Gunnar Nordberg
Esistono tre gruppi principali di composti dell'arsenico (As):
- composti inorganici dell'arsenico
- composti organici dell'arsenico
- gas di arsina e arsina sostituita.
Evento e usi
L'arsenico si trova ampiamente in natura e più abbondantemente nei minerali di solfuro. L'arsenopirite (FeAsS) è la più abbondante.
Arsenico elementare
L'arsenico elementare è utilizzato nelle leghe per aumentarne la durezza e la resistenza al calore (ad esempio, leghe con piombo nella produzione di pallini e griglie per batterie). Viene anche utilizzato nella fabbricazione di alcuni tipi di vetro, come componente di dispositivi elettrici e come agente drogante nei prodotti allo stato solido di germanio e silicio.
Composti inorganici trivalenti
Tricloruro di arsenico (Ascl3) è utilizzato nell'industria della ceramica e nella produzione di arsenicali contenenti cloro. Triossido di arsenico (Come2O3), o arsenico bianco, è utile nella purificazione del gas di sintesi e come materia prima per tutti i composti dell'arsenico. È anche un conservante per pelli e legno, un mordente tessile, un reagente nella flottazione minerale e un agente decolorante e affinante nella lavorazione del vetro. Arsenito di calcio (Ca(Come2H2O4)) e acetoarsenito rameico (solitamente considerato Cu(COOCH3)2 3CU (ASO2)2) sono insetticidi. L'acetoarsenito rameico viene utilizzato anche per dipingere navi e sottomarini. Arsenito di sodio (NaAsO2) è impiegato come erbicida, inibitore di corrosione e come agente essiccante nell'industria tessile. Trisolfuro di arsenico è un componente del vetro a trasmissione infrarossa e un agente depilante nell'industria conciaria. Viene anche utilizzato nella produzione di articoli pirotecnici e semiconduttori.
Composti inorganici pentavalenti
Acido arsenico (H3comeO4·½H2O) si trova nella fabbricazione di arseniati, nella lavorazione del vetro e nei processi di trattamento del legno. Pentossido di arsenico (Come2O5), un erbicida e un preservante del legno, è utilizzato anche nella fabbricazione del vetro colorato.
Arseniato di calcio (Circa3(AsO4)2) è usato come insetticida.
Composti organici dell'arsenico
acido cacodilico ((C3)2AsOOH) è usato come erbicida e defogliante. acido arsanilico (NH2C6H4AsO(OH)2) trova impiego come esca per cavallette e come additivo nei mangimi per animali. I composti organici dell'arsenico negli organismi marini sono presenti in concentrazioni corrispondenti a una concentrazione di arsenico compresa tra 1 e 100 mg/kg in organismi marini come gamberi e pesci. Tale arsenico è principalmente costituito da arsenobetaina ed arsenocolina, composti organici di arsenico a bassa tossicità.
Gas di arsina e le arsine sostituite. Il gas arsina viene utilizzato nelle sintesi organiche e nella lavorazione di componenti elettronici a stato solido. Il gas di arsina può anche essere generato inavvertitamente nei processi industriali quando si forma idrogeno nascente ed è presente l'arsenico.
Le arsine sostituite sono composti arsenicali organici trivalenti che, a seconda del numero di gruppi alchilici o fenilici che hanno attaccato al nucleo dell'arsenico, sono noti come arsine mono-, di- o tri-sostituite. Dicloroetirsina (C2H5ASCL2), o etildicloroarsina, è un liquido incolore con un odore irritante. Questo composto, come il seguente, è stato sviluppato come potenziale agente di guerra chimica.
Dicloro(2-clorovinil-)arsina (ClCH:CHAsCl2), o clorovinildicloroarsina (lewisite), è un liquido verde oliva con un odore simile al germanio. È stato sviluppato come potenziale agente bellico ma mai utilizzato. L'agente dimercaprol o British anti-lewisite (BAL) è stato sviluppato come antidoto.
Dimetil-arsina (CH3)2Ash, o idruro di cacodile ed trimetilarsina (CH3)3Come), o trimetilarsenico, sono entrambi liquidi incolori. Questi due composti possono essere prodotti dopo la trasformazione metabolica dei composti dell'arsenico da parte di batteri e funghi.
