Cosa sono gli isocianati
Gli isocianati sono una famiglia di composti organici caratterizzati dal gruppo funzionale –N=C=O. Possono essere mono- o poli-isocianati, a seconda del numero di gruppi isocianato presenti nella molecola. Sono noti per la loro elevata reattività chimica, soprattutto con gruppi amminici e alcolici; ecco perché nell’industria chimica sono usati per la preparazione di intermedi.
Impieghi industriali e medici
Gli isocianati trovano ampie applicazioni, soprattutto in ambito industriale: nell’industria chimica per la produzione di poliuretani, utilizzati per la fabbricazione di schiume, adesivi, rivestimenti, elastomeri e materiali isolanti, resine e rivestimenti protettivi (vernici e sigillanti di alta resistenza) ed adesivi industriali (componenti in formulazioni ad alte prestazioni). Sono usati come collanti molecolari anche per la produzione di tappeti in gomma derivati dal riciclo degli pneumatici (tappeti in gomma dura per spazi pubblici o al coperto). Dopo grattatura della superficie da trattare, infatti, essi reagiscono con le molecole in modo covalente, incollando letteralmente i trucioli di gomma.
La fabbricazione e l’applicazione di prodotti contenenti isocianati, compresi i materiali in poliuretano, possono causare inalazione ed esposizione cutanea ai composti di isocianati. Durante la produzione, la lavorazione e la polimerizzazione, una serie di eventi e attività, tra cui fuoriuscite o perdite accidentali, metodi di applicazione (spruzzatura, verniciatura o rullatura) per schiume o rivestimenti contenenti isocianati, pulizia e manutenzione delle attrezzature e fuoriuscita di gas da materiali appena applicati o prodotti, creano situazioni in cui può verificarsi l’esposizione agli isocianati. I consumatori possono anche applicare prodotti contenenti isocianati o possono essere esposti accidentalmente a prodotti di qualità commerciale o professionale utilizzati da personale di manutenzione nella loro casa o sul posto di lavoro.
Il loro impiego in campo medico non è diffuso, principalmente nella formulazione di alcuni dispositivi medici e rivestimenti per protesi ed anzi è molto limitato data la possibilità della persistenza di residui reattivi nel materiale proteico che possono dare effetti secondari. Gli isocianati invero sono altamente reattivi e possono legarsi covalentemente a proteine, causando vari effetti tossici. Uno dei più diretti e poco lesivi è la comparsa di effetti irritanti o sensibilizzanti (effetto di coniugazione molecolare con comparsa di reazione allergica). Segue l’interessamento del sistema nervoso centrale (cefalea, vertigini, confusione) mentre l’effetto più pericoloso resta sicuramente quello cancerogeno.
Interazioni con il corpo ed effetti biologici
Gli isocianati possono interagire con i sistemi biologici tramite esposizione inalatoria, cutanea o, meno frequentemente, per via orale. Rapidamente assorbiti attraverso le vie respiratorie e la pelle. Nel sangue si legano a proteine plasmatiche e si accumulano nei tessuti. Subiscono parziale metabolizzazione nel fegato a composti più idrosolubili attraverso coniugazione con il glutatione. Gli addotti vengono principalmente eliminati con l’urina. Gli isocianati attraversano la barriera emato-encefalica (BEE) e possono generare specie reattive dell’ossigeno (ROS), che inducono danni ossidativi ai neuroni. Esposizioni croniche possono alterare la permeabilità della BEE, consentendo il passaggio di ulteriori tossine o molecole infiammatorie nel cervello.
Studi su animali esposti a isocianati hanno riportato alterazioni nel comportamento, come riduzione dell’attività locomotoria, stati di ansia, e deficit cognitivi. Nell’uomo sono stati riportati alterazioni dell’umore (ansia, depressione), deficit di memoria e concentrazione e neuropatia periferica in alcuni casi. Questi effetti potrebbero derivare da modifica di proteine cruciali del SNC, come gli enzimi della sintesi dei neurotrasmettitori (decarbossilasi e idrossilasi) e quelle coinvolte nella neurotrasmissione, portando a disfunzioni sinaptiche. È possibile infatti l’interferenza con l’attività di enzimi coinvolti nella sintesi o degradazione di GABA, glutammato e catecolamine.
A livello diretto, gli isocianati, data la loro reattività, possono causare problemi respiratori. Esposizione a vapori di isocianati provoca irritazione della gola, broncospasmo e tosse. Sono tra i principali agenti professionali che inducono asma allergico. In cronico, possono causare fibrosi polmonare e bronchiolite obliterante per infiammazione cronica e l’induzione di una polmonite interstiziale che può lasciare pesanti reliquati fibrotici. Siccome, infatti, sono dei citotossici diretti possono attaccare le cellule delle vie respiratorie e condurle a morte in un incidente acuto; il riparo del danno può avvenire attraverso la fibrotizzazione delle vie aeree colpite.
