Effetti dei filtri elettrostatici attivi contro virus e batteri - VMC Italia
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Effetti dei filtri elettrostatici attivi contro virus e batteri Introduzione Lo scopo di questo documento è di descrivere la soluzione adeguata in conformità con lo stato dell'arte attuale nella tecnologia di trattamento dell'aria e controllo della contaminazione. Secondo l'Organizzazione Mondiale Della Sanità, le malattie trasmissibili più diffuse al mondo sono le infezioni respiratorie. (Household-air-pollution-and-health,2018). Questo articolo dell’Organizzazione Mondiale Della Salute OMS di Maggio 2018 descrive dettagliatamente varie questioni relative alle malattie respiratorie domestiche: https://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/household-air-pollution-and-health Queste infezioni, originate dall'esposizione batterica o virale, possono essere trasmesse in ambienti interni in diversi modi: contatto diretto o indiretto con una superficie infetta, la trasmissione di goccioline o la trasmissione di aerosol tramite apparecchiature di condizionamento dell'aria o da vigorosi movimenti dell'aria. Le particelle sospese nell'aria possono trasportare microrganismi come batteri e virus. Metodi di filtrazione impropri come tipologie errate di filtri o mancanza di manutenzione possono generare la crescita di entrambi i microrganismi e talvolta delle endotossine nei filtri. I filtri meccanici solitamente fungono da incubatori per questi microrganismi e, se non viene effettuata regolare manutenzione e sostituzione, possono diffondere la contaminazione a valle in tutti gli ambienti a cui viene fornito il flusso d’aria. Confronto tra sistemi di filtraggio L’efficienza del filtro dipende dal materiale filtrante utilizzato e dal rispettivo grado di pulizia. L’efficienza quindi è un fattore variabile. Quando il filtro si sporca, il flusso d’aria che passa attraverso il filtro diminuisce con conseguente aumento delle perdite di carico. Il filtro meccanico è una rete che è stata progettata per catturare particelle di dimensioni relative alla media filtrante intercettando e catturando per inerzia, che colpisce per diffusione e per effetto setaccio. A causa di questo processo di cattura continua, la quantità di aria trattata diminuisce nel tempo, i filtri si intasano determinando un aumento delle perdite di carico e del consumo di energia.
I filtri meccanici richiedono procedure di sostituzione programmate molto accurate
e precise per evitare contaminazioni.
Come accennato in precedenza, nella peggiore delle ipotesi, i filtri meccanici
fungono da terreno di coltura per i microbi. I metaboliti microbici tossici possono
passare attraverso il filtro, di conseguenza l’aria che fuoriesce è contaminata e il
risultato può essere letale.
La filtrazione dell'aria ad alta efficienza (HEPA) può essere utilizzata per rimuovere
particelle sospese nell'aria di origine biologica (ad es. bioaerosols) in molti ambienti
interni, inclusi ospedali, edifici per uffici e cabine di aeromobili. Tuttavia,
l'implementazione della filtrazione HEPA comporta costi operativi eccessivi a causa
della regolare sostituzione del filtro e dei requisiti di alimentazione aggiuntivi per il
ricircolo dell'aria a causa di una grande caduta di pressione attraverso il materiale
del filtro. Pur essendo sempre installata dopo sistemi di prefiltrazione, anche questa
tipologia di filtri può diventare un habitat ideale per virus e batteri.
La Filtrazione Elettrostatica, denominata anche filtrazione elettronica o
purificazione elettrostatica (ESP), è una tecnologia ben nota che usa livelli elevati di
tensione elettrica e campi di ionizzazione per catturare le particelle aero disperse.
Gli ESP basano il loro funzionamento su campi elettrici e forze elettrostatiche
applicate direttamente sulle particelle e sui microrganismi presenti nell'aria.
Il principio operativo di filtrazione nel dispositivo si sviluppa in due fasi:
• il conferimento di una carica elettrica a particelle e microrganismi trasportati
dall'aria
• la precipitazione elettrostatica di particelle/microrganismi carichi.
