Frontiers in Pharmacology

Introduzione

La frase contaminazione chimica è una chiara indicazione della presenza di sostanze chimiche dove non dovrebbero essere o sono presenti in una quantità che è in una concentrazione superiore alla quantità che viene attribuita come sicura. I rischi chimici sono una delle principali cause di contaminazione alimentare che si associano alle epidemie di malattie di origine alimentare (Faille et al., in press). Le origini dei contaminanti chimici sono varie dal campo al piatto, vale a dire suolo, ambiente, sottoprodotti di disinfezione, prodotti per la cura personale, aria, acqua e materiale da imballaggio. I contaminanti chimici inibiscono quasi tutti i prodotti di uso quotidiano prodotti in serie come disinfettanti, plastica, detergenti, deodoranti, pesticidi e così via. Anche il cibo che si consuma e l’acqua che si assume non sono al sicuro dall’invasione di sostanze chimiche in concentrazioni non sicure. La contaminazione alimentare, accidentale o intenzionale, è un atto spiacevole che porta con sé numerose implicazioni gravi sulla salute umana. La contaminazione alimentare è stata registrata nella storia già 8.000 anni fa; tuttavia, la crescita dell’agribusiness e la globalizzazione hanno favorito la diffusione del problema in tutto il pianeta (Robertson et al., 2014). Il Centro statunitense per il controllo e la prevenzione delle malattie ha confermato più di 11.000 infezioni di origine alimentare nell’anno 2013 (Salter, 2014), con diversi agenti come virus, batteri, tossine, parassiti, metalli e altre sostanze chimiche che causano la contaminazione alimentare (Callejón et al., 2015). I sintomi della malattia di origine alimentare dovuta alla contaminazione chimica vanno da gastroenteriti lievi a casi mortali di sindromi epatiche, renali e neurologiche. È in questo contesto che la contaminazione alimentare irrompe spesso nei titoli dei giornali per le sue conseguenze dannose. Un totale di 1527 focolai di malattie di origine alimentare sono stati osservati negli Stati Uniti tra il 2009 e il 2010, con 29.444 casi di malattia e 23 morti (CDC, 2013). Inoltre, la contaminazione alimentare è diventata più grave negli ultimi anni a causa dello sviluppo dell’industria e del conseguente inquinamento ambientale (Song et al., 2017). Oltre a ciò, l’ingestione di cibo contaminato con pesticidi e metalli pesanti potrebbe causare infezioni gastrointestinali (Song et al., 2017). Per esempio, si stima che da 400 a 500 bambini siano morti per avvelenamento acuto da piombo a causa dell’ingestione di cibo contaminato da terra e polvere contenenti piombo in Nigeria (Tirima et al., in press). Tenendo in mente tali incidenti e le implicazioni generali per la salute dannose, questa revisione esamina le ragioni e i tipi di contaminanti chimici negli alimenti insieme all’esposizione individuale a tali alimenti contaminati su base giornaliera ed elabora ulteriormente gli impatti sulla salute di tali impurità alimentari.

Le ragioni della contaminazione alimentare

Il cibo è un contributo fondamentale al benessere della salute umana e una delle principali fonti di preoccupazione, piacere e stress (Wilcock et al., 2004), e una delle ragioni dietro lo stress e la preoccupazione, sono le malattie causate come risultato di cibo contaminato. Ci sono molteplici ragioni per la contaminazione del cibo (Ingelfinger, 2008). La preparazione del cibo passa attraverso una lunga catena di lavorazione, dove ogni fase è una potenziale fonte di invasione di contaminanti chimici nel cibo. Anche il trasporto del cibo può porre le basi per la contaminazione degli alimenti, in particolare in condizioni sanitarie precarie (Unnevehr, 2000). Allo stesso modo, alcune sostanze chimiche vengono mescolate deliberatamente durante il processo di preparazione degli alimenti per migliorare la durata di conservazione di un prodotto alimentare. I contaminanti possono includere impurità alimentari durante la cottura in cucina; tuttavia, la trasmissione dipende principalmente dall’efficacia dell’igiene della cucina anche se (Gorman et al., 2002). I contaminanti chimici entrano naturalmente nella catena alimentare anche con agenti patogeni che sono presenti nell’ambiente e mostrano un alto numero di batteri su alcuni alimenti crudi chiave come la carne di pollame (Humphrey et al., 2007).