Pericoli
Composti inorganici dell'arsenico
Aspetti generali della tossicità. Sebbene sia possibile che quantità molto piccole di alcuni composti dell'arsenico possano avere effetti benefici, come indicato da alcuni studi sugli animali, i composti dell'arsenico, in particolare quelli inorganici, sono altrimenti considerati veleni molto potenti. La tossicità acuta varia ampiamente tra i composti, a seconda del loro stato di valenza e della solubilità nei mezzi biologici. I composti trivalenti solubili sono i più tossici. L'assorbimento dei composti inorganici dell'arsenico dal tratto gastrointestinale è quasi completo, ma l'assorbimento può essere ritardato per le forme meno solubili come il triossido di arsenico in forma di particelle. Anche l'assorbimento dopo l'inalazione è quasi completo, poiché anche il materiale meno solubile depositato sulla mucosa respiratoria, sarà trasferito nel tratto gastrointestinale e successivamente assorbito.
L'esposizione professionale a composti inorganici dell'arsenico attraverso inalazione, ingestione o contatto con la pelle con successivo assorbimento può verificarsi nell'industria. Se l'esposizione è eccessiva, possono verificarsi effetti acuti al punto di ingresso. La dermatite può manifestarsi come sintomo acuto ma è più spesso il risultato di tossicità da esposizione a lungo termine, talvolta successiva a sensibilizzazione (vedere la sezione “Esposizione a lungo termine (avvelenamento cronico)”).
Avvelenamento acuto
L'esposizione a dosi elevate di composti inorganici dell'arsenico mediante una combinazione di inalazione e ingestione può verificarsi a seguito di incidenti nelle industrie in cui vengono maneggiate grandi quantità di arsenico (ad es. triossido di arsenico). A seconda della dose, possono svilupparsi vari sintomi e, quando le dosi sono eccessive, possono verificarsi casi fatali. Sintomi di congiuntivite, bronchite e dispnea, seguiti da disturbi gastrointestinali con vomito, e successivamente coinvolgimento cardiaco con shock irreversibile, possono manifestarsi nel corso di ore. È stato segnalato che l'arsenico nel sangue era superiore a 3 mg/l in un caso con esito fatale.
Con l'esposizione a dosi subletali di composti irritanti dell'arsenico nell'aria (ad es. triossido di arsenico), possono verificarsi sintomi correlati a danni acuti alle membrane mucose dell'apparato respiratorio e sintomi acuti dalla pelle esposta. In questi casi si verificano gravi irritazioni delle mucose nasali, della laringe e dei bronchi, nonché congiuntivite e dermatite. La perforazione del setto nasale può essere osservata in alcuni individui solo dopo alcune settimane dall'esposizione. Si ritiene che una certa tolleranza contro l'avvelenamento acuto si sviluppi in caso di esposizione ripetuta. Questo fenomeno, tuttavia, non è ben documentato nella letteratura scientifica.
In letteratura sono stati descritti effetti dovuti all'ingestione accidentale di arsenici inorganici, principalmente triossido di arsenico. Tuttavia, tali incidenti sono rari oggi nell'industria. I casi di avvelenamento sono caratterizzati da un profondo danno gastrointestinale, con conseguente grave vomito e diarrea, che possono provocare shock e successiva oliguria e albuminuria. Altri sintomi acuti sono edema facciale, crampi muscolari e anomalie cardiache. I sintomi possono manifestarsi entro pochi minuti dall'esposizione al veleno in soluzione, ma possono essere ritardati di diverse ore se il composto di arsenico è in forma solida o se viene assunto con un pasto. Quando ingerito come particolato, la tossicità dipende anche dalla solubilità e dalla dimensione delle particelle del composto ingerito. È stato riportato che la dose letale di triossido di arsenico ingerito varia da 70 a 180 mg. La morte può verificarsi entro 24 ore, ma il normale corso va da 3 a 7 giorni. L'intossicazione acuta da composti dell'arsenico è solitamente accompagnata da anemia e leucopenia, in particolare granulocitopenia. Nei sopravvissuti questi effetti sono generalmente reversibili entro 2 o 3 settimane. L'ingrossamento reversibile del fegato si osserva anche nell'avvelenamento acuto, ma i test di funzionalità epatica e gli enzimi epatici sono generalmente normali.
