Fumare in macchina: l’inquinamento da polveri, da composti organici volatili e da monossido di carbonio. L’effetto dell’apertura del finestrino

Introduzione

Il fumo passivo è formato da una miscela di fumo che proviene in parte dall’estremità della sigaretta accesa (sidestream smoke), in parte dal fumo esalato dal fumatore (tertiary smoke).¹ L’esposizione involontaria al fumo passivo è un fattore di rischio facilmente prevenibile per tumore del polmone e malattie cardiovascolari e respiratorie, che interessa milioni di soggetti non fumatori nel mondo. Le misure di tutela della popolazione dal fumo passivo prese negli ultimi anni da numerosi Paesi hanno ridotto significativamente l’esposizione nei luoghi pubblici e di lavoro, con positive ricadute per la salute.^2,3 Restano per ora escluse da questa tutela le case private e le automobili. Il fumo in macchina è una situazione di rischio tuttora molto diffusa e del tutto particolare, soprattutto se si considerano le elevatissime concentrazioni di inquinanti che si accumulano nei piccoli ambienti indoor con il fumo di una sola sigaretta.^4,5 Queste condizioni realizzano veri e propri test di provocazione bronchiale che risultano evidenti per esposizioni oltre i 100 µg/m³ di PM10,^6,7 mentre a livelli di 300 µg/m³ di PM10 nei cardiopatici si manifestano segni di ischemia coronarica.⁸ In un recente studio sperimentale, a fronte di un valore limite nelle 24 ore per l’outdoor di 35 µg/m³ per il PM2,5 (National Ambient Air Quality, NAAQ),⁹ le concentrazioni di polveri prodotte dal fumo di una sola sigaretta all’interno di un’auto in sosta si situavano a valori compresi tra 1.300 a 13.000 µg/m³.¹⁰ In un altro studio effettuato con il veicolo in movimento, a finestrino chiuso si raggiungevano valori di picco di 500 µg/m³, che scendevano a 100 µg/m³ con il finestrino completamente aperto, rispetto a un basale di 20 µg/m³.¹¹ Risultati analoghi sono stati riportati anche in uno studio «nel mondo reale», in cui le registrazioni venivano affidate a fumatori abituati a fumare in macchina nel corso di una giornata-tipo.¹² Nello stesso studio, fumare con il finestrino completamente aperto comportava solo un modestissimo aumento del PM2,5: 26 µg/m³ rispetto ai 15 µg/m³ del basale, al di sotto dei limiti NAAQ. Per quanto riguarda un indicatore gassoso di fumo passivo come il monossido di carbonio, Rees e collaboratori riportavano, a finestrino chiuso, un aumento moderato fino a un massimo di 6 ppm, rispetto al basale di 3,7 ppm, mentre non si assisteva ad alcun aumento di monossido nella condizione di finestrino aperto.¹¹ Anche le concentrazioni di benzene aumentano notevolmente fumando in auto a finestrini chiusi, raggiungendo livelli di 50 µg/m³ (il limite annuale outdoor per il benzene è di 5 µg/m³).¹³ Sulla base di questo insieme di dati, e considerando che le persone più a rischio in questo tipo di esposizione sono i bambini,¹⁴ l’OMS ha messo in agenda il fumo passivo in auto come problema da affrontare in modo prioritario (IARC Handbook on passive smoking N. 3, 2008).² Nello scenario degli studi sull’inquinamento da fumo passivo in macchina restano aperti alcuni interrogativi, per esempio quale sia l’indicatore più sensibile e quanto possa essere realmente efficace l’apertura completa del finestrino a lato del guidatore per evitare l’accumulo degli inquinanti.

Figura 1. Equipaggiamento del laboratorio mobile.
Figure 1. Mobile monito-ring equipment.

Nel nostro studio abbiamo pertanto voluto comparare diversi parametri di misurazione in differenti condizioni di viaggio. Sono state utilizzate misure in tempo reale di particolato in termini di massa (PM1, PM2,5, PM10) e di numero di particelle, e le concentrazioni dei composti organici volatili totali (TVOC) e del monossido di carbonio (CO).

