Chimica a quattro zampe: come i cani cambiano il nostro ambiente interno

Mentre l'impatto degli occupanti umani sulla qualità dell'aria è da tempo oggetto di ricerca, nessuno ha mai analizzato da vicino il ruolo dei cani. Eppure questi amici a quattro zampe fanno da tempo parte della vita quotidiana: oltre mezzo milione di persone vive in case svizzere, 10,5 milioni in Germania.

Uno studio guidato dall'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) colma ora questa lacuna della ricerca. L'Istituto Max Planck per la Chimica ha svolto un ruolo chiave, contribuendo con la sua lunga esperienza nella chimica atmosferica alla collaborazione internazionale con l'EPFL, l'Istituto Finlandese per la Salute e il Benessere e l'Università Tecnica della Danimarca.

Chiarezza quantitativa dal laboratorio HOBEL

Nel nuovo studio, un team di ricerca del laboratorio Human-Oriented Built Environment Lab (HOBEL) dell'EPFL ha analizzato quali gas, particelle e microrganismi i cani rilasciano nel loro ambiente. "Volevamo fare chiarezza scientifica su fattori che non erano ancora del tutto compresi", afferma Dusan Licina, professore dell'HOBEL. "I risultati forniscono, per la prima volta, dei 'fattori di emissione' quantitativi che possono essere utilizzati per perfezionare i modelli di qualità dell'aria interna". In futuro, i ricercatori saranno in grado di simulare in modo più realistico come la coesistenza di esseri umani e animali domestici influenzi l'aria negli spazi chiusi. Si tratta di un passo importante per comprendere meglio le fonti di inquinamento dell'aria e rendere l'ambiente di vita più sano".

Ammoniaca e gas respiratori

Per misurare l'inquinamento indoor che colpisce gli esseri umani si possono utilizzare indicatori chiave. Rilasciamo nell'aria cellule della pelle, fibre dei vestiti e microrganismi; la nostra respirazione genera CO₂ e la nostra pelle emette bassi livelli di gas ammoniaca e composti organici volatili. Si verificano anche reazioni chimiche complesse, come quando le molecole d'aria toccano la pelle e si trasformano in nuovi composti.

I ricercatori hanno preso in considerazione questi stessi fattori per valutare l'impatto dei cani sull'aria che respiriamo. Non sorprende che lo studio dimostri che, in termini assoluti, i cani emettono circa la stessa quantità di CO₂ degli esseri umani: un cane di grossa taglia, come un mastino o un Terranova, può produrre tanta CO₂ quanto un uomo adulto a riposo.

E l'ammoniaca, meglio conosciuta per il suo odore acre e i suoi effetti caustici, è in realtà un comune sottoprodotto umano e animale. Rilasciato attraverso la pelle o esalato con la respirazione, questo gas funge da indicatore discreto dell'attività biologica dell'organismo che lo emette. Viene prodotto in quantità minime durante la digestione delle proteine e viene coinvolto in reazioni chimiche quando entra in contatto con l'aria. Anche in questo caso, i cani ne producono circa quanto i loro padroni. I ricercatori hanno scoperto che il rapporto ammoniaca/CO₂ è più alto nei cani che negli esseri umani. "In altre parole, un cane che espira la stessa quantità di CO₂ di un umano produrrà molta più ammoniaca. Questa differenza è probabilmente una funzione del loro cibo più ricco di proteine, del loro particolare metabolismo e della loro respirazione veloce, che è uno dei modi in cui controllano la loro temperatura corporea", spiega l'ingegnere ambientale Licina. Ma i cani passano più tempo a dormire, con una respirazione più lenta e talvolta irregolare. In definitiva, nel corso di una giornata, i cani respirano circa quanto gli esseri umani ed emettono circa la stessa quantità di ammoniaca.

