VALUTAZIONE DEL RISCHIO

• Pericolosità (hazard): insieme delle proprietà di una sostanza che, nelle condizioni di produzione, uso e smaltimento, rendono possibile l’induzione di eventi avversi, in dipendenza dal grado di esposizione.

• Rischio:1) possibilità che si verifichi un evento dannoso in

seguito ad esposizione ad un agente (chimico, fisico) in specifiche condizioni

2) Frequenza attesa (probabilità) di un evento avverso in seguito ad esposizione ad un agente (chimico, fisico) in specifiche condizioni

VALUTAZIONE DEL RISCHIO

La valutazione del rischio è la procedura di valutazione della rilevanza dei dati sperimentali ed epidemiologici al fine di derivare:

• livelli ‘sicuri’ di esposizione nell’uomo (se esiste una dose soglia)

• il rischio associato ad un determinato livello di esposizione (se non esiste una dose soglia)

• La valutazione del rischio serve per indirizzare le decisioni per la tutela della salute dell’uomo e dell’ambiente.

Inquinanti e contaminanti: livelli accettabili; limitazioni e precauzioni d’uso; bando; controlli.

Sostanze chimiche industriali: autorizzazioni, revoche, livelli accettabili, limitazioni e precauzioni ecc.

Farmaci, pesticidi, additivi di cibi e acqua: rapporto rischio/beneficio, autorizzazione, livelli accettabili, precauzioni.

• I criteri per la valutazione del rischio e le conseguenti decisioni variano da paese a paese (UE, USA ecc.), ed anche in dipendenza dell’Autorità (agenzia, organizzazione ecc.) e dei suoi compiti (es. tutela dell’ambiente, della salute umana, igiene del lavoro).

• Studi sperimentali, epidemiologici, relazione struttura-attività identificazione e caratterizzazione della pericolosità (curve dose-risposta, organi bersaglio ecc.).

• Definizione del rischio: Raccolta e valutazione della qualità e rilevanza delle

informazioni. Dati sperimentali (curve dose-risposta) dosi soglia,

livelli accettabili o livello di rischio associato ad una dose. Stima dell’esposizione umana (ambientale, occupazionale

ecc.): compatibile con i livelli accettabili? Stima della suscettibilità di subpopolazioni (bambini,

donne in gravidanza, genotipi particolari, condizioni socio-economiche)

Valutazione della qualità (rilevanza) delle informazioni

• Informazioni adeguate per un profilo completo della pericolosità?

• Tipi di studi effettuati; gerarchia di valore (es., cancerogenesi: studi epidemiologici>studi animali>test in vitro)

• Consistenza (qualità) degli studi (validità interna): adeguatezza degli esperimenti (numerosità, dosi utilizzate, osservazioni ecc.).

• Concordanza dei risultati: coerenza dei dati tossicologici nelle varie specie e negli organi bersaglio; coerenza degli esperimenti ripetuti; coerenza tra vari tipi di studi (in vitro, in vivo, epidemiologici).

Valutazione delle informazioniValutazione delle informazioni

Valutazione della relazione dose-risposta; stima

dei livelli accettabili.

Composti non cancerogeni (e cancerogeni non genotossici).

• Per questi composti esiste una dose soglia, al di sotto della quale l’effetto tossico non si manifesta.

• Gli studi animali forniscono i livelli di NOEL.

• I valori di NOEL sono la base di partenza per il calcolo dei livelli accettabili.

• Il principio generale è che i livelli accettabili sono i valori di NOEL divisi per un fattore di incertezza (F.I.; Uncertainty Factor, UR)

• Ad es.:

ADI (Acceptable Daily Intake) = NOEL/F.I.• Possono essere stati determinati più valori di

NOEL (per diversi effetti, per neonati ecc.) unico valore di livello accettabile (il più basso) oppure valori diversificati in base alla popolazione di riferimento (ad es., ADI per i bambini, per gli adulti)

Source of uncertainty Factor

•Interspecies variation (animals to humans) 1-10

•Intraspecies variation (variation in sensitivitybetween members of the same species)* 1-10

•Adequacy of studies or database 1-10

•Nature and severity of effect 1-10

FI totale è il prodotto dei singoli fattori; può quindi, in generale, avere valori tra 1 e 10.000.

‘Calcolo’ di FI secondo WHO

* in alcuni casi viene inserito un ulteriore FI (fattore di sicurezza) per gruppi ad alto rischio (es. feto, nel caso di agenti potenzialmente teratogeni)

• Se non è stato possibile determinare la NOEL, si utilizza la LOEL, utilizzando un ulteriore fattore di correzione, pari a 10.

Se le dosi sono espresse come peso/peso corporeo (es. mg/kg), gli uomini sono generalmente 10 volte più sensibili degli animali, perché la tossicità è in genere più correlata alla superficie corporea che al peso e gli uomini hanno un rapporto superficie/peso minore degli animali da esperimento.

