La tabella 1 fornisce una panoramica dei tipi di esposizione che ci si può aspettare in ciascuna area delle operazioni di cellulosa e carta. Sebbene le esposizioni possano essere elencate come specifiche per determinati processi di produzione, possono verificarsi anche esposizioni a dipendenti di altre aree a seconda delle condizioni meteorologiche, della vicinanza a fonti di esposizione e del fatto che lavorino in più di un'area di processo (ad esempio, controllo qualità, manodopera generale piscina e personale addetto alla manutenzione).

Tabella 1. Potenziali rischi per la salute e la sicurezza nella produzione di cellulosa e carta, per area di processo

RMP = raffinazione spappolatura meccanica; CMP = spappolamento chimico-meccanico; CTMP = spappolamento chimico-termomeccanico.

È probabile che l'esposizione ai pericoli potenziali elencati nella tabella 1 dipenda dal grado di automazione dell'impianto. Storicamente, la produzione industriale di cellulosa e carta era un processo semiautomatico che richiedeva un grande intervento manuale. In tali strutture, gli operatori si sedevano a pannelli aperti adiacenti ai processi per visualizzare gli effetti delle loro azioni. Le valvole nella parte superiore e inferiore di un digestore discontinuo verrebbero aperte manualmente e, durante le fasi di riempimento, i gas nel digestore verrebbero spostati dai trucioli in arrivo (figura 1). I livelli chimici verrebbero regolati in base all'esperienza piuttosto che al campionamento e le regolazioni del processo dipenderebbero dall'abilità e dalla conoscenza dell'operatore, che a volte portava a problemi. Ad esempio, l'eccessiva clorazione della pasta di legno esporrebbe i lavoratori a valle a maggiori livelli di agenti sbiancanti. Nella maggior parte dei mulini moderni, il passaggio da pompe e valvole controllate manualmente a quelle controllate elettronicamente consente il funzionamento a distanza. La richiesta di controllo del processo entro tolleranze ristrette ha richiesto computer e sofisticate strategie ingegneristiche. Sale di controllo separate vengono utilizzate per isolare le apparecchiature elettroniche dall'ambiente di produzione della cellulosa e della carta. Di conseguenza, gli operatori di solito lavorano in sale di controllo climatizzate che offrono riparo dal rumore, dalle vibrazioni, dalla temperatura, dall'umidità e dalle esposizioni chimiche inerenti alle operazioni di frantumazione. Altri controlli che hanno migliorato l'ambiente di lavoro sono descritti di seguito.

Figura 1. Tappo di apertura del lavoratore sul digestore batch controllato manualmente.

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I rischi per la sicurezza, tra cui punti di presa, superfici di calpestio bagnate, attrezzature in movimento e altezze, sono comuni durante le operazioni di cellulosa e carta. Sono essenziali protezioni intorno ai trasportatori in movimento e alle parti dei macchinari, pulizia rapida delle fuoriuscite, superfici di calpestio che consentano il drenaggio e parapetti sulle passerelle adiacenti alle linee di produzione o in quota. Le procedure di blocco devono essere seguite per la manutenzione dei trasportatori di trucioli, dei rulli delle macchine continue e di tutti gli altri macchinari con parti in movimento. Le apparecchiature mobili utilizzate nello stoccaggio dei trucioli, nelle aree portuali e di spedizione, nei magazzini e in altre operazioni devono essere dotate di protezione antiribaltamento, buona visibilità e avvisatori acustici; le corsie di circolazione per veicoli e pedoni devono essere chiaramente contrassegnate e segnalate.

Anche il rumore e il calore sono pericoli onnipresenti. Il principale controllo ingegneristico sono le cabine per gli operatori, come descritto sopra, solitamente disponibili nelle aree di preparazione del legno, spappolatura, sbiancamento e formatura dei fogli. Sono inoltre disponibili cabine chiuse con aria condizionata per attrezzature mobili utilizzate in cumulo di trucioli e altre operazioni in cantiere. Al di fuori di questi recinti, i lavoratori di solito richiedono una protezione dell'udito. Il lavoro in processi caldi o in aree all'aperto e nelle operazioni di manutenzione delle navi richiede che i lavoratori siano addestrati a riconoscere i sintomi dello stress da calore; in tali aree, l'orario di lavoro dovrebbe consentire l'acclimatazione e periodi di riposo. Il freddo può creare rischi di congelamento nei lavori all'aperto, così come condizioni di nebbia vicino ai cumuli di trucioli, che rimangono caldi.

