Elsie May Widdowson (1906-2000)

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Rinaldo Cervellati

Elsie Widdowson è stata una delle prime donne a ottenere un dottorato di ricerca in chimica all’Imperial College, nato come Istituto di Scienze, Tecnologia e Medicina, uno dei primi college inglesi ad accettare studenti di sesso femminile.

Elsie Widdowson nacque il 21 ottobre 1906 a Wallington, una cittadina nella contea di Surrey, non molto distante da Londra. Il padre faceva l’assistente droghiere. Elsie frequentò la Sydenham County Grammar School for Girls a Durwich, un sobborgo di Londra. La sua materia preferita era la zoologia e lei pensava di proseguirne gli studi all’università. Tuttavia ebbe un’ottima insegnante di chimica che la convinse piuttosto a scegliere questa materia. La tradizione voleva che le donne si iscrivessero ad uno dei college a loro riservati. Incoraggiata da tre ragazze più grandi di lei che erano andate all’Imperial College, decise di fare la stessa cosa. Si trovò in un ambiente del tutto maschile: nell’anno in cui si iscrisse su circa 100 studenti soltanto tre erano donne.

Widdowson sostenne gli esami per il diploma di B.Sc. dopo due anni ma le fu riconosciuto soltanto un anno dopo, nel 1928. Trascorse questo periodo nel laboratorio di biochimica del prof. S.B. Schryver[1] che si occupava di chimica di proteine e aminoacidi estratti da vegetali. A quei tempi non c’era la cromatografia e nel laboratorio si utilizzavano metodi chimici di separazione, lavorando con grandi quantità di materiale contenute in recipienti enormi.

Verso la fine del 1928 Widdowson iniziò il lavoro post-diploma nel Dipartimento di Fisiologia Vegetale dell’Imperial College, che aveva ottenuto una sovvenzione governativa per la ricerca sulla chimica e fisiologia delle mele. Responsabile della ricerca era Helen Porter[2] che affidò a Elsie il compito di analizzare i carboidrati dei frutti dal momento della loro comparsa sugli alberi fino alla maturazione e raccolta, e successivamente durante lo stoccaggio. Per questo lavoro Widdowson si recava ogni due settimane nei frutteti del Kent a raccogliere i frutti di specifici alberi per poi analizzarli in laboratorio. Mise a punto un metodo per separare e analizzare amido, emicellulose, saccarosio, fruttosio e glucosio nelle mele. Nel 1931 pubblicò i risultati di questa lunga ricerca su Biochemical Journal [1]. Nello stesso anno ottenne con questo lavoro il dottorato in chimica.

Indubbiamente Helen Porter diede a Elsie aiuti e consigli, e le comunicò il suo amore per la ricerca, che lei conservò per tutta la vita.

Esaurita la sovvenzione, Widdowson, che peraltro non desiderava dedicare la sua vita alle piante ma era più interessata agli animali e agli umani, lasciò il Dipartimento di Fisiologia Vegetale. Nel 1932 si recò al Courtauld Institute del Middlesex Hospital, facendo ricerche sotto la guida del Professor Edward C. Dodds[3], acquisendo esperienza in biochimica umana. Nei 18 mesi passati al Courtauld, pubblicò i risultati di una ricerca sul confronto fra l’urina e le proteine del siero di soggetti sani e di malati di nefrite [2].

Nel 1933 Elsie rimase senza occupazione e in quei tempi i lavori di ricerca erano difficili da trovare, soprattutto per una donna. Il professor Dodds le disse che quella della dietetica era una professione promettente e, su suo consiglio, Widdowson si iscrisse al primo corso di diploma post-universitario in dietetica, nel Dipartimento di Economia domestica e Scienze sociali al King’s College, diretto dal prof. V.H. Mottram[4].

Figura 1 Elsie May Widdowson

Nella prima parte del corso Widdowson dovette studiare tecniche di cucina industriale nelle cucine del King’s College Hospital. Qui incontrò Robert McCance, un giovane medico che indagava gli effetti chimici della cottura dei cibi come parte della sua ricerca clinica sul trattamento del diabete. Widdowson rilevò un errore nella tecnica analitica di McCance sul contenuto di fruttosio nella frutta, entrambi realizzarono inoltre che c’erano errori significativi anche nelle tabelle nutrizionali standard. Da quel momento iniziò fra i due un sodalizio scientifico che durò per i successivi 60 anni (figura 2), fino alla morte di McCance avvenuta nel 1993[5].

Figura 2

Su suggerimento di Elsie i due ricercatori si proposero di analizzare in dettaglio la composizione di tutti gli alimenti che componevano la dieta britannica. Questa ricerca, durata per più di 15 anni, richiese circa 15000 analisi e condusse alla raccolta dei risultati nel volume The chemical composition of foods, senza dubbio uno dei libri più longevi (v. nota 5).

Poiché McCance e Widdowson stavano raccogliendo così tante informazioni sulla composizione del cibo, erano in una posizione privilegiata per calcolare l’assunzione di energia e sostanze nutritive da parte di uomini, donne e bambini individualmente, invece che basarsi sulle famiglie come era stato fatto fino ad allora. Elsie iniziò le sue indagini seguendo le assunzioni dietetiche dapprima di 63 uomini e 63 donne (lei compresa), per un periodo di una settimana. In seguito estese l’indagine su oltre 1000 bambini e ragazzi di età compresa fra 1 e 18 anni. I risultati evidenziarono la grande variazione nel fabbisogno energetico e sostanze nutritive tra un individuo e un altro dello stesso sesso ed età [3,4]. I Sali minerali (Cu, Zn, Cr e Co) e la loro escrezione furono oggetto di questa e successive ricerche.

Seguì un periodo molto intenso. A McCance furono concessi alcuni letti per pazienti nell’ospedale del King’s College. In particolare, una dei degenti era affetta da policitemia vera e venne trattata con acetil fenilidrazina. Così facendo si ruppero abbastanza globuli rossi da liberare 5 grammi di ferro nel suo corpo. Con loro grande sorpresa il ferro non venne escreto. McCance e Widdowson quindi si auto iniettarono e iniettarono a colleghi volontari ferro per via endovenosa[6].

Anche in questo caso il ferro non fu escreto. Ciò li portò a suggerire che la quantità di ferro nel corpo deve essere regolata non per escrezione ma per assorbimento intestinale controllato. Studi più sofisticati dimostrarono la veridicità dell’ipotesi [5-8].