Il filtro elettrostatico è dunque costruito con due sezioni separate:
• una sezione ionizzante
• una sezione di raccolta/precipitazione.
Nella prima fase, la carica di particelle e microrganismi (ad esempio batteri, spore,
lieviti) avviene nella sezione di ionizzazione attraverso elettrodi che generano una
scarica a corona positiva o negativa. Nella seconda fase, la precipitazione
elettrostatica delle particelle e dei microbi precedentemente caricati, si verifica nella
sezione di raccolta, su una serie di piastre di raccolta parallele caricate
elettricamente. Il campo elettrico generato tra queste piastre cattura le particelle e
le intrappola sulla superficie delle piastre di raccolta. Il contatto con le piastre causa
l’immediata distruzione di qualsiasi microrganismo ed evita il rilascio di endotossine quando i batteri sono lisati come avviene nei filtri meccanici. I principali vantaggi dei Precipitatori Elettrostatici (ESPs) sono i seguenti: • catturano particelle da 0,01 µm a 100 µm fino ad un’efficienza del 99% • operano ad elevate portate d’aria, fino a 3.000.000 cfm ( 1.400 m3/s) • operano ad elevati carichi di particelle, 500 grammi/m3 • hanno bassi costi energetici – 100 Watts/1.000 m3/h • hanno perdite di carico molto basse. Le tecnologie di filtrazione elettrostatica mostrano anche vantaggi specifici quando applicate alla decontaminazione dell'aria di aree critiche in ambienti nosocomiali in cui le malattie trasportate dall'aria sono spesso diffuse. L’efficienza della filtrazione dell’aria è elevata, in quanto raccolgono particelle di tutte le dimensioni, comprese quelle ultrafini. La distruzione dei microbi viene gestita in modo efficace ed il sistema è in grado di rimuovere anche i Composti Organici Volatili (COV). L'utilità della tecnologia ESP nella mitigazione degli aerosol biologici è stata dimostrata utilizzando sia endospore batteriche che varie specie batteriche. Questa tecnologia distrugge i microrganismi trasportati dai flussi d'aria prima che rischino di diventare contaminanti per l'essere umano. Gli ESP sono considerati per questo motivo una “filtrazione omicida attiva”. Ciò poiché non consente a microbi, funghi o spore di vegetare e prosperare sulla superficie del filtro, prevenendo anche l'emissione di sostanze nell'ambiente derivanti dal metabolismo e dalla distruzione della flora microbiologica catturata. Anche la filtrazione HEPA può catturare particelle di virus ed è essenziale per trattare ambienti classificati al di sotto di ISO7 come sistema di filtraggio finale. Tuttavia, gli ESP proteggono l'ambiente interno senza dover sostituire il filtro e senza problemi associati alla caduta di pressione per locali con classificazione uguale o superiore a ISO7. L'irradiazione UV può inattivare virus e batteri in condizioni stabili dal momento che il processo richiede tempo in base all’intensità, che solitamente richiede da minuti a ore per raggiungere la dose letale al 99%. Di conseguenza, le lampade UV non sono adatte per la purificazione dell’aria all’interno delle Unità di trattamento aria, dal momento che il tempo in cui il flusso dell’aria e le particelle aero disperse sono esposte all’irradiazione UV è minimo (una frazione di secondi) comparato con il tempo necessario per inattivare i microrganismi.
La cattura e inattivazione dei virus aero dispersi da parte dei Precipitatori
elettrostatici sono state studiate in diverse occasioni. Qui di seguito alcuni articoli
interessanti:
(Department of Energy, n.d.) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19731701
(Ayse Fidan Altun, n.d.)
https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2019/37/e3sconf_clima2019_02020.pdf
(Journal of applied microbiology, n.d.)
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jam.14278
(Park, n.d.) http://large.stanford.edu/courses/2017/ph240/park2/
Conclusioni
Dalla letteratura e dai test di laboratorio è evidente che è stato accertato l'effetto
dei filtri elettrostatici attivi contro i virus che si muovono nelle particelle sospese
nell'aria, oltre all'effetto igienico e antibatterico certificato dall'Institute of Air
Hygiene di Berlino (ILH): il 98-99% dei batteri presenti nell'aria viene eliminato dai
filtri elettrostatici attivi di Expansion Electronic.