Il legno, i suoi estratti ei microrganismi associati sono specifici per le operazioni di preparazione del legno e per le fasi iniziali della spappolatura. Il controllo delle esposizioni dipenderà dalla particolare operazione e può includere cabine dell'operatore, recinzione e ventilazione di seghe e nastri trasportatori, nonché stoccaggio chiuso dei trucioli e basso inventario dei trucioli. L'uso di aria compressa per eliminare la polvere di legno crea esposizioni elevate e dovrebbe essere evitato.

Le operazioni di spappolatura chimica presentano l'opportunità di esposizioni a sostanze chimiche di digestione e sottoprodotti gassosi del processo di cottura, inclusi composti di zolfo ridotti (pastatura kraft) e ossidati (pastatura con solfito) e sostanze organiche volatili. La formazione di gas può essere influenzata da una serie di condizioni operative: le specie legnose utilizzate; la quantità di pasta di legno; la quantità e la concentrazione di liquore bianco applicato; la quantità di tempo necessaria per spappolare; e temperatura massima raggiunta. Oltre alle valvole di tappatura automatiche del digestore e alle sale di controllo dell'operatore, altri controlli per queste aree includono la ventilazione di scarico locale nei digestori discontinui e nei serbatoi di soffiaggio, in grado di sfiatare alla velocità con cui i gas della nave vengono rilasciati; depressione nelle caldaie a recupero e solfito-SO₂ torri acide per evitare fughe di gas; involucri completi o parziali ventilati su lavatrici post-digestione; monitor di gas continui con allarmi dove possono verificarsi perdite; e pianificazione e formazione della risposta alle emergenze. Gli operatori che prelevano campioni e conducono test devono essere consapevoli della potenziale esposizione acida e caustica nei processi e nei flussi di rifiuti e della possibilità di reazioni secondarie come il gas di idrogeno solforato (H₂S) produzione se il liscivio nero proveniente dalla polpa di carta kraft viene a contatto con acidi (ad es. nelle fognature).

Nelle aree di recupero chimico, i prodotti chimici di processo acidi e alcalini ei loro sottoprodotti possono essere presenti a temperature superiori a 800°C. Le responsabilità lavorative possono richiedere ai lavoratori di entrare in contatto diretto con queste sostanze chimiche, rendendo necessario l'abbigliamento pesante. Ad esempio, gli operai rastrellano gli schizzi di fusione fusa che si raccolgono alla base delle caldaie, rischiando così ustioni chimiche e termiche. I lavoratori possono essere esposti alla polvere quando il solfato di sodio viene aggiunto al liquor nero concentrato e qualsiasi perdita o apertura rilascerà gas di zolfo ridotto nocivi (e potenzialmente fatali). Il potenziale per un'esplosione di acqua di fusione esiste sempre intorno alla caldaia di recupero. Le perdite d'acqua nelle pareti dei tubi della caldaia hanno provocato diverse esplosioni mortali. Le caldaie a recupero dovrebbero essere spente a qualsiasi indicazione di una perdita e dovrebbero essere attuate procedure speciali per il trasferimento del fuso. Il caricamento della calce e di altri materiali caustici deve essere effettuato con nastri trasportatori, elevatori e contenitori di stoccaggio chiusi e ventilati.

Negli impianti di sbiancamento, gli operatori sul campo possono essere esposti agli agenti sbiancanti, alle sostanze organiche clorurate e ad altri sottoprodotti. Le variabili di processo come la forza chimica dello sbiancamento, il contenuto di lignina, la temperatura e la consistenza della polpa vengono costantemente monitorate, con gli operatori che raccolgono campioni ed eseguono test di laboratorio. A causa dei pericoli di molti degli agenti sbiancanti utilizzati, dovrebbero essere presenti monitor di allarme continuo, dovrebbero essere forniti respiratori di emergenza a tutti i dipendenti e gli operatori dovrebbero essere addestrati nelle procedure di risposta alle emergenze. Gli involucri del baldacchino con ventilazione di scarico dedicata sono controlli tecnici standard che si trovano nella parte superiore di ogni torre di sbiancamento e fase di lavaggio.

Le esposizioni chimiche nella sala macchine di una cartiera o di una cartiera includono il residuo chimico dall'impianto di sbiancamento, gli additivi per la fabbricazione della carta e la miscela chimica nelle acque reflue. Polveri (cellulosa, cariche, rivestimenti) e fumi di scarico di apparecchiature mobili sono presenti nelle operazioni di dry-end e finitura. La pulizia tra un ciclo e l'altro del prodotto può essere effettuata con solventi, acidi e alcali. I controlli in quest'area possono includere la chiusura completa dell'essiccatore per fogli; chiusura ventilata delle aree dove gli additivi vengono scaricati, pesati e miscelati; utilizzo di additivi in ​​forma liquida anziché in polvere; utilizzo di inchiostri e coloranti a base acqua anziché a base solvente; ed eliminando l'uso di aria compressa per ripulire la carta rifilata e di scarto.

