PFAS e Sostanze Tossiche Ambientali: Impatto sulla Salute Umana e sul Microbiota Intestinale

I PFAS e le sostanze tossiche ambientali rappresentano una sfida crescente per la salute pubblica. Diversi sono gli studi che hanno dimostrano come gli esseri umani sono costantemente esposti a numerose sostanze tossiche ambientali, come bisfenoli, ftalati pesticidi, inquinanti organici persistenti (POP), metalli pesanti e sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche (PFAS) un problema di salute pubblica sempre più preoccupante (1).

Cosa sono i PFAS?

Un gruppo di sostanze tossiche ambientali di particolare interesse sono i PFAS, sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche, una classe di composti chimici sintetici noti per la loro persistenza nell'ambiente e la loro potenziale tossicità. Questi composti sono stati ampiamente utilizzati per decenni in vari settori industriali, in prodotti come pentole antiaderenti, indumenti idrorepellenti, tessuti e tappeti antimacchia, alcuni cosmetici, alcune schiume antincendio e prodotti che resistono a grasso, acqua e olio. Sono estremamente resistenti alla degradazione ambientale e possono accumularsi nel corpo umano, causando diversi danni alla salute (2,3).

Impatto dei PFAS sulla Salute Umana

L'esposizione ai PFAS può avvenire attraverso l'ingestione di cibo e acqua contaminati, l'uso di prodotti che contengono PFAS e altre vie. Gli studi epidemiologici collegano l'esposizione a questi composti a una serie di effetti negativi sulla salute, inclusi problemi alla funzione immunitaria e tiroidea, malattie epatiche, disfunzioni metaboliche, malattie renali, esiti riproduttivi avversi e un aumentato rischio di sviluppare vari tipi di cancro. Inoltre, i PFAS sono stati associati a disturbi nel metabolismo lipidico e insulinico, che possono contribuire all'insorgenza di diabete e obesità (4). Inoltre, è stato dimostrato come queste sostanze possono causare anche stress ossidativo, perturbazioni del metabolismo cellulare e alterazioni del microbiota intestinale, che possono contribuire ad una serie di patologie (5,6).

Effetti dei PFAS sul Microbiota Intestinale

Il microbiota intestinale, in particolare, è influenzato negativamente dai PFAS. Questi composti possono causare infiammazione intestinale, distruzione dell'epitelio intestinale e delle giunzioni strette, riduzione dello strato di muco e disordini microbici (6,7). Uno studio danese, che ha coinvolto 264 persone (121 uomini e 143 donne), ha analizzato l'impatto delle sostanze tossiche ambientali sulla salute, ed in particolare i PFAS, ha ipotizzato che l'esposizione a queste sostanze sia collegata allo sviluppo dell’obesità e alla resistenza all'insulina, in parte attraverso un microbiota intestinale disbiotico, ovvero un'alterazione della composizione e della diversità batterica. È stata osservata, più specificamente, un'alterazione del rapporto Firmicutes/Bacteroidetes, una variazione dell'abbondanza di specifici generi batterici (con differenze tra maschi e femmine) e una riduzione della diversità alfa. In sintesi, lo studio dimostra una connessione significativa tra esposizione a sostanze tossiche ambientali, alterazioni del microbiota intestinale e conseguenze sulla salute metabolica (8). L'impatto dei PFAS sulla salute varia significativamente anche in base alla durata e alla dose di esposizione. Proprio la durata dell'esposizione è cruciale, poiché i PFAS, in particolare quelli a catena lunga come PFOA e PFOS, hanno emivite molto lunghe nell'organismo umano, che possono variare da anni a decenni. Questo porta ad un accumulo progressivo nel corpo, aumentando il rischio di effetti tossici cronici (9,10).

Esposizione ai PFAS in Italia

La presenza di sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche (PFAS) in Italia, in cibo e acqua, è stata oggetto di diversi studi. In uno studio condotto nella regione del Veneto, è stata rilevata una contaminazione significativa dell'acqua potabile con PFAS, con concentrazioni sieriche elevate nei residenti esposti (11). Un altro studio ha rilevato la presenza di PFOS in campioni di pesce, carne e prodotti lattiero-caseari nella provincia di Siena, con concentrazioni medie rispettivamente di 7,65 ng/g, 1,43 ng/g e 1,35 ng/g (12). Inoltre, un'indagine molto più recente, nella zona metropolitana di Torino ha mostrato che il 29% dei pozzi superficiali e il 24% dei pozzi profondi contenevano PFAS, con concentrazioni totali che variavano da 0,01 a 0,71 μg/L e da 0,01 a 0,16 μg/L rispettivamente (13).

