Francesco CubaddaFrancesco CubaddaDipartimentoDipartimentodi Sanitdi Sanitàà Pubblica VeterinariaPubblica Veterinariae Sicurezza Alimentaree Sicurezza Alimentare

ISTITUTO SUPERIORE DI SANITISTITUTO SUPERIORE DI SANITÀÀ

Esposizione alimentare a elementi in traccia: valutazione del rischio e ruolo della speciazione

Esposizione alimentare a elementi in Esposizione alimentare a elementi in traccia: valutazione del rischio e ruolo traccia: valutazione del rischio e ruolo della speciazionedella speciazione

CONVEGNO DALLCONVEGNO DALL’’AMBIENTE ALLA TAVOLA: LAMBIENTE ALLA TAVOLA: L’’IMPRONTA DELLIMPRONTA DELL’’AMBIENTE AMBIENTE SULLA SICUREZZA ALIMENTARESULLA SICUREZZA ALIMENTARE

TORINO - 3 maggio 2012

∑ Asi metabolites

Attività TraceEl

Ricerca per la valutazione del rischio tossicologico nel campo dRicerca per la valutazione del rischio tossicologico nel campo della ella sicurezza alimentare.sicurezza alimentare.

Principali ambiti di ricerca:Principali ambiti di ricerca:SpeciazioneSpeciazione e bioaccessibilite bioaccessibilitàà di ET di ET di interesse sia nutrizionale di interesse sia nutrizionale che tossicologico negli alimentiche tossicologico negli alimenti

Utilizzo tecniche accoppiate aventi lUtilizzo tecniche accoppiate aventi l’’ICPICP--MS quale rivelatore MS quale rivelatore atomico (es. HPLCatomico (es. HPLC--ICPICP--MS) in combinazione con la MS) in combinazione con la spettrometria di massa molecolarespettrometria di massa molecolare

Biomonitoraggio e biomarcatori di esposizione Biomonitoraggio e biomarcatori di esposizione alimentare agli alimentare agli ET e loro specieET e loro specie

Nanotossicologia alimentareNanotossicologia alimentare: determinazione analitica e : determinazione analitica e valutazione del rischio di nanomateriali negli alimenti valutazione del rischio di nanomateriali negli alimenti

Speciazione: definizione IUPAC

La speciazione di un elemento La speciazione di un elemento èè la distribuzione dellla distribuzione dell’’elemento elemento nelle specie chimiche definite in un sistema.nelle specie chimiche definite in un sistema.

La specie chimica La specie chimica èè definita dalla IUPAC come la specifica definita dalla IUPAC come la specifica forma di un elemento rappresentata dalla sua composizione forma di un elemento rappresentata dalla sua composizione isotopica, dal suo stato di ossidazione o elettronico, e/o dallaisotopica, dal suo stato di ossidazione o elettronico, e/o dallastruttura molecolare o del complesso in cui lstruttura molecolare o del complesso in cui l’’elemento elemento èèpresentepresente

LL’’analisi di speciazione analisi di speciazione èè ll’’attivitattivitàà analitica di identificazione e/o analitica di identificazione e/o misura della quantitmisura della quantitàà di una o pidi una o piùù singole specie chimiche in un singole specie chimiche in un campione speciecampione specie

La speciazione di un elemento chimico negli alimenti/mangimi La speciazione di un elemento chimico negli alimenti/mangimi èèimportante in quanto in alcuni casi la biodisponibilitimportante in quanto in alcuni casi la biodisponibilitàà e la e la tossicittossicitàà delldell’’elemento dipende dalla forma chimica in cui elemento dipende dalla forma chimica in cui èèpresentepresente

Trasferimento ambiente-catena alimentaredi ET e loro specie

CriticitCriticitàà::

Aree con Aree con forte impatto antropico forte impatto antropico (attivit(attivitàà industriali, inceneritori, industriali, inceneritori, smaltimento illegale rifiuti)smaltimento illegale rifiuti)

Lasciti dal passato Lasciti dal passato (es. attivit(es. attivitàà estrattive, impiego fitofarmaci)estrattive, impiego fitofarmaci)

Pratiche produzione primaria Pratiche produzione primaria (es. uso di liquami di scarico, (es. uso di liquami di scarico, fertilizzanti/Cd, impatto attivitfertilizzanti/Cd, impatto attivitàà zootecniche)zootecniche)

Anomalie geochimiche Anomalie geochimiche (es. arsenico, mercurio)(es. arsenico, mercurio)

