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Air Travel Syndromes – ATS – Sindrome da viaggio aereo : un “concerto discordante” di fattori di rischio per la nostra salute!

Sindrome da viaggio aereo, in inglese “Air Travel Syndromes” (ATS), un termine di recentissima definizione associato ai viaggi aerei, si manifesta come disturbi del sonno, stress fisico e mentale, disturbi gastrointestinali, malattie respiratorie, disturbi circolatori come arresto cardiaco e trombosi, infezioni, depressione e stanchezza. Uno dei principali fattori di rischio è la distruzione del ritmo circadiano conseguente al jet lag e insufficiente secrezione di melatonina, che si traduce in insonnia, stress mentale e affaticamento, ma non solo.

In letteratura è riportato che il viaggio aereo è associato a vari fattori di rischio per la salute attribuiti ad una elevata incidenza di malattie acute o croniche. Difatti, durante la crociera, i frequenti viaggiatori sono esposti a vari fattori di rischio, interni ed esterni, per la salute. La maggior parte dei fattori di rischio descritti nei seguenti paragrafi, hanno come denominatore comune quello di promuove la generazione di radicali liberi che, come vedremo, riducendo le attività degli enzimi antiossidanti promuovono vari effetti avversi sulla nostra salute. Infatti, lo stress ossidativo è di gran lunga il maggiore responsabile dei danni strutturali del DNA, dunque, “direttore d’orchestra” d’innesco di diverse patologie.

I fattori di rischio interni per la salute comprendono affaticamento, stress mentale, alterazioni ormonali e problemi circolatori, mentre i fattori di rischio esterni includono alte altitudini, scarsa qualità interna dell’aria, esposizione alle radiazioni, cibi squilibrati forniti dalle compagnie aeree e senso di ansietà durante incidenti e / o attacchi terroristici.

È riportato che i viaggiatori aerei possono manifestare stress fisici e mentali durante il volo; possono, spesso, provare nervosismo e disagio emotivo. Questi stress mentali potrebbero manifestarsi come affaticamento e conseguente soppressione immunitaria. Inoltre, ad alte quote, siamo esposti a dosi di radiazioni relativamente elevate.

Una volta esposti alle radiazioni, vengono generati radicali liberi, come le specie reattive dell’ossigeno (ROS) o le specie reattive dell’azoto (RNS), che danneggiano le biomolecole, inclusi DNA, proteine e lipidi. Il danno ossidativo può anche essere alla base di altri effetti avversi, come infiammazione, malattie cardiovascolari, disturbi dello sviluppo e anomalie riproduttive.

I meccanismi molecolari alla base delle malattie indotte dalle radiazioni ionizzanti, tra cui il cancro del polmone, della tiroide, la leucemia e melanoma, così come i difetti alla nascita, sono stati ampiamente studiati sia in vitro che in vivo. In particolare, esiste una forte correlazione tra l’esposizione alle radiazioni e aumento di rischio di cancro. Difatti, una recente meta-analisi ha dimostrato che i piloti e l’equipaggio di cabina hanno all’incirca il doppio dell’incidenza di sviluppare un melanoma rispetto alla popolazione generale. Inoltre, secondo gli autori, questo dato potrebbe essere parzialmente correlato all’esposizione in volo di raggi UV e radiazioni cosmiche. Dunque, il livello di esposizione alle radiazioni è un fattore critico sia per l’equipaggio che per i frequenti viaggiatori. Ma a mio avviso, aggiungerei, in accordo con i miei studi e corsi, che senza dubbio la principale causa di ogni male è l’infiammazione !

Importante notare che le prove epidemiologiche relative all’esposizione di radiazioni cosmiche e della qualità dell’aria di professionisti, come gli astronauti, i piloti e gli assistenti di cabina sono limitate. Questi dati sono quasi inesistenti per i viaggiatori aerei e per la popolazione. Urgono dunque ulteriori e repentine indagini anche negli ambienti di lavoro, nelle scuole ed università!!!

Anche i potenziali meccanismi alla base di molte malattie associate a stress mentale o fisico possono comportare la generazione di radicali liberi, come le ROS e RNS, innescando danni ossidativi e squilibri mentali. A questo si aggiunge, inoltre, il fatto che spesso i passeggeri (come studenti, lavoratori, professionisti) devono rimanere seduti per periodi di tempo relativamente lunghi. I posti stretti e l’inattività fisica imposta possono produrre un maggiore stress fisico tra i passeggeri di classe economica rispetto ai viaggiatori di classe business, con rischio di trombosi e malessere psicofisico.

L’ Organizzazione internazionale dell’aviazione civile (ICAO), si è espressa in modo preciso affermando che, nella maggior parte dei casi, questi rischi potrebbero essere evitati attraverso una prevenzione tempestiva ed accurata (ICAO 2016). Tuttavia, in questi studi si è visto che i frequenti viaggiatori ed i piloti /e , soffrono più di stress mentale e di alterazioni ormonali a causa delle differenze di orario tra i paesi di partenza e di arrivo, con relativa distruzione del prezioso ritmo circadiano.

Il ritmo circadiano, definito come oscillazioni  con un periodo di circa 24 ore, influenza il comportamento umano, la fisiologia ed il metabolismo. Per molti anni si è pensato ci fosse un unico orologio, in realtà oggi sappiamo che sono diversi e tutti sincronizzati, sparsi nei vari organi. Alterazioni significative della funzionalità dell’orologio circadiano nell’uomo possono determinare alcune, cosiddette, cronopatologie.

La distruzione del ritmo circadiano, infatti, è correlata all’invecchiamento, alla neurotossicità, al diabete, nefrotossicità ed obesità, all’ipertensione, alle malattie cardiovascolari e al cancro, psicosi ed altre forme di disturbo neuronale e del comportamento. Inoltre, cambiamenti nella secrezione di melatonina dalla ghiandola pineale, conseguente alla distruzione del ritmo circadiano, disturbano il sonno e inducono l’insonnia, ma non solo. La secrezione anormale della melatonina può aumentare lo stress ossidativo e, come abbiamo visto, la suscettibilità alle malattieLa melatonina, elimina direttamente i radicali liberi e migliora indirettamente gli effetti degli antiossidanti. Dunque, offre una moltitudine di vantaggi fisiologici e metabolici per far fronte allo stress ossidativo indotto dalla distruzione del ritmo circadiano e / o dalla stanchezza cronica, causa oltretutto di depressione (burnout).

In accordo con altri studi, visto che la produzione di radicali liberi induce anche disturbi neurologici, lo stress ossidativo può essere attenuato dal trattamento con vitamine antiossidanti. Pertanto, tali studi indicano che la sindrome da stanchezza cronica e la depressione che si verificano durante il viaggio aereo potrebbero essere diminuite dall’integrazione di antiossidanti con melatonina o vitamina C / E.

Per quanto riguarda il disturbo del jet lagla disfunzione del ritmo circadiano e, di conseguenza, le alterazioni del sistema endocrino sono spesso riscontrate da frequenti viaggiatori aerei che attraversano più fusi orari. Dunque i più colpiti sono senza dubbio i piloti, e le pilote, in particolare, visto che essendo donne, sono già soggette a fluttuazioni ormonali più importanti rispetto al genere maschile! Alcuni viaggiatori fanno affidamento sul consumo di bevande alcoliche per superare l’insonnia; tuttavia, ciò può aggravare condizioni mentali o patologiche. Al contrario, come abbiamo visto, l‘integrazione antiossidante può essere utile per l’insonnia, l’affaticamento e per stress mentali e fisici.