Materiali e metodi

Una vettura modello Opel Vectra 2.2 16V DTI cat. 4P Elegance del 2003 dotata di impianto di condizionamento automatico è stata equipaggiata con la strumentazione adatta per la misura istantanea dei seguenti parametri di qualità dell’aria:

• particolato fine espresso in massa come PM1, PM2,5 e PM10;
• numero di particelle >0,3 µm e >0,4 µm per litro (da cui per sottrazione si ottiene il numero delle particelle submicrometriche di dimensioni comprese tra 0,3 e 0,4 µm);
• CO e TVOC;
• temperatura e umidità relativa. La strumentazione è stata montata sul sedile posteriore all’altezza della testa di un eventuale bimbo trasportato (vedi figura 1). La sperimentazione prevedeva un tragitto di alcuni chilometri in auto alla velocità costante di 50 km/h e con impianto di condizionamento sempre in funzione, prima in condizioni basali, quindi durante e dopo l’accensione di una sigaretta, in tre diverse condizioni:
• con tutti i finestrini chiusi;
• con finestrino lato guidatore aperto per circa 1/4;
• con finestrino completamente aperto.

Per la produzione del fumo, una sigaretta di marca Marlboro Light veniva accesa e lasciata consumare per la durata di cinque minuti. Per la misura in massa del particolato è stato utilizzato un analizzatore a diffrazione laser modello Aerocet 531 (Metone Instruments Inc.) con tempo di campionamento di due minuti, precedentemente calibrato per confronto con un metodo gravimetrico certificato. Per la misura in numero di particelle è stato impiegato un modello GT-521 (Metone Instruments Inc.) con certificato di calibrazione del costruttore, mentre le misure dei TVOC e del CO sono state effettuate con il modello WolfSense (GreyWolf) calibrato con bombole di isobutilene e CO in azoto con certificato di analisi. Le prove sono state effettuate in Valchiavenna (Sondrio) per avere livelli di inquinamento basale outdoor il più basso possibile, ed è stata scelta una giornata con condizioni meteorologiche stabili con cielo sereno e soleggiato, temperatura di 5-6°C, umidità relativa del 40-45%, con leggero vento da Nordest.

Risultati

In figura 2 è riportato l’andamento delle concentrazioni di particolato espresse in massa durante le diverse condizioni di viaggio. Durante il viaggio con i finestrini chiusi, a fronte di un basale con una media di poche unità, immediatamente dopo l’accensione della sigaretta i livelli di polveri si alzavano fino a raggiungere valori di picco di oltre 700 µg/m³ per PM2,5 e PM10, e di 450 µg/m³per il PM1, con una media, nel periodo di accensione della sigaretta, di 291, 439 e 457 µg/m³, rispettivamente per PM1, PM2,5 e PM10 (tabella 1). Valori di PM2,5 e PM10 costantemente superiori a 300 µg/m³ venivano osservati per oltre 10 minuti. L’inquinamento ritornava ai livelli basali solo dopo circa 10 minuti dallo spegnimento della sigaretta. Seguiva quindi l’apertura completa del finestrino fino al raggiungimento delle condizioni basali, dopodiché veniva accesa una nuova sigaretta mantenendo il finestrino completamente aperto. In queste condizioni l’aumento delle polveri era modestissimo, con medie di periodo di 3,6, 7,0 e 14,0 µg/m³, rispettivamente per PM1, PM2,5 e PM10 (tabella 1).

Figura 2. Rappresentazione grafica dell’inquinamento da particolato durante un viaggio in auto in condizioni reali.
Figure 2. Pollution inside a car after smoking a cigarette

Tabella 1. Medie (SD) delle concentrazioni delle polveri (µg/m³) nei periodi di accensione della sigaretta.
Table 1. Means (SD) of PM concentrations (µg/m³) during cigarette smoking.

Tabella 2. Confronto tra le medie delle concentrazioni delle polveri dopo aver fumato in macchina (valori del p, test-t di Student).
Table 2. Comparison between means of PM concentrations after smoking in car (p values, Student’s t-test).