Popolazioni con consumi alimentari peculiariPopolazioni con consumi alimentari peculiari, specialmente se , specialmente se molto legati al territorio (v. sopra)molto legati al territorio (v. sopra)

Elemento Esposi-zione

Specia-zione

Effetti biologici Caratteriz-zazione del pericolo ††

Intossica-zioni di massa

Limiti max acqua/ali-menti

Arsenico Alimenti/ Acqua

Alimenti ↑ Asi : Effetti tossici a carico di cute, sistema respiratorio e genitourinario

Range BMDL01(EFSA 2009)

Si Si (10/10)/No

Cadmio Alimenti† ↑ Effetti tossici a carico dei reni e delle ossa

TWI (EFSA 2009) Si Si (5/3)/Si

Cromo Acqua (Cr(VI))†

Acqua Cr(III): potenziamento dell’ingresso insulino-dipendente di glucosio nelle cellule. ↑ Pox genotossicità (s. animali)↑ Cr(VI): agente cancerogeno

No UL (SCF 2003)

No Si (50/50)/No

Fluoro Acqua† Prevenzione carie dentaria↑ Effetti tossici a carico del tessuto osseo, interferenza con il metabolismo del Ca

UL (EFSA 2005) Si Si (1500/5000-1500 infanzia) /No

Manganese Acqua† Ipotizzata essenzialità (antiossidante, agisce su struttura/funzione ossea e metabolismo energetico)↑ Neurotossicità

No UL (SCF 2000)

No Si (50ind/500)/No

†Considerate solo esposizioni con potenziali effetti avversi ††UL = Tolerable upper intake level Tra parentesi limiti in acque potabili/minerali (in μg/l)

Esposizione attraverso la dieta e valutazione del rischio (1)

Esposizione attraverso la dieta e valutazione del rischio (2)Elemento Esposi-

zioneSpecia-zione

Effetti biologici Caratteriz-zazione del pericolo ††

Intossica-zioni di massa

Limiti max acqua/ali-menti

Mercurio Alimenti† (Alimenti) ↑ MeHg: Neurotossicità (spec. sviluppo) PTWI (JECFA) Si Si (1/1) /No

Piombo Alimenti† ↑ Neurotossicità nello sviluppo (bambini)↑ Effetti cardiovascolari e nefrotossicità(adulti)

Range BMDL01(EFSA 2010)

Si Si (25→10/ 10) /Si

Stagno Alimenti† Alimenti Sn inorganico: cessione da contenitori (intrinsecamente poco tossico: intossicaz. acuta→irritazione gastrica)OTC tossicità estremamente elevata

No UL (EFSA 2005)

No No/Si (cibi in scatola)

Uranio Alimenti/ Acqua†

Acqua ↑ Nefrotossicità TDI (EFSA 2009) No No/No

Vanadio Acqua† (Acqua) Effetto insulino-mimetico↑ Pox. nefrotossicità, effetti su sviluppo, sistema emopoietico e riproduttivo

No UL (EFSA 2004)

No Si(50/no)/No

†Considerate solo esposizioni con potenziali effetti avversi ††UL = Tolerable upper intake level Tra parentesi limiti in acque potabili/minerali (in μg/l)

Range ristretti fra carenza e tossicità Se

Speciazione: differente biodisponibilità e, a dosi elevate, differente tossicità cronica

Frumento: una delle fonti più importanti di Se nella dieta

SRM NIST 1567a

Cubadda F., Aureli F., Ciardullo S., D’Amato M., Raggi A., Acharya R., Reddy R. A. V., Prakash N.T. Journal of Agricultural and Food Chemistry 58:2295

High Se wheat sample

Selenio

Fractionation by SEC-ICP-MS

SUPERDEX 75 10/300 GL100 mM ammonium acetate, pH 7,5 IsocraticFlow rate 0.5 mL min−1

5.1 KDa

Gastric hydrolysate Gastrointestinal hydrolysate

GDGID

SeMet SeMet

2.6 KDa

SeMet spike in hydrolysate SeMet spike in hydrolysate

Arsenico

TossicitTossicitàà differentedifferente

Speciazione As: Speciazione As: un dato indispensabile un dato indispensabile per la valutazione del rischioper la valutazione del rischio