Strategie per Mitigare l'Esposizione ai PFAS

Le strategie per mitigare gli effetti sulla salute dell'esposizione a lungo termine alle sostanze per- e polifluoroalchiliche includono una combinazione di interventi dietetici, tecniche di trattamento dell'acqua e approcci di gestione ambientale. Le strategie dietetiche includono principalmente l'adozione di diete a basso contenuto di sale e la cottura senza sale. Studi recenti hanno dimostrato che queste pratiche possono ridurre significativamente i livelli sierici di PFAS. (14) Inoltre, è stato osservato che il consumo di pesce e frutti di mare, che sono fonti comuni di esposizione ai PFAS, dovrebbe essere monitorato e limitato. Altri studi, invece, hanno evidenziato che diete ricche di verdure e frutta sono associate a livelli più bassi di alcuni PFAS nel plasma (15). Pertanto, l'inclusione di una maggiore quantità di questi alimenti nella dieta può contribuire a ridurre l'esposizione complessiva.

Uso di Integratori Alimentari

Anche alcuni integratori alimentari possono essere utili nel ridurre l'impatto delle sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) sulla salute. In particolare, quercetina e curcumina sono stati studiati per i loro effetti sulla biodisponibilità e l'escrezione del PFOA, uno dei PFAS più comuni. Uno studio ha dimostrato che la quercetina e la curcumina, somministrate a dosi medie e alte (20 e 100 mg/kg/die), possono ridurre significativamente la biodisponibilità relativa e aumentare l’escrezione urinaria del PFOA, riducendo così l'accumulo nel corpo. Inoltre, inibiscono l'espressione epatica di vari trasportatori di anioni organici e proteine di legame degli acidi grassi, riducendo il trasporto del PFOA dal sangue al fegato (16). Va ricordato però, che l'uso a lungo termine di integratori alimentari può non essere privo di potenziali effetti collaterali. La quercetina, ad esempio, può interagire con alcuni farmaci, alterandone la biodisponibilità. Questo è particolarmente rilevante per i farmaci metabolizzati dal citocromo P450 (17,18). La curcumina, invece, può causare disturbi gastrointestinali come nausea e diarrea, specialmente a dosi elevate e influenzare l'attività di vari enzimi metabolici, alterando la biodisponibilità di alcuni farmaci (18).

Conclusioni

In conclusione, la strategia migliore per migliorare il nostro Microbiota al fine di contrastare gli effetti delle sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) si basa su un approccio integrato che include una dieta ricca di fibre, alimenti fermentati, prebiotici e l'uso di probiotici (19). Una dieta ricca di fibre alimentari, provenienti da frutta, verdura, legumi e cereali integrali, può migliorare la diversità e la funzionalità del Microbiota intestinale. Le fibre alimentari favoriscono la produzione di acidi grassi a catena corta (SCFA), che hanno effetti antinfiammatori e possono contribuire a mitigare l'infiammazione intestinale causata dai PFAS. I prebiotici, come l'inulina e i frutto-oligosaccaridi (FOS), favoriscono la crescita di batteri benefici nel microbiota intestinale. Questi composti non digeribili fungono da substrato per i batteri probiotici, migliorando la loro capacità di colonizzare l'intestino e contrastare gli effetti negativi dei PFAS (20).

Infine, piccolo spoiler, l'uso di sistemi di trattamento basati su zone umide, che combinano piante e microbi, può essere efficace per la rimozione dei PFAS dall'ambiente. Le piante e i microbi nelle zone umide lavorano insieme per degradare i PFAS, riducendo così l'esposizione umana e migliorando la salute del microbiota (21).

Bibliografia:

1. Orešič, M.; McGlinchey, A.; Wheelock, C.E.; Hyötyläinen, T. Metabolic Signatures of the Exposome—Quantifying the Impact of Exposure to Environmental Chemicals on Human Health. Metabolites 2020, 10, 454.

2. O'Carroll DM, Jeffries TC, Lee MJ, Le ST, Yeung A, Wallace S, Battye N, Patch DJ, Manefield MJ, Weber KP. Developing a roadmap to determine per- and polyfluoroalkyl substances-microbial population interactions. Sci Total Environ. 2020 Apr 10;712:135994.

3. Berhanu A, Mutanda I, Taolin J, Qaria MA, Yang B, Zhu D. A review of microbial degradation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS): Biotransformation routes and enzymes. Sci Total Environ. 2023 Feb 10;859

4. Fenton SE, Ducatman A, Boobis A, DeWitt JC, Lau C, Ng C, Smith JS, Roberts SM. Per- and Polyfluoroalkyl Substance Toxicity and Human Health Review: Current State of Knowledge and Strategies for Informing Future Research. Environ Toxicol Chem. 2021 Mar;40(3):606-630.