Come nota finale, considerando le dimensioni dei virus, questi rientrano nel campo
dell'abbattimento dei nostri filtri elettrostatici attivi, secondo la certificazione UNI
EN ISO 16890. I virus dispersi nell'aria vengono quindi catturati e inattivati dai filtri
elettrostatici attivi.
Bibliografia
Ayse Fidan Altun, M. K. (n.d.). Web Conference. Retrieved from Clima 2019: https://www.e3s-
conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2019/37/e3sconf_clima2019_02020.pdf
Department of Energy, E. a. (n.d.). NCBI. Retrieved from Pubmed:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19731701
Household-air-pollution-and-health. (2018, May). Retrieved from WHO: https://www.who.int/en/news-
room/fact-sheets/detail/household-air-pollution-and-health
Journal of applied microbiology. (n.d.). Retrieved from SFAM:
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jam.14278
Park, S. (n.d.). Electrostatic Precipitator: An Electric Air Filter. Retrieved from Stanford University:
http://large.stanford.edu/courses/2017/ph240/park2/
Traduzione dall’inglese del Report redatto dall’Ing. Giancarlo Pertegato
POSITION PAPER
Relazione circa l’effetto dell’inquinamento da particolato atmosferico e la diffusione di
virus nella popolazione
Leonardo Setti - Università di Bologna
Fabrizio Passarini - Università di Bologna
Gianluigi de Gennaro - Università di Bari
Alessia Di Gilio - Università di Bari
Jolanda Palmisani - Università di Bari
Paolo Buono - Università di Bari
Gianna Fornari - Università di Bari
Maria Grazia Perrone- Università di Milano
Andrea Piazzalunga - Esperto Milano
Pierluigi Barbieri - Università di Trieste
Emanuele Rizzo - Società Italiana Medicina Ambientale
Alessandro Miani - Società Italiana Medicina Ambientale
ELEMENTI DI CONOSCENZA SCIENTIFICA
Riguardo agli studi sulla diffusione dei virus nella popolazione vi è una solida letteratura
scientifica che correla l’incidenza dei casi di infezione virale con le concentrazioni di
particolato atmosferico (es. PM10 e PM2,5) (1, 2).
È noto che il particolato atmosferico funziona da carrier, ovvero da vettore di trasporto, per
molti contaminanti chimici e biologici, inclusi i virus. I virus si “attaccano” (con un processo di
coagulazione) al particolato atmosferico, costituito da particelle solide e/o liquide in grado di
rimanere in atmosfera anche per ore, giorni o settimane, e che possono diffondere ed essere
trasportate anche per lunghe distanze.
Il particolato atmosferico, oltre ad essere un carrier, costituisce un substrato che può
permettere al virus di rimanere nell’aria in condizioni vitali per un certo tempo, nell’ordine di
ore o giorni. Il tasso di inattivazione dei virus nel particolato atmosferico dipende dalle
condizioni ambientali: mentre un aumento delle temperature e di radiazione solare influisce
positivamente sulla velocità di inattivazione del virus, un’umidità relativa elevata può favorire
un più elevato tasso diffusione del virus cioè di virulenza (3).
Nel caso di precedenti casi di contagi virali, le ricerche scientifiche hanno evidenziato alcune
caratteristiche della diffusione dei virus in relazione alle concentrazioni di particolato
atmosferico. Di seguito alcuni risultati e conclusioni:
- (2010) l’influenza aviaria può essere veicolata per lunghe distanze attraverso tempeste
asiatiche di polveri che trasportano il virus. I ricercatori hanno dimostrato che vi è una
correlazione di tipo esponenziale tra le quantità di casi di infezione (Overall
Cumulative Relative Risk RR) e le concentrazioni di PM10 e PM2.5 (μg m-3) (4)
1
- (2016) esiste una relazione tra la diffusione del virus respiratorio sinciziale umano
(RSV) nei bambini e le concentrazioni di particolato. Questo virus causa polmoniti in
bambini e viene veicolato attraverso il particolato in profondità nei polmoni. La
velocità di diffusione del contagio (Average RSV positive rate %) è correlata alla
concentrazione di PM10 e PM2.5 (μg m-3) (5).