F.I. per l’estrapolazione animale uomo

species weight dosage

(mg/kg)

dose

(mg/

animal)

surface area

(cm2)

dosage

(mg/cm2)

mouse 20 100 2 46 0.043

rat 200 100 20 325 0.061

dog 12000 100 1200 5770 0.207

man 70000 100 7000 18000 0.388

• L’espressione delle dosi come peso/superficie corporea è più soggetta ad errore dell’espressione come peso/peso (occorre calcolare la superficie corporea; la formula generale: superficie = peso 2/3 è molto approssimativa)

• I valori dei singoli fattori sono empirici e sono valutati in base a criteri poco standardizzabili.

• Il valore di FI totale 100 è considerato il valore di default, che può essere aumentato o diminuito in base alle informazioni disponibili

• Sono stati fatti numerosi tentativi di definire i valori del fattore di incertezza in modo meno empirico.

• In particolare, si cerca di derivare questi fattori in base alle conoscenze dei meccanismi di tossicità e delle tossicocinetiche nell’animale e nell’uomo (Physiological-Toxicokinetic model, PTK)

Fattori da considerare nel calcolo dei livelli accettabili:

1) Relazione non lineare tra dose ed effetto:Tossicocinetica non lineare: la tossicità che si

manifesta (solo) ad alte dosi nell’animale può essere dovuta a fenomeni di saturazione o all’aumento della formazione di metaboliti minori.

Diverso meccanismo d’azione tra alte e basse dosi

2) Estrapolazioni• per diverse durate di esposizione: es., studi sub-

acuti o sub-cronici nell’animale, esposizione cronica nell’uomo estrapolare su base giornaliera; introdurre fattori di correzione addizionali (se l’emivita del composto è tale da non dare accumulo in condizioni intermittenti).

• per diverse vie di esposizione; possibile solo se si conoscono le biodisponibilità con le diverse vie.

• Esistono molti ‘tipi’ di livelli accettabili, in dipendenza della durata delle caratteristiche dell’esposizione e della sostanza. I più usati sono:

• Reference Doses (RfDs, dosi di riferimento): possono riferirsi ad esposizioni di diversa durata; esprimono i livelli che si stima non esercitino effetti tossici per l’uomo, nelle specifiche condizioni di esposizione.

• ADI (Acceptable Daily Intake), TDI (Tolerable Daily Intake): livello di assunzione giornaliera durante tutta la vita che sembra esente da rischi apprezzabili allo stato attuale delle conoscenze (definizione WHO).

• Virtually Safe Dose (VSD; usata soprattutto per cancerogeni): dose associata ad un livello di rischio (probabilità) giudicato accettabile (1/106 o 1/105)

The ADI concept is used for food additives, veterinary drug residues and pesticide  residues, which have useful food production purposes.

 JECFA uses the term  "tolerable" for trace contaminants, such as lead  and mercury, which have no useful intended function.  

Use of the term "tolerable“  is intended to signify  permissibility rather than acceptability as is the case  for the ADI. 

Limiti intrinseci dell’uso dei valori NOEL• Il NOEL è, per definizione, un valore testato

sperimentalmente (non può essere estrapolato) il suo valore dipende dal protocollo sperimentale: numero di animali, dosi utilizzate, tipo di risposta osservata (sensibilità). Ad es., gli esperimenti che utilizzano pochi animali danno valori di NOEL più elevati. E’ stato calcolato che ad una dose NOEL può essere associato un rischio pari al 5-20%.

• Una volta identificato il valore NOEL, il resto della curva dose-risposta non viene utilizzato il valore derivato è indipendente dalla variabilità osservata nell’intera curva e non è influenzato dalla forma e pendenza della curva.

• Approcci alternativi: metodo della benchmark dose (dose standard)

• Si ‘fitta’ la curva dose-risposta in base ai dati sperimentali.

• Si estrapola la dose associata ad un effetto in una determinata percentuale di animali (1, 5 o 10%) (o ad un effetto pari al 1, 5 o 10% dell’effetto massimo). Si calcola l’intervallo di confidenza di questa dose.

• Il limite inferiore dell’intervallo di confidenza è la benchmark dose (BMD o BMD-L).

• Questa dose viene poi divisa per un fattore di incertezza (può essere minore rispetto a quello utilizzato con NOAEL).

Rispetto all’approccio NOEL, questo metodo ha i seguenti vantaggi:

si utilizza l’intera curva dose-risposta (la BMD viene estrapolata)

si include una misura della variabilità (sperimentale + biologica)

• Cancerogeni genotossici.• Per questi composti si assume che non esiste in

genere una dose soglia.• L’obiettivo è determinare la dose associata ad un

livello di rischio rietenuto accettabile (in genere aumento del rischio pari a 10-6)

• Gli esperimenti animali sono condotti in un intervallo di dosi generalmente molto più elevato dell’intervallo di dosi a cui è esposta la popolazione umana (non si possono condurre esperimenti con dosi troppo basse perché non si osserverebbe l’effetto).