Nella stessa tabella sono riportate le medie della fase sperimentale successiva, effettuata con finestrino aperto per 1/4: dopo l’accensione della sigaretta si verificava un aumento immediato delle polveri, anche se più contenuto rispetto alle condizioni di finestrino chiuso, con medie di periodo di 116,5, 132,0 e 137,0 µg/m³ rispettivamente per PM1, PM2,5 e PM10. Seguiva quindi un’ultima fase di washout delle polveri con apertura dei finestrini, che dimostrava il ripristino delle condizioni basali (mantenutesi stabili), con medie (SD) per l’insieme di tutti i periodi basali di 0,4 (1,3), 2,0 (1,9) e 5,0 (2,4) µg/m³ rispettivamente per PM1, PM2,5 e PM10. Incidentalmente, nel grafico si può osservare, nel periodo di washout tra le ore 16.46 e le 16.50, un breve picco di polveri, dovuto al sorpasso da parte di un camion che emetteva fumo dal tubo di scarico. In tabella 2 sono riportati i confronti statistici tra i livelli di polveri nelle diverse condizioni di ventilazione. A finestrino chiuso l’inquinamento è risultato significativamente più alto rispetto a tutte le altre condizioni. A finestrino aperto 1/4 le medie dei livelli di polveri erano significativamente inferiori alle condizioni di finestrino chiuso, ma significativamente maggiori rispetto a finestrino aperto e al basale. In condizioni di finestrino completamente aperto le polveri risultavano molto basse, con una differenza non significativa rispetto alla media del basale. L’andamento delle concentrazioni in numero di particelle è rappresentato nel grafico di figura 3. A finestrino chiuso il numero delle polveri di dimensione >0,3 µm aumentava bruscamente dopo l’accensione della sigaretta fino a raggiungere il plateau di 600.000 particelle/litro, valore massimo misurabile (livello di saturazione) con questa tecnologia.

Figura 3. Fumare in macchina: rappresentazione grafica dell’inquinamento in numero di particelle durante un viaggio in auto in condizioni reali.
Figure 3. Number of particles inside a car after smoking a cigarette in a car.

Tabella 3. Medie (SD) del numero di particelle/litro nei periodi di accensione della sigaretta.
Table 3. Means (SD) of particle numbers after smoking a cigarette inside a car.

Un analogo brusco incremento si osservava per le particelle >0,4 µm, che tuttavia non raggiungevano valori di saturazione. Anche la frazione di particelle comprese tra 0,3 e 0,4 µm (risultanti dalla differenza tra il numero di particelle >0,3 e quelle >0,4?m) aumentava subito dopo l’accensione della sigaretta fino a raggiungere a valori attorno a 100.000/litro. Occorre tuttavia sottolineare che in tali condizioni di elevatissime concentrazioni di inquinamento i dati sono soggetti ad ampi errori per difetto a causa dell’effetto di saturazione dello strumento per livelli superiori a 600.000 particelle/litro. Dopo lo spegnimento della sigaretta occorrevano circa cinque minuti per ripristinare le condizioni basali grazie alla ventilazione automatica dell’abitacolo. Nella fase successiva, a finestrino completamente aperto, all’accensione della sigaretta si registrava un aumento immediato del numero delle particelle, che superava le 300.000/litro per quelle di dimensione >0,3 µm, e le 100.000/litro per quelle >0,4 µm. La frazione di particelle di 0,3-0,4 µm raggiungeva anch’essa rapidamente un picco di circa 200.000/litro. Nella fase a finestrino aperto per 1/4, l’accensione della sigaretta portava a un brusco aumento del numero di particelle, con concentrazioni di picco di circa 500.000/litro per quelle di dimensione >0,3 µm e di circa 300.000/litro per quelle >0,4 µm. Le medie (SD) del numero delle particelle nelle diverse condizioni di viaggio sono rappresentate in tabella 3. Le concentrazioni di tutte le particelle >0,3 e >0,4 µm risultavano preponderanti nelle diverse situazioni, tranne che a finestrino completamente aperto, dove la frazione di particelle comprese tra 0,3 e 0,4 µm era superiore alla concentrazione di tutte le particelle >0,4 µm, a indicare che in questa situazione di ventilazione la maggior parte delle particelle residenti all’interno della vettura, nonostante il finestrino aperto, era costituita da particelle submicrometriche.

Tabella 4. Confronto tra le medie del numero di particelle dopo aver fumato in macchina (valori del p, test-t di Student).
Table 4. Comparison between means of of particle number after smoking in car (p values, Student’s t-test).

In tabella 4 sono riportati i confronti statistici tra le medie dei diversi periodi di osservazione. Per le tutte le frazioni di particelle la differenza con le concentrazioni basali risultava sempre altamente significativa dopo l’accensione della sigaretta, anche in condizioni di finestrino completamente aperto. A finestrino chiuso le concentrazioni delle particelle >0,3 differivano significativamente da quelle rilevate con il finestrino aperto, sia parzialmente sia completamente. Per le particelle >0,4 µm si osservava una differenza significati-va verso le condizioni di finestrino aperto. Se si considera la frazione di particelle comprese tra 0,3 e 0,4 µm, le medie erano superiori a quelle rilevate a finestrino chiuso a causa del limite di saturazione, mentre non si osservavano differenze significative tra finestrino aperto completamente e aperto per 1/4. L’andamento delle concentrazioni dei composti organici volatili (TVOC) e del monossido di carbonio (CO) è riportato in figura 4.

Figura 4. Fumare in macchina: rappresentazione grafica dell’inquinamento in numero di particelle durante un viaggio in auto in condizioni reali.
Figure 4 Number of particles inside a car after smoking a cigarette in a car.

A finestrino chiuso, subito dopo l’accensione della sigaretta si evidenziava un brusco aumento rispetto al basale dei TVOC fino a 6.000 µg/m³, con analoghi aumenti di CO fino a 6 ppm (parti per milione). A finestrino completamente aperto non si notavano sensibili incrementi, mentre con il finestrino aperto parzialmente si registravano incrementi significativi per entrambi gli inquinanti, sebbene meno rilevanti rispetto alle condizioni di finestrino chiuso. Le medie delle concentrazioni dei TVOC e di CO sono riportate in tabella 5, e i confronti statistici in tabella 6. Per entrambi gli inquinanti, a finestrino chiuso le differenze nelle concentrazioni erano significativamente maggiori rispetto a tutte le altre condizioni di viaggio e rispetto al basale, e a finestrino aperto solo parzialmente l’inquinamento risultava maggiore rispetto a finestrino chiuso e al basale. In condizioni di finestrino completamente aperto invece, i livelli dei due inquinanti non differivano significativamente rispetto al basale.

Discussione

Il nostro studio ha permesso di confrontare tra loro, simultaneamente, una serie di sostanze inquinanti prodotte dalla combustione del tabacco che vengono spesso usate come marcatori di fumo passivo, in un setting particolare come quello dell’abitacolo di un’automobile durante un normale viaggio su strada. Sebbene l’unico marcatore specifico di fumo passivo sia la nicotina ambientale, non sono disponibili metodiche di misurazione in tempo reale, e questo preclude un monitoraggio puntuale. Pertanto si utilizzano altri macatori disponibili in tempo reale, che vengono scelti sulla base della loro relativa semplicità tecnica (polveri), o perché il loro potere tossico è ben conosciuto e ha un profondo impatto, come il CO (tutti sanno che il monossido è potenzialmente letale) e i TVOC (il benzene appartiene a questa famiglia), o ancora per la notorietà che permette anche per il comune cittadino raffronti con l’inquinamento atmosferico, cosa che vale di nuovo le polveri (PM10, per esempio).¹⁵ È nozione comune che il valore limite giornaliero per il PM10 outdoor è fissato a 50 µg/m³: sapere che fumare in macchina comporta un’esposizione di picco oltre i 500 µg/m³ di PM10 è un buon motivo per riflettere e per prendere decisioni ragionate. Così come dovrebbe esserlo sapere dei livelli di PM2,5 e PM10 superiori a 300 µg/m³ che si rilevano in macchina per oltre 10 minuti dopo l’accensione di una sigaretta a finestrino chiuso (figura 2): si tratta infatti di valori nel range delle esposizioni che si sono dimostrate capaci di indurre ostruzione bronchiale nei soggetti asmatici e segni elettrocardiografici di ischemia miocardica nei soggetti cardiopatici.^6-8 Il nostro studio, in accordo con numerosi altri dati di letteratura, ha rilevato elevatissimi livelli di inquinanti nell’abitacolo con l’accensione di una sola sigaretta: circa 100 volte superiori rispetto al basale per PM1, PM2,5 e PM10, 10 volte se si considera il numero di particelle, tre volte nel caso di TVOC e CO. Questi dati sono utili per stabilire alcune differenze operative tra i diversi marcatori utilizzati: le polveri sembrano essere più sensibili come metrica rispetto alle sostanze volatili, in quanto segnano meglio la differenza rispetto al basale. La maggiore diffusibilità dei gas rispetto alle polveri è ben nota: le polveri sottili sono infatti considerate un inquinante «ribelle», che per il suo trattamento richiede impianti di ventilazione con potenze «pari a un tornado».¹⁶ Questa situazione si rispecchia fedelmente nelle specifiche tecniche per gli impianti di ventilazione delle sale per fumatori dei locali pubblici previste dalla legge a tutela dei non fumatori (Regolamento attuativo), per le quali sono necessarie dotazioni costose, oltre che molto rumorose, che ne rendono proibitiva la realizzazione.¹⁷ Va comunque tenuto conto che le nostre osservazioni sono limitate a un solo tipo di vettura, e a un solo sistema di condizionamento e ventilazione. Non è escluso che dispositivi innovativi di condizionamento/filtrazione dell’aria possano in futuro garantire una qualità dell’aria comunque accettabile anche in condizioni di inquinamento molto elevato come quello descritto. A questo proposito merita un commento l’influenza dell’inquinamento outdoor rispetto alle condizioni che si possono ritrovare all’interno dell’abitacolo. Per il nostro studio abbiamo scelto un’area geografica alpina come la Valchiavenna, che ha livelli di inquinamento da polveri costantemente molto bassi grazie a una forte ventilazione da Nord (Passo dello Spluga, 2200 metri). Questo ci ha permesso di lavorare con un basale molto basso, circa 5 µg/m³ di PM10 e 30.000 particelle/l, che rappresenta una qualità dell’aria invidiabile.