Negli individui che sopravvivono all'avvelenamento acuto, i disturbi nervosi periferici si sviluppano frequentemente poche settimane dopo l'ingestione.
Esposizione a lungo termine (avvelenamento cronico)
Aspetti generali. L'avvelenamento cronico da arsenico può verificarsi in lavoratori esposti per lungo tempo a concentrazioni eccessive di composti di arsenico presenti nell'aria. Gli effetti locali sulle membrane mucose delle vie respiratorie e sulla pelle sono caratteristiche importanti. Può verificarsi anche il coinvolgimento del sistema nervoso e circolatorio e del fegato, così come il cancro delle vie respiratorie.
Con l'esposizione a lungo termine all'arsenico attraverso l'ingestione di cibo, acqua potabile o farmaci, i sintomi sono in parte diversi da quelli dopo l'esposizione per inalazione. Vaghi sintomi addominali - diarrea o costipazione, arrossamento della pelle, pigmentazione e ipercheratosi - dominano il quadro clinico. Inoltre, potrebbe esserci un coinvolgimento vascolare, riferito in un'area che ha dato origine a cancrena periferica.
L'anemia e la leucocitopenia si verificano spesso nell'avvelenamento cronico da arsenico. Il coinvolgimento del fegato è stato osservato più comunemente nelle persone esposte per lungo tempo per ingestione orale che in quelle esposte per inalazione, in particolare nei lavoratori del vigneto che si ritiene siano stati esposti principalmente attraverso il consumo di vino contaminato. Il cancro della pelle si verifica con frequenza eccessiva in questo tipo di avvelenamento.
Disturbi vascolari. L'esposizione orale a lungo termine all'arsenico inorganico attraverso l'acqua potabile può dar luogo a disturbi vascolari periferici con fenomeno di Raynaud. In una zona di Taiwan, in Cina, si è verificata la cancrena periferica (la cosiddetta malattia dei piedi neri). Tali gravi manifestazioni di coinvolgimento vascolare periferico non sono state osservate in persone professionalmente esposte, ma sono state riscontrate lievi alterazioni con il fenomeno di Raynaud e una maggiore prevalenza di bassa pressione arteriosa periferica al raffreddamento in lavoratori esposti per lungo tempo ad arsenico inorganico aereo (dosi di l'arsenico assorbito è riportato di seguito.
Disturbi dermatologici. Le lesioni cutanee da arsenico differiscono leggermente, a seconda del tipo di esposizione. Si verificano sintomi eczematoidi di vari gradi di gravità. In caso di esposizione professionale ad arsenico prevalentemente aereo, possono verificarsi lesioni cutanee dovute a irritazione locale. Possono verificarsi due tipi di disturbi dermatologici:
- un tipo eczematoso con eritema (arrossamento), gonfiore e papule o vescicole
- un tipo follicolare con eritema e tumefazione follicolare o pustole follicolari.
La dermatite si localizza principalmente nelle zone maggiormente esposte, come il viso, la parte posteriore del collo, gli avambracci, i polsi e le mani. Tuttavia, può verificarsi anche sullo scroto, sulle superfici interne delle cosce, sulla parte superiore del torace e sulla schiena, sulla parte inferiore delle gambe e intorno alle caviglie. L'iperpigmentazione e le cheratosi non sono caratteristiche prominenti di questo tipo di lesioni da arsenico. I patch test hanno dimostrato che la dermatite è dovuta all'arsenico, non alle impurità presenti nel triossido di arsenico grezzo. A questo tipo di reazione iniziale possono seguire lesioni dermiche croniche, a seconda della concentrazione e della durata dell'esposizione. Queste lesioni croniche possono verificarsi dopo molti anni di esposizione professionale o ambientale. Ipercheratosi, verruche e melanosi della pelle sono i segni evidenti.