Ulteriori studi riportano che i piloti che volano ad altitudini più elevate mostrano una minore vigilanza rispetto ai piloti che volano ad altitudini più basse. Inoltre i primi presentano diminuita frequenza respiratoria e aumento della frequenza cardiaca. Infatti, la ridotta pressione nella cabina dell’aeromobile induce significative riduzioni della saturazione di ossigeno nei passeggeri, equipaggio e piloti, anche diverse ore dopo un volo. Rappresenta, dunque, un altro fattore di rischio importante in quanto, generando ipossia, induce la “tempesta” di radicali liberi con le relative conseguenze (i.e. stress ossidativo e alterazioni delle funzioni biologiche). L’ipossia si verifica, in particolare, nelle cabine degli aerei ad alta quota quando la pressione dell’aria in cabina è relativamente bassa e la quantità di ossigeno trasportata nel sangue è ridotta rispetto a quella a livello del mare (WHO 2018).

L’ipossia ad alta quota può, oltretutto, giocare un ruolo importante nella produzione di infiammazione, ulcera gastrica o sanguinamento e malattia infiammatoria intestinale, come anche la cosiddetta malattia da alta quota. Quest’ultima comprende mal di testa, stanchezza, vertigini, nausea, edema cerebrale, diminuzione della coscienza ed edema polmonare.  Pertanto, i viaggiatori aerei con malattie cardiache e polmonari e disordini del sangue (ad es. anemia falciforme), possono richiedere un apporto di ossigeno supplementare durante il volo (WHO 2018).

Diversi ricercatori hanno dimostrato che oltre agli integratori di vitamina (C, E) antiossidante, la propoli, la melatonina, il consumo di succhi di frutta o verdure fresche, erbe antiossidanti o piante potrebbero efficacemente eliminare i radicali liberi, dunque può aiutare a ridurre o prevenire queste manifestazioni avverse. Il sonno profondo, invece, può essere una strategia efficace per far fronte ai disturbi del ritmo circadiano durante i viaggi aerei in sinergia con melatonina. In aggiunta, dispositivi per dormire o sedili comodi sono un valido aiuto per l’insonnia.

Ancora, altri fattori di rischio importanti associati al viaggio comprendono malattie infettive quali, il colera, HIV, la sindrome respiratoria del Medio Oriente, la malaria, il morbillo, la polmonite, la legionellosi, l’influenza e l’ebola. Sono necessari sforzi globali per prevenire la diffusione internazionale di malattie infettive tra i viaggiatori prima, durante e dopo i voli. Tuttavia grazie ai risvolti nanotecnologici (come ad esempio i nanomateriali autopulenti e autoriparanti) e allo sviluppo della medicina di precisione, dell’omica (i.e. “fotografia” personalizzata del nostro stato infiammatorio in modo personalizzato) ed all’avvento di CRISPR-Cas9, una tecnologia di modifica genetica, si pensa che l’editing del genoma possa potenzialmente essere usato per creare deliberatamente un agente patogeno presente nell’aria da utilizzare come arma biologica, anche e soprattutto nei siti aeroportuali e aerei.

Amerei concludere esprimendo che, a mio avviso e secondo i miei studi, per ridurre patologie e / o incidenti aerei, stress cronico da lavoro, etc., il monitoraggio preciso ed accurato, l’integrazione nutrizionale personalizzata (e ad oggi è possibile, cfr. omica), in sinergia con vitamine, “parafulmini” delle nostre cellule , melatonina (come proposto dagli autori) ed altri integratori specifici per ogni singola persona, come probiotici, antinfiammatori, antiossidanti, attività fisica, relax, digiuno e meditazione, in particolare per i piloti / e, ma anche, per i frequenti viaggiatori aerei, equipaggio e staff, sono dei tasselli fondamentali da raggiungere quanto prima.

