Introduzione

C’è una crescente preoccupazione riguardo all’uso diffuso dei pesticidi e al loro potenziale impatto sulla salute pubblica. I pesticidi differiscono dalle altre sostanze chimiche perché sono sostanze chimiche tossiche deliberatamente diffuse nell’ambiente con lo scopo di controllare le specie viventi indesiderate. Poiché la loro tossicità può non essere completamente specifica per gli organismi bersaglio, il loro uso può rappresentare un rischio per la salute umana. L’avvelenamento da pesticidi rimane un serio problema di salute pubblica in tutto il mondo. Più di 5 miliardi di libbre di pesticidi sono usati annualmente in tutto il mondo, con circa il 25% usato negli Stati Uniti (US Environmental Protection Agency 2001, 2002). L’esposizione ai pesticidi avviene durante la loro applicazione, attraverso il loro drenaggio nelle riserve d’acqua, e attraverso il consumo di cibo. Secondo le stime dell’Organizzazione Mondiale della Sanità, ogni anno si verificano 3 milioni di casi di avvelenamento da pesticidi, con più di 250.000 morti. Questo numero rappresenta anche una frazione sostanziale delle quasi 900.000 persone nel mondo che muoiono per suicidio ogni anno. I pesticidi organofosforici (OP) sono attualmente i pesticidi più comunemente utilizzati nel mondo, costituiti da quasi 40 diversi membri chimici registrati dalla US-EPA (http://www.epa.gov). Circa 73 milioni di libbre di pesticidi OP sono stati usati negli Stati Uniti nel 2001 (70% di tutti gli insetticidi; Kiely et al.,2004).

Le intossicazioni da pesticidi sono relativamente comuni in paesi come Sri Lanka, Venezuela, Indonesia, Sud Africa e Brasile. Tra i numerosi pesticidi che possono provocare la morte, gli insetticidi organofosfati sono gli agenti colpevoli più comuni a causa della loro alta tossicità. Nei paesi in via di sviluppo, in cui l’uso di composti OP è particolarmente diffuso a causa delle condizioni climatiche calde, il numero di morti può essere elevato. C’è una crescente preoccupazione riguardo all’uso diffuso di pesticidi e al loro potenziale impatto sulla salute pubblica. Negli Stati Uniti, una miscela di residui di pesticidi viene rilevata nel sangue e/o nelle urine di quasi tutte le persone campionate (Barr et al., 2005). Durante gli anni ’90 circa 2,5-5,0 milioni di lavoratori agricoli sono stati esposti agli OP, che sono utilizzati come insetticidi in tutto il mondo (Abou-Donia, 2003; Das et al., 2001; Farahat et al., 2010; London et al., 1997). Sebbene l’uso degli OP sia sempre più limitato negli Stati Uniti (EPA, 2002), molti dei pesticidi che non sono più disponibili negli Stati Uniti e in altri paesi sviluppati vengono ancora prodotti e utilizzati in applicazioni agricole o urbane nei paesi in via di sviluppo.

Il meccanismo d’azione dei pesticidi comporta spesso un effetto neurotossico: i composti organofosforici agiscono attraverso l’inibizione della colinesterasi del sistema nervoso centrale (Jeyaratnam e Maroni, 1994; Machemer e Pickel, 1994); i piretroidi colpiscono i canali del sodio della membrana nervosa, mantenendoli aperti per più dei pochi millisecondi necessari alla generazione del potenziale d’azione (He, 1994); i composti organoclorurati in generale agiscono come stimolanti del sistema nervoso centrale, ma il meccanismo d’azione varia per i diversi principi attivi (Tordoir e Van Sittert, 1994); i derivati della morfolina alterano l’equilibrio tra soglia eccitatoria e inibitoria nei neuroni, compromettendo la funzione del sistema nervoso (Barbieri e Ferioli, 1994), mentre le formamidine hanno un’azione agonistica sul recettore della catecolamina alfa-2 (Xue e Loosly,1994).

I pesticidi organofosfati (OP) possono produrre diversi effetti neurotossici distinti a seconda della dose, della frequenza di esposizione, del tipo di OP e di una serie di altri fattori che influenzano la suscettibilità e la sensibilità. Questi effetti includono la tossicità colinergica acuta, un’atassia ritardata nota come neurotossicità ritardata indotta da esteri organofosforici (OPIDN), neurotossicità cronica e neurotossicità dello sviluppo. La sindrome colinergica acuta, dovuta all’inibizione dell’attività dell’ace-tilcolinesterasi, che si verifica entro pochi minuti o ore dall’esposizione, di solito regredisce entro giorni o settimane, e l’attività plasmatica o eritrocitaria dell’acetilcolinesterasi sono usate per monitorare l’esposizione acuta a OP (Lessenger e Reese, 1999); l’esposizione acuta a pesticidi OP può comportare una vasta gamma di sintomi neurologici sia centrali che periferici. L’aumento della prevalenza dei sintomi neurologici può fornire prove precoci di disfunzioni neurologiche, prima che siano evidenti segni clinicamente misurabili.