La melanosi è più comunemente osservata sulle palpebre superiori e inferiori, intorno alle tempie, sul collo, sulle areole dei capezzoli e nelle pieghe delle ascelle. Nei casi più gravi si osserva arsenomelanosi su addome, torace, schiena e scroto, insieme a ipercheratosi e verruche. Nell'avvelenamento cronico da arsenico si verifica anche depigmentazione (cioè leucoderma), specialmente nelle aree pigmentate, comunemente chiamata pigmentazione "a goccia di pioggia". Queste lesioni cutanee croniche, in particolare le ipercheratosi, possono evolvere in lesioni precancerose e cancerose. Una striatura trasversale delle unghie (le cosiddette linee di Mees) si verifica anche nell'avvelenamento da arsenico cronico. Va notato che le lesioni cutanee croniche possono svilupparsi molto tempo dopo la cessazione dell'esposizione, quando le concentrazioni di arsenico nella pelle sono tornate alla normalità.
Le lesioni della membrana mucosa nell'esposizione cronica all'arsenico sono più classicamente riportate come perforazione del setto nasale dopo l'esposizione per inalazione. Questa lesione è il risultato dell'irritazione delle mucose del naso. Tale irritazione si estende anche alla laringe, alla trachea e ai bronchi. Sia nell'esposizione per inalazione che nell'avvelenamento causato da ingestione ripetuta, la dermatite del viso e delle palpebre talvolta si estende alla cheratocongiuntivite.
Neuropatia periferica. Disturbi nervosi periferici si riscontrano frequentemente nei sopravvissuti all'avvelenamento acuto. Di solito iniziano entro poche settimane dall'avvelenamento acuto e il recupero è lento. La neuropatia è caratterizzata sia da disfunzione motoria che da parestesia, ma in casi meno gravi può verificarsi solo neuropatia sensitiva unilaterale. Spesso gli arti inferiori sono più colpiti di quelli superiori. Nei soggetti che si stanno riprendendo dall'avvelenamento da arsenico, possono svilupparsi le linee di Mees delle unghie. L'esame istologico ha rivelato la degenerazione walleriana, specialmente negli assoni più lunghi. La neuropatia periferica può verificarsi anche nell'esposizione all'arsenico industriale, nella maggior parte dei casi in una forma subclinica che può essere rilevata solo con metodi neurofisiologici. In un gruppo di lavoratori di fonderia con esposizione a lungo termine corrispondente a un assorbimento totale cumulativo medio di circa 5 g (assorbimento massimo di 20 g), c'era una correlazione negativa tra l'assorbimento cumulativo di arsenico e la velocità di conduzione nervosa. C'erano anche alcune manifestazioni cliniche leggere di coinvolgimento vascolare periferico in questi lavoratori (vedi sopra). Nei bambini esposti all'arsenico è stata segnalata perdita dell'udito.
Effetti cancerogeni. I composti inorganici dell'arsenico sono classificati dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) come cancerogeni per i polmoni e per la pelle. Ci sono anche alcune prove che suggeriscono che le persone esposte a composti inorganici dell'arsenico soffrano di una maggiore incidenza di angiosarcoma del fegato e possibilmente di cancro allo stomaco. Il cancro delle vie respiratorie è stato segnalato con eccessiva frequenza tra i lavoratori impegnati nella produzione di insetticidi contenenti arseniato di piombo e arseniato di calcio, nei viticoltori che irrorano insetticidi contenenti composti inorganici di rame e arsenico e nei lavoratori delle fonderie esposti a composti inorganici di arsenico e una serie di altri metalli. Il tempo di latenza tra l'inizio dell'esposizione e la comparsa del cancro è lungo, di solito tra i 15 ei 30 anni. Un'azione sinergica del fumo di tabacco è stata dimostrata per il cancro del polmone.
L'esposizione a lungo termine all'arsenico inorganico attraverso l'acqua potabile è stata associata a un'aumentata incidenza di cancro della pelle a Taiwan e in Cile. È stato dimostrato che questo aumento è correlato alla concentrazione nell'acqua potabile.
Effetti teratogeni. Alte dosi di composti di arsenico inorganico trivalente possono causare malformazioni nei criceti se iniettate per via endovenosa. Per quanto riguarda gli esseri umani non ci sono prove certe che i composti dell'arsenico causino malformazioni in condizioni industriali. Alcune prove, tuttavia, suggeriscono un tale effetto nei lavoratori in un ambiente di fusione che sono stati esposti contemporaneamente anche a una serie di altri metalli e altri composti.