- (2017) il numero di casi di morbillo su 21 città cinesi nel periodo 2013-2014 varia in
relazione alle concentrazioni di PM2.5. I ricercatori dimostrano che un aumento delle
concentrazioni di PM2.5 pari a 10 μg/m3 incide significativamente sull’incremento del
numero di casi di virus del morbillo (6). I ricercatori suggeriscono di ridurre le
concentrazioni di PM2,5 per ridurre la diffusione dell’infezione.
2
- (2020) uno dei maggiori fattori di diffusione giornaliera del virus del morbillo in
Lanzhou (Cina) sono i livelli di inquinamento di particolato atmosferico (7). In
relazione all’evidenza che l’incidenza del morbillo sia associata all’esposizione a PM2.5
ambientale in Cina, i ricercatori suggeriscono che politiche efficaci di riduzione
dell’inquinamento atmosferico possono ridurre l’incidenza del morbillo.
Sulla base di questa sintetica introduzione e rassegna scientifica, storicamente ricostruita, si
può quindi dedurre che il particolato atmosferico (PM10, PM2.5) costituisce un efficace vettore
per il trasporto, la diffusione e la proliferazione delle infezioni virali.
UNA PRIMA ANALISI SULLA DIFFUSIONE DEL COVID-19 IN ITALIA IN RELAZIONE AI
SUPERAMENTI DEI LIMITI DI PM10
Per valutare una possibile correlazione tra i livelli di inquinamento di particolato atmosferico
e la diffusione del COVID-19 in Italia, sono stati analizzati per ciascuna Provincia:
- i dati di concentrazione giornaliera di PM10 rilevati dalle Agenzie Regionali per la Protezione
Ambientale (ARPA) di tutta Italia. Sono stati esaminati i dati pubblicati sui siti delle ARPA
relativi a tutte le centraline di rilevamento attive sul territorio, considerando il numero degli
eventi di superamento del limite di legge (50 μg m-3) per la concentrazione giornaliera di
PM10, rapportato al numero di centraline attive per Provincia (n° superamenti limite PM10
giornaliero/n° centraline Provincia)
- i dati sul numero di casi infetti da COVID-19 riportati sul sito della Protezione Civile
(COVID-19 ITALIA)
In particolare si evidenzia una relazione tra i superamenti dei limiti di legge delle
concentrazioni di PM10 registrati nel periodo 10 Febbraio-29 Febbraio e il numero di casi
infetti da COVID-19 aggiornati al 3 Marzo (considerando un ritardo temporale intermedio
relativo al periodo 10-29 Febbraio di 14 gg approssimativamente pari al tempo di
incubazione del virus fino alla identificazione della infezione contratta).
3
Il grafico sottostante evidenzia una relazione lineare (R2=0,98), raggruppando le Province in 5
classi sulla base del numero di casi infetti (in scala logaritmica: log contagiati), in relazione ai
superamenti del limite delle concentrazioni di PM10 per ognuna delle 5 classi di Province
(media per classe: media n° superamenti lim PM10/n° centraline Prov.) (Figura 1)
Figura 1
Tale analisi sembra indicare una relazione diretta tra il numero di casi di COVID-19 e lo stato
di inquinamento da PM10 dei territori, coerentemente con quanto ormai ben descritto dalla
più recente letteratura scientifica per altre infezioni virali.
La relazione tra i casi di COVID-19 e PM10 suggerisce un’interessante riflessione sul fatto che
la concentrazione dei maggiori focolai si è registrata proprio in Pianura Padana mentre
minori casi di infezione si sono registrati in altre zone d’Italia (Figura 2).