PesciPesci

MolluschiMolluschiAlghe eduliAlghe eduli

CrostaceiCrostacei

Prodotti terricoliProdotti terricoliAcquaAcqua

Arsenico inorganicoArsenico inorganico

Pesci marini o di allevamentoPesci marini o di allevamento

Pesci acqua dolcePesci acqua dolce

HPLC-ICP-MSCromatografia anionica

HPLC-ICP-MSCromatografia cationica

Ciardullo S., Aureli F., Raggi A., Cubadda F. 2009. Talanta 81:213

Cation exchange HPLC-ICP-MS and ESI fragmentation pattern of raw Murex Brandaris

Aureli F., Ciardullo S., Coni E., Lucchetti D., Raggi A., Rufo G., Cubadda F. 2007 European Winter Conference on Plasma Spectrochemistry

MolluschiMolluschi

HPLC-ICP-MSCromatografia anionica

Elevato contenuto di Elevato contenuto di AsAsii nel risonel riso

VegetaliVegetali

Ciardullo S., Aureli F., D’Amato M., Raggi A., Cubadda F. 1st MS Food Day, 2-3 December 2009

Contenuto delle varie forme di arsenico Contenuto delle varie forme di arsenico negli alimenti e nellnegli alimenti e nell’’acquaacqua

Ma il contributo all’assunzione attraverso la dieta dipende dal consumo:

45 g 1000 g 20 g 650 g

AUTORITA’ EUROPEA PER LA SICUREZZA ALIMENTAREEFSA (2009) SCIENTIFIC OPINION on Arsenic in Food EFSA J. 7(10) 1351

Contributo dei gruppi di alimenti Contributo dei gruppi di alimenti allall’’assunzione di arsenico inorganicoassunzione di arsenico inorganico

(N.B. Stima EFSA – media europea)

FrumentoFrumento

RiassumendoRiassumendo……

LL’’arsenico presente negli arsenico presente negli alimentialimenti èè in parte nella in parte nella forma inorganica e in parte in quella organicaforma inorganica e in parte in quella organica

LL’’esposizione allesposizione all’’arsenicoarsenico inorganicoinorganico èè dovuta dovuta sia sia allall’’acqua che agli alimentiacqua che agli alimenti

LL’’arsenico presente nellarsenico presente nell’’acquaacqua èè nella forma inorganicanella forma inorganica

Se lSe l’’acqua non acqua non èè ricca di arsenico ricca di arsenico (<10 (<10 µµg/l)g/l), , ll’’esposizione esposizione èè contenutacontenuta ed ed èè dovuta prevalentemente dovuta prevalentemente allall’’arsenico inorganico degli arsenico inorganico degli alimentialimenti

RiassumendoRiassumendo……

1.1. LL’’esposizione esposizione aumentaaumenta

2.2. LL’’aumento dellaumento dell’’esposizione esposizione èè dovuto al dovuto al consumo consumo diretto di acquadiretto di acqua come acqua da berecome acqua da bere……

3.3. ……ma anche alla ma anche alla preparazione di alimentipreparazione di alimenti con con quellquell’’acqua (es. caffacqua (es. caffèè, t, tèè, pane), pane)

4.4. ……e alla e alla cottura degli alimenticottura degli alimenti (rilascio di arsenico (rilascio di arsenico dalldall’’acqua allacqua all’’alimento se le concentrazioni nellalimento se le concentrazioni nell’’acqua acqua sono sufficientemente elevate)sono sufficientemente elevate)

Se lSe l’’acqua acqua èè ricca di arsenico (ricca di arsenico (>10 >10 µµg/lg/l) succede che:) succede che:

Opinione EFSA su As negli alimentiOpinione EFSA su As negli alimenti(2009)(2009)

Esposizione orale a AsEsposizione orale a Asii per il consumatore medio per il consumatore medio europeo: europeo: 0,130,13--0,56 0,56 µµg/Kg p.c.g/Kg p.c. die die **

LL’’esposizione dei esposizione dei bambini fino a 3 annibambini fino a 3 anni a Asa Asii èè 22--3 3 volte superiorevolte superiore a quella degli adultia quella degli adulti

Occorrono piOccorrono piùù dati sulla speciazionedati sulla speciazione delldell’’As in As in alimentialimenti

Inoltre lInoltre l’’opinione contiene una opinione contiene una nuova caratteriznuova caratteriz--zazione del pericolozazione del pericolo sulla base delle pisulla base delle piùù recenti recenti evidenze sulla tossicologia dellevidenze sulla tossicologia dell’’As As (dosi riferimento)(dosi riferimento)

* 0,37-1,22 μg/kg p.c. die per i consumatori collocati sul novantacinquesimo percentile