Composti organici dell'arsenico
Anche gli arsenali organici usati come pesticidi o come farmaci possono dar luogo a tossicità, sebbene tali effetti avversi siano documentati in modo incompleto negli esseri umani.
Sono stati segnalati effetti tossici sul sistema nervoso in animali da esperimento in seguito all'alimentazione con alte dosi di acido arsanilico, che è comunemente usato come additivo per mangimi nel pollame e nei suini.
I composti organici dell'arsenico presenti negli alimenti di origine marina, come gamberi, granchi e pesce, sono costituiti da arsinocolina e arsinobetaina. È risaputo che le quantità di arsenico organico presenti nel pesce e nei crostacei possono essere consumate senza effetti negativi. Questi composti vengono rapidamente escreti, principalmente attraverso l'urina.
Gas di arsina e le arsine sostituite. Sono stati registrati molti casi di avvelenamento acuto da arsina e vi è un alto tasso di mortalità. L'arsina è uno dei più potenti agenti emolitici presenti nell'industria. La sua attività emolitica è dovuta alla sua capacità di provocare una diminuzione del contenuto di glutatione ridotto negli eritrociti.
Segni e sintomi di avvelenamento da arsina includono l'emolisi, che si sviluppa dopo un periodo di latenza che dipende dall'intensità dell'esposizione. L'inalazione di 250 ppm di gas arsina è letale all'istante. L'esposizione a 25-50 ppm per 30 minuti è letale e 10 ppm possono essere letali dopo esposizioni più lunghe. I segni ei sintomi dell'avvelenamento sono quelli caratteristici di un'emolisi acuta e massiva. Inizialmente c'è un'emoglobinuria indolore, disturbi gastrointestinali come nausea e possibilmente vomito. Ci possono anche essere crampi addominali e tenerezza. Successivamente si verifica ittero accompagnato da anuria e oliguria. Può essere presente evidenza di depressione midollare. Dopo un'esposizione acuta e grave, può svilupparsi una neuropatia periferica che può essere ancora presente diversi mesi dopo l'avvelenamento. Poco si sa sull'esposizione ripetuta o cronica all'arsina, ma poiché il gas arsina viene metabolizzato in arsenico inorganico nel corpo, si può presumere che vi sia un rischio di sintomi simili a quelli dell'esposizione a lungo termine ai composti inorganici dell'arsenico.
La diagnosi differenziale deve tener conto delle anemie emolitiche acute, che potrebbero essere causate da altri agenti chimici come stibina o farmaci, e delle anemie immunoemolitiche secondarie.
Le arsine sostituite non danno luogo ad emolisi come effetto principale, ma agiscono come potenti irritanti locali e polmonari e veleni sistemici. L'effetto locale sulla pelle dà origine a bolle nettamente circoscritte nel caso di dicloro(2-clorovinil-)arsina (lewisite). Il vapore induce una marcata tosse spasmodica con espettorato raggrinzito o macchiato di sangue, che progredisce fino all'edema polmonare acuto. Il dimercaprolo (BAL) è un efficace antidoto se somministrato nelle prime fasi dell'avvelenamento.
Misure di sicurezza e salute
Il tipo più comune di esposizione professionale all'arsenico è ai composti inorganici dell'arsenico e queste misure di sicurezza e salute sono principalmente correlate a tali esposizioni. Quando esiste il rischio di esposizione al gas di arsina, è necessario prestare particolare attenzione alle perdite accidentali, poiché i picchi di esposizione per brevi intervalli possono destare particolare preoccupazione.
