Il seguente documento è stato scritto a partire da brani scelti da fonti varie ed elencate in fondo alla pagina.

Chimica e società

Il ventesimo secolo ha visto la nascita di tre ere, ognuna con profonde implicazioni sociali. Queste ere sono state denominate era nucleare, era elettronica ed era chimica. L'ultima è la più vecchia (cominciò nel 1930 circa), e sebbene il suo impatto sia stato meno eclatante delle altre due, le sue conseguenze hanno permeato la nostra vita di tutti i giorni in modo più completo e profondo. I nostri negozi abituali di generi di drogheria, ferramenta, giardinaggio e farmaceutici hanno una serie impressionante di articoli chimici comunemente utilizzati, come detergenti, adesivi, lubrificanti, tessuti, pesticidi, farmaci, vitamine ed una moltitudine di oggetti realizzati con la plastica. Le applicazioni industriali dei prodotti chimici comprendono esplosivi, liquidi e gas per il trasporto del calore, rivestimenti specifici, ritardanti degli incendi e componenti di plastica con propietà elevate.

A dispetto del nostro diffuso utilizzo dei prodotti chimici, e qualcuno potrebbe dire a causa della nostra fiducia in essi, molte persone temono l'esposizione a questi materiali e manifestano profonde preoccupazioni riguardanti l'uso, la conservazione e lo smaltimento di tali prodotti. Paradossalmente, sentiamo il desiderio di aumentare il consumo di prodotti, di energia e di mobilità personale, in conflitto con la conservazione di un ambiente salutare. Per la verità, la degradazione ambientale, che accompagna le minacce alla salute e le distruzioni degli ecosistemi, non è un fenomeno nuovo. Dalla storia documentata più antica è stato annotato l'impatto umano sull'ambiente attraverso la deforestazione, l'inquinamento atmosferico dovuto al fuoco necessario alla cottura ed al riscaldamento, e dallo smaltimento negligente delle acque di rifiuto e dallo sperpero delle risorse. Oggi, all'aumentare della popolazione globale e alla crescita del consumo di energia e beni, i problemi di inquinamento si sono esacerbati, manifestando effetti secondari non osservati prima.

Si deve sottolineare che le strategie efficaci per la salvaguardia del nostro ambiente richiedono conoscenza e razionalità. Per questo fine, dobbiamo essere capaci di dare risposta alle seguenti domande:

La prima di queste domande richiede l'analisi chimica e, grazie ai progressi nella strumentazione, la nostra abilità a rilevare quantità estremamente piccole di una data sostanza è senza precedenti, conducendoci qualche volta verso preoccupazioni infondate. La risposta alla seconda domanda coinvolge di solito indagini provenienti da collaborazioni tra chimici analisti e biologi, metereologi, vulcanologi, oceanografi e ed altri scienziati. L'elaborazione di scelte, sottolineato nella terza domanda, fa appello al nostro completo bagaglio di conoscenza della chimica, obbligandoci spesso a fare scelte controverse. Per esempio, il tasso mondiale di mortalità dovuto alla malaria fu ridotto drasticamente (di oltre il 95%) negli anni '50 dalla diffusa applicazione dell'insetticida DDT. A causa della sua persistenza chimica nell'ambiente ed alla sua tossicità su certi uccelli e crostacei, l'uso del DDT fu di fatto bandito all'incirca nel 1964. I casi di malaria nel terzo mondo aumentarono immediatamente in modo vertiginoso, raggiungendo oltre i 250 milioni nel 1990. Sono quindi necessarie alternative al DDT che siano a basso costo, efficaci e non dannosi per l'ambiente, ma esse non sono necessariamente facili da reperire. La quarta domanda è rivolta a fisici, tossicologi ed epidemiologi. E' stato accumulato un notevole bagaglio di conoscenze su questo argomento, ma persiste intorno ad esso ancora una considerevole confusione da parte del pubblico.
Le nostre strategie per minimizzare il rischio e proteggere l'ambiente dovrebbero essere basate su soglie di rischio realistiche, e sulla nostra capacità di rilevare specifiche sostanze pericolose ben prima che la loro presenza raggiunga tale soglia. In questo contesto, la rilevazione può essere equiparata alla protezione. Sfortunatamente, il pubblico, i media e gli organismi governativi equiparano tutti troppo spesso la rilevazione al rischio. Questo fatto è fondato sulla credenza largamente consolidata che una sostanza conosciuta come tossica ad una certa concentrazione, lo sarà ad ogni altra concentrazione, indipendentemente da quanto essa sia bassa. Questo non corrisponde a verità, come è di seguito mostrato.