McCance, analizzando le urine di pazienti in coma diabetico, notò che queste erano prive di sale (cloruro di sodio). Insieme a Widdowson iniziarono una serie di test clinici su volontari cui veniva applicata una dieta senza sale. I risultati di questi esperimenti aiutarono i medici a comprendere l’importante ruolo dei fluidi e del sodio nell’organismo [9].

Oggi, il mantenimento dell’equilibrio dei fluidi e del sale è una parte del trattamento standard dei pazienti con coma diabetico, disfunzioni renali e infarto cardiaco e di chi ha subito interventi chirurgici.

In seguito alla pubblicazione degli articoli sull’assorbimento del ferro, a McCance fu offerto il posto di Lettore di Medicina all’Università di Cambridge. Egli accettò a patto che anche Elsie Widdowson fosse assunta, in modo che la loro collaborazione non si interrompesse. Così McCance e Widdowson si trasferirono a Cambridge nel 1938.

Dopo pochi mesi scoppiò la Guerra. Widdowson, McCance e i loro colleghi divennero essi stessi soggetti sperimentali adottando per diversi mesi una dieta molto povera costituita da pane, cavoli e patate con poca carne e latticini, per scoprire se tale dieta potesse influire sulla loro salute (fig. 3).

Figura 3 Widdowson (al centro), McCance (alla sua destra) e il loro staff mentre sperimentano la loro dieta, 1940 ca.

Dimostrarono che una buona salute poteva essere supportata da questo tipo di dieta se integrata con calcio e vitamine. Il ministro degli approvvigionamenti li nominò responsabili della formulazione del razionamento bellico della Gran Bretagna durante la seconda guerra mondiale. A questo scopo suggerirono di aggiungere piccole quantità di sali di calcio al pane e il loro lavoro è diventato la base della dieta di austerità in tempo di guerra [10].

Dal 1946 Widdowson e McCance lavorarono al Medical Research Council partecipando alla riabilitazione delle vittime della grave inedia nei campi di concentramento nazisti. Visitarono i Paesi Bassi e la Danimarca per studiare l’impatto della dieta in tempo di guerra sulla salute di queste popolazioni sotto l’occupazione tedesca. I due scienziati furono anche per diverso tempo nella Germania del primo dopoguerra visitando diversi orfanotrofi dove il cibo era severamente razionato e di conseguenza i bambini erano denutriti.

Widdowson proseguirà poi questa ricerca nei successivi anni ’50, ’60 e ’70 studiando la malnutrizione in Africa.

Nel 1949 Widdowson e McCance tornarono al Medical Department di Cambridge, riprendendo la ricerca che avevano lasciato prima della guerra sulla composizione del corpo umano. Studiarono le variazioni di composizione dalla nascita alla maturità, analizzando gli stessi costituenti come avevano fatto con gli alimenti: grassi, proteine, carboidrati, ecc. Questa ricerca condusse a numerose pubblicazioni in collaborazione, la più importante è riportata in [11].

La ricerca si estese al confronto con la composizione degli organismi animali e alle funzioni di organi come reni e fegato.

Figura 4 Elsie Widdowson in età matura

Nel 1968 Elsie si trasferì al Dunn Nutrition Laboratory del Medical Research Council, come capo della divisione di ricerca sulla nutrizione infantile. I suoi studi portarono a un importante confronto fra la velocità di crescita di diverse specie animali, fra cui l’uomo [12]. Widdowson mostrò che un neonato umano ha il 16% del suo peso in grasso, molto più elevato dell’1-2% in altre specie. Ha anche studiato l’importanza del contenuto nutrizionale delle diete per bambini, in particolare di tracce di vitamine e minerali nel latte materno. Questo lavoro portò alla revisione degli standard per i sostituti del latte materno nel Regno Unito negli anni ’80.

Nel 1973 si ritirò una prima volta continuando comunque a fare ricerca nel Dipartimento di Medicina Investigativa, nuovo nome dato al Dipartimento di Medicina Sperimentale di cui McCance era stato direttore. Agli amministratori dell’ospedale, sensibili ai movimenti animalisti non piaceva la parola “sperimentale”. Per un certo tempo usufruì di un laboratorio e seguì alcuni studenti di dottorato, ma anche quando il laboratorio non fu più disponibile aveva ancora un ufficio che il direttore Ivor Mills le permise di mantenere fino a quando andò in pensione. Elsie si ritirò per la seconda volta nel 1988.

Anche questo fu però un ritiro “attivo”: Widdowson aveva assunto molte responsabilità, in particolare la presidenza della British Nutrition Foundation dal 1986 al 1996, la presidenza di diversi comitati nazionali e internazionali e la presidenza della Società Nutrizionale e della Società Neonatale.

Elsie Widdowson fu nominata membro della Royal Society nel 1976 e Commander of the Order of the British Empire nel 1979. Ricevette lauree ad honorem da università britanniche e americane.

È morta all’Addenbrooke Hospital (l’Ospedale di Cambridge) in seguito a un ictus il 14 giugno 2000.

Elsie Widdowson divenne una persona famosa e molto amata dai suoi connazionali, oltre ai necrologi sulle riviste specializzate (Nature, 2000, 406, 844), è stata ricordata sui quotidiani: The Telegraph (22/6/2000), The Guardian (22/6/2000) e l’autorevole The Economist (14/6/2000).

Omaggio a Elsie Widdowson

Opere consultate

  1. Ashwell, Elsie May Widdowson, C.H., Biogr. Mems Fell. R. Soc. Lond. 2002, 48, 483–506.

Bibliografia

[1] E. Widdowson, A method for the determination of small quantities of mixed reducing sugars and its application to the estimation of the products of hydrolysis of starch by taka-diastase. Biochem. J., 1931, 25, 863–879.

[2] E. Widdowson, A comparative investigation of urine- and serum-proteins in nephritis. Biochem. J. 1932, 27, 1321-1331.

[3] R.A. McCance, E. Widdowson, A study of English diets by the individual method. Part I. Men. J. Hyg., Camb., 1936, 36, 269–292.

[4] R.A. McCance, E. Widdowson, A study of English diets by the individual method. Part II. Women, J. Hyg., Camb., 1936, 36, 293–309.

[5]R.A. McCance, E. Widdowson, The fate of the elements removed from the blood-stream during the treatment of polycythaemia by acetyl-phenylhydrazine. Q. J. Med. 1937, 6, 277–286.

[6] R.A. McCance, E. Widdowson, The absorption and excretion of iron before, during and after a period of very high intake. Biochem. J., 1937, 31, 2029–2034.

[7] R.A. McCance, E. Widdowson et al., Absorption and excretion of iron. Lancet, 1937, 230(5951), 680–684.

