Quali fattori determinano se sperimenterai un invecchiamento sano e allegro o se si trasformerà in una catena infinita di sofferenza per numerose condizioni di salute?
Molti fattori influenzano la nostra salute, tra cui la genetica, la dieta, l'attività fisica, il fumo e lo stress. Alcuni altri fattori possono essere altrettanto potenti ma potrebbero non essere ancora riconosciuti.
Sono un tossicologo ambientale che studia come le sostanze chimiche prodotte dall'uomo influiscano sulla nostra salute. Sono sempre stato interessato a capire come la nostra salute attuale è modellata dalle esposizioni chimiche durante il periodo embrionale e postnatale precoce - fasi della vita particolarmente sensibili all'ambiente fattori di stress.
Per rispondere a queste domande, mi sono concentrato sull'analisi degli effetti sulla salute a lungo termine indotti da una famiglia di sostanze chimiche utilizzate come ritardanti di fiamma chiamate eteri di difenile polibromurato (PBDE). Il primo brevetto per l'uso del PBDE come ritardante di fiamma è stato rilasciato nel 1960 e la produzione di prodotti commerciali contenenti PBDE, come materiali da costruzione, elettronica, arredamento, autoveicoli, plastica, schiume poliuretaniche, pigiami per bambini e altri,
Studi successivi hanno dimostrato che le concentrazioni di queste sostanze chimiche nel sangue, nel latte e nei tessuti umani erano aumentando esponenzialmente negli ultimi 30 anni, raddoppiando ogni cinque anni, mentre i loro effetti sulla salute erano poco conosciuti.
Le esposizioni precoci innescano cambiamenti permanenti nei lipidi nel sangue
In uno dei miei esperimenti, ho nutrito i topi con uno dei PBDE che si trovano più spesso nel sangue e nel latte umani: BDE-47. Il i topi femmine l'hanno ricevutodal giorno 8 della gravidanza fino alla fine dell'allattamento (giorno 21 dopo il parto).
Abbiamo esposto i topi a 0,2 milligrammi di questa sostanza chimica per chilogrammo di peso corporeo. Ciò ha fatto sì che le concentrazioni di BDE-47 nel grasso degli animali da esperimento raggiungessero livelli simili a quelli riscontrati negli esseri umani che vivono nelle grandi città americane. Questo confronto viene utilizzato in tossicologia per garantire che gli esperimenti di laboratorio utilizzino dosi rilevanti per le esposizioni umane.
Siamo rimasti sorpresi di scoprire che i livelli di trigliceridi erano significativamente alterati nella prole delle madri esposte, anche se l'esposizione al BDE-47 era cessata tre mesi prima. I trigliceridi sono i principali costituenti del grasso corporeo e delle membrane cellulari nell'uomo e in altri animali.
Per capire come il BDE-47 modifica i trigliceridi nel sangue e altri lipidi, il mio laboratorio ha condotto un altro esperimento con i topi. I lipidi sono molecole insolubili che vengono utilizzate per immagazzinare energia e come componenti strutturali delle membrane cellulari.
Abbiamo ipotizzato che i cambiamenti nei lipidi nel sangue derivino da cambiamenti nella funzionalità epatica. È noto che il fegato regola la composizione dei lipidi nel sangue. Il fegato può sintetizzare nuovi lipidi, distruggerli, secernere lipidi nel sangue e assorbirli dal sangue.
Per testare la nostra ipotesi, abbiamo esposto topi femmina a BDE-47 ogni giorno durante la gravidanza o durante il periodo di allattamento e ha analizzato i risultati di salute nella prole quando hanno raggiunto un anno di età, approssimativamente equivalente a 50 anni in umani.
Questo esperimento ha nuovamente dimostrato che l'esposizione a breve termine al BDE-47 durante le prime fasi dello sviluppo provoca effetti a lungo termine sui lipidi del sangue nei topi. Questi effetti erano molto simili negli animali che erano stati esposti durante il periodo embrionale o durante l'allattamento.
Riprogrammare l'equilibrio dei lipidi nel sangue e nel fegato
Negli animali esposti, i livelli di trigliceridi nel sangue si sono dimezzati e i fegati hanno accumulato dal 20 al 40 percento in più di lipidi rispetto ai topi che non sono mai stati esposti alla sostanza chimica. L'attività di molti geni epatici che codificano per enzimi importanti per il metabolismo dei lipidi è stata alterata nei topi esposti.