Tipi di contaminanti alimentari

I contaminanti alimentari includono tipicamente contaminanti ambientali, contaminanti della lavorazione degli alimenti, adulteranti e additivi alimentari non approvati, e migranti dai materiali di imballaggio (Mastovska, 2013). I contaminanti ambientali sono impurità introdotte dall’uomo o presenti naturalmente in acqua, aria o suolo. I contaminanti alimentari includono quei composti indesiderati che si formano negli alimenti durante la cottura, la tostatura, l’inscatolamento, il riscaldamento, la fermentazione o l’idrolisi (Schrenk, 2004). Il contatto diretto degli alimenti con i materiali di imballaggio può portare alla contaminazione chimica a causa della migrazione di alcune sostanze nocive negli alimenti. Inoltre, l’uso di additivi non approvati o errati può portare alla contaminazione degli alimenti.

Contaminanti naturali negli alimenti

Diversi batteri, virus e parassiti abitano naturalmente le superfici degli alimenti crudi. La contaminazione del cibo crudo può avvenire anche a causa delle acque di scarico, del suolo, delle superfici esterne, degli animali vivi, degli organi interni degli animali da carne. Un’ulteriore fonte di cibo contaminato è il cibo proveniente da animali malati, anche se il progresso sanitario ha quasi eliminato questa fonte di contaminazione alimentare (Marriott e Gravani, 2006). La contaminazione alimentare da fonti chimiche include la miscelazione accidentale di forniture chimiche negli alimenti o le sostanze chimiche nei mangimi o le iniezioni di antibiotici somministrati agli animali da cortile (Martin e Beutin, 2011). Diversi parassiti sono anche presenti nel cibo attraverso relazioni simbiotiche tra l’organismo e il parassita. Numerosi di questi causano infezioni ed epidemie di origine alimentare. Un’ampia categorizzazione di questi parassiti è presentata nella tabella 1A (Newell et al., 2010).

Tabella 1A. Parassiti in diversi alimenti (modificato e utilizzato con il permesso di Newell et al., 2010).

Infezioni enteriche dovute a parassiti possono essere trasmesse attraverso la via fecale-orale consumando intrinsecamente il cibo contaminato o attraverso l’assorbimento di parassiti free-living dagli ambienti. La contaminazione dei prodotti alimentari come carne, verdura e frutta è possibile attraverso l’introduzione del parassita nelle acque reflue, nell’acqua di irrigazione, nelle feci, nel suolo, nella manipolazione umana o nel processo improprio della carne infetta. Gli animali che producono cibo possono essi stessi trasferire i parassiti, essendo essi stessi infettati (Pozio, 1998).

Contaminazione durante le fasi di produzione, lavorazione, conservazione e preparazione degli alimenti