[8] R.A. McCance, E. Widdowson, The absorption and excretion of iron following oral and intravenous administration. J. Physiol., Lond., 1938, 94, 148–154.

[9] R.A McCance, E. Widdowson, The secretion of urine in man during experimental salt deficiency. J. Physiol., Lond. 1937, 91, 222–231.

[10] R.A. McCance, E. Widdowson, Mineral metabolism of healthy adults on white and brown bread dietaries. J. Physiol., Lond. 1942, 101, 44–85.

[11] R.A. McCance, C.M. Spray, E. Widdowson, The chemical composition of the human body. Clin. Sci. 1951, 10, 113–125.

[12] E. Widdowson, Harmony of Growth, Lancet, 1970, 295(7653), 901-905.

[1] Samuel Barnett Schryver (1869-1929) chimico e biochimico britannico, professore all’Imperial College di Londra, è stato un pioniere nell’isolamento di amminoacidi da proteine vegetali.

[2] Di Helen Kelp Archbold Porter (1899-1987) parleremo in un prossimo articolo.

[3] Edward Charles Dodds (Sir) (1899-1973) biochimico britannico, professore di Biochimica all’Università di Londra. I suoi interessi scientifici furono ampi e vari; ebbe un continuo interesse per il cancro e la ricerca sulle sue cause, e fu anche un’autorità in materia di alimentazione e dieta. Incoraggiò sempre colleghi più giovani in attività quali immunopatologia, chimica degli steroidi, citochimica e al lavoro che portò alla scoperta dell’aldosterone.

[4] Vernon Henry Mottram (1882-1976), biochimico e fisiologo britannico compì inizialmente ricerche sul metabolismo dei grassi nel fegato, per dedicarsi poi alla chimica della nutrizione. Divenuto professore di Fisiologia al King’s College di Londra nel 1920, raccolse i suoi studi nel volume Human Nutrition (1944).

[5] Robert Alexander McCance, (1898-1993) britannico, è stato un pediatra, fisiologo, biochimico e nutrizionista, primo professore di Medicina Sperimentale all’Università di Cambridge. Coautore insieme a Elsie Widdowson dell’ampio volume The Chemical Composition of Foods, 1940. Il libro divenne noto come riferimento per il pensiero nutrizionale occidentale moderno, più volte riedito fino al 2002.

[6] A questo proposito Elsie Widdowson scrisse: “Non pensavamo di usare soggetti umani in esperimenti che comportassero dolori o difficoltà, a meno che non avessimo fatto gli stessi esperimenti su noi stessi”

Mary Letitia Caldwell (1890-1972)

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Rinaldo Cervellati

Mary Letitia Caldwell è stata la prima donna a diventare professore assistente di chimica alla Columbia University nel 1929 e poi professore ordinario nel 1948.

Mary Letitia nacque il 18 dicembre 1890 a Bogotà (Colombia) da genitori statunitensi. Sostenitori convinti dell’importanza dell’istruzione superiore vi avviarono tutti i cinque figli. Negli Stati Uniti i college femminili erano la strada principale per le giovani donne per arrivare alla laurea, pertanto Mary frequentò il Western College for Women a Oxford, contea di Butler, Ohio. Ottenne il B.Sc. nel 1913 e, visto il suo talento, fu assunta l’anno successivo come istruttrice dalla stessa istituzione. Nel 1917 fu promossa al grado di assistente. Caldwell rimase solo un altro anno al Western College, decidendo che aveva bisogno di acquisire conoscenze più specialistiche se voleva fare carriera in biochimica.

Nel 1918 Caldwell entrò alla Columbia University, a New York, ottenendo il M.Sc. nel 1919 e il dottorato di ricerca (Ph.D.) in chimica organica nel 1921. Il talento di Caldwell era così notevole che fu immediatamente ingaggiata dal Dipartimento di Chimica della Columbia come istruttrice, unica donna in un’epoca in cui l’idea stessa di donne che lavoravano in una facoltà scientifica era praticamente impensabile al di fuori dei college femminili. Nel 1929 fu nominata professore assistente e nel 1948 ottenne la cattedra come full professor. Rimase alla Columbia per tutta la vita.

Mary Letitia Caldwell

Oltre a sostenere un pesante carico di insegnamento, Caldwell sviluppò un importante progetto di ricerca in nutrizione e biochimica. Dal 1918 il suo particolare interesse era la famiglia di enzimi chiamata amilasi. Come noto gli enzimi accelerano notevolmente la velocità con cui si verificano le reazioni chimiche nei sistemi biologici. Senza enzimi, il complesso corpo umano non sarebbe in grado di funzionare. Le amilasi sono enzimi che catalizzano la trasformazione degli amidi in zuccheri; l’interesse specifico di Caldwell era l’amilasi pancreatica, la versione dell’enzima presente nel pancreas dei mammiferi. Quando iniziò la sua ricerca, era insoddisfatta della purezza dell’enzima allora disponibile in commercio. Fu la prima persona a ottenere amilasi pancreatica a elevato grado di purezza da pancreas di maiale. Alla Columbia costituì un gruppo di ricerca insieme a studenti di dottorato che sviluppò metodi per produrre amilasi pancreatica pura in forma cristallina da diverse origini. E qui fu supervisore di dottorato di Marie Maynard Daly  di cui abbiamo parlato in un post precedente.

Struttura di una amilasi

Le ricerche di Caldwell hanno migliorato radicalmente l’enzimologia: molte delle sue tecniche sono diventate pratiche standard nelle ricerche accademiche e nell’industria. Caldwell e il suo gruppo dimostrarono anche che le amilasi sono proteine, identificarono il loro meccanismo di azione concludendo che per le α-amilasi il meccanismo non è lo stesso. Si occupò ovviamente anche di amminoacidi proteici.

Caldwell soffriva di una disabilità muscolare progressiva, dal 1960 fu costretta su una sedia a rotelle. Nonostante ciò non si trasferì mai dal suo ufficio al 9° piano della Chandler Hall, sede del laboratorio di ricerca alla Columbia University. Nel 1960 le è stata assegnata la Garvan Medal dall’American Chemical Society, un riconoscimento conferito ogni anno a una donna distintasi per aver fornito contributi eccezionali in chimica.

Caldwell era un’eccellente didatta, rispettata dagli studenti. Per questo la Columbia le assegnò anche incarichi amministrativi: per oltre trenta anni ha servito come consulente incaricata dell’assegnazione dei compiti didattici agli assistant professors e all’ammissione dei diplomati ai Corsi di dottorato. È stata anche segretaria del Dipartimento di Chimica e consulente finanziario per i dottorandi. Ha svolto questi incarichi con la stessa dedizione che aveva per il lavoro di ricerca, si può senz’altro parlare di carriera parallela.

