La citotossicità delle terre di diatomee. Identificazione dei meccanismi patogenetici per una valutazione del rischio in lavoratori esposti

Diatomaceous earth is a fossil flour deriving from deposition of silicon skeleton of photosynthetic unicellular algae,in the deep sea. The presence of these organisms is huge,and diatomaceous earths (or diatomite) deposits are abundant.Diatomite has absorbing and filter properties that make it a fundamental element for a lot of industrial fields.One of these is that of filter agents. CECA/ARKEMA group is a leader in this field,and follows the whole production cycle of diatomaceous earths from extraction to the production of finished product, that can be used as raw material for industries, for example mining and rubber industry and in the production of bitumen. The toxicity of amorphous silica is not yet known, and there are few epidemiological studies in literature. However, these studies didn't evaluate the toxicity of natural diatomaceous earths, but they considered that of the product of a simple or flux calcinations process. During these phases, temperature reaches 1000° C, and allows the formation of a crystalline phase (cristobalite, a kind of crystalline silice, classified as group 1 carcinogen from IARC) on the surface of particles. In the case of flux calcination, the temperature is more homogeneus and there is the formation of a vetrous phase, that hides cristobalite active sites. Sample used for biochemical tests are three different kind of diatomaceous earths, coming from two different deposits. DE/1-C is the product of a simple calcination. DE/1-FC and DE/2-FC come from two different deposits, but they both come from the flux calcination. Cristobalite was used as positive control. The choice of these samples depends on the fact that we wanted to understand the influence of the origin and that of the processing on the toxicity of the samples. We expect that the content in cristobalite, that can also reaches 60%, owing to calcinations process, has a fundamental role in diatomaceous earth toxicity, but we don't know the role played by the vitreous phase coming from the flux calcinations. The tests were used to evaluate the ability of the samples to induce oxidative stress on macrophage cell line (MH-S), and demonstrated that DE/1-C, coming from a simple calcination is cytotoxic, it induces an increased of NO activity and a consequent larger NO production, it also increases reactive oxygen species production and lipid peroxidation. The flux calcined samples, because of the formation of a vitreous phase, didn't induce oxidative stress. These results can be used to lead a risk assessment in exposed workers; once we are sure of the process that confers the toxicity, we could evaluate the real exposition for workers and operate trough the adoption of environmental prevention device or individual protection device. If possible, we can orientate technological choices to prevent exposition. The biochemical tests can be also used as biomarkers to understand prematurely some alteration of exposed workers' state of health.

Le terre di diatomee sono una farina fossile derivante dalla deposizione dello scheletro siliceo di alghe fotosintetiche unicellulari sul fondo marino.La presenza di questi organismi è ingente,e i depositi di terre di diatomee(o diatomite)sono molto ricchi.La diatomite ha proprietà filtratorie e adsorbenti che la rendono elemento fondamentale in moltissimi campi industriali,tra cui quello della produzione di agenti filtranti.La CECA/ARKEMA è un'azienda leader in questo settore,e segue il ciclo di lavorazione delle terre di diatomee,dall'estrazione fino alla produzione del prodotto finito,che diventa materia prima per industrie quali quella della plastica e della gomma,della produzione di pitture,della produzione di bituminosi.La tossicità delle silici amorfe non è ancora nota,e sono pochi gli studi che si sono occupati di valutarla. I pochi studi epidemiologici presenti in letteratura, valutano non tanto la tossicità delle terre di diatomee naturali,quanto il prodotto del processo di calcinazione semplice o a flusso.Durante queste due fasi,si raggiungono temperature fino a 1000°C,che comportano la formazione sulla superficie delle particelle di una fase di cristobalite(silice cristallina classificata dalla IARC come cancerogeno di gruppo 1).Nel caso della calcinazione a flusso, l'agente flussante contribuisce,oltre che a mantenere una temperatura omogenea, anche a formare una fase vetrosa, che maschera i siti attivi della cristobalite.I campioni utilizzati per i test biochimici, sono rappresentati da tre tipi diversi di terre di diatomee provenienti da depositi diversi.Il campione DE/1-C ha subìto un processo di calcinazione semplice.DE/1- FC e DE/2-FC provengono da depositi diversi, ma entrambe hanno subìto un processo di calcinazione a flusso.Il controllo positivo è rappresentato dalla cristobalite.La scelta di questi campioni è stata dettata dalla volontà di comprendere l'influenza dell'origine e della lavorazione subìta sulla tossicità del particolato in esame.Ci si attende che il contenuto in cristobalite, che può raggiungere anche il 60% in seguito al processo di calcinazione, giochi un ruolo fondamentale nella determinazione della tossicità delle terre di diatomee, ma non si conosce l'eventuale effetto sulla tossicità della fase vetrosa formatasi a seguito della calcinazione a flusso. I test biochimici condotti hanno voluto valutare la capacità di queste silici amorfe di indurre stress ossidativo su macrofagi alveolari murini, e hanno dimostrato che il campione trattato per calcinazione semplice è citotossico, induce un aumento dell'attività della NO sintasi e quindi una maggiore produzione di NO, aumenta la produzione di specie reattive dell'ossigeno e il grado di perossidazione lipidica. I due campioni calcinati a flusso, a causa della formazione della fase vetrosa, non hanno indotto stress ossidativo sulle cellule. I risultati ottenuti in vitro possono essere utilizzati per condurre una valutazione del rischio in lavoratori esposti; conoscendo la fase del ciclo produttivo a rischio, si potrà valutare la reale esposizione dei lavoratori interessati, e intervenire attraverso l'adozione di dispositivi di prevenzione ambientale o protezione individuale; ove possibile, si potrà intervenire orientando le scelte tecnologiche nell'ottica della prevenzione dell'esposizione. I test condotti possono essere utilizzati come biomarkers per individuare precocemente eventuali alterazioni dello stato di salute dei lavoratori esposti.