La produzione di carta negli impianti di carta riciclata è generalmente più polverosa della produzione di carta convenzionale che utilizza cellulosa di nuova produzione. L'esposizione ai microrganismi può verificarsi dall'inizio (raccolta e separazione della carta) fino alla fine (produzione della carta) della catena di produzione, ma l'esposizione alle sostanze chimiche è meno importante che nella produzione di carta convenzionale.

Le cartiere impiegano un vasto gruppo di manutenzione per la manutenzione delle loro apparecchiature di processo, tra cui carpentieri, elettricisti, meccanici di strumenti, isolatori, macchinisti, muratori, meccanici, carpentieri, pittori, pipefitters, meccanici di refrigerazione, lattonieri e saldatori. Insieme alle loro esposizioni commerciali specifiche (vedi il Lavorazione del metallo ed lavorazione dei metalli ed Occupazioni capitoli), questi operatori possono essere esposti a qualsiasi pericolo correlato al processo. Man mano che le operazioni di cartiera sono diventate più automatizzate e chiuse, le operazioni di manutenzione, pulizia e garanzia della qualità sono diventate le più esposte. Gli arresti degli impianti per la pulizia di recipienti e macchine sono motivo di particolare preoccupazione. A seconda dell'organizzazione dell'acciaieria, queste operazioni possono essere eseguite da personale interno di manutenzione o di produzione, anche se è comune il subappalto a personale esterno all'acciaieria, che può disporre di meno servizi di supporto per la salute e la sicurezza sul lavoro.

Oltre alle esposizioni di processo, le operazioni di produzione di cellulosa e cartiera comportano alcune esposizioni degne di nota per il personale addetto alla manutenzione. Poiché le operazioni di spappolamento, recupero e caldaia comportano un calore elevato, l'amianto è stato ampiamente utilizzato per isolare tubi e recipienti. L'acciaio inossidabile viene spesso utilizzato in recipienti e tubi durante le operazioni di spappolamento, recupero e sbiancamento e, in una certa misura, nella fabbricazione della carta. È noto che la saldatura di questo metallo genera fumi di cromo e nichel. Durante le fermate per manutenzione, possono essere applicati spray a base di cromo per proteggere il pavimento e le pareti delle caldaie a recupero dalla corrosione durante le operazioni di avviamento. Le misurazioni della qualità del processo nella linea di produzione vengono spesso effettuate utilizzando misuratori a infrarossi e radioisotopi. Sebbene gli indicatori siano generalmente ben schermati, i meccanici dello strumento che li servono possono essere esposti alle radiazioni.

Alcune esposizioni speciali possono verificarsi anche tra i dipendenti di altre operazioni di supporto alla cartiera. Gli addetti alle caldaie elettriche gestiscono la corteccia, il legno di scarto e i fanghi del sistema di trattamento degli effluenti. Nei mulini più vecchi, gli operai rimuovono la cenere dal fondo delle caldaie e poi richiudono le caldaie applicando una miscela di amianto e cemento attorno alla griglia della caldaia. Nelle moderne caldaie elettriche, questo processo è automatizzato. Quando il materiale viene immesso nella caldaia a un livello di umidità troppo elevato, i lavoratori possono essere esposti a rimbalzi di prodotti di combustione incompleta. I lavoratori addetti al trattamento dell'acqua possono essere esposti a sostanze chimiche come cloro, idrazina e varie resine. A causa della reattività del ClO₂, il ClO₂ il generatore si trova solitamente in un'area riservata e l'operatore è di stanza in una sala di controllo remoto con escursioni per raccogliere campioni e riparare il filtro salino. Clorato di sodio (un forte ossidante) utilizzato per generare ClO₂ può diventare pericolosamente infiammabile se viene lasciato fuoriuscire su qualsiasi materiale organico o combustibile e quindi asciugarsi. Tutte le fuoriuscite devono essere bagnate prima di procedere a qualsiasi lavoro di manutenzione e tutte le attrezzature devono essere pulite accuratamente in seguito. Gli indumenti bagnati devono essere mantenuti bagnati e separati dagli indumenti da strada, fino al lavaggio.

