Come le fibre ingannano le nostre cellule

Il 26 luglio concludevo così il mio post, dal titolo “Crisotilo: l’amianto buono!”:
“Rimane un dubbio: potrebbero esserci anche degli altri processi, oltre a quello favorito dagli atomi di ferro, che rendono nocivo anche il crisotilo puro?”
Due giorni fa, il 18 settembre, la rivista scientifica “Nature Nanotechnology” (http://www.nature.com) ha pubblicato uno studio di un gruppo di ricercatori della Brown University dal titolo “Cell entry of one-dimensional nanomaterials occurs by tip recognition and rotation.” in cui si ipotizza che tutte le fibre che vengono a contatto con le nostre cellule le possono danneggiare con un meccanismo di tipo fisico, indipendente dalla loro composizione chimica, ma legato solo alle dimensioni della fibra, che è sempre stretta (cioè con piccolo diametro) e lunga.
Infatti, quando una fibra si avvicina perpendicolarmente, cioè con un angolo di 90°, alla membrana cellulare, i recettori esterni della cellula ne avvistano solo la punta e non si rendono conto della lunghezza dell’oggetto estraneo. La cellula pensa allora di inglobare al suo interno l’intruso con un meccanismo chiamato endocitosi, quindi di neutralizzarlo con un’opportuna digestione enzimatica.
Ma l’oggetto da digerire si rivela inaspettatamente lungo e il processo di ingestione dello stesso diviene impossibile. A questo punto la cellula “chiama il 113”, ma ormai è tardi e la fibra rimane conficcata nella membrana cellulare causando un processo di infiammazione.
Pertanto, in base a questo studio, anche il crisotilo puro, privo di ferro, è comunque dannoso per le cellule degli organismi viventi: infatti il danno sembra causato dalla forma fibrosa del materiale, indipendentemente dalla sua composizione.

Crisotilo: l’amianto buono!

Il crisotilo è un silicato di magnesio: un minerale che, come un wafer, contiene una successione di strati di atomi di silicio, ciascuno circondato da quattro atomi di ossigeno, e di strati di atomi di magnesio, ciascuno circondato da sei atomi di ossigeno ed idrogeno.
Questa disposizione naturale degli atomi forma delle fibre: dei nanoscopici tubicini con una cavità interna avente diametro di 7 nanometri.
Il nanometro è una distanza infinitesima, un milione di volte più piccola del millimetro: si tratta di grandezze paragonabili alle dimensioni dei singoli atomi.
Ora, con varie tecniche, si possono riempire questi nanoscopici tubicini con diversi materiali: per esempio con dei metalli fusi quali il mercurio, il piombo e lo stagno; oppure con dei semimetalli, cioè degli elementi che si comportano parzialmente come un metallo ed in parte come un non metallo, come il bismuto, il tellurio o il selenio; oppure si possono riempire le nanocavità dei tubicini con dei composti semiconduttori di corrente come l’arseniuro di gallio (GaAs) o il seleniuro di cadmio (CdSe) o ancora il fosfuro di indio (InP).
Al termine impacchettiamo il tutto e lo vendiamo come nanofilo, più noto col temine inglese di nanowire.
I nanowires sono dunque fili sottilissimi di solidi in grado di trasportare elettroni o di emettere o assorbire fotoni. Siamo a dimensioni dell’ordine dei nanometri, in cui la materia si comporta secondo le inusuali regole della meccanica quantistica. Ne conseguono proprietà particolari quali ridottissima resistenza al passaggio delle cariche elettriche, elevato numero di fotoni emessi o assorbiti con bassissimo impiego di materia e di energia. Il tutto in dimensioni ridottissime, adatte ai microprocessori, alle batterie, agli schermi o alle videocamere dei nostri iphone e dei nostri computer portatili.
Tutto bello ed utile se non per un piccolo particolare: il crisotilo è un minerale della famiglia dell’amianto. Si proprio l’amianto che ha causato la morte di centinaia di lavoratori che fino al 1990 hanno prodotto svariati manufatti di cui il più famoso e comune è l’eternit: quelle lastre ondulate che ancora ricoprono i tetti di numerose abitazioni.
Fortunatamente, però, il crisotilo sembra, tra i componenti della famiglia dell’amianto, una delle specie meno pericolosa per l’uomo.
Infatti, secondo studi recenti, come quello descritto in questo articolo scientifico (Chem. Res. Toxicol. 2007, 20, 380-387), la nocività delle varie specie di amianto dipende dalla presenza di alcuni atomi di metalli, in particolare il ferro. Ora componenti della famiglia dell’amianto quali la crocidolite e l’amosite, contengono sempre atomi di ferro. Invece il crisotilo contiene atomi di ferro solo come impurezza, cioè quando questi atomi vanno a sostituire il magnesio o il silicio presenti nei wafer che ho descritto all’inizio di questo scritto.
Se invece il crisotilo è puro, prodotto artificialmente in modo controllato, e quindi non contiene atomi di ferro, potrebbe non essere tossico per l’uomo.
Ma cosa combina il ferro per rendere così tossiche le fibre di amianto?
Quando le fibre di amianto vengono a contatto con le nostre cellule, per esempio le cellule dei nostri polmoni, il ferro catalizza (cioè rende più veloci) alcune reazioni biochimiche che causano la formazione di composti ossidanti. Questi composti reagiscono facilmente con le molecole del DNA delle cellule e le danneggiano. Inoltre, questo fetente del ferro, si oppone anche ad alcuni meccanismi di difesa delle cellule che cercano di contrastare i composti ossidanti con dei processi riducenti come quelli promossi dall’enzima chiamato glucosio 6-fosfatodeidrogenasi.
Morale: il ferro favorisce enormemente il processo che può portare al cancro delle persone che respirano fibre di amianto.
Rimane un dubbio: potrebbero esserci anche degli altri processi, oltre a quello favorito dagli atomi di ferro, che rendono nocivo anche il crisotilo puro?
Si sta studiando la cosa, prima di dare il via all’uso delle preziosissime microwires.