Al di fuori del suo lavoro fu un’appassionata escursionista fino all’insorgere della malattia muscolare. Caldwell si ritirò nel 1959 e morì a Fishkill, New York, il 1° luglio 1972.

Opere consultate

N.M. Roscher, P.L.Ammons, Early Women Chemists of Northeast., Presented in part at the 182nd American Chemical Society National Meeting, New York, N.Y., August 1981, p. 180

  1. Rayner-Canham, G.W. Rayner-Canham, http://www.chemistryexplained.com/Bo-Ce/Caldwell-Mary.html

Elementi della tavola periodica. Zinco, Zn.

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Rinaldo Cervellati

Lo Zinco (Zn) è l’elemento n. 30 della Tavola Periodica, il ventitreesimo elemento più abbondante nella crosta terrestre. L’origine del suo nome è oscura ma è certo che era riconosciuto come metallo a se stante centinaia di secoli a. C., e i suoi minerali erano usati per la fabbricazione dell’ottone. Nel libro della Genesi viene menzionato Tubal-cain, discendente di settima generazione da Adamo, come dotato di una reale maestria nella lavorazione dei metalli [1]. T.C. Mitchell [2] sostiene che egli scoprì la possibilità di fucinatura a freddo e di bombatura del ferro meteorico. Tubal-cain è stato descritto anche come il primo chimico [3]. Un fatto certo è che una lega contenente l’87% di zinco è stata trovata in rovine preistoriche in Transilvania e che zinco metallico è stato prodotto nel 13° secolo a.C. in India riducendo il minerale calamina (figura 1) con sostanze organiche come la lana [1].

Figura 1               Calamina                                           zinco metallo in lastra

Il metallo fu riscoperto in Europa da Andreas Sigismund Marggraf[1] nel 1746, riducendo il minerale calamina (un miscuglio di silicato idrato di zinco e carbonato di zinco) con carbone.

Oltre alla calamina, principali minerali dello zinco sono sfalerite o blenda (solfuro di zinco e ferro), smithsonite (carbonato) e franklinite (ossido misto di ferro, zinco e manganese). In seguito a processi geologici e chimici, lo zinco si è concentrato a livelli particolarmente elevati in certi luoghi del pianeta piuttosto che in altri. Il minerale può essere estratto da queste zone quando la concentrazione di zinco supera il 5%. Le aree più ricche di zinco si trovano principalmente in Nord e Sud America, Australia, Asia e, in misura minore, in Europa.

Le risorse minerarie sono stimate a circa 220 milioni di tonnellate di riserve di zinco attualmente sfruttabili. Il consumo mondiale annuo di zinco è attualmente di circa 9,7 milioni di tonnellate. Poiché il riciclaggio rappresenta circa il 39% del consumo di zinco, le riserve si esaurirebbero a un tasso annuo di 5,9 milioni di tonnellate. L’aumento del riciclaggio compenserà la crescita futura dei consumi. Sulla base del consumo costante e senza ipotizzare futuri successi esplorativi, le riserve di zinco sfruttabili dureranno per un periodo di circa 55 anni. Tuttavia, se si aggiungono le riserve di minerale potenzialmente disponibili in futuro, le risorse totali sono stimate in 1.900 milioni di tonnellate, un valore che soddisferebbe il fabbisogno di zinco per diversi secoli all’attuale tasso di estrazione annuale [4,5].

Lo zinco può essere ottenuto mediante arrostimento dei suoi minerali con formazioni di ossido e successiva riduzione dell’ossido di zinco con carbone (ZnO + C → Zn + CO), seguita da distillazione del metallo alla temperatura di 750 °C. Un altro metodo di estrazione è quello per via elettrolitica. Dopo aver ottenuto l’ossido dal minerale, è trattato con acido solforico e la soluzione risultante è inviata a una cella elettrolitica con anodo costituito da una lastra di piombo e catodo da una lastra di zinco puro, la reazione complessiva è:

ZnSO4 + H2O → Zn + H2SO4 + 1/2O2

Si ottengono così catodi di zinco puro.

Lo zinco è al quarto posto fra i metalli più utilizzati al mondo, preceduto nell’ordine da ferro, allumino e rame. La quantità di energia necessaria per produrre zinco dai suoi minerali è bassa rispetto all’energia necessaria per produrre altri metalli non ferrosi (alluminio, rame) utilizzati in edilizia, come mostra il seguente grafico, tratto da [4]:

Ancor meno energia è necessaria per produrre zinco per riciclaggio.

Lo zinco presente in natura contiene cinque isotopi stabili.

Lo zinco è un metallo bianco-azzurrognolo, brillante che esposto all’atmosfera si ricopre più o meno lentamente di una patina bianca. È questa patina che conferisce allo zinco la sua lunga durabilità. La superficie di zinco metallico reagisce infatti con l’ossigeno atmosferico (O2) in presenza di acqua (H2O) per formare idrossido di zinco (Zn(OH)2). L’idrossido di zinco reagisce con il biossido di carbonio atmosferico (CO2) per formare idrossicarbonato di zinco (2ZnCO3.3Zn(OH)2) che è il componente principale della patina (figura 2).

Figura 2 Formazione della patina protettiva, tratta da [4]

Lo zinco è fragile a temperature ordinarie ma malleabile a 100-150°C. È un buon conduttore di elettricità e brucia in aria al calor rosso con sviluppo di nuvole bianche dell’ossido.

Lo zinco metallico ha moltissimi impieghi industriali, dalla galvanizzazione di metalli per prevenirne l’ossidazione (grondaie), alle zamak (leghe a base di Zinco, Alluminio, Magnesio, Antimonio e Rame) usate nella produzione di parti di autoveicoli, pannelli solari, elettrodomestici, giocattoli, bottoni e cerniere. Alcune grondaie in lega di zinco possono durare fino a 100 anni perché la patina è insolubile in acqua, impedendo ogni ulteriore reazione con ossigeno e CO2[2]. Cilindretti di zinco sono usati come contenitore (e polo negativo) nelle pile Leclanché (zinco-carbone). Lo zinco è anche usato in lega per la fabbricazione di oggetti di oreficeria e argenteria. Leghe molto importanti sono l’ottone (Zn-Cu), il bronzo commerciale (Cu 90%, Zn 10%), l’alpaca o argento tedesco (Zn-Cu-Ni), e la lega con alluminio < 5% da fonderia. Grandi quantità di zinco servono a produrre pressofusi, ampiamente utilizzati dalle industrie automobilistica, elettrica e informatica. I composti organometallici dello zinco sono usati nella sintesi di numerose sostanze organiche.