Rastogi et al (2010) hanno analizzato i dati trasversali sui segni e sintomi neurologici da 225 bambini rurali, sia maschi (n = 132) che femmine (n = 93) che sono stati esposti professionalmente e para-occupazionalmente a metil OPs (diclorvos, fention, malathion, methyl parathion) e ethyl OPs (chlorpyrifos, diazinon, ethyl parathion) in quanto appartenenti a famiglie agricole che maneggiavano, mescolavano e spruzzavano i pesticidi OP. Tra tutti i sintomi neurologici auto-riferiti, mal di testa, lacrimazione agli occhi e sensazione di bruciore agli occhi/al viso sono state le manifestazioni cliniche più importanti attribuite all’esposizione ai pesticidi OP. Questi sintomi potrebbero probabilmente essere la conseguenza degli effetti cronici della maggior parte dei pesticidi sul sistema nervoso centrale. L’alta frequenza di sintomi neurologici osservati nello studio può essere dovuto alla iperattività parasimpatica a causa della ACh accumulato derivante dalla inibizione AChE (Rastogi, 2010).

Sindrome intermedia, che di solito inizia da 24 a 96 ore dopo la sindrome acuta ed è caratterizzata da paresi respiratoria, debolezza, reflessi tendinei depressi e sintomi extrapiramidali transitori, senza risposta al trattamento con l’antagonista del recettore colinergico atropina (Bhatt et al, 1999; Mileson et al., 1998; Senanayake e Johnson, 1982; Shahar e Andraws, 2001); neuropatia ritardata indotta da organofosfati, che è una neuropatia distale simmetrica, che di solito si verifica settimane dopo un’esposizione acuta probabilmente legata all’inibizione dell’enzima neuropatia-target esterasi presente nel sistema nervoso (Aiuto et al., 1993).

L’esposizione a lungo termine a livelli relativamente bassi di agenti OP avviene in una varietà di ambienti. I pesticidi sono spesso applicati in combinazione con diverse classi di composti con interazioni sinergiche. Una delle funzioni neurologiche per le quali è stato ripetutamente ipotizzato un effetto negativo dei pesticidi neurotossici è il comportamento. Il comportamento è il prodotto di varie funzioni sensoriali, motorie e associate del sistema nervoso, e l’ipotesi è che le sostanze neurotossiche possano influenzare negativamente una o più di queste funzioni, interrompere i processi di apprendimento e memoria, o causare effetti dannosi sul comportamento (IPCS/WHO, 2001). Poiché il comportamento è un sistema molto complesso, composto da diverse funzioni e attività biochimiche, può essere studiato solo sulla base di un approccio molto complesso, in cui vengono eseguiti diversi test, rivolti a un ampio spettro di funzioni, in alcuni casi con approcci diversi per diversi sottogruppi di popolazione (Anger et al., 2000; Cassitto et al., 1990; Fiedler et al., 1996; Krasnegor et al., 1995; Wetherell, 1996), e la conclusione può essere tratta solo da una valutazione integrata dei dati disponibili. A causa di questa complessità, non sorprende che diversi approcci siano stati scelti da diversi ricercatori, rendendo i confronti tra diversi studi molto difficili. Tuttavia, la tossicità neurocomportamentale è una questione molto importante per la prevenzione, perché alcuni dei composti che si pensa siano coinvolti sono ampiamente utilizzati in agricoltura, e ampie fasce della popolazione umana sono esposte per motivi professionali e/o ambientali, compresi possibili sottogruppi vulnerabili come i bambini o le donne in gravidanza. (Colosio et al, 2009). Un numero crescente di articoli sono stati e vengono pubblicati sugli effetti neurocomportamentali dei pesticidi. Tuttavia, oltre a ciò che è ben stabilito (ad esempio effetti acuti; polineuropatia ritardata indotta da OP; sindrome intermedia) (Jayawardane et al., 2009; Lotti, 2001; Lotti e Moretto, 2005), rimangono ancora diverse incertezze sui rischi reali per i lavoratori e i consumatori di sviluppare cambiamenti neurocomportamentali dopo esposizioni a lungo termine a basse dosi di pesticidi neurotossici (Colosio et al., 2003; Moser, 2007). I dati sperimentali sugli esiti neurotossicologici negli animali sono abbondanti, ma relativamente pochi sono gli studi che si occupano di esposizioni a lungo termine (per una rassegna si veda Moser, 2007). Infatti, la maggior parte dei rapporti in letteratura riguardano esposizioni ripetute a pesticidi, principalmente OPs, per un periodo breve come cinque giorni e raramente più lungo di tre mesi. Inoltre, un numero ancora più basso di studi ha valutato le prestazioni neurocomportamentali giorni o settimane dopo la fine dell’esposizione.