A cosa serve la medicina?

“Dottore, da alcune settimane non vedo bene, le immagini sono sfuocate, le lettere sono sdoppiate.”
“Si bene.. Cosa legge qui? Così è meglio?”
“Si sieda sullo sgabello ed appoggi bene il mento… Guardi diritto. Apra bene l’occhio.”
Il medico continua imperterrito nella sua catena di montaggio di visite ed ascolta distrattamente.
Alla fine torno a casa con il consiglio di riposarmi!
Mi riposo, per quanto possibile, ma continuo a non vedere bene: immagini sdoppiate, sfuocate, sia a breve distanza sia lontano.
Non posso guidare, non riesco a leggere, decifrare cosa appare sullo schermo del computer è un supplizio quotidiano.
Cambio medico, prenotazione, attesa, visita.
Spiego il mio problema, inizia la solita trafila: “Questo lo legge, così è meglio… Ora le metto le gocce per dilatare la pupilla.” Ritorno dopo un’oretta e mi dice: “Per favore mi ripete il suo problema visivo?”
Penso “Questo mi sta prendendo in giro!”
Poi conclude: “L’occhio non ha difetti particolari, torni tra una settimana che vediamo se possiamo correggere il suo difetto visivo con le lenti, altrimenti bisognerà indagare altrove. Arrivederci.”
Pago, ma in realtà dovrei chiedere i danni: il problema non è risolto, continuo a non poter guidare l’automobile, leggere è un’impresa e lavorare al computer un supplizio.
Ma, a cosa serve la medicina?
A risolvere i problemi dei malati o a curare i sani?

Idrocarburi Policiclici Aromatici: pericolosi per i cittadini, meno per i lavoratori?