Come caratterizzare il rischioCome caratterizzare il rischio

Esposizione orale a AsEsposizione orale a Asii causa cancro dei polmoni e della causa cancro dei polmoni e della vescica in aggiunta a quelli cutanei e vescica in aggiunta a quelli cutanei e a dosi pia dosi piùù bassebasse

Il margine di Il margine di esposizione a Asesposizione a Asii per la popolazione per la popolazione europea europea èè ridotto o assente: occorre ridurre ridotto o assente: occorre ridurre ll’’esposizione alimentare esposizione alimentare a Asa Asii (EFSA 2009)(EFSA 2009)

PTWI JECFA di 15PTWI JECFA di 15 μμg/kg g/kg p.c. ovvero p.c. ovvero 2,1 2,1 μμg/kg g/kg p.c. diep.c. die

EFSAEFSA: rischio in eccesso dell'1% di lesioni cutanee, tumori : rischio in eccesso dell'1% di lesioni cutanee, tumori alla vescica, ai polmoni e alla pelle = alla vescica, ai polmoni e alla pelle = 0.30.3--8 8 μμg/kg p.c. dieg/kg p.c. die

(2009)(2009)

JECFA (FAO/OMS)JECFA (FAO/OMS): rischio in eccesso dello 0,5% di tumori : rischio in eccesso dello 0,5% di tumori ai polmoni = ai polmoni = 3 3 μμg/kg p.c. dieg/kg p.c. die (2010)(2010)

CE gestione del rischio: avvio discussione CE gestione del rischio: avvio discussione introduzione limiti massimi introduzione limiti massimi iAs negli alimentiiAs negli alimenti

AttivitAttivitàà analitica correlata: analitica correlata: IMEPIMEP--107 e 112,107 e 112, esercizio certificazione esercizio certificazione ERMERM--BC211BC211

AUTORITA’ EUROPEA PER LA SICUREZZA ALIMENTAREEFSA (2009) SCIENTIFIC OPINION on Arsenic in Food EFSA J. 7(10) 1351

Contributo dei gruppi di alimenti Contributo dei gruppi di alimenti allall’’assunzione di arsenico inorganicoassunzione di arsenico inorganico

(N.B. Stima EFSA – media europea)

Acqua di rete

Contributo dei gruppi di alimentiContributo dei gruppi di alimentiallall’’assunzione di arsenico inorganicoassunzione di arsenico inorganico

(N.B. Stima EFSA – media europea integrata con intake acqua adulti)

Acqua con 10 µg/l(consumo 650 ml)

Acqua con 10 µg/l(consumo 650 ml)

Acqua con 20 µg/l(consumo 650 ml)

Acqua con 20 µg/l(consumo 650 ml)

Quando l’acqua è ricca di As, al contenuto endogeno degli alimenti si aggiunge non solo il maggiore intake dall’acqua, ma anche l’ulteriore contributo dalla preparazione e cottura degli alimenti con tale acqua

Quando l’acqua è ricca di As, al contenuto endogeno degli alimenti si aggiunge non solo il maggiore intake dall’acqua, ma anche l’ulteriore contributo dalla preparazione e cottura degli alimenti con tale acqua

AUTORITA’ EUROPEA PER LA SICUREZZA ALIMENTAREEFSA (2009) SCIENTIFIC OPINION on Arsenic in Food EFSA J. 7(10) 1351

Effect of cooking

The effect of cooking was studied on pasta with 0-50 µg As/L in boiling water

Uncooked pasta

As enrichment on a dry weight basis

At 50 µg As/L, Asi concentration in pasta was 35 ng/g (~90% accumulated from boiling water)

Experimental conditions: NaCl 10

g/L

(See Food Addit Contam 20, 353)

LL’’arsenico negli alimenti coltivati in arsenico negli alimenti coltivati in aree ricche di arsenicoaree ricche di arsenico

Nelle aree dove vi Nelle aree dove vi èè abbondanza geochimica di arsenicoabbondanza geochimica di arsenico, , vi vi èè un aumentato trasferimento di arsenico nella un aumentato trasferimento di arsenico nella catena alimentarecatena alimentare

Chi consuma alimenti coltivati in quelle aree può essere Chi consuma alimenti coltivati in quelle aree può essere pipiùù esposto perchesposto perchéé::

Beve acqua piBeve acqua piùù ricca di arsenicoricca di arsenico

Prepara/Cuoce gli alimenti con quellPrepara/Cuoce gli alimenti con quell’’acquaacqua

Gli alimenti di provenienza locale contengono allGli alimenti di provenienza locale contengono all’’origine origine pipiùù arsenico (produzione primaria) arsenico (produzione primaria)

Distribuzione dell’arsenico fitodisponibile nei suoli agricoli delle province italiane(i valori sono concentrazioni di arsenico nel frumento espresse in ng g-1)

Cubadda F., Ciardullo S., D’Amato M., Raggi A., Aureli F., Carcea M. 2010. Journal of Agricultural

and Food Chemistry 58, 10176-10183.