Figura 2
4
Considerando il tempo di latenza con cui viene diagnosticata l’infezione da COVID-19
mediamente di 14 giorni, allora significa che la fase virulenta del virus, che stiamo
monitorando dal 24 febbraio (dati della Protezione Civile COVID-19) al 15 Marzo, si può
posizionare intorno al periodo tra il 6 febbraio e il 25 febbraio.
Le curve di espansione dell’infezione nelle regioni (Figura 3) presentano andamenti
perfettamente compatibili con i modelli epidemici, tipici di una trasmissione persona-
persona, per le regioni del sud Italia mentre mostrano accelerazioni anomale proprio per
quelle ubicate in Pianura Padana in cui i focolai risultano particolarmente virulenti e lasciano
ragionevolmente ipotizzare ad una diffusione mediata da carrier ovvero da un veicolante.
Figura 3
Le fasi in cui si evidenziano questi effetti di impulso ovvero di boost sono concomitanti con la
presenza di elevate concentrazioni di particolato atmosferico che in regione Lombardia ha
presentato una serie di andamenti oscillanti caratterizzati da tre importanti periodi di
sforamenti delle concentrazioni di PM10 ben oltre i limiti (Figura 4: esempio Provincia di
Brescia).
Figura 4
5
Tali analisi sembrano quindi dimostrare che, in relazione al periodo 10-29 Febbraio,
concentrazioni elevate superiori al limite di PM10 in alcune Province del Nord Italia possano
aver esercitato un’azione di boost, cioè di impulso alla diffusione virulenta dell’epidemia in
Pianura Padana che non si è osservata in altre zone d’Italia che presentavano casi di contagi
nello stesso periodo. A questo proposito è emblematico il caso di Roma in cui la presenza di
contagi era già manifesta negli stessi giorni delle regioni padane senza però innescare un
fenomeno così virulento.
Oltre alle concentrazioni di particolato atmosferico, come fattore veicolante del virus, in
alcune zone territoriali possono inoltre aver influito condizioni ambientali sfavorevoli al tasso
di inattivazione virale. Il gruppo di lavoro sta approfondendo tali aspetti per contribuire ad
una comprensione del fenomeno più approfondita.
CONCLUSIONI E SUGGERIMENTI
Si evidenzia come la specificità della velocità di incremento dei casi di contagio che ha
interessato in particolare alcune zone del Nord Italia potrebbe essere legata alle condizioni di
inquinamento da particolato atmosferico che ha esercitato un’azione di carrier e di boost.
Come già riportato in casi precedenti di elevata diffusione di infezione virale in relazione ad
elevati livelli di contaminazione da particolato atmosferico, si suggerisce di tenere conto di
questo contributo sollecitando misure restrittive di contenimento dell’inquinamento.
BIBLIOGRAFIA
(1) Ciencewicki J et al., 2007. “Air Pollution and Respiratory Viral Infection” Inhalation
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fine particulate matter (PM2.5): Genome and infectivity detection and calculation of
immission” Veterinary Microbiology 139, 156-164
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measles incidence in China? A multi-city study.” Environmental Research 156, 306-311
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cases in Lanzhou, China” Environmental Science and Pollution Research
https://doi.org/10.1007/s11356-020-07903-4
6Environmental Pollution xxx (xxxx) xxx
Contents lists available at ScienceDirect
Environmental Pollution
journal homepage: www.elsevier.com/locate/envpol
Can atmospheric pollution be considered a co-factor in extremely high
level of SARS-CoV-2 lethality in Northern Italy?*
Edoardo Conticini a, Bruno Frediani a, Dario Caro b, *
a
Rheumatology Unit, Department of Medicine, Surgery and Neurosciences, University of Siena, Policlinico Le Scotte, viale Mario Bracci 1, Siena, Italy
b
Department of Environmental Science, Aarhus University, Frederiksborgvej 399, Roskilde, Denmark
a r t i c l e i n f o a b s t r a c t
Article history: This paper investigates the correlation between the high level of Severe Acute Respiratory Syndrome
Received 22 March 2020 CoronaVirus 2 (SARS-CoV-2) lethality and the atmospheric pollution in Northern Italy. Indeed, Lombardy
Accepted 24 March 2020 and Emilia Romagna are Italian regions with both the highest level of virus lethality in the world and one
Available online xxx
of Europe’s most polluted area. Based on this correlation, this paper analyzes the possible link between
pollution and the development of acute respiratory distress syndrome and eventually death. We provide
Keywords:
evidence that people living in an area with high levels of pollutant are more prone to develop chronic
Covid-19
respiratory conditions and suitable to any infective agent. Moreover, a prolonged exposure to air
Coronavirus
Atmospheric pollution
pollution leads to a chronic inflammatory stimulus, even in young and healthy subjects. We conclude
Inflammation that the high level of pollution in Northern Italy should be considered an additional co-factor of the high
ARDS level of lethality recorded in that area.