5. Mao X, Liu Y, Wei Y, Li X, Liu Y, Su G, Wang X, Jia J, Yan B. Threats of per- and poly-fluoroalkyl pollutants to susceptible populations. Sci Total Environ. 2024 Apr 15;921:171188.

6. Li J, Wang L, Zhang X, Liu P, Deji Z, Xing Y, Zhou Y, Lin X, Huang Z. Per- and polyfluoroalkyl substances exposure and its influence on the intestinal barrier: An overview on the advances. Sci Total Environ. 2022 Dec 15;852:158362.

7. Zhang B, Yang Y, Li Q, Ding X, Tian M, Ma Q, Xu D. Impacts of PFOS, PFOA and their alternatives on the gut, intestinal barriers and gut-organ axis. Chemosphere. 2024 Aug;361:142461.

8. Sen, P., Fan, Y., Schlezinger, J. J., Ehrlich, S. D., Webster, T. F., Hyötyläinen, T., ... & Orešič, M. (2024). Exposure to environmental toxicants is associated with gut microbiome dysbiosis, insulin resistance and obesity. Environment International, 186, 108569.

9. Abraham K, Mertens H, Richter L, Mielke H, Schwerdtle T, Monien BH. Kinetics of 15 per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) after single oral application as a mixture - A pilot investigation in a male volunteer. Environ Int. 2024 Nov;193:109047.

10. Xu Y, Fletcher T, Pineda D, Lindh CH, Nilsson C, Glynn A, Vogs C, Norström K, Lilja K, Jakobsson K, Li Y. Serum Half-Lives for Short- and Long-Chain Perfluoroalkyl Acids after Ceasing Exposure from Drinking Water Contaminated by Firefighting Foam. Environ Health Perspect. 2020 Jul;128(7):77004.

11. Ingelido AM, Abballe A, Gemma S, Dellatte E, Iacovella N, De Angelis G, Marra V, Russo F, Vazzoler M, Testai E, De Felip E. Serum concentrations of perfluorinated alkyl substances in farmers living in areas affected by water contamination in the Veneto Region (Northern Italy). Environ Int. 2020 Mar;136:105435.

12. Guerranti C, Perra G, Corsolini S, Focardi SE. Pilot study on levels of perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) in selected foodstuffs and human milk from Italy. Food Chem. 2013 Sep 1;140(1-2):197-203.

13. Randazzo A, Pavan F, Gea M, Maffiotti A. Perfluoroalkyl substances (PFASs) in groundwater and surface water in the Turin metropolitan area (Italy): An attempt to unravel potential point sources and compliance with environmental/drinking water quality standards. Sci Total Environ. 2025 Jan 1;958:177973.

14. Zhang S, Tang H. Low-salt diets and salt-free cooking help reduce exposure to Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). Chemosphere. 2024 Nov;367:143606.

15. Lin PD, Cardenas A, Hauser R, Gold DR, Kleinman KP, Hivert MF, Fleisch AF, Calafat AM, Sanchez-Guerra M, Osorio-Yáñez C, Webster TF, Horton ES, Oken E. Dietary characteristics associated with plasma concentrations of per- and polyfluoroalkyl substances among adults with pre-diabetes: Cross-sectional results from the Diabetes Prevention Program Trial. Environ Int. 2020 Apr;137:105217.

16. Chen Y, Wu H, Cui X. Influence of dietary bioactive compounds on the bioavailability and excretion of PFOA and its alternative HFPO-TA: Mechanism exploration. Sci Total Environ. 2023 Nov 15;899:165560.

17. Andres S, Pevny S, Ziegenhagen R, Bakhiya N, Schäfer B, Hirsch-Ernst KI, Lampen A. Safety Aspects of the Use of Quercetin as a Dietary Supplement. Mol Nutr Food Res. 2018 Jan;62(1).

18. Duda-Chodak A, Tarko T. Possible Side Effects of Polyphenols and Their Interactions with Medicines. Molecules. 2023 Mar 10;28(6):2536.

19. Hu C, Liu M, Tang L, Liu H, Sun B, Chen L. Probiotic intervention mitigates the metabolic disturbances of perfluorobutanesulfonate along the gut-liver axis of zebrafish. Chemosphere. 2021 Dec;284:131374.

20. Arslan M, Gamal El-Din M. Removal of per- and poly-fluoroalkyl substances (PFASs) by wetlands: Prospects on plants, microbes and the interplay. Sci Total Environ. 2021 Dec 15;800:149570.

21. Zhao C, Liu H, Cheng D, Wang Y, Hu Z, Wu H, Xie H, Zhang J. Insights into poly-and perfluoroalkyl substances (PFAS) removal in treatment wetlands: Emphasizing the roles of wetland plants and microorganisms. Water Res. 2025 Jan 1;268(Pt B):122702.