Abbiamo osservato che la dose di esposizione più bassa (0,2 mg/kg) e la dose di esposizione più alta (1,0 mg/kg) regolavano il CD36 in direzioni opposte. Una dose più bassa ha determinato una diminuzione del CD36 e un aumento dei trigliceridi nel sangue, mentre una dose più alta ha aumentato il CD36 e ha ridotto i trigliceridi nel sangue. Riteniamo sia importante notare che entrambe le dosi testate rientravano nella gamma delle esposizioni umane. Tra le proteine chiave coinvolte nel metabolismo dei lipidi, una era particolarmente elevata. Questa proteina – CD36 – è responsabile del pompaggio dei lipidi dal sangue al fegato. L'aumento della quantità di CD36 negli animali esposti è probabilmente responsabile dell'abbassamento dei lipidi nel sangue e del loro aumento nel fegato, con conseguente aumento dell'accumulo di questi grassi nel fegato.
I cambiamenti nel CD36 comportano rischi per la salute?
I nostri risultati dimostrano che l'esposizione a BDE-47 durante lo sviluppo iniziale può alterare i livelli di CD36 in entrambe le direzioni nei topi e che sia l'aumento che la diminuzione di CD36 possono essere deleteri.
Quando abbiamo esposto i topi ad alte dosi di BDE-47, questo ha aumentato i livelli della proteina CD36, che provoca un eccessivo accumulo di grasso nelle cellule del fegato. Questa condizione è chiamata steatosi epatica non alcolica. È il forma più comune di cronicamalattie del fegato tra adulti e bambini.
In giro un terzo della popolazione americana ha steatosi epatica non alcolica, ed è un fattore di rischio per Diabete di tipo 2, ipertensione, malattie cardiovascolari e renali, cirrosi epatica e cancro al fegato.
D'altra parte, una ridotta attività di CD36 porterà a livelli più elevati di lipidi nel sangue e risulterà in aterosclerosi – una malattia in cui si accumulano placche di lipidi sulle pareti dei vasi. L'aterosclerosi è il principale fattore di rischio per infarto, che provoca circa 800.000 morti all'anno solo negli Stati Uniti. Pertanto, l'esposizione precoce a questa sostanza chimica ambientale può riprogrammare completamente la traiettoria della salute per tutta la vita.
Gli studi pubblicati da altri laboratori lo confermano I PBDE interrompono il metabolismo dei lipidi nei ratti e aumentare il rischio di steatosi epatica non alcolica nei topi esposti durante le prime fasi dello sviluppo.
Ancora a rischio?
I PBDE sono stati banditi in Europa entro il 2008 e ritirato volontariamente dall'industria in Nord America entro il 2013. È probabile che la produzione di PBDE sia cessata in tutto il mondo, anche se mancano dati per molte regioni. Tuttavia, queste sostanze chimiche sono ancora presenti nei prodotti utilizzati nelle famiglie e nelle automobili degli Stati Uniti. I PBDE sono composti molto stabili. Una volta rilasciati nell'ambiente, si accumulano nei sedimenti e nei tessuti adiposi della fauna selvatica e dell'uomo e vi rimangono per molti anni. Ad esempio, il emivita di diversi PBDE nel corpo umano è compreso tra uno e sette anni. Nell'ambiente hanno trovato la loro strada verso i tessuti adiposi degli animali, molti dei quali rappresentano per noi importanti fonti di cibo.
Sebbene la produzione di PBDE sia cessata nei paesi sviluppati, alcuni studi riportano che le concentrazioni di PBDE nei tessuti umani negli Stati Uniti continuare a crescere.
Le persone nate negli Stati Uniti e in Canada negli ultimi 15-20 anni sono state esposte durante la loro prima infanzia a concentrazioni ambientali di PBDE, paragonabili a quelle che hanno riprogrammato il metabolismo lipidico nei nostri esperimenti con i topi. Pertanto, riteniamo che circa il 20% della popolazione nordamericana possa essere a rischio di condizioni associate a concentrazioni di lipidi alterate nel sangue e nel fegato.
Queste persone svilupperanno condizioni legate all'invecchiamento più facilmente rispetto alle generazioni precedenti? La risposta deve ancora venire. È probabile che i PBDE non siano gli unici colpevoli. Molti altri inquinanti onnipresenti, come policlorobifenili (PCB), diossina (TCDD) e composti perfluorurati (PFOS, PFNA), sono noti oggi per influenzare il CD36 nei topi.
Non è ancora chiaro se gli effetti di queste altre sostanze chimiche siano duraturi quanto gli effetti del PBDE. Inoltre, non è ancora chiaro se gli effetti delle esposizioni chimiche osservate nei topi siano gli stessi negli esseri umani. I topi sono il modello animale più utilizzato per testare la tossicità di prodotti farmaceutici e prodotti chimici industriali e gli studi di tossicologia animale sono generalmente applicabili all'uomo, sebbene le risposte degli animali da laboratorio e gli esseri umani alle sostanze chimiche possono differire per tipo e gravità.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su La conversazione di Alessandro Suvorov, Assistant Professor di Public Health presso l'Università del Massachusetts Amherst.