Una lega denominata Prestal®, costituita da zinco al 78% e il 22% di alluminio è quasi forte come l’acciaio, ma è facile da modellare quanto la plastica (superplasticità). Il Prestal® è così plastico da poter essere modellato in forma di pressofusi relativamente poco costosi.

Secondo una statistica del 2016 (US Geological Survey), i dieci Paesi con la produzione maggiore di zinco sono stati: Cina (4.5 milioni tonnellate), Perù (1.3), Australia (0.85), USA (0.78), Messico (0.71), India (0.65), Bolivia (0.46), Kazakistan (0.44), Canada (0.31) e Svezia (0.25).

La Cina è dunque il più grande paese produttore a livello mondiale e un importante consumatore del metallo. I consumi cinesi sono stati la causa principale della rapida crescita dei prezzi.

Lo zinco è potenzialmente riciclabile al 100%. Una stima afferma che il 60% dello zinco disponibile a fine vita è recuperata ed effettivamente riciclata [4,6]. In Europa, il 95% del laminato di zinco usato è riciclato. Il successo del riciclaggio dello zinco laminato è dovuto a un mercato molto ben organizzato (figura 3):

Figura 3 Riciclaggio dello zinco, tratta da [4]

Lavorati contenenti zinco come ferro o acciaio zincato possono diventare una fonte di materiali per il riciclaggio alla fine delle loro vite utili (“vecchi rottami”). Questi materiali sono raccolti e processati in base alla loro composizione (quantità dello zinco e degli altri metalli nella lega) e facilità di elaborazione. Inoltre, a causa di potenziali perdite durante la fabbricazione e la lavorazione (ad esempio, scorie, residui, scarti, ecc.), una certa quantità di zinco diventa disponibile per il riciclaggio già durante la fase di lavorazione stessa (“nuovo rottame”).

Secondo la composizione del rottame, il riciclaggio può avvenire per ri-fusione o rimandato direttamente al processo di raffinazione [6].

Lo zinco ha un solo numero di ossidazione, 2+, quindi il suo ossido è ZnO. Di questo importantissimo composto abbiamo parlato in un precedente post

(https://ilblogdellasci.wordpress.com/2016/02/29/zinco-e-ossido-di-zinco-una-riscoperta/)

che contiene anche una satirica clip tratta dal film Ridere per ridere di John Landis (1977). Vale comunque la pena ricordare che l’ossido di zinco contenuto nelle preparazioni farmaceutiche, igieniche e cosmetiche non può essere riciclato.

Lo zinco è un elemento fondamentale per la vita animale (esseri umani compresi) e vegetale.

Esiste un intervallo di concentrazione di zinco ottimale per ciascun organismo vivente. All’interno di questo intervallo gli organismi viventi possono regolare la loro concentrazione interna per soddisfare i requisiti metabolici (figura 4).

Figura 4 Salute e apporto di zinco,tratta da [4]

Lo zinco è un importante oligoelemento per gli esseri umani in quanto occupa il 3° posto, dopo il magnesio e il ferro. È essenziale per la crescita, lo sviluppo del cervello, la protezione della pelle, il corretto funzionamento del sistema immunitario, la digestione, la riproduzione, il gusto, l’olfatto e molti altri processi fisiologici. Il corpo umano non è in grado di sintetizzare lo zinco di cui ha bisogno, deve quindi introdurlo con l’alimentazione. Cereali, legumi, frutta secca, uova, latticini e carni rosse sono alcuni dei cibi più ricchi in zinco.

L’Organizzazione mondiale della sanità (OMS) raccomanda un apporto giornaliero di 10 mg/giorno per i bambini, 12 mg/giorno per le donne e 15 mg/giorno per gli uomini. Alcuni gruppi di popolazione hanno un fabbisogno di zinco più elevato e pertanto sono più a rischio di carenza di zinco: bambini e adolescenti, donne incinte, sportivi, anziani, ecc. Se queste condizioni ottimali non sono soddisfatte e vi è un deficit può verificarsi una carenza.

I sintomi legati a una carenza di zinco sono: riduzione dei sensi di gusto e olfatto, problemi della pelle, letargia mentale e riduzione della fertilità.

La varietà nella dieta di una persona dipende principalmente da fattori culturali e socio-economici. Poiché la quantità di zinco varia secondo il tipo di alimentazione, su scala globale molti adulti e bambini ne assumono troppo poco. Nei paesi in via di sviluppo, la carenza di zinco è al quinto posto tra i primi 10 fattori di rischio per la salute umana; l’OMS ha stimato circa 800.000 morti l’anno per carenza di zinco [4].

A differenza degli esseri umani gli ecosistemi sono raramente soggetti a una mancanza di zinco, ma possono essere sottoposti a un eccesso.

Come mostrato in figura 5 lo zinco è naturalmente presente nell’ambiente: rocce, suolo, acqua e aria hanno sempre contenuto naturalmente concentrazioni variabili di esso.

Figura 5 Intervalli conc. Zn in diversi ecosistemi, tratta da [4]

Nel corso della loro evoluzione, tutti gli organismi viventi hanno utilizzato lo zinco disponibile nel loro ambiente per specifiche funzioni del loro metabolismo, adattandosi alla concentrazione naturale di zinco nel loro ecosistema. Inoltre, hanno sviluppato meccanismi per mantenere condizioni di vita ottimali quando questo livello di concentrazione dovesse variare di poco dalla norma. Ma se la concentrazione di zinco cambia radicalmente, le condizioni di vita non sono più ottimali e il funzionamento dell’ecosistema viene alterato. Per questo motivo vengono condotti studi ecotossicologici per valutare il rischio per l’ambiente di un eccesso di zinco.

In questi studi è presa in considerazione solo la concentrazione di zinco disciolto perché la parte insolubile non ha alcun effetto su di essi. La concentrazione di zinco disciolto è influenzata dalle proprietà dell’ambiente quali pH, durezza dell’acqua, carbonio organico disciolto e temperatura. Pertanto, qualsiasi studio sull’impatto ambientale dello zinco deve tenere conto delle caratteristiche specifiche dell’ecosistema in questione e della concentrazione di zinco disciolto, non della concentrazione totale.