Studio per valutare l'esposizione alimentare all'arsenico in Studio per valutare l'esposizione alimentare all'arsenico in popolazioni residenti nelle aree del Lazio caratterizzate dalla popolazioni residenti nelle aree del Lazio caratterizzate dalla

presenza di arsenico di origine geologica nelle acque presenza di arsenico di origine geologica nelle acque destinate al consumo umanodestinate al consumo umano

Adesioni:Adesioni:

Ordini dei MediciOrdini dei Medici

SocietSocietàà Mediche (SIP Lazio)Mediche (SIP Lazio)

AUSL (SIAN Latina)AUSL (SIAN Latina)

Reparto Tossicologia Alimentare e VeterinariaDipartimento di Sanità Pubblica Veterinaria e Sicurezza Alimentare

Lo studio ha lLo studio ha l’’obiettivo di stimare lobiettivo di stimare l’’esposizione e valutare il esposizione e valutare il rischio per la popolazione identificando, laddove esistono, rischio per la popolazione identificando, laddove esistono, situazioni espositive estreme che riguardano una situazioni espositive estreme che riguardano una minoranza della popolazione ma devono comunque essere minoranza della popolazione ma devono comunque essere caratterizzate per mettere in atto misure di prevenzione caratterizzate per mettere in atto misure di prevenzione adeguateadeguate

Campionamento di:Campionamento di:

acqua(e) utilizzata(e) per il consumo umanoacqua(e) utilizzata(e) per il consumo umano

urineurine

unghieunghie

Completano lo studio altre matrici:Completano lo studio altre matrici:

dieta duplicata dieta duplicata (estremamente importante)alimenti (pane prodotto in loco, prodotti orticoli)alimenti (pane prodotto in loco, prodotti orticoli)

Arruolabili solo i residenti che

consumano acqua di rete/pozzo per

bere/cucinare

Biomonitoraggio Biomonitoraggio per valutazione per valutazione esposizione Asesposizione Asii

6060--70 % 70 % dimethylarsinatedimethylarsinate

1010--30 %30 %inorganic arsenicinorganic arsenic

1010--20 % 20 % methylarsonatemethylarsonate

Speciazione Speciazione urinaria per urinaria per valutare efficienza valutare efficienza del metabolismo del metabolismo delldell’’AsAsii

Conclusioni

LL’’esposizione allesposizione all’’arsenico deve essere ridotta arsenico deve essere ridotta al pial piùù basso basso livello possibile livello possibile come raccomandato dallcome raccomandato dall’’EFSAEFSA

La La speciazione dellspeciazione dell’’arsenico arsenico negli alimenti negli alimenti èè indispensabile per indispensabile per la valutazione del rischiola valutazione del rischio

Problema arsenico presente in varie aree dProblema arsenico presente in varie aree d’’ItaliaItalia: necessit: necessitàà del del biomonitoraggiobiomonitoraggio nelle aree a rischionelle aree a rischio

CE: come misura di gestione del rischio CE: come misura di gestione del rischio limiti massimi per limiti massimi per ll’’arsenico inorganico arsenico inorganico negli alimenti (prima volta per una specie negli alimenti (prima volta per una specie chimica)chimica)

Esercizi interlaboratorio (IMEPEsercizi interlaboratorio (IMEP--107, 107, --112) dimostrano che 112) dimostrano che non non ci sono ostacoli analitici ci sono ostacoli analitici allall’’introduzione di LM per iAsintroduzione di LM per iAs

Si ringraziano:Si ringraziano:

•• Federica AURELIFederica AURELI•• Marilena DMarilena D’’AMATOAMATO

•• Gabriele MORACCIGabriele MORACCI

•• Andrea RAGGIAndrea RAGGI

…… e i presenti per le i presenti per l’’attenzioneattenzione

•• ISTITUTO ZOOPROFILATTICO SPERIMENTALE ISTITUTO ZOOPROFILATTICO SPERIMENTALE DEL PIEMONTE, LIGURIA E VALLE DEL PIEMONTE, LIGURIA E VALLE DD’’AOSTAAOSTA

TraceElTraceEl Group:Group: