a cura della Dr.ssa Daniela Coli – © Riproduzione Riservata

inquinamentoSunyer J, Esnaola M, Alvarez-Pedrerol M, Forns J, Rivas I, López-Vicente M, et al. (2015) Association between Traffic-Related Air Pollution in Schools and Cognitive Development in Primary School Children: A Prospective Cohort Study. PloS Med 12(3): e1001792. doi:10.1371/journal. Pmed.1001792

L’inquinamento atmosferico è da tempo sospettato di essere un fattore neurotossico per lo sviluppo. Lo studio BREATHE (Brain Development and Air Pollution Ultrafine Particles in School Children), di cui vi proponiamo una sintesi, ha dimostrato che nei bambini che frequentano scuole molto vicine a strade densamente trafficate è maggiore il rischio che lo sviluppo cognitivo sia ridotto rispetto ai bambini che frequentano scuole dove l’inquinamento è inferiore.

INTRODUZIONE

L’inquinamento atmosferico è sospettato di essere un fattore neurotossico per lo sviluppo[1]. Negli animali l’inalazione degli scarichi del diesel e delle particelle ultrafini comporta un’espressione elevata di citochine e stress ossidativo nel cervello [2,3] e un’alterazione del comportamento [4,5]. Nei bambini, l’esposizione a sostanze inquinanti legate al traffico durante la vita intrauterina e l’infanzia (quando la neocorteccia del cervello si sviluppa rapidamente), è correlata a ritardi cognitivi [6-8].

I bambini trascorrono gran parte della loro giornata a scuola, compreso il periodo in cui si verifica il picco giornaliero dell’inquinamento dovuto al traffico. Molte scuole si trovano in prossimità di strade trafficate, il che aumenta il livello di inquinamento atmosferico da traffico nelle scuole e danneggia la salute delle vie respiratorie dei bambini [9]. Vi sono attualmente poche evidenze sul ruolo che ha l’inquinamento da traffico sulla funzione cognitiva [10]. Il cervello si sviluppa costantemente durante il periodo prenatale ed il primo periodo post-natale, durante i quali l’organismo è più vulnerabile [1], ma le funzioni cognitive superiori, essenziali per l’apprendimento[11], si sviluppano in modo significativo dai 6 ai 10 anni d’età [12]. Le regioni del cervello correlate alle funzioni esecutive come la memoria di lavoro e l’attenzione – principalmente la corteccia prefrontale e lo striato [13] – hanno mostrato risposte infiammatorie dopo l’esposizione all’inquinamento atmosferico da traffico [2,14].

Lo studio BREATHE (Brain Development and Air Pollution Ultrafine Particles in School Children) ha valutato la relazione tra esposizione a lungo termine agli inquinanti atmosferici legati al traffico e sviluppo cognitivo in bambini delle scuole primarie.

METODI

Lo studio ha coinvolto 2.715 bambini di età compresa tra 7 e 10 anni frequentanti 39 scuole di Barcellona in Spagna esposte ad inquinamento ambientale correlato al traffico di grado da basso ad alto. Le scuole sono state accoppiate per indice socio-economico. Tutti i bambini erano presenti a scuola da più di 6 mesi (e il 98% per più di 1 anno) prima dell’inizio dello studio.

Lo sviluppo cognitivo è stato valutato attraverso cambiamenti a lungo termine nella memoria di lavoro e nell’attenzione. Da gennaio 2012 a marzo 2013, i bambini sono stati valutati ogni 3 mesi durante 4 visite ripetute, usando test computerizzati in serie della durata di circa 40 minuti. Sono state selezionate le funzioni della memoria e dell’attenzione perché aumentano costantemente durante la preadolescenza[12,16]. I test computerizzati scelti [12, 17] sono stati convalidati con l’imaging cerebrale [13,17] e nella popolazione generale [18].

Sono stati utilizzati test predittivi per le capacità mentali generali (memoria di lavoro) e per funzioni superiori come l’intelligenza fluida (memoria di lavoro superiore) [19].

L’inquinamento atmosferico cronico correlato al traffico (carbonio elementare [CE], biossido di azoto [NO2], e numero di particelle ultrafini [UFP]; 10-700 nm]) è stato misurato due volte durante la prima settimana di studio sia nel cortile (esterno) che dentro l’aula (interno) simultaneamente in ciascuna coppia di scuole, una volta nella stagione calda e una in quella fredda.

Sono state valutate covariate contestuali, quali l’indice di vulnerabilità socio-economica (calcolato in base a livello di istruzione, disoccupazione e occupazione in ogni tratto censito) [24] della zona sia della scuola che residenziale, e covariate individuali quali origini familiari, età e peso gestazionale, allattamento al seno, educazione dei genitori, occupazione, stato civile, fumo durante la gravidanza, fumo di tabacco in casa, modalità di pendolarismo e uso di giochi per computer, sovrappeso e obesità, sintomi di iperattività e deficit di attenzione, riportati dai genitori attraverso un questionario o riferiti dagli insegnanti.

Il rumore in classe, prima che i bambini arrivassero a scuola, è stato misurato come il miglior marcatore di esposizione al rumore da traffico ed è stato incluso come covariata.

RISULTATI

I bambini partecipanti allo studio avevano un’età media di 8.5 anni, e per metà erano bambine.

I livelli di inquinamento atmosferico legati al traffico sono risultati altamente variabili tra le scuole I parametri cognitivi di tutti i bambini sono aumentati durante il periodo di follow-up di un anno, ma i bambini delle scuole ad alto inquinamento hanno presentato un miglioramento minore nello sviluppo cognitivo rispetto ai bambini delle scuole abbinate a basso inquinamento. Effetti simili sono stati riscontrati per tutti i parametri cognitivi valutati (memoria di lavoro, memoria di lavoro superiore, attenzione).

I bambini che frequentavano le scuole con livelli più elevati di CE, NO2 e UFP sia nel cortile che in aula avevano parametri cognitivi peggiori rispetto ai bambini frequentanti le scuole con inquinamento atmosferico più basso. Tutti i coefficienti erano negativi per memoria di lavoro e positivi per disattenzione, anche se le differenze non erano statisticamente significative. La crescita dei parametri cognitivi durante il follow up a 1 anno era anch’essa ridotta nelle scuole esposte a più alti livelli di inquinamento atmosferico, che di conseguenza amplifica la differenza tra le scuole alla fine del follow up.

L’associazione dannosa dell’inquinamento atmosferico con i cambiamenti nei parametri cognitivi è stata osservata con tutte le misurazioni e gli inquinanti, essendo statisticamente significativo per quasi tutti.

I modelli grezzi e aggiustati per le scuole ad alto rispetto a basso inquinamento dell’aria e per le misurazioni dirette di inquinanti atmosferici hanno dato risultati simili. Ulteriori aggiustamenti per i singoli fattori socioeconomici, ADHD o disturbi comportamentali, verde residenziale e rumore e aree verdi a scuola non ha sostanzialmente cambiato l’associazione tra inquinamento alto / basso dell’aria, CE, NO2, e UFP e il cambiamento al dodicesimo mese nei parametri cognitivi. Allo stesso modo, i risultati sono rimasti invariati dopo l’aggiustamento per area ad alto / basso inquinamento atmosferico, pendolarismo, fumare in casa, qualità educativa e tariffa di partecipazione per la scuola, contraddicendo una potenziale spiegazione residua dei confondenti.

DISCUSSIONE

Questo ampio studio ha dimostrato che lo sviluppo cognitivo è ridotto nei bambini esposti a livelli elevati di inquinanti atmosferici legati al traffico a scuola. Questa associazione è stata importante per la memoria di lavoro, la memoria di lavoro superiore e la disattenzione. L’associazione è stata osservata sia quando l’esposizione è stata trattata come inquinamento alto / basso dell’aria legato al traffico sia quando sono stati usati specifici inquinanti inclusi CE, NO2 e UFP interni ed esterni che sono in gran parte legati al traffico [21,22].

Le variazioni nella traiettoria di sviluppo potrebbero assomigliare a quelle suggerite per l’impatto negativo dell’inquinamento atmosferico urbano sullo sviluppo della funzionalità polmonare [29]. Sono stati studiati i meccanismi di neurotossicità indotta dall’inquinamento dell’aria [30]. I risultati forniscono un forte sostegno alla tesi che l’inquinamento atmosferico sia un fattore neurotossico per lo sviluppo e indicano che l’età della scuola primaria è una finestra temporale particolarmente vulnerabile per lo sviluppo delle funzioni esecutive.

Precedenti studi sugli effetti dell’aria inquinata nelle scuole sono stati uno studio in due scuole a Quanzhou (Cina) sui disturbi di attenzione [10], due studi sul rumore degli aerei che secondariamente hanno valutato l’associazione tra NO2 e le funzioni cognitive [32,33] e uno studio ecologico in Michigan (USA) sull’inquinamento industriale e l’insuccesso scolastico [34]. Altri studi sui bambini hanno valutato l’effetto dell’esposizione personale della madre o della madre e del bambino all’inquinamento atmosferico a casa [35].