I contaminanti possono essere presenti negli alimenti nelle loro fasi grezze come risultato di fonti ambientali di contaminanti. Durante il trasporto di cibo, le fonti comuni di contaminazione includono gli scarichi dei veicoli di diesel e benzina o la contaminazione incrociata nel veicolo usato per il trasporto di cibo. Anche le navi a lunga distanza per il trasporto sono spesso contaminate in modo incrociato da sostanze chimiche usate per la disinfezione o da altre fonti (Nerín et al., 2007a). Le alte barriere utilizzate per proteggere gli alimenti avvolgendoli durante il trasporto a lunga distanza non sono sempre testate per le loro proprietà di barriera, il che le rende una causa di contaminazione. Nella fase di pulizia della produzione e preparazione degli alimenti, i contaminanti possono invadere a causa dei residui lasciati dai disinfettanti e dai detergenti sulla superficie delle attrezzature per la manipolazione degli alimenti (Nageli e Kupper, 2006; Villanueva et al., 2017). Il trattamento termico nel processo di produzione è un’altra fonte di contaminanti. L’uso di alte temperature di cottura nelle case e nelle industrie è il metodo ampiamente utilizzato per il processo alimentare. L’uso di alte temperature per la cottura accoppiato a fattori esterni porta potenzialmente alla formazione di composti tossici che lasciano un impatto sulla sicurezza e la qualità degli alimenti. Composti tossici come nitrosammine, cloropropanoli, acrilammide, furani o IPA si formano durante i metodi di lavorazione degli alimenti come il riscaldamento, la tostatura, la grigliatura, la cottura al forno, l’inscatolamento, la fermentazione o l’idrolisi (Nerín et al., 2016). La frittura è una delle principali fonti di generazione di una serie di composti tossici nei processi di preparazione degli alimenti (Roccato et al., 2015). Inoltre, il riscaldamento a microonde può anche far nascere contaminanti negli alimenti, poiché la caratteristica comune della cottura a microonde è che il cibo viene cotto nel contenitore o nella pellicola di imballaggio (materiale da imballaggio) nel forno a microonde (Nerín et al., 2003). I materiali d’imballaggio microonde includono cartone, compositi e plastica e durante la cottura i componenti di questi materiali possono trasferirsi dalla confezione al cibo, causando un calo della sicurezza e della qualità degli alimenti (Ehlert et al., 2008).

L’imballaggio degli alimenti porta diversi vantaggi come la protezione fisica e una maggiore protezione degli alimenti; tuttavia, può ancora rappresentare una minaccia (Marsh e Bugusu, 2007). I processi di imballaggio fanno uso di diversi additivi come stabilizzatori, antiossidanti, plastificanti e agenti scivolanti per migliorare le proprietà del materiale di imballaggio. Tuttavia, qualsiasi contatto diretto o indiretto del cibo con il materiale d’imballaggio può provocare il trasferimento di queste sostanze dall’imballaggio al cibo. Tale fenomeno è chiamato migrazione. Quando le lattine metalliche vengono utilizzate per l’imballaggio, la corrosione è una fonte di contaminazione alimentare dovuta alla migrazione di ioni metallici negli alimenti (Buculei et al., 2012). Per evitare questo, il lato interno delle lattine è comunemente rivestito con vernici come le resine epossidiche per evitare la corrosione, ma anche i sottoprodotti minori della produzione di resine epossidiche come il ciclo-di- BADGE, il bisfenolo A, o il bisfenolo A diglicidil etere (BADGE) possono migrare negli alimenti. Tali composti sono noti come interferenti endocrini (Cabado et al., 2008). C’è anche il rischio che sostanze aggiunte non intenzionalmente migrino dal materiale di imballaggio al cibo producendo effetti negativi (Nerin et al., 2013). La conservazione del cibo è un’altra fase che può portare alla presenza di tossine negli alimenti. Alcuni dei fattori contaminanti includono la luce solare diretta che accelera il deterioramento del cibo e dell’imballaggio e l’assorbimento di odori indesiderati. Gli alimenti con una durata di conservazione più lunga contengono sapori e colori che compromettono il valore nutritivo del cibo. Inoltre, gli alimenti ad alto contenuto di grassi sono soggetti alla contaminazione degli odori (Nerín et al., 2007a). La contaminazione degli alimenti dovuta all’intera lavorazione degli alimenti fino alle fasi di confezionamento è riassunta nella Figura 1.

Figura 1. Contaminazione degli alimenti. (A) Contaminazione nella produzione e lavorazione degli alimenti. (B) Contaminazione dovuta a influenze ambientali.