Il miglior mezzo di prevenzione è mantenere l'esposizione ben al di sotto dei limiti di esposizione accettati. Un programma di misurazione delle concentrazioni atmosferiche di arsenico è quindi importante. Oltre all'esposizione per inalazione, deve essere osservata l'esposizione orale attraverso indumenti, mani, tabacco e così via contaminati e il monitoraggio biologico dell'arsenico inorganico nelle urine può essere utile per la valutazione delle dosi assorbite. I lavoratori devono essere dotati di indumenti protettivi adeguati, stivali protettivi e, quando vi è il rischio che il limite di esposizione all'arsenico aerodisperso venga superato, dispositivi di protezione delle vie respiratorie. Gli armadietti dovrebbero essere dotati di compartimenti separati per il lavoro e gli indumenti personali e dovrebbero essere messi a disposizione servizi igienici adiacenti di alto livello. Non dovrebbe essere consentito fumare, mangiare e bere sul posto di lavoro. Devono essere effettuate visite mediche prima dell'assunzione. Si sconsiglia l'impiego di persone con diabete preesistente, malattie cardiovascolari, anemia, allergie o altre malattie della pelle, lesioni neurologiche, epatiche o renali, nel lavoro con l'arsenico. Gli esami medici periodici di tutti i dipendenti esposti all'arsenico devono essere eseguiti con particolare attenzione ai possibili sintomi correlati all'arsenico.
La determinazione del livello di arsenico inorganico e dei suoi metaboliti nelle urine consente di stimare la dose totale di arsenico inorganico assorbita dalle varie vie di esposizione. Questo metodo è utile solo quando l'arsenico inorganico ei suoi metaboliti possono essere misurati in modo specifico. L'arsenico totale nelle urine può spesso fornire informazioni errate sull'esposizione industriale, poiché anche un singolo pasto di pesce o altri organismi marini (contenenti quantità considerevoli di composto di arsenico organico non tossico) può causare concentrazioni di arsenico urinario notevolmente elevate per diversi giorni.
Trattamento
Avvelenamento da gas di arsina. Quando vi è motivo di ritenere che vi sia stata una considerevole esposizione al gas di arsina, o all'osservazione dei primi sintomi (ad es. emoglobinuria e dolore addominale), è necessario allontanare immediatamente l'individuo dall'ambiente contaminato e consultare immediatamente un medico. Il trattamento raccomandato, in caso di evidenza di funzionalità renale compromessa, consiste in trasfusioni di sangue di sostituzione totale associate a dialisi artificiale prolungata. La diuresi forzata si è dimostrata utile in alcuni casi, mentre, a parere della maggior parte degli autori, il trattamento con BAL o altri agenti chelanti sembra avere solo un effetto limitato.
L'esposizione alle arsine sostituite dovrebbe essere trattata allo stesso modo dell'avvelenamento da arsenico inorganico (vedi sotto).
Avvelenamento da arsenico inorganico. Se c'è stata un'esposizione a dosi che si può stimare provochino un intossicazione acuta, o se nel corso di esposizioni prolungate si manifestano gravi sintomi a carico dell'apparato respiratorio, della pelle o del tratto gastrointestinale, il lavoratore deve essere immediatamente allontanato dal esposizione e trattato con un agente complessante.
L'agente classico che è stato utilizzato più ampiamente in tali situazioni è il 2,3-dimercapto-1-propanolo o l'anti-lewisite britannico (BAL, dimercaprol). La somministrazione tempestiva in questi casi è vitale: per ottenere il massimo beneficio tale trattamento dovrebbe essere somministrato entro 4 ore dall'avvelenamento. Altri prodotti farmaceutici che possono essere utilizzati sono il 2,3-dimercaptopropansolfonato di sodio (DMPS o unithiol) o l'acido meso-2,3-dimercaptosuccinico (DMSA). Questi farmaci hanno meno probabilità di dare effetti collaterali e si ritiene che siano più efficaci del BAL. La somministrazione endovenosa di N-acetilcisteina è stata segnalata in un caso utile; inoltre, è obbligatorio un trattamento generale, come la prevenzione di un ulteriore assorbimento mediante rimozione dall'esposizione e la riduzione al minimo dell'assorbimento dal tratto gastrointestinale mediante lavanda gastrica e somministrazione mediante sondino gastrico di agenti chelanti o carbone. Se possibile, può essere utilizzata una terapia generale di supporto, come il mantenimento della respirazione e della circolazione, il mantenimento dell'equilibrio idrico ed elettrolitico e il controllo degli effetti sul sistema nervoso, nonché l'eliminazione del veleno assorbito attraverso l'emodialisi e l'exanguinotrasfusione.
Le lesioni cutanee acute come la dermatite da contatto e le manifestazioni lievi di coinvolgimento vascolare periferico, come la sindrome di Raynaud, di solito non richiedono un trattamento diverso dalla rimozione dall'esposizione.