Studi ecotossicologici hanno dimostrato che le concentrazioni di zinco negli ecosistemi europei, originate da attività umane (come la corrosione atmosferica di zinco laminato e acciaio zincato, usura di pneumatici di veicoli, fertilizzanti e alimenti per animali, ecc.) o emissioni naturali (principalmente da attività vulcanica), rimangono fortunatamente per ora nei limiti delle condizioni di vita ottimali.

Bibliografia

[1] CRC, Handbook of Chemistry and Physics, 85th, p. 4-35

[2] T. C. Mitchell, Tubal-cain, in New Bible Dictionary (IVF, 1962), 1302.

[3] Tubal-Cain Acclaimed as Pioneer Chemist, in The Science News-Letter, Society for Science & the Public, 30 agosto 1941, p. 142,

[4] https://www.vmzinc.com

[5] https://www.zinc.org/

[6] IZA (International Zinc Association),

https://www.initiative-zink.de/fileadmin/iz_web_dateien/D_O_K_U_M_E_N_T_E/Broschueren/IZA_Broschueren/IZA_Closing_the_Loop_new.pdf

[1] Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782) chimico prussiano, allievo di Caspar Neumann discepolo di Stahl, assistente del chimico Spielmann, seguì le lezioni di Friedrich Hoffmann e di Johann Juncker. Nel 1734 si recò a Freiberg in Sassonia per studiare metallurgia con Henckel. Fu poi direttore del Laboratorio Chimico dell’Accademia Prussiana delle Scienze e della Classe di Filosofia Sperimentale della stessa Accademia. Aderì alla teoria del flogisto di Stahl-Juncker ma il suo profondo interesse per la scienza chimica, il perfezionamento di strumenti analitici e l’uso della bilancia anticiparono alcuni aspetti della rivoluzione chimica lavoisierana. https://www.encyclopedia.com/people/science-and-technology/chemistry-biographies/andreas-marggraf

[2] La durata dello zinco può essere ridotta da alcuni inquinanti acidi, che aumentano il tasso di corrosione. Il principale inquinante è il biossido di zolfo (SO2) che reagisce con la patina formando solfato di zinco, che è solubile in acqua e corrosivo. Il biossido di zolfo è emesso da alcuni impianti industriali, impianti di riscaldamento centralizzati a olio e traffico stradale. Di conseguenza, il tasso di corrosione è maggiore in aree urbane o industrializzate rispetto a un ambiente rurale.

Dorothy Maud Wrinch (1894-1976)

In evidenza

Rinaldo Cervellati

Dorothy Maud Wrinch nacque il 13 settembre 1894 a Rosario (Argentina), figlia di Hugh Edward Hart Wrinch, ingegnere britannico, e Ada Souter, casalinga. Poco dopo la sua nascita, la famiglia Wrinch tornò in Inghilterra. Dorothy crebbe a Surbiton, un sobborgo sul Tamigi, 18 km a sud-ovest di Londra. Frequentò la scuola elementare e le superiori a Surbiton. Nel 1913 vinse una borsa di studio per il Girton College, un college residenziale per donne a Cambridge, dove studiò matematica e filosofia. In particolare, fu fortemente influenzata dal matematico e filosofo Bertrand Russell[1], del quale divenne amica. Nel 1916 fu l’unica donna a superare con onori gli esami della prima parte (matematica) del progetto Tripos per la matematica dell’Università di Cambridge.

Il successivo anno accademico (1916-17) Wrinch rimase a Girton, dove studiò e passò la seconda parte (filosofia) del progetto Tripos, che la qualificò per studiare la logica simbolica con Russell.Dorothy Maud Wrinch al Girton

Rimase al Girton anche l’anno seguente, come ricercatrice. Nel periodo della sua vicinanza intellettuale a Russell, Wrinch potrebbe aver avuto un legame romantico con il fratello Frank e probabilmente ebbe un attaccamento infelice con un altro dei suoi discepoli, Raphael Demos, ma le fonti biografiche differiscono sul fatto che Wrinch avesse piuttosto desiderato una relazione sentimentale con Russell [1 a, b].

Bertrand Russell

Nel 1918 Wrinch accettò una docenza all’University College di Londra. A Londra Wrinch frequentò l’Aristotelian Society, partecipando ai dibattiti sulla natura della fisica, della biologia e della psicologia, e divenne amica di D’Arcy Thompson[2]. Fu stretta compagna intellettuale di Harold Jeffreys[3], e alcuni osservatori contemporanei pensarono che fossero fidanzati e che potrebbe essere stata la rottura di questo impegno che incoraggiò Jeffreys a entrare in psicoanalisi, che all’epoca era di moda a Cambridge.

Nell’autunno del 1918 Wrinch partecipò a uno studio universitario sulle espansioni asintotiche al King’s College di Londra, iniziò a insegnare all’University College e continuò comunque a lavorare con Jeffreys sulla filosofia del metodo scientifico.

Dorothy Wrinch a Londra

Si trasferì in un appartamento a Mecklenburgh Square di proprietà della allora amante di Russell, Colette O’Neil. Nel 1920 il Girton College assegnò a Wrinch una borsa di studio della Yarrow Research di quattro anni con libertà di lavorare su qualsiasi area a sua scelta.

Nello stesso 1920 ottenne il master e l’anno successivo il dottorato in matematica dall’University College di Londra.

Nel 1922 Wrinch sposò il suo supervisore al King’s College di Londra, il fisico matematico John William Nicholson[4]. Nicholson era stato di recente nominato direttore del College di matematica e fisica del Balliol College di Oxford, dove Wrinch lo raggiunse. La coppia ebbe una figlia, Pamela, nata nel 1927. Il libro di Wrinch (con lo pseudonimo Jean Ayiling) sulla genitorialità, Retreat from Parenthood, dedicato a Russell, fu un saggio sociologico piuttosto che un manuale su come crescere e educare bambini.

Altra immagine di Wrinch

La salute mentale di Nicholson si deteriorò alla fine degli anni ’20 e nel 1930 fu certificato come malato di mente. I due coniugi si separarono nel 1930, da quest’anno Wrinch si legò intellettualmente ed emotivamente al matematico Eric Neville[5] in un’amicizia che durò fino al 1961.

Durante il periodo oxfordiano Wrinch trovò il tempo per approfondire la sua educazione matematica, conseguendo un master (1924) e un dottorato (1929); fu la prima donna a conseguire un dottorato in scienze a Oxford (il Dipartimento di Scienze includeva la Matematica).

Mentre Wrinch stava approfondendo le sue conoscenze, pubblicò 42 articoli di matematica, fisica matematica e filosofia della scienza, tutti con il suo nome da nubile, che usò per tutta la sua carriera[2].

