Epidemiologia ambientale e valutazione dell'esposizione

L'epidemiologia ambientale studia le relazioni fra lo stato di salute delle popolazioni e la loro esposizione ad agenti inquinanti presenti nelle diverse matrici ambientali (aria, acqua, suolo). In particolare si occupa delle esposizioni di natura non volontaria, come ad esempio quelle relative agli inquinanti prodotti dalle attività industriali, dai veicoli a motore, dalle attività di gestione dei rifiuti (inceneritori, discariche), ecc.

La valutazione dell'esposizione a fattori di rischio ambientale riveste un ruolo chiave negli studi di epidemiologia ambientale. Per esposizione si intende il contatto tra la superficie esterna del corpo umano ed un agente di rischio (es. sostanza chimica, agente fisico o biologico). L'esposizione può avvenire quindi attraverso diversi percorsi, come ad esempio il contatto dermico, l'inalazione o l'ingestione.

Diverse metodologie sono disponibili per la valutazione dell'esposizione in studi di epidemiologia ambientale (Fig. 1). Tali metodi vengono generalmente classificati in due macro-categorie:

  1. Metodi diretti: tutte quelle metodologie che consentono di misurare direttamente l'esposizione di interesse nei soggetti in studio. Ad esempio, se l'esposizione di interesse riguarda l'inquinamento atmosferico, è possibile misurare le concentrazioni di inquinanti che ciascun soggetto inala nel corso della giornata attraverso appositi strumenti portatili che campionano l'aria in vicinanza dell'ingresso delle vie inalatorie dei soggetti (monitoraggio personale). Parimenti è possibile ricercare nelle urine o nel sangue dei soggetti dei metaboliti chimici che indicano la dose di inquinante assunta dal soggetto (biomarcatori).
    Lo svantaggio dei metodi diretti è rappresentato dagli elevati costi e dalla loro conseguente applicabilità ristretta a piccoli ruppi di individui.

  2. Metodi indiretti: tutte quelle metodologie che consistono nel misurare delle variabili che si ritengono essere correlate con l'esposizione di interesse. Ad esempio, se l'esposizione di interesse riguarda l'inquinamento atmosferico, è possibile assumere che le concentrazioni rilevate dalla più vicina centralina di monitoraggio della qualità dell'aria rappresentino la concentrazione che viene inalata dal soggetto (monitoraggio ambientale). E' possibile misurare la distanza della residenza di un soggetto da una strada ad alto traffico, assumendo una diminuzione lineare delle concentrazioni (modelli di inquinamento). Ancora, è possibile intervistare direttamente il soggetto richiedendo un'autovalutazione dell'esposizione ad inquinamento (questionari/diari).
    Il vantaggio dei metodi indiretti è l'applicabilità a gruppi di popolazione molto vasti e la possibilità di utilizzare dati raccolti in modo routinario per altri scopi (es. dati di qualità dell'aria). Lo svantaggio è che tutte le misure indirette sono rappresentano un'approssimazione della reale esposizione dei soggetti.

 

metodi esposizione

Fig.1 - Schema di classificazione dei principali metodi di valutazione delle esposizioni ambientali
(Fonte: Ranzi & Cordioli, ECOSCIENZA 1/2014).

 

Nel seguito si riportano alcuni esempi di modelli per la valutazione dell'esposizione, utilizzabili in studi di epidemiologia ambientale e nell'ambito di analisi di Valutazione di Impatto Ambientale (VIA) e Valutazione Ambientale Strategica (VAS).

 

Modelli spaziali


Tra i metodi indiretti di valutazione dell'esposizione l'uso dei Sistemi Informativi Geografici (GIS) riveste un ruolo fondamentale.
La Fig.2 e la Fig.3 seguenti rappresentano due esempi di possibili valutazione dell'esposizione condotte in ambiente GIS. Nel primo caso le residenze dei soggetti in studio vengono georeferenziate (ovvero viene ricavata la loro posizione geografica, rappresentata dai punti azzurri in Fig.2 ) e per ciascuna residenza viene valutata la lunghezza totale delle strade ad alto traffico entro una distanza di 100 e 200 metri. Nel secondo caso vengono valutati i quantitativi di inquinanti emessi in atmosfera da diverse attività industriali nei dintorni delle residenze dei soggetti in studio.