Contaminazione dovuta a influenze ambientali

Il formato del saggio biosensoriale aiuta a determinare i numerosi inquinanti ambientali che causano la contaminazione del cibo (Baeumner, 2003). Diversi metalli, soprattutto i metalli pesanti tossici cadmio, mercurio, piombo e bifenili policlorurati (PCB) entrano attraverso l’ambiente industriale per contaminare il cibo. L’esempio di un’area industriale di Huludao nel nord-est della Cina, che è seriamente contaminata da metalli pesanti come mercurio, piombo, cadmio, zinco e rame a causa della fusione di metalli pesanti nella zona (Zheng et al., 2007). Le piante costituiscono la base della catena alimentare, e possono facilmente assorbire sostanze tossiche dal suolo, contaminando non solo frutta e verdura ma anche i frutti di mare (Peralta-Videa et al., 2009). L’ambiente del suolo è un’altra fonte di contaminazione alimentare. I metalli pesanti provenienti dalle aree industriali possono infiltrarsi nel suolo ed entrare nella catena alimentare per infettare le fonti prime di cibo (Krishna e Govil, 2006). Anche i pesticidi usati come agenti di protezione delle piante entrano nella catena alimentare e l’esposizione umana a queste sostanze chimiche mostra una vasta gamma di problemi di salute come la soppressione immunitaria, la diminuzione dell’intelligenza, l’alterazione ormonale, il cancro e le anomalie riproduttive (Abhilash e Singh, 2009). Circa 3 miliardi di kg di pesticidi vengono applicati ogni anno in tutto il mondo (Pimentel, 2005), il che rappresenta una grave minaccia, in quanto le sostanze chimiche contaminano le fonti prime di cibo. Nel caso dei pesticidi, tuttavia, il livello massimo di residui (MRL) è un importante fattore determinante del rischio che rappresenta per la salute umana. I livelli di residui di pesticidi negli alimenti sono regolati dalla legislazione per minimizzare l’esposizione del consumatore (Nasreddine e Parent-Massin, 2002). Tuttavia, in numerosi paesi sottosviluppati, tale legislazione non esiste o è scarsamente applicata. Simile ai pesticidi sono i residui di farmaci veterinari negli animali da allevamento che possono rimanere nella carne e minacciare l’individuo attraverso l’esposizione a questi residui di farmaci, il trasferimento della resistenza agli antibiotici e il rischio di allergie (Reig e Toldrá, 2008).

Contaminanti chimici nell’acqua potabile

La questione del consumo alimentare si è evoluta da una breve catena commerciale tra produttore e consumatore a una catena complessa di varie parti (Pongratz et al., 2011). Come il cibo, anche l’acqua potabile è a rischio di contaminanti con gravi implicazioni sanitarie non solo per la vita umana ma anche per la vita marina e altri organismi che consumano l’acqua impura. Le fonti di questi contaminanti sono molteplici, compresi gli scarichi industriali e municipali, le formazioni geologiche naturali, il deflusso urbano e rurale, il processo di trattamento dell’acqua potabile e i materiali di distribuzione dell’acqua (Calderon, 2000). Le attività umane come la fratturazione idraulica e la perforazione orizzontale hanno aumentato la produzione di energia, tuttavia, hanno anche aumentato l’incidenza della contaminazione dell’acqua potabile. L’acqua potabile proveniente dalle acque sotterranee può anche essere contaminata da metalli pesanti (ad esempio, nichel, mercurio, rame e cromo) che potrebbero comportare un aumento dei casi di difetti di salute di natura cancerogena e non cancerogena (Wongsasuluk et al., 2013), compresa la contaminazione fecale (Kostyla et al., 2015). Tale fonte di contaminazione dell’acqua potabile è particolarmente diffusa nei paesi a basso e medio reddito (Bain et al., 2014). Anche i sottoprodotti dei prodotti farmaceutici sono tossici e sono un’altra fonte identificata di contaminazione dell’acqua da sostanze chimiche (Shen e Andrews, 2011).

