Le persone generano il proprio campo di ossidazione e cambiano la chimica dell’aria interna intorno a loro

Le persone trascorrono in genere il 90% della loro vita all’interno, a casa, al lavoro o nei mezzi di trasporto. All’interno di questi spazi chiusi, gli occupanti sono esposti a una moltitudine di sostanze chimiche provenienti da varie fonti, tra cui gli inquinanti esterni che penetrano all’interno, le emissioni gassose dei materiali da costruzione e degli arredi e i prodotti delle nostre stesse attività, come cucinare e pulire. Inoltre, noi stessi siamo potenti fonti di emissione mobile di sostanze chimiche che entrano nell’aria interna attraverso il nostro respiro e la nostra pelle.

Ma come fanno le sostanze chimiche a scomparire di nuovo? Nell’atmosfera esterna, ciò avviene in una certa misura in modo naturale, quando piove e attraverso l’ossidazione chimica. I radicali idrossilici (OH) sono i principali responsabili di questa pulizia chimica. Queste molecole molto reattive sono chiamate anche i detergenti dell’atmosfera e si formano principalmente quando la luce UV del sole interagisce con l’ozono e il vapore acqueo.

Al chiuso, invece, l’aria è molto meno influenzata dalla luce solare diretta e dalla pioggia. Poiché i raggi UV sono in gran parte filtrati dalle finestre di vetro, si ritiene generalmente che la concentrazione di radicali OH sia sostanzialmente inferiore negli ambienti interni rispetto a quelli esterni e che l’ozono, che fuoriesce dall’esterno, sia il principale ossidante degli inquinanti chimici presenti nell’aria interna.

I radicali OH si formano dall’ozono e dagli olii della pelle.

Ora, però, si è scoperto che si possono generare alti livelli di radicali OH in ambienti chiusi, semplicemente per la presenza di persone e ozono. Lo ha dimostrato un team guidato dal Max Planck Institute for Chemistry in collaborazione con ricercatori statunitensi e danesi.

“La scoperta che noi esseri umani non solo siamo una fonte di sostanze chimiche reattive, ma siamo anche in grado di trasformare queste sostanze chimiche è stata per noi molto sorprendente”, afferma Nora Zannoni, prima autrice dello studio pubblicato sulla rivista di ricerca Science e ora all’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima di Bologna, Italia. “La forza e la forma del campo di ossidazione sono determinate dalla quantità di ozono presente, da dove si infiltra e da come è configurata la ventilazione dello spazio interno”, aggiunge la scienziata del team di Jonathan Williams. I livelli riscontrati dagli scienziati erano addirittura paragonabili a quelli delle concentrazioni esterne diurne di OH.

Il campo di ossidazione è generato dalla reazione dell’ozono con gli oli e i grassi presenti sulla pelle, in particolare il triterpene insaturo squalene, che costituisce circa il 10% dei lipidi cutanei che proteggono la pelle e la mantengono elastica. La reazione rilascia una serie di sostanze chimiche in fase gassosa contenenti doppi legami che reagiscono ulteriormente nell’aria con l’ozono per generare livelli sostanziali di radicali OH. Questi prodotti di degradazione dello squalene sono stati caratterizzati e quantificati singolarmente utilizzando la spettrometria di massa a reazione protonica e i sistemi di gascromatografia-spettrometria di massa veloce. Inoltre, la reattività totale dell’OH è stata determinata in parallelo, consentendo di quantificare empiricamente i livelli di OH.

Gli esperimenti sono stati condotti presso la Technical University of Denmark (DTU) di Copenhagen. Quattro soggetti hanno soggiornato in una speciale camera a clima controllato in condizioni standardizzate. L’ozono è stato aggiunto al flusso d’aria della camera in una quantità non dannosa per gli esseri umani, ma rappresentativa di livelli più elevati in ambienti chiusi. Il team ha determinato i valori di OH prima e durante la permanenza dei volontari sia con che senza ozono.

Per capire come si presentava il campo di OH generato dall’uomo nello spazio e nel tempo durante gli esperimenti, sono stati combinati i risultati di un dettagliato modello chimico-cinetico multifase dell’Università della California, Irvine, con un modello di fluidodinamica computazionale della Pennsylvania State University, entrambe con sede negli USA. Dopo aver convalidato i modelli rispetto ai risultati sperimentali, il team di modellazione ha esaminato come variava il campo OH generato dall’uomo in diverse condizioni di ventilazione e ozono, oltre a quelle testate in laboratorio. Dai risultati è emerso chiaramente che i radicali OH erano presenti, abbondanti e formavano forti gradienti spaziali.

“Il nostro team di modellazione è il primo e attualmente l’unico gruppo in grado di integrare i processi chimici tra la pelle e l’aria interna, dalla scala molecolare a quella ambientale”, ha dichiarato Manabu Shiraiwa, professore alla UC Irvine che ha guidato la parte di modellazione del nuovo lavoro. “Il modello dà un senso alle misurazioni: perché l’OH viene generato dalla reazione con la pelle”.

Shiraiwa ha aggiunto che rimangono domande senza risposta, come il modo in cui i livelli di umidità influenzano le reazioni tracciate dal team. “Penso che questo studio apra una nuova strada per la ricerca sull’aria interna”, ha detto.

Adattare i metodi di prova per i mobili e i materiali da costruzione

“Dobbiamo ripensare la chimica indoor negli spazi occupati, perché il campo di ossidazione che creiamo trasformerà molte delle sostanze chimiche nelle nostre immediate vicinanze. L’OH può ossidare molte più specie dell’ozono, creando una moltitudine di prodotti direttamente nella nostra zona di respirazione con impatti sulla salute ancora sconosciuti”. Questo campo di ossidazione avrà anche un impatto sui segnali chimici che emettiamo e riceviamo”, afferma il responsabile del progetto Jonathan Williams, “e forse contribuirà a spiegare la recente scoperta che il nostro olfatto è generalmente più sensibile alle molecole che reagiscono più velocemente con l’OH”.

La nuova scoperta ha anche implicazioni per la nostra salute: Attualmente, le emissioni chimiche di molti materiali e arredi vengono testate isolatamente prima di essere approvate per la vendita. Tuttavia, sarebbe consigliabile condurre test anche in presenza di persone e ozono, afferma il chimico atmosferico Williams. Questo perché i processi di ossidazione possono portare alla generazione di sostanze irritanti per le vie respiratorie, come il 4-oxopentanale (4-OPA) e altre specie ossigenate generate dai radicali OH, e di piccole particelle nelle immediate vicinanze delle vie respiratorie. Questi possono avere effetti negativi, soprattutto nei bambini e negli infermi.

Questi risultati fanno parte del progetto ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project), che ha riunito un gruppo di scienziati internazionali provenienti da Danimarca (DTU), Stati Uniti (Rutgers University) e Germania (MPI). La modellazione faceva parte del progetto MOCCIE con sede presso l’Università della California Irvine e la Pennsylvania State University. Entrambi i progetti sono stati finanziati da sovvenzioni della fondazione A. P. Sloan.