© 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.
1. Introduction particularly Spain and Germany, nevertheless with evident inter-
national dissimilarities which cannot be explained only by different
Severe Acute Respiratory Syndrome CoronaVirus 2 (SARS-CoV- health policies and systems. In particular, since the virus began to
2) (Lu et al., 2020) is the pathogenic agent of Covid-19, a disease spread in Italy, Lombardy and Emilia Romagna recorded a sub-
first reported in a small cluster in Wuhan, Hubei Province, China, in stantial high level of lethality if compared with other countries but
December 2019, and subsequently spread all over the world. Due to also than other Italian regions. Despite the difficulty in assessing
its high contagiousness and aggressive course, it has been declared the reasons of such differences in the middle of this enormous
by World Health Organization (WHO) a Public Health Emergency of health emergency, researchers all around the world have linked
International Concern (A public health emergency, 2019). The this unexpected surplus of lethality in North Italy with two main
course of the disease is often mild, undistinguishable from a com- co-factors i) the different way to report the number of deaths and
mon flu, but in a considerable number of cases may require hos- infects among countries; ii) the old age of Italian population. Few or
pitalization, eventually leading to an acute respiratory distress no hypothesis have identified the atmospheric pollution as poten-
syndrome (ARDS) and death. tial and additional co-factor of lethality. Although a study con-
Due to the high variability of political and sanitary decisions ducted by Sima (http://www.simaonlus.it/w, 2020) has showed
taken by the different Governments, data about incidence, lethality that pollution has played a key role in the propagation of SARS-
and mortality are notably different among countries and even CoV-2 there is no evidence about if pollution may have had an
among regions of the same country. Starting from the end of impact on communities exposed to toxic air in terms of worsening
February 2020, contagious has rapidly spread in Italy, particularly of initial health status in order to be considered an additional co-
in the North (Lombardy, Veneto and Emilia-Romagna), apparently factor of SARS-CoV-2 lethality.
sparing central and southern regions. After a delay of a few days, According to data from Italian Civil Protection on March 21st,
Covid-19 is now widely diffuse in many other European countries, 2020, lethality in Lombardy and Emilia Romagna was about 12%
whereas in the rest of Italy was about 4.5% (Protezione Civile
Italian). A team of researchers at the Royal Netherlands Meteoro-
*
This paper has been recommended for acceptance by Dr. Payam Dadvand. logical Institute by using data from the Ozone Monitoring Instru-
* Corresponding author. ment on NASA’s Aura satellite, revealed that Northern Italy is one of
E-mail address: dac@envs.au.dk (D. Caro).