Con lo studio BREATHE è stata dimostrata un’associazione tra l’esposizione all’inquinamento atmosferico da traffico a scuola e lo sviluppo cognitivo in età di scuola primaria, indipendente dall’inquinamento dell’aria a casa e al di là degli effetti legati alle esposizioni a casa nella prima infanzia trovati da studi precedenti.

Tra i singoli inquinanti legati al traffico, è stata trovata un’associazione sfavorevole tra CE e lo sviluppo cognitivo del bambino. CE proviene quasi esclusivamente da veicoli diesel a Barcellona [22]. CE e i metalli correlati al traffico sono stati un’importante frazione di particelle quasi-ultrafini per interni ed esterni (PM0.25) nelle scuole in studio [36]. È stata osservata un’elevata penetrazione di CE nelle aule (rapporto interno/esterno 94%) ed un’associazione simile tra concentrazioni di CE interne ed esterne e sviluppo cognitivo. Anche se il rapporto tra numero di UFP interno/esterno era più debole (70%), è stata riscontrata un’associazione anche tra UFP e sviluppo cognitivo. Questi risultati sono rimasti anche dopo un aggiustamento per il rumore del traffico a scuola, il che indica UFP come componente neurotossico del traffico, il che è coerente con le numerose conclusioni di studi sugli animali dove si vede che le UFP possono provocare alterazioni della barriera emato-encefalica, attivazione della microglia e infiammazione del cervello[14].

Le evidenze indicano, come principali meccanismi neurotossici delle UFP, la stimolazione cronica della microglia, l’infiammazione e la risposta immunitaria innata alterata [14,29,37]. E’ stato dimostrato che UFP sono in grado di causare infiammazione della microglia in seguito a deposizione di UFP nel cervello o infiammazione sistemica che origina nell’esposizioni di organi quali il pomone a UFP [36]. La stimolazione della microglia colpisce i neuroni e UFP si sono dimostrate capaci di ridurre la funzione neuronale glutammatergica e alterare le sinapsi [38]. Allo stesso modo, i metalli presenti nell’aria hanno dimostrato di alterare la funzione della dopamina [39]. I meccanismi cerebrali sottostanti sono al di là del presente studio, ma suggeriscono la possibilità che UFP siano in grado di generare una disfunzione cerebrale generale.

Nello studio BREATHE i maschi sono apparsi più sensibili all’inquinamento atmosferico, anche se sia i maschi che le femmine hanno mostrato un’associazione negativa tra inquinamento dell’aria a scuola e sviluppo cognitivo. Anche se i risultati potrebbero essere dovuti al caso, negli animali i maschi sono risultati più sensibili ai metalli nell’aria rispetto alle femmine, il che può essere legato ad una funzionalità alterata della dopamina sesso-specifica [39]. L’eventuale vulnerabilità più alta dei bambini con ADHD potrebbe anche indicare anomalie legate alla dopamina [40].

L’associazione osservata in questo studio tra inquinamento dell’aria e lo sviluppo cognitivo è stata forte; essa può essere dovuta ad esposizione elevata all’inquinamento da traffico nelle scuole, ma potrebbe anche indicare che alcune funzioni esecutive sono particolarmente vulnerabili durante l’età della scuola primaria, come è stato riscontrato anche in altri studi riguardo al piombo [42]. Gli effetti a lungo termine si verificano probabilmente nel periodo di massimo sviluppo di queste funzioni, risultando in un effetto cumulativo notevole alla fine del periodo in preadolescenza. L’associazione osservata è stata coerente per le misurazioni cognitive, anche se è stata più evidente per la memoria di lavoro superiore [19]. La riduzione nel valore delle funzioni cognitive elevate ha gravi conseguenze per il rendimento scolastico [11]. Così, uno sviluppo cognitivo ridotto dei bambini che frequentano le scuole più inquinate potrebbe comportare una diminuzione di capitale mentale, che può avere un effetto a lungo termine durante il corso della vita.

Nel complesso, lo studio BREATHE ha dimostrato che i bambini che frequentano le scuole con più alti livelli di esposizione a inquinanti atmosferici legati al traffico hanno avuto una crescita minore nello sviluppo cognitivo nel tempo, suggerendo che l’inquinamento atmosferico da traffico nelle scuole influenza negativamente lo sviluppo cognitivo. Questo può avere conseguenze per l’apprendimento, il rendimento scolastico e il comportamento. Lo studio dunque dimostra che il cervello in via di sviluppo può essere vulnerabile ad alcuni inquinanti atmosferici legati al traffico.

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