Di ritorno

L'uso di carta da macero o riciclata come materia prima per la produzione di cellulosa è aumentato negli ultimi decenni e alcune cartiere dipendono quasi completamente dalla carta da macero. In alcuni paesi, la carta straccia viene separata dagli altri rifiuti domestici alla fonte prima di essere raccolta. In altri paesi la separazione per qualità (ad es. cartone ondulato, carta da giornale, carta pregiata, mista) avviene in appositi impianti di riciclaggio.

La carta riciclata può essere riciclata con un processo relativamente blando che utilizza acqua e talvolta NaOH. Piccoli pezzi di metallo e plastica possono essere separati durante e/o dopo la spappolatura, utilizzando una fune per detriti, cicloni o centrifugazione. Gli agenti di riempimento, le colle e le resine vengono rimossi in una fase di pulitura soffiando aria attraverso l'impasto di cellulosa, talvolta con l'aggiunta di agenti flocculanti. La schiuma contiene le sostanze chimiche indesiderate e viene rimossa. La polpa può essere disinchiostrata utilizzando una serie di passaggi di lavaggio che possono includere o meno l'uso di sostanze chimiche (ad esempio, derivati ​​degli acidi grassi tensioattivi) per dissolvere le impurità rimanenti e agenti sbiancanti per sbiancare la pasta. Lo sbiancamento ha lo svantaggio di ridurre la lunghezza delle fibre e quindi di ridurre la qualità finale della carta. Le sostanze chimiche sbiancanti utilizzate nella produzione di pasta riciclata sono generalmente simili a quelle utilizzate nelle operazioni di brillantatura per paste meccaniche. Dopo le operazioni di spappolatura e disinchiostratura, segue la produzione di lastre in modo molto simile a quella che utilizza pasta di fibre vergini.

Di ritorno

La valutazione dell'esposizione sul luogo di lavoro riguarda l'identificazione e la valutazione degli agenti con cui un lavoratore può entrare in contatto e gli indici di esposizione possono essere costruiti per riflettere la quantità di un agente presente nell'ambiente generale o nell'aria inalata, nonché per riflettere la quantità di agente che viene effettivamente inalato, ingerito o altrimenti assorbito (l'assunzione). Altri indici includono la quantità di agente che viene riassorbito (l'assorbimento) e l'esposizione all'organo bersaglio. Dose è un termine farmacologico o tossicologico utilizzato per indicare la quantità di una sostanza somministrata a un soggetto. Il tasso di dose è la quantità somministrata per unità di tempo. La dose di un'esposizione sul luogo di lavoro è difficile da determinare in una situazione pratica, poiché i processi fisici e biologici, come l'inalazione, l'assorbimento e la distribuzione di un agente nel corpo umano, fanno sì che l'esposizione e la dose abbiano relazioni complesse e non lineari. L'incertezza sull'effettivo livello di esposizione agli agenti rende inoltre difficile quantificare le relazioni tra esposizione ed effetti sulla salute.

Per molte esposizioni professionali esiste a finestra temporale durante il quale l'esposizione o la dose è più rilevante per lo sviluppo di un particolare problema o sintomo correlato alla salute. Pertanto, l'esposizione, o dose, biologicamente rilevante sarebbe quella che si verifica durante la finestra temporale pertinente. Si ritiene che alcune esposizioni ad agenti cancerogeni professionali abbiano una finestra temporale di esposizione così rilevante. Il cancro è una malattia con un lungo periodo di latenza, e quindi potrebbe essere che l'esposizione correlata allo sviluppo finale della malattia sia avvenuta molti anni prima che il cancro si manifestasse effettivamente. Questo fenomeno è controintuitivo, poiché ci si sarebbe aspettati che l'esposizione cumulativa nel corso di una vita lavorativa sarebbe stata il parametro rilevante. L'esposizione al momento della manifestazione della malattia può non essere di particolare importanza.

Anche il modello di esposizione - esposizione continua, esposizione intermittente ed esposizione con o senza picchi acuti - può essere rilevante. Tenere conto dei modelli di esposizione è importante sia per gli studi epidemiologici sia per le misurazioni ambientali che possono essere utilizzate per monitorare il rispetto delle norme sanitarie o per il controllo ambientale nell'ambito dei programmi di controllo e prevenzione. Ad esempio, se un effetto sulla salute è causato da esposizioni di picco, tali livelli di picco devono essere monitorabili per poter essere controllati. Il monitoraggio che fornisce dati solo sulle esposizioni medie a lungo termine non è utile in quanto i valori di escursione di picco possono essere mascherati dalla media e certamente non possono essere controllati nel momento in cui si verificano.