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114465
0269-7491/© 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Please cite this article as: Conticini, E et al., Can atmospheric pollution be considered a co-factor in extremely high level of SARS-CoV-2 lethality
in Northern Italy?, Environmental Pollution, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.1144652 E. Conticini et al. / Environmental Pollution xxx (xxxx) xxx
Europe’s most polluted areas in terms of smog and air pollution also airways too: an outdated paper (Ishii et al., 2004) found that
due to its climatic and geographic conditions, which cause the alveolar macrophages (AM), exposed in vitro to PM10, significantly
stagnation of pollutants (Earth Observatory. A, 1590). The European increased the levels of IL-1b, IL-6, IL-8 and TNF-a, thus underlining
Environment Agency (EEA) has recently introduced an aggregated the prominent role of AM in cleaning particulates and activating
index named as Air Quality Index (AQI), index reflecting the po- immune response. Such evidences are remarked by a more recent
tential impact of air quality on health, driven by the pollutants in paper, which investigated the effects of Milan city (Lombardy, Italy)
geographical regions. It is calculated hourly for more than two winter PM2.5 and summer PM10: as expected, human bronchial cells
thousand air quality monitoring stations across Europe, using up- evidenced an in vitro elevated production of both IL-6 and IL-8
to-date data reported by EEA member countries (European Air (Longhin et al., 2018). Also, a high correlation between nitrogen
Quality Inde). The AQI is based on concentration values for up to dioxide (NO2) and particulate in inducing IL-6 hyperexpression was
five key pollutants, including: PM10, PM2.5, O3, SO2 and NO2. Ac- found (Perret et al., 2017), being both responsible of an inflam-
cording to the AQI the area covering Lombardia and Emilia Roma- matory status even in a pediatric population (Gruzieva et al., 2017).
gna results to be the most polluted area in Italy (and one of the Among the other more common pollutants, ozone (O3) and
most polluted in Europe) (Indice di qualita dell’ar). Qin et al., 2020 sulfur dioxide (SO2) have also a prominent role in inducing sys-
Based on this direct and evident correlation between high level temic and respiratory system inflammation, particularly via IL-8
of lethality and atmospheric pollution, the overreaching question (Kurai et al., 2018), IL-17 (Che et al., 2016) and TNF-a (Cho et al.,
addressed from this paper is: are communities living in polluted 2007), both in vitro and in vivo (Knorst et al., 1996). All these
area such as Lombardy and Emilia Romagna more predisposed to modifications are well known to contribute to atherogenesis,
die of Covid-19 due to their health status? chronic respiratory diseases and cardiovascular events, the latter
strictly correlated with IL-6 serum levels (Aromolaran et al., 2018).
Nevertheless, aside of “classical” pollution-related conditions,
2. Analysis several recent studies have pointed out a possible correlation be-
tween poor air quality and development and worsening of chronic
As previously mentioned, the physio pathological event leading inflammatory disease, such as systemic lupus erythematous (Alves
to intensive care unit (ICU) and to death is an ARDS, a dramatic et al., 2018; Gulati and Brunner, 2018) and rheumatoid arthritis
event whose treatment is usually only supportive, requiring me- (Sigaux et al., 2019).
chanical ventilation. Regardless of the etiology (Aisiku et al., 2016),
a hyper-activation of immune innate system is thought to have a 3. Conclusions
paramount role in this condition: inflammatory cytokines and
chemokines, such as tumor necrosis factor (TNF) a, interleukin (IL) In conclusion, it is well known that pollution impairs the first
1b, IL-6, IL-8, IL-17 and IL-18, as well as several growth factors, are line of defense of upper airways, namely cilia (Cao et al., 2020), thus
overexpressed in ARDS, triggering apoptotic cascade and epithelial- a subject living in an area with high levels of pollutant is more
mesenchymal transition (Gouda et al., 2018). Moreover, their high prone to develop chronic respiratory conditions and suitable to any
serum and bronchoalveolar lavage level seem related to a poorer infective agent. Moreover, as we previously pointed out, a pro-
prognosis (Butt et al., 2016). These findings, although not validated longed exposure to air pollution leads to a chronic inflammatory
and not available in the common clinical practice, make them stimulus, even in young and healthy subjects.