Inoltre,  la medesima distruzione del ritmo circadiano -come altri fattori di rischio per la salute riscontrati in tale sindrome (ATS) – è sovente ritrovarla tra studenti, ricercatori e lavoratori, dunque il discorso vale per tutti noi, a prescindere se viaggiamo spesso o meno. Infatti, più gravi e durature del jet lag sono le patologie che possono essere attribuite ad attività lavorative cronicamente soggette a regimi di turnazione nel lavoro (shift-work). Urge, dunque, un monitoraggio personalizzato e preciso a 360 gradi! La prevenzione e, come sempre, la sinergia tra naturale ed artificiale è la chiave per vincere anche queste “battaglie”!

Riferimenti bibliografici

[1] Jeum-Nam Kim & Byung-Mu Lee (2018) Risk management of free radicals involved in air travel syndromes by antioxidants, Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B, 21:2, 47-60, DOI: 10.1080/10937404.2018.1427914 

[2] Martin and Boland Globalization and Health (2018) 14:28 

[3] ICAO DOC 9966 – Manual for the Oversight of Fatigue Management Approaches. Second edition, 2016

[4] ICAO-Doc 8984 – Manual of Civil Aviation Medicine, third Editions – 2012

[5] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867402012254

[6] L. Mattera. Scienzintasca 2018. Sindrome da burnout: un “mostro” silenzioso da conoscere e sconfiggere

[7] L. Mattera. Scienzintasca 2017. Epigenetica: viaggiamo nel suo magico nanomondo.

Hydra vulgaris: un meraviglioso organismo modello e non solo!

L’Hydra vulgaris è un piccolo polipo di acqua dolce, possiamo considerarlo “cugino” della ben conosciuta medusa. È considerato un eccezionale organismo modello, a stento visibile ad occhio nudo, grazie alle sue uniche e magiche “proprietà”. Partendo dal presupposto che l’evoluzione ha conservato i meccanismi molecolari, genetici e biochimici di base, studiarne le dinamiche con i cosiddetti organismi modello, permette alla scienza di andare avanti, comprendendo tali pathway e scoprendone dei nuovi.

Questo piccolo polipo di acqua dolce offre notevoli vantaggi rispetto ad altri organismi modello, sia per studi in vivo che in vitro. In particolare è adatto per i biologi che studiano i processi di sviluppo e rigenerazione, così pure per i chimici e i tossicologi per cercare nuovi modelli per testare l’impatto delle nanoparticelle sulla salute umana e sull’ambiente. Inoltre, grazie alla semplicità del suo sistema nervoso, rappresenta un sistema modello ideale per lo studio della trasmissione di segnale. Ha un basso costo di allevamento e in condizioni controllate si riproduce asessualmente, ha una semplice struttura anatomica, è trasparente e quindi permette la localizzazione di sonde fluorescenti a livello di animale intero e gli studi di migrazione cellulare in condizioni fisiologiche. Ammirarlo al microscopio è meraviglioso, coinvolgente ed appassionante. Con sottofondo di musica, si ha l’impressione che danzi, dunque un piacere studiarlo!

Una delle sfide della medicina di precisione è quella di scoprire i gap molecolari ancora esistenti per poter prevenire patologie anche gravi. Ebbene l’Hydra vulgaris vanta non solo di essere un prezioso e meraviglioso candidato per tale sfida. Difatti, visto la sua straordinaria longevità, immortalità, diventa spunto interessante per i ricercatori che studiano tali meccanismi. Vanta, altresì, di essere una fonte preziosa di cellule staminali e la sua capacità rigenerativa (sezionandola è capace di rigenerare dalle rispettive parti un nuovo organismo) affascina da anni ricercatori in diversi settori. Inoltre, essendo molto sensibile agli agenti tossici è anche utilizzato come indicatore biologico per valutare il grado di inquinamento delle acque e da diversi anni studiato presso il Nanobiomolecular group del CNR di Pozzuoli per testare l’impatto di diverse nanoparticelle di nuova generazione.