L'esposizione o la dose biologicamente rilevante per un determinato endpoint spesso non è nota perché i modelli di assunzione, assorbimento, distribuzione ed eliminazione, oi meccanismi di biotrasformazione, non sono compresi in modo sufficientemente dettagliato. Sia la velocità con cui un agente entra ed esce dal corpo (la cinetica) sia i processi biochimici per la manipolazione della sostanza (biotrasformazione) contribuiranno a determinare le relazioni tra esposizione, dose ed effetto.

Il monitoraggio ambientale è la misurazione e la valutazione degli agenti sul posto di lavoro per valutare l'esposizione ambientale e i relativi rischi per la salute. Il monitoraggio biologico è la misurazione e la valutazione degli agenti sul posto di lavoro o dei loro metaboliti nei tessuti, nelle secrezioni o negli escrementi per valutare l'esposizione e valutare i rischi per la salute. Qualche volta biomarcatori, come gli addotti del DNA, sono usati come misure di esposizione. I biomarcatori possono anche essere indicativi dei meccanismi del processo patologico stesso, ma si tratta di un argomento complesso, trattato più ampiamente nel capitolo Monitoraggio biologico e più avanti nella discussione qui.

Una semplificazione del modello di base nella modellazione esposizione-risposta è la seguente:

esposizione comprensione distribuzione,

eliminazione, trasformazionedose targetfisiopatologiaeffetto

A seconda dell'agente, le relazioni esposizione-assorbimento ed esposizione-assunzione possono essere complesse. Per molti gas si possono fare semplici approssimazioni, basate sulla concentrazione dell'agente nell'aria durante l'arco di una giornata lavorativa e sulla quantità di aria inalata. Per il campionamento della polvere, i modelli di deposizione sono anche correlati alla dimensione delle particelle. Considerazioni sulle dimensioni possono anche portare a una relazione più complessa. Il capitolo Apparato respiratorio fornisce maggiori dettagli sull'aspetto della tossicità respiratoria.

L'esposizione e la valutazione della dose sono elementi della valutazione quantitativa del rischio. I metodi di valutazione del rischio per la salute costituiscono spesso la base su cui vengono stabiliti i limiti di esposizione per i livelli di emissione di agenti tossici nell'aria per gli standard ambientali e professionali. L'analisi del rischio per la salute fornisce una stima della probabilità (rischio) di accadimento di specifici effetti sulla salute o una stima del numero di casi con tali effetti sulla salute. Mediante l'analisi dei rischi per la salute può essere fornita una concentrazione accettabile di una sostanza tossica nell'aria, nell'acqua o negli alimenti, dato an a priori grandezza di rischio accettabile scelta. L'analisi quantitativa del rischio ha trovato un'applicazione nell'epidemiologia del cancro, il che spiega la forte enfasi posta sulla valutazione retrospettiva dell'esposizione. Ma le applicazioni di strategie di valutazione dell'esposizione più elaborate possono essere trovate sia nella valutazione retrospettiva che in quella prospettica dell'esposizione, e i principi di valutazione dell'esposizione hanno trovato applicazione anche in studi incentrati su altri endpoint, come le malattie respiratorie benigne (Wegman et al. 1992; Post et al.1994). In questo momento predominano due direzioni di ricerca. Uno utilizza le stime della dose ottenute dalle informazioni sul monitoraggio dell'esposizione e l'altro si basa sui biomarcatori come misure dell'esposizione.

Monitoraggio dell'esposizione e previsione della dose

Sfortunatamente, per molte esposizioni sono disponibili pochi dati quantitativi per prevedere il rischio per lo sviluppo di un determinato endpoint. Già nel 1924 Haber ipotizzava che la gravità dell'effetto sulla salute (H) fosse proporzionale al prodotto della concentrazione di esposizione (X) e del tempo di esposizione (T):