Tabella 5. Medie (SD) delle concentrazioni dei composti organici volatili (µg/m³) totali (TVOC) e del CO (ppm) nei periodi di accensione della sigaretta.
Table 5. Means (SD) of TVOC and CO after smoking a cigarette inside a car.

In situazioni ben diverse, come nel mezzo del traffico congestionato di una grande metropoli, all’inquinamento da tabacco si viene ad aggiungere quello di prossimità da traffico, oltre al background urbano, con cui l’ambiente indoor si equilibra rapidamente in mancanza di un trattamento specifico dell’aria in ingresso. Le caratteristiche del profilo delle polveri da fumo passivo che abbiamo rilevato dimostrano la quasi completa sovrapposizione delle concentrazioni di PM2,5 e di PM10 (figura 2), a dimostrazione del fatto che il fumo passivo è composto principalmente da polveri fini inferiori a 2,5 µm di diametro. Inoltre, la preponderanza del numero di particelle di diametro compreso tra 0,3 e 0,4 µm è una conferma che il fumo di tabacco genera soprattutto particelle submicrometriche, attorno a 0,2 µm.¹⁸ La frazione di diametro compreso tra 0,3-0,4 µm è stata stimata per differenza tra il totale delle particelle >0,3 µm e quelle >0,4 µm, con un contatore di particelle portatile dotato di tempo di campionamento di quattro minuti. Il limite di 0,3 µm è imposto dalle caratteristiche fisiche degli strumenti ottici che hanno il vincolo della lunghezza d’onda della luce. Altri strumenti basati su tecnologie diverse permetterebbero la misurazione di profili più specifici, ma non sono facilmente trasportabili e sono molto più costosi. Aver studiato la frazione delle polveri sub-micrometriche comprese tra 0,3-0,4 µm ha permesso di rilevare la presenza di inquinamento da polveri rilevante dopo l’accensione di una sigaretta anche a finestrino aperto, condizioni nelle quali non si rilevano aumenti consistenti di PM1, PM2,5 e PM10, TVOC e CO, come riportato da altri autori.^10-13 Sapere che nonostante i finestrini aperti si respira comunque aria inquinata da 200 milioni di particelle submicrometriche/m³ consente di contrastare un alibi molto pericoloso e diffuso, quello di permettersi di fumare con il finestrino aperto convinti di allontanare del tutto, in questo modo, le sostanze pericolose.

Tabella 6. Confronto tra le medie delle concentrazioni di TVOC e CO dopo aver fumato in macchina (valori di p, test t di Student).
Table 6. Comparison between means of TVOC and CO after smoking in car (p values, Student’s t-test).

Anche se, con il finestrino aperto, l’esposizione complessiva (PM, CO, TVOC) si riduce e ci si attenderebbe una riduzione del danno. È risultato interessante aver rilevato che l’apertura completa del finestrino non comporta, in termini di numero di particelle comprese tra 0,3-0,4 µm, differenze significative rispetto al finestrino aperto per 1/4. Vale a dire che i diversi intervalli di apertura del finestrino non realizzano riduzioni rilevanti degli inquinanti. Questo è un ulteriore messaggio utile per un comportamento virtuoso da parte dei fumatori in macchina, che si può sintetizzare in poche parole: «Non esistono attualmente possibilità di difendersi dall’inquinamento da fumo passivo se si fuma in auto». Presi complessivamente, questi dati confermano l’urgenza di disposizioni di tutela dal fumo passivo in automobile che, va sottolineato, riguarderebbero non solo la salute dei non fumatori, ma anche quella dei fumatori stessi, per i quali l’esposizione di picco all’interno dell’abitacolo durante la guida comporta un danno non indifferente che va a esaltare l’esposizione cronica alla sigaretta nel resto della giornata.¹⁹

Conflitti di interesse: nessuno

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