• Occorre quindi estrapolare la curva dose-risposta alle basse dosi previste nell’uomo, utilizzando dei modelli.

• Modelli statistici o di distribuzione (es. modello Probit)

• Sono modelli che si basano sulle seguenti assunzioni: 1) ogni individuo ha un suo proprio livello di tolleranza ad un agente; 2) nella popolazione, i livelli di tolleranza si distribuiscono secondo una determinata funzione.

• Modelli meccanicistici• Sono modelli concepiti in accordo con i

meccanismi biologici dell’effetto.• Si basano sulle seguenti assunzioni:vi è un numero infinito di molecole bersaglio; si ha un effetto tossico solo dopo che un numero

minimo di molecole bersaglio è stato alterato;una molecola bersaglio critica viene alterata solo

se avviene un numero sufficienti di ‘colpi’; la probabilità di un ‘colpo’ è proporzionale alla

dose anche a basse dosi.

• Con questi modelli, si possono calcolare le “Dosi virtualmente sicure “ (VSD, Virtually Safe Dose). Sono definite come le dosi correlate ad un rischio ritenuto accettabile (10-6 o 10-5: un evento per milione o centomila esposti)[1]

• Il valore di VSD dipende in modo critico dal modello scelto per l’estrapolazione.

• Qual è il livello di rischio accettabile? Percezione ed accettazione del rischio Subpopolazioni sensibili

[1] più esattamente, la VSD rappresenta il limite fiduciale (95%) inferiore di una dose associata ad un livello di rischio accettabile.

VALUTAZIONE DELL’ESPOSIZIONE UMANA

• Stabilire quali vie di esposizione sono rilevanti (per il rischio)

• Quantificazione dell’entità dell’esposizione per ogni singola via

• Calcolo dell’esposizione totale

Definizione delle popolazioni a rischio L’esposizione può essere calcolata per:• tutta la popolazione;• popolazioni specifiche (es. bambini);

• individui altamente esposti (es. persone che vivono vicino alla fonte di inquinamento)

Monitoraggio ambientale, occupazionale ecc. Misurazione dei livelli plasmatici di popolazioni

campione

L’esposizione si può esprimere come dose media giornaliera per la durata della vita (LADD: Lifetime Average Daily Dose).

LADD = concentrazione nel medium (acqua, aria, cibi ecc.) x frequenza del contatto x durata dell’esposizione peso corporeo X durata della vita Per valutare l’esposizione bisogna quindi conoscere: Sorgente della sostanza Tipo, entità e durata del contatto In alcuni casi, una singola esposizione può essere dannosa (ad es. tossicità embrio-fetale); in questi casi si

utilizzano le esposizioni giornaliere invece delle esposizioni medie.

Conoscendo la tossicità e l’entità dell’esposizione si possono calcolare degli indici di sicurezza di una sostanza

MARGINE DI SICUREZZA:

NOAEL (mg/kg/giorno) 1 esposizione (mg/kg/giorno)

Es.: un composto ha un NOAEL = 100 mg/kg/giorno; l’esposizione avviene attraverso l’acqua potabile; l’acqua contiene 1 mg/litro di sostanza; l’assunzione è 2 litri/giorno per una persona di 70 kg, l’esposizione è pari a: 1 mg/litro X 2 litri/giorno 0,03 mg/kg/giorno 70 kg il margine di sicurezza è: 100 mg/kg/giorno 3.333 0,03 mg/kg/giorno Valori del margine di sicurezza elevati sono indice di sicurezza della sostanza, relativamente alle modalità di esposizione previste. Valori del margine di sicurezza inferiori a100 (nella formula del margine di Sicurezza non compaiono fattori di correzione) indicano che è necessaria un’ulteriore valutazione.

1 Notare che nella formula del margine di Sicurezza non compaiono fattori di correzione

• Variabilità interindividuale• La valutazione del rischio non può essere

indirizzata solo alla protezione della popolazione ‘media’.

• Oltre agli individui più esposti occorre riconoscere e proteggere gli individui più suscettibili.

I fattori che influenzano la suscettibilità sono:

1) Endogeni: Caratteri genetici Patologie Età (sviluppo embrio-fetale) Sesso

Caratteri genetici:

Studi ecogenetici: identificano variazioni della sensibilità (predisposizione e resistenza) ereditarie a farmaci (farmacogenetica), pesticidi, additivi ecc.

La variabilità ereditaria è stata dimostrata per tutti i tipi di agenti esterni.

2) Esogeni:• Comportamenti (fumo)• Co-esposizioni (anche farmaci)• Misure di protezione