H=XxP

La legge di Haber, come viene chiamata, ha costituito la base per lo sviluppo del concetto secondo cui le misurazioni dell'esposizione media ponderata nel tempo (TWA), ovvero le misurazioni effettuate e calcolate in media su un certo periodo di tempo, sarebbero state una misura utile per l'esposizione. Questa ipotesi sull'adeguatezza della media ponderata nel tempo è stata messa in discussione per molti anni. Nel 1952, Adams e collaboratori affermarono che "non vi è alcuna base scientifica per l'uso della media ponderata nel tempo per integrare le diverse esposizioni..." (in Atherly 1985). Il problema è che molte relazioni sono più complesse della relazione rappresentata dalla legge di Haber. Esistono molti esempi di agenti in cui l'effetto è determinato più fortemente dalla concentrazione che dalla durata. Ad esempio, prove interessanti provenienti da studi di laboratorio hanno dimostrato che nei ratti esposti al tetracloruro di carbonio, il modello di esposizione (continua contro intermittente e con o senza picchi) così come la dose possono modificare il rischio osservato che i ratti sviluppino alterazioni del livello degli enzimi epatici (Bogers et al. 1987). Un altro esempio sono i bio-aerosol, come l'enzima α-amilasi, un miglioratore dell'impasto, che può causare malattie allergiche nelle persone che lavorano nell'industria della panificazione (Houba et al. 1996). Non è noto se il rischio di sviluppare una tale malattia sia determinato principalmente dal picco di esposizione, dall'esposizione media o dal livello cumulativo di esposizione. (Wong 1987; Checkoway e Rice 1992). Le informazioni sui modelli temporali non sono disponibili per la maggior parte degli agenti, specialmente per gli agenti che hanno effetti cronici.

I primi tentativi di modellare i modelli di esposizione e stimare la dose furono pubblicati negli anni '1960 e '1970 da Roach (1966; 1977). Ha mostrato che la concentrazione di un agente raggiunge un valore di equilibrio al recettore dopo un'esposizione di durata infinita perché l'eliminazione controbilancia l'assorbimento dell'agente. In un'esposizione di otto ore, un valore del 90% di questo livello di equilibrio può essere raggiunto se l'emivita dell'agente sull'organo bersaglio è inferiore a circa due ore e mezza. Questo dimostra che per gli agenti con una breve emivita, la dose all'organo bersaglio è determinata da un'esposizione più breve di un periodo di otto ore. La dose all'organo bersaglio è una funzione del prodotto del tempo di esposizione e della concentrazione per gli agenti con una lunga emivita. Un approccio simile ma più elaborato è stato applicato da Rappaport (1985). Ha dimostrato che la variabilità intra-giornaliera dell'esposizione ha un'influenza limitata quando si ha a che fare con agenti con emivite lunghe. Ha introdotto il termine smorzamento al recettore.

Le informazioni presentate in precedenza sono state utilizzate principalmente per trarre conclusioni sui tempi medi appropriati per le misurazioni dell'esposizione ai fini della conformità. Dai documenti di Roach è risaputo che per gli irritanti devono essere prelevati campioni con tempi di media brevi, mentre per agenti con emivite lunghe, come l'amianto, la media a lungo termine dell'esposizione cumulativa deve essere approssimata. Si dovrebbe tuttavia rendersi conto che la dicotomizzazione in strategie di prelievo di campioni e strategie di esposizione media di otto ore, adottata in molti paesi ai fini della conformità, è una traduzione estremamente rozza dei principi biologici discussi sopra.

Un esempio di miglioramento di una strategia di valutazione dell'esposizione basata sui principi farmacocinetici in epidemiologia può essere trovato in un articolo di Wegman et al. (1992). Hanno applicato un'interessante strategia di valutazione dell'esposizione utilizzando dispositivi di monitoraggio continuo per misurare i livelli di picco dell'esposizione personale alla polvere e correlandoli a sintomi respiratori acuti reversibili che si verificano ogni 15 minuti. Un problema concettuale in questo tipo di studio, ampiamente discusso nel loro articolo, è la definizione di un picco di esposizione rilevante per la salute. La definizione di un picco dipenderà, ancora una volta, da considerazioni biologiche. Rappaport (1991) fornisce due requisiti affinché le esposizioni di picco siano di rilevanza eziologica nel processo patologico: (1) l'agente viene eliminato rapidamente dal corpo e (2) vi è un tasso non lineare di danno biologico durante un'esposizione di picco. I tassi non lineari di danno biologico possono essere correlati a cambiamenti nell'assorbimento, che a loro volta sono correlati a livelli di esposizione, suscettibilità dell'ospite, sinergia con altre esposizioni, coinvolgimento di altri meccanismi patologici a esposizioni più elevate o livelli soglia per i processi patologici.

Questi esempi mostrano anche che gli approcci farmacocinetici possono portare altrove rispetto alle stime della dose. I risultati della modellazione farmacocinetica possono anche essere utilizzati per esplorare la rilevanza biologica degli indici di esposizione esistenti e per progettare nuove strategie di valutazione dell'esposizione rilevanti per la salute.