Idrocarburi Policiclici Aromatici, confidenzialmente IPA. Sono delle molecole composte da atomi di carbonio e di idrogeno, parenti stretti del benzene, con un odore, o un aroma, caratteristico. Ogni atomo di carbonio delle molecole è situato ai vertici di un esagono e le molecole sono delle combinazioni di più anelli esagonali.
Sono comporti presenti nel petrolio o nei fumi di scarico dei motori delle nostre automobili, soprattutto se alimentate a gasolio, o dei camini delle nostre case, in particolare se bruciamo legna. Si depositano nell’ambiente, insieme alle polveri fini, circolano nell’aria e ogni tanto visitano anche i nostri polmoni.
Il composto più famoso della famiglia degli IPA è il benzo(a) pirene: un composto cancerogeno per l’uomo, come molti altri IPA. Dal 1994 si tenta di limitarne la presenza nell’aria delle nostre città, con alterne fortune: rimandando e rimandando ora si è recentemente stabilito che dal 1 gennaio 2013, nelle città con più di 150.000 abitanti, la concentrazione media annuale di questo composto non dovrà essere superiore a 1 ng/m3, (un miliardesimo di grammo per metro cubo di aria!). Sarà difficile rispettare questo limite, tenendo conto che un buon motore diesel con marmitta catalizzata emette fino a 300 ng/m3 di benzo(a)pirene, mentre un vecchio motore senza catalizzatore può arrivare fino a 7500 ng/m3. Occorrerà migliorare ulteriormente i sistemi di depurazione dei fumi dei motori e, probabilmente, limitare il numero di veicoli circolanti nelle città.
Gli IPA, però, non sono presenti soltanto nell’aria delle nostre città, ma anche negli ambienti di lavoro di molte persone. Per esempio gli asfaltatori, che rappezzano o sostituiscono i manti stradali; oppure gli addetti alla movimentazione di merci con carrelli elevatori diesel, soprattutto se operano anche in ambienti chiusi. Ma nell’ambiente di lavoro siamo meno tutelati che nell’ambiente cittadino: infatti il limite di esposizione al benzo(a)pirene è di 100000 ng/m3!
Sorprendente vero. Pensate un lavoratore potrebbe respirare gli IPA emessi dai tubi di scarico di un motore diesel, per tutto il tempo di lavoro, ed essere ancora abbondantemente al di sotto del limite di esposizione!

La misteriosa storia dell'odore delle urine di chi ha mangiato asparagi.

Molte persone, dopo aver mangiato asparagi, sentono uno strano odore delle loro urine.
Ebbene, sembrerà strano ma molti misteri gravitano attorno a questo odore!
Innanzi tutto: qual è il composto chimico puzzolente presente nelle urine dei consumatori di asparagi?
Dal 1975 ad oggi molti hanno indagato sulla cosa ed hanno individuato circa 20 molecole diverse!
La più gettonata è il metantiolo (CH3SH), seguita dal dimetilsolfuro, dal dimetildisolfuro, dal dimetiltrisolfuro, dal dimetilsolfossido, dal dimetilsofone eccetera, eccetera.
Insomma l'odore è dovuto a dei composti organici solforati, ma quale siano con precisione non è ancora stato stabilito; probabilmente si tratta di una miscela di più composti, forse di composizione diversa a secondo del tipo di asparagi mangiati e della persona che li ha digeriti.
Secondo problema: i composti puzzolenti sono dei prodotti del metabolismo delle asparagi oppure delle sostanze già presenti nelle asparagi cotte che vengono semplicemente eliminate con le urine?
Anche per questa domanda non vi è una risposta attendibile, semplicemente perchè nessuno ha mai studiato bene la cosa.
Altro quesito: un certo numero di persone non percepiscono alcun odore particolare delle loro urine dopo aver mangiato asparagi, come mai?
Alcuni studi propendono per una modificazione genetica dei recettori olfattivi che impedisce ad una piccola parte della popolazione di sentire il particolare odore delle loro urine; altri studiosi, invece ipotizzano che alcune persone abbiano una modificazione genetica che ne inibisca la produzione dei composti odorigeni presenti nelle urine dopo la digestione delle asparagi, quindi niente composti solforati e nessun odore.
Altri, infine, ipotizzano entrambi i fattori, affermando che spesso chi non è in grado di produrre un certo prodotto metabolico ha una carenza anche nella percezione olfattiva dello stesso.
Recentemente, uno studio pubblicato sulla rivista americana Chemical Senses (chem. senses 36, 9-12, 2011) ha investigato in materia ed è giunto alla conclusione che circa l'8% della popolazione quando mangia asparagi non è in grado di produrre i composti responsabili dell'odore caratteristico delle urine in quantità tale da essere percepiti dal nostro olfatto; però non è stata rilevata nessuna correlazione con modificazioni genetiche dei soggetti in questione e la causa di tale carenza di odore rimane sconosciuta. Inoltre, il 6 % circa delle persone non è in grado di percepire l'odore delle loro urine dopo aver mangiato asparagi, anche se la quantità di composti odorigeni presenti è tale da poter essere percepita dal naso della maggioranze delle persone; ciò è in correlazione con una modificazione di una parte di un loro gene dei recettori olfattivi, denominato OR2M7. Infine, non è stato rilevato nessun collegamento tra la carenza nella produzione di composti odorigeni e l'incapacità a percepire l'odore delle proprie urine dopo aver mangiato asparagi: quindi non è detto che chi produce poco odore non possa sentire invece l'odore delle urine degli altri mangiatori di asparagi oppure che chi viceversa non percepisce l'odore delle proprie urine non le produca ugualmente puzzolenti, come potrà constatare chi andrà in bagno dopo di loro!
Insomma, come vedete, anche cose apparentemente futili e banali, sono invece complicate e poco conosciute.Molto più facile magiare un bel piatto di asparagi e bersi un buon bicchiere di vino per digerire il tutto!