Nel Brasile meridionale, i lavoratori agricoli coinvolti nella piantagione di tabacco utilizzano una combinazione di OP (clorpirifos e acefato), erbicidi (glifosato e clomazone), regolatori di crescita delle piante (flumetralin), fungicidi (iprodione), e insetticidi (imidacloprid). L’esposizione a OP è nota per indurre sindromi cliniche e alterazioni biochimiche negli esseri umani. Oltre ai sintomi colinergici acuti, che sono legati all’inibizione dell’attività dell’acetilcolinesterasi, l’esposizione acuta o cronica a OP può anche indurre effetti tossici e comportamentali ritardati non chiaramente legati all’inibizione delle esterasi (Brown e Brix, 1998; Jamal, 1997; Mileson et al., 1998; Peter e Cherian, 2000; Sudakin et al., 2000). La maggior parte delle azioni di OP sul sistema nervoso sembrano essere legate all’organofosforilazione di bersagli proteici, come l’acetilcolinesterasi e la neuropatia bersaglio dell’esterasi, o direttamente al legame di OP ai recettori nicotinici (Mileson et al., 1998).

I disturbi neuropsichiatrici cronici indotti da organofosfati (COPIND) sono una sindrome meno ben caratterizzata nell’avvelenamento cronico da OP. La COPIND può essere causata dall’esposizione cronica a basso livello di OP, senza sintomi colinergici (Ray e Richards, 2001). I meccanismi sottostanti non sono stabiliti, ma non dipendono dall’inibizione delle esterasi (Levin et al., 1976). I sintomi clinici più comuni includono compromissione della memoria, della concentrazione e dell’apprendimento; ansia, depressione, sintomi psicotici, affaticamento cronico, neuropatia periferica, disfunzione autonoma e sintomi extrapiramidali come distonia, tremore a riposo, bradikinesia, instabilità posturale e rigidità dei muscoli facciali; e non risposta al trattamento con levodopa. Per quanto riguarda i sintomi psichiatrici, gli effetti neurocomportamentali dell’esposizione ai pesticidi a basso livello non sono stati ampiamente studiati con batterie neuropsicologiche standardizzate e quantitative.

IOP non si accumulano negli organismi viventi e i segni e i sintomi acuti scompaiono quando l’attività AChE ritorna al livello normale. Pertanto, sono considerati relativamente sicuri. Tuttavia, come suggeriscono alcuni dati della letteratura, dopo un’esposizione acuta o prolungata agli OPs possono persistere lievi disturbi neurocomportamentali molto tempo dopo la normalizzazione dell’attività AChE. La possibilità che l’esposizione agli OPs possa indurre tali effetti a lungo termine è oggi un problema di grande preoccupazione per le agenzie di regolamentazione. Rodnitzky et al, (1975) e Durham et al, (1965) nei loro studi epidemiologici trasversali, utilizzando test neurocomportamentali, hanno suggerito che sottili alterazioni del comportamento tra i lavoratori della disinfestazione, gli agricoltori e i lavoratori della produzione sono legati all’esposizione a pesticidi di basso livello o sono effetti persistenti di gravi intossicazioni acute da pesticidi (Metcalf e Holmes, 1969; Burkhart et al, 1978; Korsak e Sato, 1977; Levin et al, 1976; Xintaras et al, 1978; Savage et al, 1983, rivisto da; Johnson e Anger, 1983). Ci sono anche numerosi rapporti e registri di casi che indicano che il 4-9% degli individui con avvelenamento acuto da organofosfati sperimenta effetti neuropsichiatrici ritardati o persistenti, tra cui depressione, debolezza, nervosismo, irritabilità, affaticamento, insonnia, dimenticanza, confusione e reazioni schizoidi e depressive (Gershon e Shaw, 1961). I disturbi comportamentali dovuti all’esposizione ai pesticidi sono stati anche implicati in gravi incidenti tra i lavoratori agricoli (Redhead, 1968; Wood et al, 1971; Smith et al, 1968).