La modellazione farmacocinetica dell'esposizione può anche generare stime della dose effettiva all'organo bersaglio. Ad esempio nel caso dell'ozono, un gas irritante acuto, sono stati sviluppati modelli che prevedono la concentrazione tissutale nelle vie aeree in funzione della concentrazione media di ozono nello spazio aereo del polmone ad una certa distanza dalla trachea, il raggio di le vie aeree, la velocità media dell'aria, la dispersione effettiva e il flusso di ozono dall'aria alla superficie polmonare (Menzel 1987; Miller e Overton 1989). Tali modelli possono essere utilizzati per prevedere la dose di ozono in una particolare regione delle vie aeree, a seconda delle concentrazioni ambientali di ozono e dei modelli respiratori.

Nella maggior parte dei casi le stime della dose target si basano su informazioni sull'andamento dell'esposizione nel tempo, sulla storia lavorativa e su informazioni farmacocinetiche sull'assorbimento, la distribuzione, l'eliminazione e la trasformazione dell'agente. L'intero processo può essere descritto da un insieme di equazioni che possono essere risolte matematicamente. Spesso le informazioni sui parametri farmacocinetici non sono disponibili per l'uomo e devono essere utilizzate stime dei parametri basate su esperimenti su animali. Ci sono ormai diversi esempi dell'uso della modellazione farmacocinetica dell'esposizione al fine di generare stime di dose. I primi riferimenti alla modellizzazione dei dati di esposizione nelle stime di dose in letteratura risalgono all'articolo di Jahr (1974).

Sebbene le stime di dose generalmente non siano state convalidate e abbiano trovato un'applicazione limitata negli studi epidemiologici, si prevede che la nuova generazione di indici di esposizione o di dose si tradurrà in analisi esposizione-risposta ottimali negli studi epidemiologici (Smith 1985, 1987). Un problema non ancora affrontato nella modellazione farmacocinetica è che esistono grandi differenze interspecie nella cinetica degli agenti tossici, e quindi gli effetti della variazione intra-individuale nei parametri farmacocinetici sono di interesse (Droz 1992).

Biomonitoraggio e biomarcatori di esposizione

Il monitoraggio biologico offre una stima della dose e quindi è spesso considerato superiore al monitoraggio ambientale. Tuttavia, la variabilità intra-individuale degli indici di biomonitoraggio può essere considerevole. Per ricavare una stima accettabile della dose di un lavoratore, è necessario effettuare misurazioni ripetute e talvolta lo sforzo di misurazione può diventare maggiore rispetto al monitoraggio ambientale.

Lo illustra un interessante studio sui lavoratori che producono imbarcazioni in plastica rinforzata con fibra di vetro (Rappaport et al. 1995). La variabilità dell'esposizione allo stirene è stata valutata misurando ripetutamente lo stirene nell'aria. È stato monitorato lo stirene nell'aria espirata dei lavoratori esposti, così come gli scambi di cromatidi fratelli (SCE). Hanno dimostrato che uno studio epidemiologico che utilizza lo stirene nell'aria come misura dell'esposizione sarebbe più efficiente, in termini di numero di misurazioni richieste, rispetto a uno studio che utilizza gli altri indici di esposizione. Per lo stirene in aria sono state necessarie tre ripetizioni per stimare l'esposizione media a lungo termine con una data precisione. Per lo stirene in aria espirata sono state necessarie quattro ripetizioni per lavoratore, mentre per le SCE sono state necessarie 20 ripetizioni. La spiegazione di questa osservazione è il rapporto segnale-rumore, determinato dalla variabilità dell'esposizione giorno per giorno e tra i lavoratori, che era più favorevole per lo stirene nell'aria che per i due biomarcatori dell'esposizione. Pertanto, sebbene la rilevanza biologica di un determinato surrogato dell'esposizione possa essere ottimale, le prestazioni in un'analisi esposizione-risposta possono ancora essere scarse a causa di un rapporto segnale-rumore limitato, che porta a un errore di classificazione errata.

Droz (1991) ha applicato la modellazione farmacocinetica per studiare i vantaggi delle strategie di valutazione dell'esposizione basate sul campionamento dell'aria rispetto alle strategie di biomonitoraggio dipendenti dall'emivita dell'agente. Ha dimostrato che il monitoraggio biologico è fortemente influenzato anche dalla variabilità biologica, che non è correlata alla variabilità del test tossicologico. Ha suggerito che non esiste alcun vantaggio statistico nell'utilizzo di indicatori biologici quando l'emivita dell'agente considerato è inferiore a circa dieci ore.