Dacci oggi il nostro tantalio quotidiano.

Forse non tutti sanno che quotidianamente utilizziamo con molta disinvoltura apparecchiature che contengono tantalio. Un raro metallo che ha, tra le altre, la proprietà di poter accumulare molta carica elettrica in poco volume. Per questo con il tantalio in polvere si fabbricano dei piccoli condensatori elettrici che sono presenti nei nostri telefoni cellulari ed anche nei lettori DVD, nei televisori a schermo piatto, nelle console per giochi, nelle videocamere e fotocamere digitali ed in alcuni componenti delle nostre automobili come i sistemi di controllo dei freni (ABS), i sistemi di attivazione dell'airbag e i moduli di gestione del GPS. Insomma il tantalio è ovunque ci sia bisogno di un piccolo serbatoio, ma molto capiente, di carica elettrica, che alla bisogna può consentire il funzionamento di apparecchiature che ormai sono il nostro pane quotidiano.
Così, un elemento chimico che fino a poche decine di anni fa era utilizzato in piccole applicazioni di nicchia, come gli utensili per il taglio dei metalli, le protesi ossee, le pale delle turbine, i forni fusori per alte temperature o gli ugelli dei razzi, improvvisamente è diventato un materiale strategico, utilizzato in apparecchi che sono diffusi tra la popolazione di tutto il mondo.
Infatti una commissione dell'Unione Europea, in un rapporto del giugno 2010 intitolato "Critical raw materials for the EU", ha incluso il tantalio tra i materiali di importanza strategica stimando che le 551 tonnellate di questo metallo impiegate nell'anno 2006 in nuovi processi tecnologici diventeranno 1410 nel 2030.
Chi sono i fortunati possessori di questo prezioso elemento chimico?
Sembra che le maggiori riserve mondiali di minerali a base di tantalio siano situate nell'America del sud ed in particolare in Brasile, dove nel 2009 si è prodotto circa il 20 % del tantalio mondiale. Ben fornita è anche l'Australia che fino al 2008 era la maggiore produttrice mondiale ma poi, forse per un calo del prezzo del metallo dovuto alla crisi economica in atto, nel 2009 ha calato la produzione. Buone riserve vi sono anche nell'onnipresente Cina, che nel 2009 ne ha prodotto circa il 15 %; in Russia ed in alcuni paesi africani come Mozambico, Nigeria, Etiopia , Repubblica Democratica del Congo, Ruanda, Uganda e Burundi; piccole tracce sono anche presenti in America del nord (Canada in particolare) ed in Europa, ma complessivamente non più del 3% delle riserve mondiali. Pertanto, come per le terre rare ed il litio, anche nel caso di questo altro materiale strategico i paesi che utilizzano maggiormente le sue applicazioni tecnologiche dovranno dipendere da altri paesi meno avanzati tecnologicamente, ma nei cui territori, casualmente, si sono accumulati materiali ormai indispensabili per il progresso tecnologico.
Questa disparità è particolarmente evidente negli stati dell'Africa centrale, ed in particolare nella Repubblica Democratica del Congo. Infatti, sempre casualmente, nelle regioni orientali di questo martoriato paese, al confine con l'Uganda ed il Ruanda, si trovano giacimenti abbondanti di minerali di tantalio chiamati columbite-tantalite o, più confidenzialmente, coltan. In alcuni territori incontaminati, tanto da essere dei parchi nazionali protetti, in cui vivevano gorilla, elefanti ed addirittura una popolazione di pigmei ancora dedita alla vita nomade di cacciatori