Un meccanismo sinergico proposto per la febbre da fumi metallici che coinvolge nanoparticelle ZnO e Fe3O4

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15643 (2022) Citare questo articolo

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La febbre da fumi metallici (MFF) è una condizione infiammatoria, il cui meccanismo non è ancora chiaro, associata all'inalazione di fumi metallici, in particolare di zinco. In questo studio indaghiamo sperimentalmente l'ipotesi di un meccanismo in due fasi di insorgenza del MFF: (1) la produzione fotocatalitica di perossido di idrogeno aerodisperso (H2O2) tramite ZnO e (2) la produzione di radicali idrossilici (HOׄ) attraverso la reazione di Fenton tramite magnetite (Fe3O4) nanoparticelle. I prodotti della fotocatalisi e della reazione di Fenton sono stati misurati utilizzando un dispositivo di assorbanza potenziato dal multidiffusione e valutando la degradazione del blu di bromofenolo rispettivamente con la fotometria su micropiastra. Abbiamo osservato che in presenza di UV, ZnO produce da 3 a 4 volte più H2O2 rispetto ai soli UV o allo ZnO irradiato senza UV. In presenza di ligandi biologicamente rilevanti, abbiamo anche misurato una reazione di Fenton a pH fisiologico con nanoparticelle di Fe(II), Fe(III) o Fe3O4. I nostri risultati supportano l’ipotesi di un meccanismo a due fasi di insorgenza del MFF, in cui la precedente presenza di Fe nei polmoni esacerba lo stress ossidativo, innescato dalla fotocatalisi di ZnO, una situazione che potrebbe verificarsi durante la saldatura dell’acciaio zincato. Più in generale, ciò solleva la questione del ruolo del meccanismo di Fenton nell’esposizione respiratoria a particelle metalliche e del suo possibile contributo ad altre malattie polmonari.

La febbre da fumi metallici (MFF) è una malattia professionale dichiarata nei saldatori e caratterizzata da disturbi acuti e aspecifici come sintomi simil-influenzali, febbre, brividi, mal di testa, mialgie, malessere generale, tosse e nausea1. L'esordio dei sintomi avviene tipicamente 4-10 ore dopo la cessazione dell'esposizione ai fumi contenenti metalli. I risultati clinici iniziali sono minimi, la frequenza respiratoria, l'esame polmonare e la pulsossimetria sono normali2,3. Con l'esposizione continua ai fumi metallici per una settimana, si osserva spesso tachifilassi, con i sintomi più gravi dopo un periodo senza esposizione (ad esempio un fine settimana) e un miglioramento dei sintomi nel corso della settimana lavorativa. In una revisione retrospettiva dei casi, il giorno più frequente in cui si sono manifestati i sintomi è stato il lunedì, con una diminuzione costante della frequenza nei giorni feriali successivi1. La radiografia iniziale del torace è solitamente normale; gli esami di laboratorio nella maggior parte dei casi non sono necessari ma possono mostrare una leucocitosi con spostamento a sinistra e un aumento dei marcatori infiammatori. I test di funzionalità polmonare durante la fase acuta possono evidenziare una diminuzione della capacità vitale, che si normalizza con il recupero. Il trattamento del MFF è di supporto e la prognosi è buona, con un recupero rapido e totale nell'arco di 12-48 ore dalla cessazione dell'esposizione nella maggior parte dei casi3. I sequel a lungo termine sono molto insoliti. Mentre i casi gravi di MFF sono rari, i casi benigni sono comuni. Nel 2006, la prevalenza del MFF negli Stati Uniti era stimata in 1.500-2.500 casi all’anno2.

La saldatura prevede la generazione di un arco elettrico come potente fonte di energia in grado di far fondere i metalli, con un'ampia radianza spettrale di emissione che copre il dominio UV4,5. Anche la produzione di particelle fini/ultrafini di ossidi metallici mediante il processo di saldatura a vaporizzazione-condensazione è ben consolidata. Durante la saldatura dell'acciaio inossidabile, i vapori metallici provenienti dalla fusione e dall'elettrodo formano, in condizioni di raffreddamento e ossidazione, nanocristalli e particelle fini di magnetite6. Nel caso dell'acciaio inossidabile zincato, l'aerosol generato è ulteriormente arricchito con particelle di ZnO. Nonostante la coesistenza di radiazioni ad alta energia e particelle di ossido metallico che possono comportarsi come semiconduttori, gli attuali meccanismi proposti per MFF non considerano i raggi UV e le sue possibili interazioni con le particelle metalliche come variabili causali, ma si concentrano principalmente sugli scenari di inalazione di particelle. È stato suggerito che il MFF fosse indotto dall'inalazione di particelle metalliche come quelle emesse durante la saldatura. Infatti, la dimensione di queste particelle, tipicamente nell’ordine micro e nanometrico, può raggiungere facilmente la regione polmonare alveolare. È stato accettato che l’esposizione a concentrazioni fino a 77–600 mg Zn/m3 induca MFF7. Tuttavia, recentemente è stato dimostrato che un'esposizione a 2 mg/m3 per 1 ora è sufficiente a indurre un aumento del livello dei marcatori ematologici8, mentre non sono stati osservati effetti ematologici o cardiovascolari in soggetti esposti a 0,5 mg/m3 di ZnO durante 2h9.