 

esposizione GIS a strade

 Fig. 2 - Esempio di valutazione dell'esposizione alle emissioni del traffico veicolare condotta con un modelli spaziali in ambiente GIS (Fonte: elaborazione personale)

 

 espo industriale

  Fig. 2 - Esempio di valutazione dell'esposizione alle emissioni industriali condotta con un modelli spaziali in ambiente GIS. Il grafico sulla sinistra rappresenta l'evoluzione temporale delle emissioni entro una distanza di 500 m per due soggetti arruolati nello studio. (Fonte: elaborazione personale)

 

 Modelli "Land Use Regression" (LUR)

I modelli Land Use Regression (LUR) sono una classe di modelli di largo utilizzo in studi di epidemiologia ambientale relativi agli effetti dell'inquinamento atmosferico. Si tratta di modelli costruiti sulla base di una serie di dati misurati di qualità dell'aria e di dati sulle caratteristiche del territorio nei dintorni dei siti di campionamento.
Brevemente, questi modelli si basano sulla ricostruzione della relazione statistica tra i livelli di concentrazione misurati in diversi punti dello spazio e le caratteristiche del territorio nelle vicinanze (es. presenza di strade, uso del suolo, densità abitativa, emissioni industriali, orografia, ...). Una volta definito il modello di regressione in grado di prevedere i valori di concentrazione atmosferica, note le caratteristiche del territorio, esso può essere utilizzato per stimare i livelli di concentrazione atmosferica in punti del dominio in cui non sono disponibili dati di monitoraggio, ma sono note le variabili che caratterizzano il territorio.
La Fig. 3 rappresenta un esempio di modello LUR per il biossido di azoto (NO2) in un'area urbana, ricavato sulla base di 118 misure di NO2 ottenute con campionatori passivi e sul calcolo delle seguenti variabili che caratterizzano il territorio:

  • Lunghezza delle strade ad alto traffico entro 25 e 300 m
  • Carico di traffico (=lunghezza strade x volume di traffico) entro una distanza di 25 e 50 m
  • Minima distanza da una strada ad alto traffico
  • Superficie del suolo ad uso industriale, residenziale e verde urbano entro una distanza di 2 km
  • Volume totale e altezza media degli edifici entro una distanza di 100 metri

Modello LUR

 Fig.3 - Modello Land Use Regression per il biossido di azoto (NO2) in un'area urbana (Fonte: Cordioli M, Tesi Dottorato, 2015) 

Questi modelli consentono di ricostruire la variabilità spaziale delle concentrazioni di inquinanti in ambienti complessi come quello urbano, a partire da un numero relativamente esiguo di misure ambientali. Oltre che per valutare l'esposizione umana questi modelli potrebbero essere utilizzati anche ai fini delle caratterizzazioni ante-operam di numerose Valutazioni di Impatto ambientale (VIA).

 

Modelli di dispersione atmosferica

I modelli di dispersione atmosferica possono essere utilizzati per valutare l'esposizione all'inquinamento atmosferico generato da specifiche sorgenti di emissione.
Incrociando i dati sulla distribuzione spaziale della popolazione con i dati sulle concentrazioni atmosferiche attese al livello del suolo, è possibile ottenere una stima dell'esposizione inalatoria in una popolazione.

A titolo di esempio, la Fig.4 rappresenta la sovrapposizione della localizzazione delle residenze della popolazione ai livelli di concentrazione massima annua di monossido di carbonio (CO) derivanti dalle emissioni di una sorgente industriale.

Modello atmosferico CO

Fig.4 - Concentrazioni massime annue di monossido di carbonio (CO) derivanti dalle emissioni di uno stabilimento industriale,  e collocazione delle residenze della popolazione locale. (Fonte: elaborazione personale)