Dovremmo cercare di ridurre il rischio al minimo, ma dobbiamo tener presente che la società non può permettersi di pagare costi eccessivi per eliminarlo del tutto, un obiettivo virtualmente impossibile da raggiungere, indipendentemente dal caso che ci si presenta.


Stima del rischio

Ogni giorno assumiamo alcuni rischi e ne evitiamo altri. Ogni anno, negli Stati Uniti, 250 persone vengono fulminati in incidenti casalinghi dovuti a conduttori di corrente o ad apparecchiature elettriche. Questo rappresenta un rischio di morte di circa 8 x 10-7 per anno (250 diviso per la popolazione degli U.S.A.) o di 6 x10-6 rispetto alla durata media della vita (75 anni). Tuttavia, la maggior parte di noi sceglie di vivere in abitazioni cablate con conduttori di corrente e fa un esteso utilizzo di apparecchiature elettriche. In modo simile, molte persone sarebbero poco propense a vivere a meno di venti miglia (circa 32 km) da un impianto nucleare, eppure accettano (lo richiedono perfino) di sottoporsi ad una dose di radiazione 4.000 volte maggiore proveniente dai raggi X per scopi medici, o di 6.500 volte più elevata proveniente dai raggi cosmici ad altitudini di un miglio ed oltre.

Anche andare al lavoro o a scuola è rischioso. Se passeggiamo, andiamo in bici, guidiamo o utilizziamo i trasporti pubblici, facciamo delle scelte basate sul rischio, la comodità ed i costi. La maggior parte di noi si comporta in un modo semi automatico per bilanciare rischi e vantaggi. Ci aspettiamo che la società minimizzi i rischi a cui sono sottoposti i suoi membri, soggetti a restrizioni di tipo morale ed economico. Per individuare, comprendere e ridurre al minimo i rischi occorre conoscere molti fattori. Alcune di queste conoscenze provengono dalla personale esperienza; molte altre sono acquisite da altri e possono essere rintracciate in servizi pubblicati.


Stima dei rischi di morte per cause banali (valori medi)

Motivo

Rischio annuo

Incertezza

Periodo di 50 anni

Incidente da veicolo a motore (totale)

2,4 x10-4

10%

1 su 100

Incidente da veicolo a motore
(solo pedoni)

4,2 x10-5

10%

1 su 500

Incidente casalingo

1,1 x10-4

5%

1 su 200

Fulminamento

5,3 x10-6

5%

1 su 5.000

Incidente da armi da fuoco

1,0 x10-5

10%

1 su 2.000

Fumo di sigarette (1 pacchetto/giorno)

3,6 x10-3

fattore di 3

1 su 5

Radiazione di fondo
(a livello del mare)

2,0 x10-5

fattore di 3

1 su 1.000

Alcool (bevitore moderato)

2,0 x10-5

fattore di 10

1 su 1.000

Cancro (tutti)

2,8 x10-3

10%

1 su 7

Bere acqua
(limite EPA per il cloroformio)

6 x10-7

fattore di 10

1 su 33.000

Bere acqua
(limite EPA per il tricloroetilene)

2 x10-9

fattore di 10

1 su 107

Impatto di asteroide con la terra

ca. 10-6

ampia

1 su 10.000

I fattori di rischio vengono spesso riportati con un numero che va da 0 a 1 (0 per nessun rischio e 1 per un rischio totale). Questa notazione può essere convertita in "probabilità" calcolandone il reciproco. Quindi, un fattore di rischio di 2 x10-3 corrisponde alla probabilità di 1 su 500 (1/2 x10-3 = 1/0,002 = 500).

Il concetto di rischio e la nozione di incertezza sono strettamente correlati. Il rischio rispetto alla vita media di decesso per cancro è approssimativamente del 22%, ed è alquanto più elevato per quelli che fumano. Tuttavia, persino se un individuo è un forte fumatore, non sappiamo dire con certezza se egli morirà per cancro al polmone. D'altra parte, se quell'individuo è deceduto a causa di un serio incidente automobilistico, il suo rischio di morire per cancro crolla a zero.