Tali studi sono fondamentali visto l’invasione nella nostra vita quotidiana dei cosiddetti nanomateriali dovuti all’evoluzione delle nanotecnologie e nanomedicina. Ricordiamo però che tale evoluzione è fondamentale, oggigiorno che siamo e miriamo alla predetta medicina personalizzata. La precisione ottenuta attraverso l’utilizzo di strumenti nanotecnologici è incomparabile rispetto ad altre tecnologie. Inoltre, visto le ultimissime grandi rivelazioni nel campo, come ad esempio il sistema CRISPR-Cas9, la chiave per poter programmare e riprogrammare i nostri geni, il sistema CAR-T – immunoterapia con linfociti riprogrammati, cha ha dato i primi riscontri positivi anche al Bambino Gesù di Roma, mentre, come al solto negli USA ci sono già dati di efficacia a lungo termine su circa 75 pazienti e trial clinici approvati con tale terapia come anche in Cina.

Dunque, contribuire a trovare i tasselli mancanti per migliorare ed arrivare a tale precisione, anche con organismi modello, come l’Hydra vulgaris, sono tasselli fondamentali da perseverare per mirare a tale sfida. Tali studi, sono necessari e indispensabili affinché nuovi e precisi nanodispositivi possano entrare in tempi rapidi a far parte ed ampliare la nanomedicina che regna e regnerà anche il nostro futuro e per testare le basi molecolari delle interazioni bio-non bio e quindi, ad esempio, il potenziale impatto tossico delle nanoparticelle sulla salute umana e sull’ambiente.

In questo modo, speriamo, che in futuro patologie “incurabili”, come ad esempio le malattie genetiche rare, potrebbero essere solo un ricordo lontano. Ricordiamoci però che il meccanismo CRISPR-Cas9, CAR-T e / o altre simili tecniche sofisticate e di precisione devono essere usate con prudenza ed intelligenza. Abbiamo una grande opportunità, in possesso di “mani sbagliate” potrebbe essere devastante.

Amerei concludere, ricordando che per scoprire ed approfondire i segreti ancora sconosciuti di simili meccanismi, dunque per mirare ad una vera a propria prevenzione, diagnosi, cura, terapia personalizzata, accurata e precisa, abbiamo bisogno degli avanzamenti e degli sforzi dei ricercatori. Tali sono enormi, fondamentali e, spesso, sottostimati. Probabilmente urge l’esigenza di “stimarli” e valorizzarli giusto un pochino in più in Italia e nel mondo!

 

Riferimenti bibliografici

[1] http://www.tortiglione.com/nanobiomoleculargroup/Sito/NanoBiomolecular_group.html

[2] http://www.ospedalebambinogesu.it/terapia-genica-cellule-riprogrammate-contro-il-tumore#.WpqzfejOXIU

[3] Drost et al (2017) “Use of CRISPR-modified human stem cell organoids to study the origin of mutational signatures in cancer”. Science 358:234.

[4] Hong Ma et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature volume 548, pages 413–419 (24 August 2017)

[5] Sara Reardon First CRISPR clinical trial gets green light from US panel. Nature, 22 June 2016

[6] David Cyranoski. Chinese scientists to pioneer first human CRISPR trial. Nature, 21 July 2016

[7] Tino, A., Ambrosone, A., Marchesano, V., and Tortiglione, C. (2014) Molecular bases of nanotoxicology, Wiley-VCH, Weinheim, Germany.

[8] Tortiglione. The heritable effects of nanotoxicity. Nanomedicine 2014, VOL. 9, NO. 18

[9] Ambrosone A., Mattera L., et al. Mechanisms underlying toxicity induced by CdTe quantum dots determined in an invertebrate model organism. Biomaterials 2012 ; 33(7):1991-2000.

[10] Tortiglione C (2011). An Ancient Model Organism to Test In Vivo Novel Functional Nanocrystals. Chapter 10, pp. 225-252 . In “Biomedical Engineering – From Theory to Applications”, Reza Fazel-Rezai Ed., ISBN: 978-953-307-637-9, Aug 2011 InTech Publisher