Potenziale mutageno e cancerogeno
Gli isocianati possono legarsi covalentemente al DNA, inducendo mutazioni. Studi in vitro suggeriscono un rischio genotossico, anche se le prove dirette sull’uomo sono limitate. Studi sugli animali hanno evidenziato tumori polmonari e nasali in seguito a esposizioni elevate. Sono sospettati di indurre aberrazioni cromosomiche ed alcuni isocianati (es. toluene di-isocianato, TDI) sono classificati come probabili cancerogeni per l’uomo (IARC, gruppo 2B). Operai che lavorano con isocianati (ad esempio, nella produzione di poliuretani) possono essere a rischio di effetti cronici sul SNC; l’esposizione a lungo termine potrebbe contribuire a processi neurodegenerativi, anche se non ci sono prove dirette di un legame con malattie come Alzheimer o Parkinson. Non sono da escludere anche la comparsa di mutazioni a carico delle cellule cerebrali, che nel caso degli astrociti possono condurre alla comparsa di gliomi e glioblastoma. Gli isocianati, infatti, è noto essere dei chelanti del glutatione (GSH) e possono reagire con enzimi nel cui sito catalitico nucleari sono residui di cisteina. Fra questi la DNA polimerasi delta, APE/Ref-1 e p53, tutte proteine che intervengono nei meccanismi di riparo del DNA.
Esposizione professionale e regolamentazione
Gli isocianati sono composti chimici estremamente utili ma potenzialmente pericolosi. Sebbene siano fondamentali in molti settori industriali, la loro elevata reattività li rende tossici e, in alcuni casi, mutageni o cancerogeni. È essenziale gestirne l’uso in modo sicuro per ridurre i rischi per la salute umana e l’ambiente. A causa della loro tossicità e dei rischi associati, l’uso degli isocianati è regolamentato:
Regolamentazione: normative rigorose per limitarne l’esposizione in ambito industriale.
Protezione personale: utilizzo di dispositivi di protezione individuale (DPI) come maschere respiratorie e guanti.
Controllo ambientale: sistemi di ventilazione adeguati nei luoghi di lavoro e monitoraggio regolare dei livelli di isocianati nell’aria.
Il modello di regolamentazione americano
L’Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) regolamenta gli isocianati a causa dei loro potenziali rischi per la salute, tra cui sensibilizzazione respiratoria e cutanea, asma e altri effetti polmonari. Gli isocianati sono comunemente utilizzati nella produzione di poliuretani, che si trovano in prodotti come schiume, rivestimenti, adesivi e sigillanti.
Standard sulle emissioni: l’EPA ha stabilito metodi per misurare le emissioni di isocianati da fonti fisse. Il metodo 326, ad esempio, delinea le procedure per determinare l’emissione in massa di isocianati dai processi di produzione, assicurando la conformità agli standard di qualità dell’aria.
Azioni di gestione del rischio: l’EPA ha sviluppato piani d’azione per specifici isocianati. Il piano d’azione per i diisocianati di toluene (TDI) affronta la revisione e la gestione del TDI e dei composti correlati, concentrandosi sulla riduzione dei potenziali rischi per la salute associati al loro utilizzo.
Significant New Use Rules (SNUR): l’EPA ha implementato le SNUR ai sensi del Toxic Substances Control Act (TSCA) per alcuni isocianati. Ad esempio, a gennaio 2015, l’EPA ha proposto una SNUR per gli usi di consumo di sette diisocianati di toluene (TDI). Questa norma richiederebbe ai produttori e agli importatori di notificare all’EPA prima di iniziare nuovi usi di queste sostanze chimiche nei prodotti di consumo, consentendo all’agenzia di valutare e potenzialmente limitare tali usi per prevenire rischi irragionevoli.
Collaborazione con l’Amministrazione per la sicurezza e la salute sul lavoro (OSHA): mentre l’EPA supervisiona gli aspetti ambientali, l’OSHA regola l’esposizione sul posto di lavoro agli isocianati. L’OSHA ha stabilito limiti di esposizione consentiti (PEL) e fornisce una guida tecnica sulla valutazione dell’esposizione per proteggere i lavoratori dai pericoli associati all’esposizione all’isocianato.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
Kreis K et al. J Occup Environ Hyg. 2019; 16(7):446-466.
Lockey JE et al. J Occup Environ Med. 2015; 57(1):44-51.
Senthilkumar CS et al. Asian Pac J Cancer Prev. 2012; 13(6):2429.
Reeb-Whitaker C et al. J Occup Env Hyg. 2012 ;9(5):329-39.
Gannon PF et al. Occup Med (Lond). 2005; 55(8):600-605.
Krone CA, Klingner TD. Pediatr Allergy Immunol. 2005; 16:368.
Klees JE, Ott MG. Occup Med. 1999 Oct-Dec; 14(4):759-76.