e raccoglitori, è repentinamente scoppiata la febbre del tantalio. Centinaia di avventurieri si sono infatti dedicati alla ricerca del coltan che in questa zona del mondo non è gelosamente inglobato in dure rocce granitiche, come in Brasile o in Australia, ma è una sabbia che è sufficiente setacciare. lavare in acqua e fare depositare al fondo dei recipienti, poichè il minerale ha una elevata densità. In questo modo un buon cercatore può estrarre anche un chilogrammo di coltan al giorno guadagnando diverse decine di dollari (fino ad 80 nei tempi migliori) in una zona ove la maggior parte della popolazione vive con meno di un dollaro al giorno. Naturalmente, tutto ciò ha anche un pesante seguito di effetti collaterali: gravi danni ambientali per il parco nazionale con disboscamento e uccisione di animali; interferenze pesanti con la vita dei pigmei nativi, ancora dediti alla caccia ed alla raccolta di vegetali a crescita spontanea, nascita di villaggi dei cercatori di tantalio con corollario di attività criminali e di prostituzione; conquista dei territori da parte della guerriglia del Congo, contraria al governo centrale, che tenta di sfruttare i guadagni dell'estrazione clandestina del tantalio.
Certo non ci fa piacere che il tantalio presente nel nostro cellulare sia frutto di un'attività eticamente sconveniente come il disboscamento o l'uccisione di animali protetti o addirittura di pratiche criminali. La pensano allo stesso modo i maggiori produttori mondiali di apparecchiature elettroniche, sempre molto accorti a non rovinarsi la bella immagine costruita a fatica con migliaia di spot pubblicitari. Ma non è facile distinguere il tantalio derivante da attività illecite o perlomeno moralmente sconvenienti da quello lecito. Per esempio sul sito del "Tantalium-Niobium International Study Center (abbreviato TIC)" (http://www.tanb.org) la principale associazione mondiale dei produttori di tantalio e di niobio, un elemento chimico molto simile al tantalio e che normalmente viene estratto insieme ad esso, si legge: "Il TIC come associazione di categoria sta seguendo da vicino gli sviluppi relativi al coltan. Questa è ovviamente una questione importante e delicata e il TIC ribadisce il proprio impegno per le pratiche commerciali etiche e legali. Abbiamo sempre insistito sul fatto che i nostri membri aderiscono a questi principi. Il Comitato esecutivo resta del parere che il TIC non è un corpo di polizia e che in ogni caso non è in grado di vietare o limitare il commercio legale di coltan originario dell'Africa. Il TIC continua a monitorare gli sviluppi legislativi in materia."
D'altra parte cosa è meglio per gli abitanti della Repubblica Democratica del Congo? Vivere con un bel parco nazionale incontaminato ma con un reddito inferiore al dollaro al giorno oppure guadagnare qualche dollaro in più ma con gli "effetti collaterali" sopra citati"? A tal proposito possiamo citare un aforisma dell'economista Joan Robinson "Essere sfruttati è terribile, ma il peggio è quando non c'è nessuno che ti sfrutti."
Intanto, però una cosa la possiamo fare tutti per limitare il consumo di tantalio ed alcuni degli inconvenienti legati alla sua produzione: non sostituiamo il cellulare ad ogni cambio di stagione ma facciamolo dure il più possibile: costa fatica produrlo ed i materiali con cui è fatto non sono infiniti!

LITIO, leggero, potente e sconosciuto.