Amr et al. (1997) hanno trovato che, rispetto ai controlli, i soggetti pesantemente esposti ai pesticidi (40 h/settimana, 9 mesi/anno) avevano un aumento significativo della frequenza dei disturbi psichiatrici, soprattutto nevrosi depressive e disturbo distimico (DSM-III-R). Questi risultati hanno lasciato irrisolta la questione della reversibilità dei sintomi psichiatrici dopo un periodo senza pesticidi e la comparsa della sindrome in soggetti non così pesantemente esposti a composti OP. Un altro fattore confondente in questi studi è stata l’esposizione a diversi tipi di pesticidi che ha dimostrato di riprodurre le caratteristiche della malattia di Parkinson (Binukumar et al, 2010). Alcuni dei fattori che hanno dimostrato di influenzare la fattibilità di una valutazione epidemiologica delle anomalie del SNC tra i lavoratori di pesticidi dipendono da: 1) la misura in cui l’esposizione può essere quantificata; 2) la molteplicità delle esposizioni chimiche; 3) la sensibilità e la specificità del test neurocomportamentale; e 4) il tempo necessario per condurre il test. Stephens, et al (1995) hanno studiato la relazione tra gli effetti neuropsicologici cronici (non reversibili) e gli effetti dell’esposizione acuta e hanno esaminato 77 pecorai maschi esposti agli organofosfati. Gli effetti acuti dell’esposizione sono stati valutati prospetticamente utilizzando un questionario sui sintomi costruito ad hoc e somministrato prima e dopo 24 ore dall’esposizione. Le urine sono state analizzate per i livelli di dialchilfosfato per confermare l’esposizione recente. Gli effetti cronici sono stati valutati in uno studio neuropsicologico trasversale in assenza di esposizione recente utilizzando test neuropsicologici computerizzati, il General Health Questionnaire e il Memory Questionnaire soggettivo. Le analisi di correlazione semplice e di regressione lineare multipla sono state utilizzate per valutare le relazioni tra i cambiamenti nella segnalazione dei sintomi totali dal basale a 24 ore dopo l’esposizione e i risultati degli effetti cronici. Non c’era alcuna prova di qualsiasi associazione tra i livelli di sintomi riportati e gli effetti neuropsicologici cronici. Questo suggerisce che gli effetti cronici dell’esposizione a OP sembrano verificarsi indipendentemente dai sintomi che potrebbero seguire immediatamente l’esposizione acuta a OP. Questo ha implicazioni per il controllo dell’esposizione: gli individui possono sperimentare effetti cronici senza il beneficio di precedenti segnali di avvertimento degli effetti tossici durante le esposizioni acute.

Il personale militare di ritorno dalla Guerra del Golfo (GW) ha riportato sintomi che non solo hanno diagnosi utilizzando entità patologiche note, ma anche non sembrano verificarsi in una costellazione prevedibile che può essere classificata come una singola sindrome (Persian Gulf Veterans Coordinating Board, 1995; Institute of Medicine, 1996; Iowa Persian Gulf Study Group, 1997; Proctor et al, 1998; Wolfe et al., 1998). Tuttavia, tra i reclami riportati da un’alta percentuale di diversi campioni di veterani del GW, spiccano i sintomi che suggeriscono una disfunzione del sistema nervoso centrale (SNC). Questi includono perdita di memoria, problemi di concentrazione, mal di testa e stanchezza. Freya Kame et al (2005) hanno analizzato i dati trasversali di 18.782 applicatori di pesticidi privati maschi bianchi con licenza, iscritti all’Agricultural Health Study nel 1993-1997. Gli applicatori hanno fornito informazioni sull’uso di pesticidi nel corso della vita e 23 sintomi neurologici tipicamente associati all’intossicazione da pesticidi. Tra le classi chimiche di insetticidi, le associazioni erano più forti per organofosfati e organoclorine. Le associazioni con l’esposizione cumulativa persistevano dopo aver escluso gli individui che avevano una storia di avvelenamento da pesticidi o avevano sperimentato un evento che comportava un’elevata esposizione personale ai pesticidi. Questi risultati suggeriscono che i sintomi neurologici auto-riferiti sono associati all’esposizione cumulativa a livelli moderati di fumiganti e insetticidi organofosfati e organoclorurati, indipendentemente dall’esposizione recente o dalla storia di avvelenamento.