Il modo con cui i rischi vengono percepiti è correlato con il modo con cui essi sono calcolati. I rischi basati su dati a lungo termine, come gli incidenti automobilistici, sono comprensibili e generalmente consideri attendibili. L'approccio fondato sul lungo termine per la stima del rischio può essere utilizzato solo quando il pericolo è stato rivelato ed identificato per alcune volte, ed è grande abbastanza per essere osservato. Questo è il caso per molti tipi d'incidenti, così pure come per molti rischi derivanti dalla tecnologia e dalla chimica in generale. D'altro canto, non abbiamo nessuna esperienza sulle collisioni con asteroidi, e qualunque stima di un rischio di morte individuale dovuto ad una tale collisione con il nostro pianeta soffrirà di una grande incertezza. Su un periodo di cinquanta anni, questo rischio è stato stimato uguale a 1 su 100.000, Questa probabilità è molto più grande della probabilità di vincere alla lotteria, dovuto al fatto che un enorme numero di persone morirebbero a causa di una collisione con un asteroide, mentre la lotteria ha soltanto un vincitore.  

Referimenti bibliografici:
R.Wilson and E.Crouch, Science, Aprile 17, 1987. (Questo numero della rivista ha molti articoli sul rischio)
R. Hooke, "How to Tell the Liars from the Statisticians"


Utilizzo dei prodotti chimici

Come con qualunque altro tipo di attrezzo, i prodotti chimici devono essere manipolati correttamente, con appropriate cure e precauzioni. Sebbene i prodotti chimici varino nel pericolo che essi rappresentano, è in linea di massima saggio trattarli come se fossero tutti potenzialmente pericolosi. Tra le caratteristiche di pericolosità individuate nei prodotti chimici, vi sono: esplosività, infiammabilità, corrosività, capacità di irritare (la pelle, ecc.), reattività, tossicità e radioattività. Una delle fonti d'informazioni più utili riguardanti i rischi dei prodotti chimici è il "Material Safety Data Sheet" (MSDS), disponibile su MSDSonline. Costituisce un'esercizio interessante esaminare l'MSDS di prodotti chimici comuni, come l'acido acetico (aceto di vino) ed il naftalene (naftalina).

Di tutte le caratteristiche di pericolosità sottolineate sopra, la tossicità sembra costituire la maggiore preoccupazione nel pensiero delle persone. Contrariamente alla convinzione popolare, il fatto che una sostanza sia tossica non significa che ucciderà sempre le persone o gli animali che si espongano ad essa. Virtualmente, tutte le sostanze sono letali se prese in quantità sufficienti. Come fu notato dal medico svizzero Paracelso, è la dose che fa il veleno! Difatti, 1,5 grammi di triossido di arsenico uccide un uomo di 80 Kg; 2 mg non lo farà. Piccole quantità di vitamina D (circa 10 microgrammi/die) sono necessarie per un buon stato di salute, ma somministrato in maggiori quantità risulta molto più tossico dei composti dell'arsenico.  

La maggior parte dei veleni con cui abbiamo familiarità sono tossine acute, tali da causare la morte immediata a dosi sufficienti. La tossicità relativa di tali sostanze è approssimativamente indicata dal cosiddetto dosaggio LD50, che rappresenta la quantità di una sostanza chimica (adattata in base al peso corporeo) capace di uccidere la metà delle cavie animali appartenenti ad un grande gruppo. Ovviamente, più piccolo è il valore LD50, maggiormente risulta tossica la sostanza. Alcuni esempi di valori LD50 sono forniti dalla tabella 1. Per sostanze altamente tossiche, il valore LD50 è riportato in mg/Kg, come nella tavola 2. E' da notare che LD50 varia notevolmente con la specie animale utilizzata e con il modo di somministrazione della sostanza da esaminare. La maggior parte dei composti della tabella 1 e 2 vengono somministrati per via orale.

Molte persone restano sorprese nell'apprendere che la tossicità di una data sostanza non ha nessuna correlazione con il fatto che sia sintetica (fabbricata) o naturale. Circa due terzi delle sostanze estremamente tossiche nella tabella 2, sono di origine naturale.

Tabella 1     LD50 di alcune sostanze comuni
(su topi o ratti)
Sostanza Animali LD50 (g/Kg)
Acetaminofenone
(analgesico nel Tylenol)
Topi0,34
Acido acetico
(componente dell'aceto di vino)
Ratti3,35
Triossido di arsenicoRatti0,015
AspirinaTopi e ratti1,50
BHA
(additivo antiossidante per alimenti)
Topi2,0
CaffeinaTopi0,13
Alcool etilicoRatti10,3
Ibuprofen
(analgesico nell'Advil)
Ratti1,0
NicotinaTopi0,23
Benzoato di sodio
(conservante per alimenti)
Ratti4,1
Cloruro di sodio
(sale da cucina)
Ratti3,73
Vitamin B1
(idrocloruro di tiamina)
Topi8,2
Vitamina ATopi2,5
Tabella 2    LD50 di alcune sostanze tossiche
(su topi o ratti)
SostanzaLD50 (mg/Kg)
Botulino (tossina A)3x10-8
Ricino
(tossina del seme del ricino)
3x10-6
Tetano (tossina A)3x10-6
Tossina della difterite3x10-4
TCDD
(diossina)
3x10-2
Muscarina
(una tossina da fungo)
0,2
Sarin
(un gas nervino)
0,4
Strichnina0,5
Soman e tabun
(gas nervini)
0,6
Curaro
(tubocuraro)
0,7
Rotenone
(un insetticida naturale)
3,0
Parathion
(un insetticida sintetico)
4,0   (femmina)
13,0   (maschio)
Cianuro di sodio15,0