Nel 1931 Wrinch ottenne da Oxford una dispensa per studiare biologia, cosa che fece in università e laboratori di Londra, Parigi, Vienna e Berlino. In particolare, applicò concetti matematici alla struttura di proteine e cromosomi, che portarono al suo primo lavoro in biochimica, pubblicato su Nature nel 1934 [3]. Questo lavoro le valse nel 1935 una borsa di studio quinquennale della Fondazione Rockefeller per continuare le ricerche sull’applicazione di metodi matematici in biologia.

Nel 1937 presentò una nuova teoria della struttura delle proteine in una riunione dell’Associazione Britannica per l’Avanzamento della Scienza. La teoria era incentrata sull’esistenza di legami ciclici tra gli amminoacidi che costituiscono le proteine, struttura detta Cyclos (ciclone)[4].

Wrinch con la sua ipotesi di struttura

Sebbene la teoria fosse attraente per la simmetria matematica che possedeva e la sua capacità di spiegare molte proprietà delle proteine [5,6], tanto da essere sostenuta da molti, compreso Irving Langmuir [7,8], fu presto attaccata dai cristallografi britannici, i quali affermarono che la teoria non era conforme ai loro dati sperimentali. Inoltre, il chimico americano Linus Pauling calcolò che i legami del cyclos erano troppo instabili per persistere oltre un certo tempo. Pauling e Wrinch si impegnarono in un dibattito sempre più aspro attraverso le pagine del Journal of the American Chemical Society. Alla fine, entrambi hanno avuto torto: gli aminoacidi si combinano nelle proteine formando lunghe catene e legami tipo ciclone sono stati evidenziati nella segale cornuta (una malattia fungina delle graminacee).

Wrinch discute la sua struttura

Nel 1937 ottenne il divorzio da Nicholson sulla base della malattia mentale del marito.

Nel 1939 Wrinch e sua figlia si trasferirono negli Stati Uniti, in parte perché il rettore dell’Università di Oxford e il segretario agli Esteri Lord Halifax le consigliarono che sarebbe stata molto più utile là per sostenere lo sforzo bellico inglese attraverso attività di ricerca e conferenze divulgative.

Wrinch incolpò Pauling per la sua iniziale difficoltà nel trovare una sistemazione accademica negli Stati Uniti. Dopo essere stata visiting professor per un anno presso la Johns Hopkins University di Baltimora, Maryland, nel 1941 Wrinch ottenne una cattedra di ricerca in contemporanea in tre college femminili in Massachusetts: Amherst College, Mount Holyoke College e Smith College. Otto Charles Glaser[6], biologo e vicerettore dell’istituto maschile Amherst College, che era un convinto sostenitore della teoria del ciclone di Wrinch, fu determinante nel sostenere la sua candidatura. I due si sposarono quello stesso anno. Nel 1942 Wrinch ottenne una cattedra a tempo pieno presso lo Smith College, e nel 1943 divenne cittadina americana. Ha continuato a fare ricerca in biochimica fino al 1965 pubblicando i risultati sulle riviste più qualificate [2].

Il suo lavoro più noto di questo periodo è l’applicazione della trasformata di Fourier all’analisi dei dati cristallografici a raggi X [9].

Si è ritirata a Woods Hole nel 1971 ed è morta a Falmount (MA) l’11 febbraio 1976.

 

Opere consultate

William L. Losch, Dorothy Maud Wrinch Brithish-American mathematician and biochemist,

https://www.britannica.com/biography/Dorothy-Maud-Wrinch

D.C. Hodgkin, Obituary, Nature, 1976, 260, 564.

Dorothy Maud Wrinch Wikipedia

Bibliografia

[1] a)  M.Senechal, I died for beauty : Dorothy Wrinch and the cultures of science, Oxford: Oxford University Press,Oxford, USA, 2012; b) P.G. Abir-Am, Synergy or clash: Disciplinary and marital strategies in the career of the mathematical biologist Dorothy M. Wrinch (1894-1976)’ in: P.G. Abir-Am & D. Outram (eds.), Uneasy careers and intimate lives, Women in Science, 1789-1979,  Rutgers University Press, New Brunswick, Canada, 1987.

[2] L’elenco completo dei lavori di Dorothy Maud Wrinch si trova in http://wikler.net/marjoriesenechal/wrinch/wrinch-papers.htm

[3] D.M. Wrinch, Chromosome behavior in terms of protein pattern., Nature, 1934, 134, 978-979.

[4] D.M. Wrinch, On the pattern of proteins. Proc. Royal Society, 1937,160, 59-86.

[5] D.M. Wrinch, The cyclol hypothesis and the globular proteins. Proc. Royal Society, 1937, A 161, 505-524.

[6] D.M. Wrinch, The cyclol theory and the “globular” proteins., Nature, 1937, 139, 972-973.

[7] D.M. Wrinch, I. Langmuir, The Structure of Insulin Molecule. J. Am. Chem. Soc., 1938, 60, 2247-2255.

[8] I. Langmuir, D.M. Wrinch, Nature of the Cyclol Bond., Nature, 1939, 143, 49-52.

[9] D.M. Wrinch, Fourier Transforms and Structure Factors, published by the American Society for X-ray and Electron Diffraction, January 1946.

[1] Bertrand Arthur William Russell (1872 – 1970) britannico, pensatore preminente del XX secolo è stato matematico, logico, filosofo, storico, scrittore, critico sociale, divulgatore, attivista politico. Nel 1950 gli fu assegnato il Premio Nobel per la letteratura “in riconoscimento ai suoi vari e significativi scritti nei quali egli si erge a campione degli ideali umanitari e della libertà di pensiero”. Nel 1945 aveva pubblicato la poderosa opera (A) History of Western Philosophy And Its Connection with Political and Social Circumstances from the Earliest Times to the Present Day (Ed It.: Storia della Filosofia Occidentale). Il libro fu aspramente criticato dai filosofi di professione: Russell fu accusato di generalizzazioni e omissioni, ciononostante diventò un successo popolare e commerciale, ed è rimasto in stampa fin dalla sua prima pubblicazione. Sta di fatto che Russell è riuscito a far capire la filosofia al grande pubblico scrivendo in modo chiaro e comprensibile talvolta alleggerendo gli argomenti più difficili con humor tipicamente britannico. Grazie, Bertrand!

[2] Sir D’Arcy Wentworth Thompson (1860-1948) è stato un biologo scozzese, matematico e studioso di classici. Fu un pioniere della biologia matematica, viaggiò per spedizioni nello Stretto di Bering e ricoprì la carica di professore di storia naturale all’University College, Dundee per 32 anni, poi a St Andrews per 31 anni.

