenti. Alcuni paesi sono fortemente dipendenti dall’agricoltura, causando alti livelli di pesticidi che filtrano nelle acque sotterranee, contaminando sia cibo che acqua. Le sostanze chimiche non regolamentate sono di particolare interesse (Villanueva et al., 2013) e più ricerca deve concentrarsi sui contaminanti che sfuggono al rilevamento umano. Inoltre, le preoccupazioni individuali dei consumatori sono essenziali in quanto possono svolgere un ruolo fondamentale nella gestione della loro salute (Liang e Scammon, 2016). Inoltre, la popolarità e l’uso diffuso di Internet consentono anche ai consumatori di cercare informazioni online e ridurre i rischi per la salute associati agli incidenti di contaminazione alimentare. I mezzi di informazione e i giornalisti hanno un ruolo importante nel riferire sui focolai, la minaccia e la sua causa, compreso il commento di esperti per quanto riguarda i contaminanti chimici alimentari. Inoltre, il pubblico ha bisogno di mantenere un sano grado di scetticismo sui prodotti alimentari contaminati riportati sulle notizie ed evitare di consumare i prodotti alimentari accusati fino a quando le prove scientifiche non giustifichino un’azione immediata. Soprattutto, le industrie alimentari devono accettare la necessità di essere più onesti e in anticipo nella produzione di prodotti alimentari commerciali sicuri e proteggere il pubblico dalla contaminazione alimentare.

Conclusione

La contaminazione chimica degli alimenti è emersa come una seria preoccupazione per i potenziali rischi per la salute. La maggior parte della contaminazione alimentare avviene attraverso tossine naturali e inquinanti ambientali o durante la lavorazione, l’imballaggio, la preparazione, lo stoccaggio e il trasporto di alimenti. Con l’avanzare della tecnologia, la rilevazione di tali contaminanti diventa più facile. Tuttavia, ci sono diversi contaminanti che sono ancora sconosciuti e la ricerca continua a questo proposito. Sebbene il governo abbia adottato misure adeguate per ridurre al minimo l’esposizione individuale ai contaminanti alimentari, ci sono ancora misure che devono essere prese per ridurre i rischi per la salute e le malattie che derivano dalla contaminazione chimica degli alimenti.

Contributi dell’autore

IR ha progettato, concepito e scritto il manoscritto. WK ha aiutato nella scrittura. WP e JL hanno esaminato criticamente, modificato e finalizzato il manoscritto per la presentazione.

Finanziamento

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Research Foundation of Korea (2013M3A9A504705 e 2017M3A9A5048999).

Dichiarazione sul conflitto di interessi

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.

Il revisore AJ ha dichiarato un’affiliazione condivisa, senza alcuna collaborazione, con uno degli autori, IR, all’editore di handling.