La tossicità acuta è solo una tra i diversi aspetti della nocività che si dovrebbero prendere in considerazione per la valutazione dei rischi connessi ai contaminanti. Possono esistere altri effetti più sottili e di più vasta portata, come descritto nella tabella 3.

Tabella 3   Metodi di test della tossicità
TestProcedura
Tossicità acuta
(LD50)
Un gruppo di animali è sottoposto a varie dosi ed il numero di decessi è contato a partire dopo un certo tempo (generalmente 24h). Il metodo di somministrazione può variare (ad es. orale, topico, per inalazione, ecc.).
Tossicità cronicaGli animali sono sottoposti ripetutamente a dosi sub-letali. Gli esami patologici vengono effettuatati dopo un certo periodo (ad es. 1 mese, 6 mesi, 1 anno, ecc.). Il metodo di somministrazione dovrebbe riflettere il modo con cui si viene normalmente in contatto con la data sostanza (ad es. per via orale, topica, per inalazione, ecc.).
CancerogenicitàIdentico allo studio di tossicità, ma prestando particolare attenzione ai tumori e a cambiamenti allo stadio iniziale dei tessuti.
MutagenicitàIl test Ames. Vengono studiati microorganismi alterati con manipolazioni genetiche. Si esaminano al microscopio gli effetti che si evidenziano sul DNA cromosomiale.
TeratogenicitàAnimali negli stadi iniziali di gravidanza sono sottoposti a dosi appropriate. Si contano il numero di aborti, difetti dei feti e numero di feti sopravissuti. Vengono condotti esami patologici.

Poiché il cancro è considerato tra i problemi più seri e temuti della salute umana, sviluppandosi generalmente con lentezza dal momento della diagnosi, gli studi Ames sulla mutagenicità condotti sui microorganismi e sui tumori dei roditori forniscono una stima del pericolo di cancerogenicità da parte dei prodotti chimici sugli esseri umani. Confrontando l'esposizione media giornaliera di questi ultimi ad una data sostanza con i risultati dei test sui roditori, l'Ames è capace di riconoscere la potenziale cancerogenicità di vari composti. I risultati di questi studi sono rilevanti. Il caffè tostato contiene più di venti composti cancerogeni, e tre tazze d'infuso di caffè sono potenzialmente 100 volte più pericolose del cloroformio consumato in un giorno bevendo acqua corrente trattata con cloro. E' stato provato che il limonene contenuto in un bicchiere di succo d'arancia è 30 volte più pericoloso dell'acqua corrente. Sorprendentemente, i pesticidi sintetici come il DDT, il lindano e il captano sono risultate tra le sostanze meno pericolose, almeno ai livelli medi di esposizione.
Gli umani variano notevolmente circa la sensibilità mostrata verso sostanze chimiche sintetiche e naturali. Le allergie verso fragole, arachidi e lattice sono abbastanza comuni, e si conoscono sintomatologie simili all'asma per esposizione a plasticizzanti sintetici. Una sindrome più complessa e non meglio definita, conosciuta come sensibilità multipla verso i composti chimici, è soggetta a controversie mediche, sebbene sia molto evidente a quelli che soffrono dei suoi effetti. Una cosa è certa. Se desideriamo evitare l'esposizione alle sostanze chimiche, il pianeta terra non è un buon luogo per viverci.


Referimenti bibliografici:
Chemistry and Society, H. D. Crone
Opportunities in Chemistry, G. Pimental & J. Coonrod
The Consumers Good Chemical Guide, J. Emsley
The Dose Makes the Poison, M. A. Ottoboni
Phantom Risks, K. R. Foster, B. E. Bernstein & P. W. Huber
Toxic Terror, The Truth Behind the Cancer Scares, E. W. Whelan
Why Things Bite Back, The Revenge of Unintended Consequences, E. Tenner