Tre protoni, tre elettroni e tre o quattro neutroni: ecco pronto l'atomo del litio, il più leggero tra i metalli; solo mezzo chilogrammo per ogni decimetro cubo, molto meno dei 12 chilogrammi del piombo.
Con il litio, infatti, si possono fabbricare batterie elettriche per automobili: leggere e potenti, proprio quello che occorre per un veicolo a trazione elettrica.
Tutto il contrario delle batterie al piombo che sono nel vano motore delle nostre automobili a scoppio: pesanti e di scarsa potenza, poiché servono soltanto per l'avviamento della vettura e per l'alimentazione elettrica, ma non per il movimento dell'auto a cui pensano i cari, vecchi ed inquinanti combustibili figli del petrolio.
Più precisamente, una batteria al piombo del peso di un chilogrammo ci può dare la potenza elettrica di un 40 watt per un'ora, mentre una al litio può arrivare fino a 160 watt all'ora; si pensa che tale potenza possa essere incrementata fino a 1000 watt.
Così, improvvisamente, gli atomi di litio che per millenni hanno sonnecchiato nei deserti salati del Sudamerica, della Cina e dell'Afganistan, sono diventati una risorsa strategica.
Sembra che il caso abbia favorito particolarmente la Bolivia, nel cui territorio si stima sia depositata circa la metà della quantità di litio presente sulla Terra; tutta concentrata nel Salar de Uyuni, un deserto salato di 15.000 chilometri quadrati situato a 3700 metri di altitudine.
Un posto non molto ospitale: difficile da raggiungere, privo di vegetazione e con un clima particolarmente freddo.
La Bolivia, dopo la Guyana, è il paese più povero del Sudamerica e lo sfruttamento di questa nuova inaspettata risorsa potrebbe favorire un miglioramento delle condizioni economiche dei boliviani. Il governo guidato dall'indigeno Ugo Morales ci crede e sta investendo i primi capitali per avviare autonomamente l'estrazione del litio dal deserto salato, evitando che qualche multinazionale si appropri della preziosa risorsa senza estendere i benefici economici a tutta la popolazione. Nel frattempo, l'Argentina, appoggiandosi a imprese straniere, ha già avviato lo sfruttamento di un suo giacimento di litio.
L'approvvigionamento del leggero metallo, come ogni attività estrattiva, non è esente da problemi: le organizzazioni ecologiste boliviane sono già in allarme in quanto temono che il magnifico e vastissimo ecosistema del deserto Salar de Uyumi sia rovinato.
Questo, come già avvenuto per l'estrazione delle terre rare, potrebbe favorire la Cina, che ha buone riserve di litio nella regione tibetana e che, spesso, non si preoccupa molto della salvaguardia degli ecosistemi. Fattostà che attualmente i cinesi sono tra i maggiori produttori al mondo di litio, con Cile e Argentina.
Recentemente alcune indagini di geologi americani sembrano aver localizzato ingenti giacimenti di litio anche nella regione dei laghi salati dell'Afganistan: ciò può da un lato accrescere l'importanza strategica di questo martoriato paese e dall'altro incrementare le speranze che la produzione di litio possa un giorno sostituire quella di oppio di cui questo stato è il massimo produttore mondiale.Gli atomi di litio non sono dei solitari, come, per esempio quelli dei gas rari, come l'elio o il neon, ma, al contrario, sono molto socievoli e si combinano facilmente con altri atomi per dare origine a numerose sostanze. Per esempio molto diffusi in natura sono il carbonato di litio, in cui il metallo si combina con atomi di carbonio e di ossigeno, o il cloruro di litio, ove la combinazione è con atomi di cloro: il primo composto, piuttosto stabile all'aria, è usato nell'industria ceramica e del vetro mentre il secondo è igroscopico, cioè tende a combinarsi con il vapore acqueo presente nell'aria e pertanto viene usato come deumidificante.
Un altro composto importante del litio è l'idrossido, sostanza data da una combinazione di atomi di litio, ossigeno ed idrogeno usata nelle astronavi in quanto si reagisce facilmente con l'anidride carbonica liberando ossigeno, favorendo quindi la respirazione degli astronauti.
Prima dell'impiego nei generatori elettrici, il litio trovava scarsi utilizzi. Il principale, probabilmente, era nei farmaci usati per la cura delle sindromi maniaco depressive. Medicine dal meccanismo di azione non ancora del tutto noto, da assumere con grande prudenza in quanto il litio, oltre certe concentrazioni, è tossico per l'uomo, ed anche di uso non molto frequente in quanto si tratta di farmaci di basso costo, sui quali le multinazionali non trovano conveniente fare investimenti economici.