suitable as potential biomarkers and targets for the therapy. This, in our opinion, may partly explain a higher prevalence and
Similar evidences have been reported in patients affected by lethality of a novel, very contagious, viral agent such as SARS-CoV-
severe viral pneumoniae such as SARS (Wong et al., 2004) and 2, among a population living in areas with a higher level of air
MERS (Min et al., 2016) and an immune dysregulation is thought to pollution, particularly if we consider the relatively high average age
be responsible of a worse outcome in patients affected by Covid-19. of this population. Among elderly living in such a region and
Recently published papers have found an imbalance in T cells, as affected by other comorbidities, the cilia and upper airways de-
well as high serum levels of IL-6, IL-1 and TNFa (Qin et al., 2020), in fenses could have been weakened both by age and chronic expo-
the subjects requiring hospitalization and admitted to ICU: this sure to air pollution, which, in turn, could facilitate virus invasion
suggests an intriguing role of the most recent immunosuppressive by allowing virus reaching lower airways. Subsequently, a dysre-
drugs in the treatment of Covid-19 (Stebbing et al., 2020). This gulated, weak immune system, triggered by chronic air pollution
being said, we must remind that an overexpression of the above- exposure may lead to ARDS and eventually death, particularly in
mentioned cytokines occurs in many other conditions in addition to case of severe respiratory and cardiovascular comorbidities.
viral pneumonia and ARDS. Moreover, since the prolonged exposure to atmospheric pollution
Air pollution represents one of the most well-known causes of could induce persistent modifications of the immune system (Tsai
prolonged inflammation, eventually leading to an innate immune et al., 2019), short-term changes in the air quality may not be suf-
system hyper-activation. In a small cohort of mice exposed for three ficient to break this vicious circle. This might be supported by the
months to particulate matter 2.5 mm in diameter (PM2.5), IL-4, persistent high fatality rate, despite the dramatical reduction of air
TNF-a and transforming growth factor (TGF)-b1 were significantly pollution levels in Lombardy since the start of the outbreak. Obvi-
increased in both serum and lung parenchyma, as well as leuco- ously, our considerations must not let us neglect other critical
cytes and macrophages (Yang et al., 2019). Obviously, a high sys- factors responsible for the high contagiousness and fatality of this
temic inflammation impairs heart function too, as witnessed in rapidly spreading disease. Important factors such as the age
another cohort of mice exposed to PM2.5 and PM10 (Radan et al., structure of the affected population, the wide differences among
2019). All these findings have been extensively confirmed in Italian regional health systems, capacity of the intensive care units
humans too: both PM2.5 and PM10 lead to systemic inflammation in the region, and the prevention policies taken by the Government
with an overexpression of PDGF, VEGF, TNFa, IL-1 and IL-6 even in have had a paramount role in the spreading of SARS-CoV-2, pre-
healthy, non-smoker and young subjects (Pope et al., 2016), directly sumably more than the air pollution itself. At the same time, our
related to the length of the exposure to the pollutant (Tsai et al., paper evaluated fatality rate only in two Italian regions: given the
2019). pandemic dimension of Covid-19, it will be interesting to evaluate
Similarly, an exaggerated inflammatory status is found in if, similarly, a higher lethality will be also recorded in the most
Please cite this article as: Conticini, E et al., Can atmospheric pollution be considered a co-factor in extremely high level of SARS-CoV-2 lethality
in Northern Italy?, Environmental Pollution, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114465E. Conticini et al. / Environmental Pollution xxx (xxxx) xxx 3
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Finally, experimental and epidemiological studies are urgently
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inflammatory cytokines represents the cornerstone for a deeper Paper_Relazione-circa-l%E2%80%99effetto-dell%E2%80%99inquinamento-da-
particolato-atmosferico-e-la-diffusione-di-virus-nella-popolazione.pdf.
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fine particulate matter (wPM2.5) induces IL-6 and IL-8 synthesis in human
We have no conflict of interests for the paper titled: can atmo- bronchial BEAS-2B cells, but specifically impairs IL-8 release. Toxicol. In Vitro
spheric pollution be considered a co-factor in extremely high level 52, 365e373.
of SARS-CoV-2 lethality in Northern Italy? Lu, R., Zhao, X., Li, J., Niu, P., Yang, B., Wu, H., Wang, W., Song, H., Huang, B., Zhu, N.,
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