I contaminanti dell’acqua potabile includono diverse sostanze chimiche come arsenico, alluminio, piombo, fluoruro, sottoprodotti di disinfezione, radon e pesticidi (Tabella 1B). I loro effetti sulla salute vanno da numerosi tumori, malattie cardiovascolari, esiti riproduttivi avversi e malattie neurologiche. Currie et al. (2013) hanno anche identificato che il consumo di acqua chimicamente contaminata da parte delle madri, in particolare quelle meno istruite, mostra effetti significativi sulla gestazione dei neonati e sul peso alla nascita del bambino.

Tabella 1B. Contaminanti chimici comuni nell’acqua potabile riportati nella letteratura recente.

Implicazioni per la salute dei contaminanti alimentari

Le malattie di origine alimentare sono circa 48 milioni di malattie ogni anno negli Stati Uniti. (Gould et al., 2013) Il cibo contaminato chimicamente ha serie implicazioni sulla salute degli individui. Gli effetti nocivi vanno da lievi problemi gastrici a gravi decessi per la salute. I contaminanti chimici sono fortemente legati a conseguenze gravi, alla mancanza di controllo personale e agli effetti a lungo termine (Kher et al., 2011). Il consumo di cibo è la fonte più probabile di esposizione umana ai metalli. Metalli come il cadmio e il piombo possono facilmente entrare nella catena alimentare. I metalli pesanti possono seriamente impoverire le sostanze nutritive specifiche nel corpo che possono diminuire le difese immunologiche, compromettere le strutture psico-sociali, e causare il ritardo della crescita intrauterina. Il consumo di metalli pesanti è anche associato alla malnutrizione e aumenta i tassi di malattie gastrointestinali (Khan et al., 2008). I contaminanti alimentari sono anche una delle principali cause di cancro (Abnet, 2007) L’esposizione ai bifenili policlorurati (PCB) dovuta alla contaminazione alimentare può influenzare negativamente lo sviluppo neurologico dei bambini e la risposta immunitaria (Schantz et al., 2004). Anche i pesticidi presenti nel cibo come contaminanti mostrano gravi implicazioni per la salute. Livelli eccessivi di queste sostanze chimiche negli alimenti causano danni neurali e renali, disabilità congenite, problemi riproduttivi e possono rivelarsi cancerogeni (Bassil et al., 2007). L’accumulo di pesticidi nei tessuti del corpo può anche provocare una degradazione metabolica (Androutsopoulos et al., 2013). C’è anche il rischio di disturbi del neurosviluppo come disturbi da deficit di attenzione, autismo, paralisi cerebrale e ritardo mentale causati da sostanze chimiche industriali come arsenico, PCB e piombo sia nel cibo che nell’acqua. L’esposizione a tali sostanze chimiche nelle fasi fetali dello sviluppo può causare lesioni cerebrali e tali disabilità per tutta la vita a dosi molto più basse di quelle che possono influenzare la funzione cerebrale adulta (Grandjean e Landrigan, 2006).

Esposizione individuale ai contaminanti alimentari

Il consumo di cibo è un percorso cruciale per l’esposizione ai contaminanti da varie fonti. L’esposizione di un individuo a questi contaminanti è alta, il che spiega l’alto numero di casi ospedalizzati e malattie non solo negli Stati Uniti ma anche in tutto il mondo. I contaminanti alimentari sono presenti in quasi tutti gli alimenti, tra cui frutta, prodotti da forno, verdure, pollame, carne e latticini (Kantiani et al., 2010). Non è raro che un singolo prodotto alimentare contenga residui di cinque o più di cinque tossine chimiche persistenti (Schafer, 2002). Uno studio ha esaminato l’esposizione alimentare di 37 contaminanti negli Stati Uniti e ha rivelato che 20 dei contaminanti studiati avevano concentrazioni di riferimento per il cancro disponibili. Queste concentrazioni di riferimento indicavano che l’esposizione quotidiana dei contaminanti aveva una probabilità di mostrare effetti collaterali avversi (Dougherty et al., 2000). Un altro studio ha stimato l’esposizione di numerosi contaminanti alimentari sui bambini; i risultati hanno rilevato che il parametro di riferimento per il cancro dei contaminanti è stato superato in tutti i bambini per dieldrin, arsenico, DDE e diossine (Vogt et al., 2012).

