Ambiente: cosa rende le polveri sottili così pericolose

Infiammazioni, bronchiti, attacchi d'asma, problemi cardiovascolari... - un estratto dell'elenco dei possibili problemi di salute causati da alte concentrazioni di polveri sottili: particelle con un diametro di dieci micrometri o meno - chiamate "PM10" - e particelle ancora più piccole "PM2,5", che entrano nei nostri polmoni attraverso gli scarichi delle auto, i sistemi di riscaldamento, gli impianti industriali e le fonti naturali. Sebbene dagli anni '90 le misure di monitoraggio e di riduzione rigorose abbiano ridotto i livelli di inquinamento anche in Svizzera, il problema permane in molti luoghi, soprattutto nelle città.

Le dimensioni delle particelle, la composizione, le fonti e gli effetti delle polveri sottili non sono facili da determinare. Una cosa è certa: più le particelle sono piccole, più raggiungono in profondità i polmoni umani. Ma quali frazioni sono particolarmente pericolose? E in quali combinazioni e concentrazioni? Per descrivere questo aspetto, alcuni anni fa è stato sviluppato il nuovo criterio del "potenziale ossidativo": un termine che intende descrivere la capacità delle particelle inalate di innescare la formazione dei cosiddetti radicali liberi nell'organismo, che possono in ultima analisi portare all'infiammazione.

Campagna di misurazione in cinque località svizzere

I ricercatori dell'Empa Stuart Grange e Christoph Hüglin del dipartimento "Inquinanti atmosferici/Tecnica ambientale" hanno analizzato in modo più approfondito l'idoneità di questa misura di rischio per la salute in Svizzera, con un'elaborata campagna di misurazione sostenuta dalla francese "Université Grenoble Alpes". Con l'aiuto della Rete nazionale di monitoraggio degli inquinanti atmosferici (NABEL), che l'Empa gestisce insieme all'Ufficio federale dell'ambiente (UFAM), hanno raccolto campioni di particolato nelle categorie PM2,5 e PM10 24 ore su 24 tra giugno 2018 e maggio 2019. Le stazioni di misurazione coprivano l'intera gamma di inquinamento da particolato ed erano situate nelle città, negli agglomerati e nelle aree rurali a sud e a nord delle Alpi.

In totale, gli esperti hanno analizzato circa 900 campioni in laboratorio, utilizzando metodi di prova del potenziale ossidativo che funzionano con diverse sostanze di analisi: acido ascorbico (AA), ditiotreitolo (DTT) e diclorofluoresceina (DFCH). Nel test AA, il consumo di acido ascorbico, un importante antiossidante, consente di trarre conclusioni sulla "tossicità" ossidativa del campione di polveri sottili, ad esempio a causa dei metalli in esso contenuti. Gli altri due metodi funzionano in modo simile, ma utilizzano altre sostanze per il rilevamento. In parole povere, spiega Christoph Hüglin, i tre metodi offrono prospettive diverse su processi biologici simili.

L'apprendimento automatico riduce la complessità

Oltre al potenziale ossidativo, sono stati analizzati numerosi costituenti chimici delle polveri sottili. Ne è risultata una grande quantità di dati su elementi, ioni e sostanze organiche che compongono le polveri sottili in Svizzera. Per identificare le "sostanze sospette" con il maggiore potenziale ossidativo in questa massa di dati, i ricercatori dell'Empa hanno utilizzato metodi di "machine learning". Più precisamente: l'algoritmo "Random Forest", che, metaforicamente parlando, permette di far crescere una foresta di innumerevoli alberi, ognuno dei quali prende decisioni sulle connessioni presenti nei dati - come, in questo caso, gli ingredienti del particolato e il potenziale ossidativo associato. Alla fine, dalle decisioni dell'intera foresta si forma un modello medio.

In questo modo, gli esperti hanno ridotto il numero di ingredienti sospetti a circa una dozzina, che hanno poi analizzato utilizzando metodi di calcolo e modelli convenzionali per rintracciare infine i rischi più importanti per la salute - diversi metalli o addirittura sostanze organiche, che a loro volta forniscono indizi sulla loro origine e sulle loro cause.

I risultati confermano fatti già noti, come il netto divario tra città e campagna per quanto riguarda il particolato e le sue conseguenze sulla salute, nonché l'inquinamento più elevato in inverno che in estate. Certo, con delle eccezioni: I valori del potenziale ossidativo, in relazione al volume dell'aria, sono aumentati in modo particolarmente marcato nel sud della Svizzera durante la stagione fredda, in aree che in quel periodo erano inquinate dal fumo della combustione della legna.

I valori medi più bassi sono stati riscontrati nelle aree rurali, mentre i valori più alti dell'intero periodo sono stati rilevati in una stazione di misurazione urbana e con traffico intenso. Agli incroci trafficati delle città, altre emissioni oltre ai gas di scarico sono fonte di preoccupazione: metalli come rame, zinco e manganese indicano componenti di particolato che possono derivare dall'abrasione di pneumatici o pastiglie dei freni, ad esempio.

In che modo il criterio del potenziale ossidativo possa descrivere esattamente i rischi per la salute è attualmente oggetto di un dibattito controverso tra gli esperti. Dopo tutto, anche le misurazioni e le analisi più precise degli inquinanti atmosferici non rispondono alle domande aperte sui processi infiammatori nel corpo umano. Ma dopo le analisi effettuate con il suo team, il ricercatore dell'Empa Hüglin ipotizza almeno che se ne possano ricavare misure sensate: Sebbene tutte le polveri sottili possano influire sulla salute - ma per quanto riguarda il potenziale ossidativo, i componenti provenienti dal traffico stradale, che non hanno origine dai gas di scarico, e dalla combustione del legno dovrebbero essere oggetto di particolare attenzione nelle misure di protezione della popolazione.

Pericoli dovuti alle polveri sottili

Il particolato può essere descritto come una miscela di particelle solide e anche liquide presenti nell'aria - provenienti da fonti antropogeniche come i motori o i gas di scarico industriali o anche da fonti naturali come i vulcani. Mentre molte particelle entrano nell'aria direttamente attraverso le emissioni (particelle primarie), le particelle secondarie si formano nell'atmosfera solo attraverso reazioni chimiche di composti gassosi. Di particolare importanza per la salute umana sono le polveri sottili respirabili, le cui particelle hanno un diametro aerodinamico inferiore a dieci micrometri. Il particolato comprende anche le cosiddette particelle ultrafini, come quelle prodotte dagli scarichi dei motori diesel, che penetrano in profondità nei polmoni e possono causare gravi danni.

Fonte: Empa