Sebbene si possa tendere a decidere di misurare l'esposizione ambientale invece di un indicatore biologico di un effetto a causa della variabilità della variabile misurata, si possono trovare argomenti aggiuntivi per la scelta di un biomarcatore, anche quando ciò comporterebbe uno sforzo di misurazione maggiore, come ad esempio quando è presente una notevole esposizione cutanea. Per agenti come i pesticidi e alcuni solventi organici, l'esposizione cutanea può essere di maggiore rilevanza rispetto all'esposizione attraverso l'aria. Un biomarcatore di esposizione includerebbe questa via di esposizione, mentre la misurazione dell'esposizione cutanea è complessa ei risultati non sono facilmente interpretabili (Boleij et al. 1995). I primi studi tra i lavoratori agricoli che utilizzavano "assorbenti" per valutare l'esposizione cutanea hanno mostrato notevoli distribuzioni di pesticidi sulla superficie corporea, a seconda dei compiti del lavoratore. Tuttavia, poiché sono disponibili poche informazioni sull'assorbimento cutaneo, i profili di esposizione non possono ancora essere utilizzati per stimare una dose interna.

I biomarcatori possono anche avere notevoli vantaggi nell'epidemiologia del cancro. Quando un biomarcatore è un marcatore precoce dell'effetto, il suo utilizzo potrebbe comportare una riduzione del periodo di follow-up. Sebbene siano necessari studi di convalida, i biomarcatori di esposizione o suscettibilità individuale potrebbero portare a studi epidemiologici più potenti e stime di rischio più precise.

Analisi della finestra temporale

Parallelamente allo sviluppo della modellazione farmacocinetica, gli epidemiologi hanno esplorato nuovi approcci nella fase di analisi dei dati come "l'analisi del periodo di tempo" per correlare i periodi di esposizione rilevanti agli endpoint e per implementare gli effetti dei modelli temporali nell'esposizione o nelle esposizioni di picco nell'epidemiologia del cancro professionale (Checkoway e Rice 1992). Concettualmente questa tecnica è correlata alla modellazione farmacocinetica poiché la relazione tra esposizione ed esito è ottimizzata assegnando pesi a diversi periodi di esposizione, modelli di esposizione e livelli di esposizione. Nella modellazione farmacocinetica si ritiene che questi pesi abbiano un significato fisiologico e siano stimati in anticipo. Nell'analisi time frame i pesi sono stimati dai dati sulla base di criteri statistici. Esempi di questo approccio sono forniti da Hodgson e Jones (1990), che hanno analizzato la relazione tra esposizione al gas radon e cancro ai polmoni in una coorte di minatori di stagno del Regno Unito, e da Seixas, Robins e Becker (1993), che hanno analizzato la relazione tra polvere esposizione e salute respiratoria in una coorte di minatori di carbone statunitensi. Uno studio molto interessante che sottolinea la rilevanza dell'analisi della finestra temporale è quello di Peto et al. (1982).

Hanno dimostrato che i tassi di mortalità per mesotelioma sembravano essere proporzionali a una certa funzione del tempo dalla prima esposizione e dall'esposizione cumulativa in una coorte di lavoratori dell'isolamento. Il tempo dalla prima esposizione era di particolare rilevanza perché questa variabile era un'approssimazione del tempo necessario a una fibra per migrare dal suo luogo di deposizione nei polmoni alla pleura. Questo esempio mostra come la cinetica di deposizione e migrazione determini in larga misura la funzione di rischio. Un potenziale problema con l'analisi dei tempi è che richiede informazioni dettagliate sui periodi di esposizione e sui livelli di esposizione, il che ne ostacola l'applicazione in molti studi sugli esiti delle malattie croniche.

Osservazioni conclusive

In conclusione, i principi alla base della modellazione farmacocinetica e dell'analisi dei tempi o delle finestre temporali sono ampiamente riconosciuti. Le conoscenze in questo settore sono state principalmente utilizzate per sviluppare strategie di valutazione dell'esposizione. Un uso più elaborato di questi approcci, tuttavia, richiede un notevole sforzo di ricerca e deve essere sviluppato. Il numero di domande è quindi ancora limitato. Applicazioni relativamente semplici, come lo sviluppo di strategie di valutazione dell'esposizione più ottimali dipendenti dall'endpoint, hanno trovato un uso più ampio. Una questione importante nello sviluppo di biomarcatori di esposizione o effetto è la convalida di questi indici. Si presume spesso che un biomarcatore misurabile possa prevedere il rischio per la salute meglio dei metodi tradizionali. Tuttavia, sfortunatamente, pochissimi studi di convalida confermano questa ipotesi.

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