Le misure preventive per controllare la contaminazione alimentare

E’ in vigore una legislazione che regola i livelli di diverse sostanze chimiche negli alimenti. Gli additivi malsani e gli adulteranti non sono legalmente ammessi all’uso. Tuttavia, sono necessari efficaci sistemi di sorveglianza e risposta per evitare che i pericoli chimici entrino nella fornitura di cibo e provochino danni al pubblico. La FDA prescrive i livelli minimi di sostanze chimiche che sono consentiti negli alimenti, come la concentrazione di pesticidi non dovrebbe andare oltre il limite assegnato (Bajwa e Sandhu, 2011). Tuttavia, possono ancora verificarsi errori nel seguire la concentrazione determinata e le linee guida. Soprattutto nel caso dei paesi in via di sviluppo e sottosviluppati, l’applicazione della legislazione è ancora debole per quanto riguarda la gestione della concentrazione di contaminanti nocivi negli alimenti. Alcuni paesi sono altamente dipendenti dall’agricoltura, con il risultato che alti livelli di pesticidi si infiltrano nelle acque sotterranee, contaminando sia il cibo che l’acqua. Le sostanze chimiche non regolamentate sono motivo di specifica preoccupazione (Villanueva et al., 2013) e più ricerca deve concentrarsi sui contaminanti che sfuggono al rilevamento umano. Inoltre, le preoccupazioni dei singoli consumatori sono essenziali in quanto possono giocare un ruolo fondamentale nella gestione della loro salute (Liang e Scammon, 2016). Inoltre, la popolarità e l’uso diffuso di internet permettono anche ai consumatori di cercare informazioni online e ridurre i rischi per la salute associati agli incidenti di contaminazione alimentare. I media e i giornalisti hanno un ruolo importante nel riferire sui focolai, la minaccia e la sua causa, compreso il commento degli esperti sui contaminanti chimici degli alimenti. Inoltre, il pubblico deve mantenere un sano grado di scetticismo sui prodotti alimentari contaminati riportati dai notiziari ed evitare di consumare i prodotti alimentari accusati finché le prove scientifiche non giustifichino un’azione immediata. La cosa più importante è che le industrie alimentari devono accettare la necessità di essere più onesti e onesti nel produrre prodotti alimentari commerciali sicuri e nel proteggere il pubblico dalla contaminazione alimentare.

Conclusione

La contaminazione chimica degli alimenti è emersa come una seria preoccupazione con potenziali pericoli per la salute nella loro scia. La maggior parte della contaminazione alimentare avviene attraverso tossine naturali e inquinanti ambientali o durante la lavorazione, l’imballaggio, la preparazione, la conservazione e il trasporto degli alimenti. Con l’avanzare della tecnologia, il rilevamento di tali contaminanti diventa più facile. Tuttavia, ci sono diversi contaminanti che sono ancora sconosciuti e la ricerca continua in questo senso. Anche se il governo ha preso misure adeguate per minimizzare l’esposizione individuale ai contaminanti alimentari, ci sono ancora misure che devono essere prese per ridurre i rischi per la salute e le malattie che vengono con la contaminazione chimica degli alimenti.

Contributi degli autori

IR ha progettato, concepito e scritto il manoscritto. WK ha aiutato nella scrittura. WP e JL hanno rivisto criticamente, editato e finalizzato il manoscritto per la presentazione.

Finanziamento

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Research Foundation of Korea (2013M3A9A504705 e 2017M3A9A5048999).

Dichiarazione di conflitto di interessi

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.

Il revisore AJ ha dichiarato un’affiliazione condivisa, senza alcuna collaborazione, con uno degli autori, IR, all’editor di trattamento.