Peli di cane, polvere e sbuffi di particelle

Per quanto riguarda gli inquinanti atmosferici, i cani hanno un impatto maggiore attraverso le minuscole particelle solide e liquide che inviano nell'aria. Quale proprietario di un cane non si è mai chiesto che cosa abbia raccolto il proprio animale domestico con il pelo durante una passeggiata? Anche in questo caso, i risultati dello studio possono illuminarci. Quando si scuotono, si grattano o semplicemente vengono accarezzati, i cani rilasciano quantità considerevoli di particelle relativamente grandi: polvere, polline, detriti vegetali e microbi. Ogni volta che i cani dello studio si muovevano, i sensori raccoglievano "sbuffi" di inquinamento indoor: i cani di grossa taglia emettevano una quantità di microrganismi da due a quattro volte superiore a quella emessa dagli esseri umani nella stessa stanza. Molte di queste particelle sono fluorescenti: se esposte alla luce ultravioletta, si illuminano leggermente, tradendo la loro origine biologica. "Questo alto livello di diversità microbica non è necessariamente una cattiva notizia", afferma Licina. "Alcuni studi indicano che l'esposizione a una varietà di microbi può favorire lo sviluppo del sistema immunitario, soprattutto nei bambini. Ma l'impatto preciso sulla salute umana è ancora poco conosciuto e può variare da persona a persona". Da un punto di vista scientifico, le misurazioni aiutano anche a quantificare come gli animali domestici agiscano come 'vettori' mobili, trasportando materiale biologico in casa e ridistribuendolo attraverso le attività quotidiane".

L'effetto di petting e ozono

Lo studio fa luce anche sulle reazioni chimiche secondarie. Quando i ricercatori hanno introdotto piccole quantità di ozono (_O3) nella camera di prova, a una concentrazione tipica dell'aria esterna pulita, la composizione dell'aria è cambiata sensibilmente. Uno spettrometro di massa TOF altamente sensibile dell'Istituto Max Planck per la Chimica di Magonza ha registrato continuamente le minime reazioni chimiche. L'ozono non rimane inalterato a lungo dopo essere entrato negli ambienti interni. Quando entra in contatto con la pelle umana, reagisce rapidamente con l'olio cutaneo squalene e forma nuovi composti chimici, tra cui aldeidi e chetoni, nonché particelle ultrafini.

"Poiché la pelle dei cani è priva di pori, non è ricoperta di squalene e i cani si raffreddano ansimando piuttosto che sudando, inizialmente pensavamo che i composti organici volatili rilasciati sarebbero stati molto diversi", spiega il chimico atmosferico Jonathan Williams del Max Planck Institute for Chemistry. In realtà, però, i cani hanno mostrato reazioni all'ozono simili a quelle degli esseri umani. Una ragione, secondo Williams: "Quando li accarezziamo, trasferiamo alla loro pelliccia i residui della pelle, che reagiscono con l'ozono e producono a loro volta sottoprodotti e particelle ultrafini".

Nonostante l'accarezzamento, i cani coinvolti nello studio hanno prodotto in media il 40% in meno di prodotti di degradazione dell'ozono rispetto agli esseri umani. Si tratta di una via di interazione che finora è stata ampiamente trascurata nei modelli di chimica dell'aria interna. Non è ancora chiaro se i cani agiscano anche come "pozzi di ozono", ovvero se siano in grado di abbattere l'ozono. Gli studi futuri mireranno anche a chiarire in che misura la razza, la dieta o le abitudini di toelettatura giochino un ruolo e se altri animali domestici mostrino effetti simili.

Una camera ambientale e un compagno umano

Per garantire l'affidabilità dei risultati, i ricercatori hanno condotto gli esperimenti in una camera ambientale altamente controllata, una struttura unica nel suo genere presso l'EPFL di Friburgo, in Svizzera. La camera, dotata di strumenti di alta precisione, è stata progettata per riprodurre un interno normale, eliminando le interferenze esterne. Poiché l'aria era filtrata e la temperatura e l'umidità erano mantenute costanti, ogni cambiamento nella qualità dell'aria poteva essere attribuito specificamente ai cani piuttosto che a fattori ambientali.

"La parte più difficile è stata ottenere tutte le autorizzazioni necessarie e rispettare gli standard etici", spiega Licina. Ad esempio, gli animali dovevano essere familiari e accompagnati da qualcuno che conoscevano, per ridurre lo stress. Alla fine, la popolazione dello studio era composta da due gruppi: 3 cani grandi in un gruppo e 4 cani piccoli (chihuahua) in un altro gruppo.

Insieme ai loro compagni umani, i cani alternavano periodi di riposo a periodi di interazione - muovendosi, giocando dolcemente e facendosi accarezzare. In questo modo i ricercatori hanno potuto osservare come gli animali influenzano l'aria circostante, quasi in tempo reale e in condizioni quasi reali. La camera ambientale è servita come un normale salotto per i cani e come un laboratorio di alta precisione per i ricercatori.