[3] Sir Harold Jeffreys (1891 – 1989) è stato un matematico, statistico, geofisico e astronomo britannico, docente di matematica, poi di geofisica e infine professore di Astronomia all’Università di Cambridge.

[4] John William Nicholson (1881 -1955) fisico matematico inglese è noto soprattutto per i suoi studi spettroscopici che lo portarono a scoprire nuovi elementi. Confinato nel Warneford Hospital fino alla sua morte nel 1955

[5] Eric Harold Neville (1889 – 1961) matematico inglese, noto per i suoi studi di geometria differenziale.

[6] Otto Charles Glaser (1880 – 1951) zoologo statunitense. È stato assistente di biologia all’Università del Michigan, poi professore di Biologia all’Amherst College del Massachusetts dal 1916 al 1948.

Elizaveta Karamihailova (1897-1968)

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Rinaldo Cervellati

Elizaveta Karamihailova è stata una pioniera della fisica nucleare all’inizio del XX secolo, istituì i primi corsi pratici di fisica delle particelle in Bulgaria ed è stata la prima donna a ottenere un titolo di professore in quel Paese.

Elizaveta nacque a Vienna nel 1897 da Ivan Mikhaylov, bulgaro, e Mary Slade, inglese, entrambi studenti all’università della capitale austriaca, lui di medicina, lei di musica. Elizaveta trascorse così gran parte della sua infanzia a Vienna, finché nel 1909 la famiglia si trasferì a Sofia, la capitale della Bulgaria, dove Ivan sarebbe diventato uno dei chirurghi più famosi del paese contribuendo alla costruzione dell’Ospedale della Croce Rossa, diventandone direttore a titolo gratuito. Con un padre chirurgo e una madre musicista, Elizaveta crebbe in un ambiente multiculturale, artistico e scientifico.

Si iscrisse al Sofia Girls’ College, dove si diplomò nel 1917, dopodiché partì per studiare all’Università di Vienna.

Elizaveta Karamihailova

Nel 1922 Karamihailova ottenne il dottorato in fisica e matematica discutendo la tesi “A proposito di figure elettriche su materiali diversi, in particolare cristalli”, sotto la guida di Karl Przibram. Karamihailova continuò il suo lavoro presso l’Institute for Radium Studies di Vienna, interessandosi particolarmente alla radioluminescenza. Nell’autunno del 1923 tornò brevemente in Bulgaria e lavorò come “ricercatore ospite” nell’Istituto di Fisica dell’Università di Sofia. Ben presto Karamihailova tornò a Vienna all’Institute of Radium Studies e iniziò un lavoro sulla trasmutazione degli elementi bombardati con particelle alfa. Nel 1931 Karamihailova e Marietta Blau[1] osservarono uno specifico tipo di radiazione precedentemente sconosciuta emessa dal polonio, che in seguito avrebbe portato James Chadwick alla scoperta dei neutroni. Nel frattempo frequentò corsi di ingegneria elettronica al Politecnico di Vienna.

Elizaveta Karamihailova in laboratorio

Poiché Elizaveta non era austriaca, non poteva essere assunta come assistente di ricerca, pertanto lavorò con un contratto temporaneo. Quando nel 1933 il contratto terminò, fu quasi costretta ad abbandonare la ricerca ma fu in grado di mantenersi attraverso lezioni private mentre continuava a lavorare in laboratorio senza retribuzione.

Nel 1935, dopo più di un decennio senza molte soddisfazioni, il talento di Elizaveta e il suo contributo alla scienza ottennero finalmente un riconoscimento. Fu infatti premiata con una borsa di ricerca triennale Alfred Yarrow Scientific, istituita per consentire alle scienziate di talento di proseguire la ricerca dal Girton College di Cambridge. Lavorò quindi al Cavendish Laboratory dell’Università di Cambridge, uno dei più importanti istituti di ricerca atomica e nucleare dell’epoca[2].

Karamihailova nel suo studio

Karamihailova tornò in Bulgaria nel 1939, dove fu nominata docente di Atomistica Sperimentale e Radioattività all’Università di Sofia. Istituì un corso di fisica atomica, introducendo le conoscenze acquisite nei suoi studi in Austria e Inghilterra e importando alcune delle sue attrezzature.

Karamihailova e suoi studenti

Lo scoppio della seconda guerra mondiale interruppe ogni ulteriore espansione delle attività di ricerca nucleare.

Nonostante il suo formidabile intelletto e la sua statura scientifica, Elizaveta era una persona semplice e amichevole che fraternizzava con i suoi studenti ed era rispettata e amata da loro. Non era particolarmente interessata alle correnti politiche che attraversavano il suo paese durante la seconda guerra mondiale. “Era anticomunista e aveva orrore per tutte le armi”, ha ricordato Mary Cartwright, una collega di Cambridge. Questa avversione avrebbe potuto costarle caro dopo l’invasione sovietica della Bulgaria nel 1944. Fu intrapresa un’epurazione dell’intero sistema educativo per eliminare gli anticomunisti. Elizaveta non fu rimossa ma il suo nome apparve in una lista di “scienziati inaffidabili”. Non perse la cattedra, ma fu trasferita all’Istituto di Fisica dell’Accademia Bulgara delle Scienze, dove ricevette il titolo di professore ordinario. Il divieto di viaggiare all’estero le impedì di interagire e collaborare con altri scienziati. Continuò tuttavia a lavorare nel campo della radioattività.

Omaggio a Elizaveta Karamihailova

I timori di Elizaveta sugli effetti delle radiazioni erano fondati e lei, come molti dei suoi colleghi ne subirono le conseguenze. Elizaveta Karamihailova morì di cancro nel 1968.

Opere consultate

Women in Science, European Communities, 2009, pp. 142-144

[1] Vedi il volume 2007 in bulgaro qui linkato.

[2] All’epoca i principali istituti di ricerca in fisica e chimica nucleare e delle radiazioni erano tre: L’Istituto del Radio a Parigi, in Francia, il Cavendish Laboratory a Cambridge, in Inghilterra e L’Istituto di Ricerca sul Radium a Vienna, in Austria.

Due aromi utilizzati nelle sigarette elettroniche possono danneggiare le cellule polmonari

In evidenza

Rinaldo Cervellati

La notizia è stata riportata da Tien Nguyen in un recente numero di Chemistry & Engineering newsletter on line. Le due sostanze sospette sono il diacetile e il suo omologo 2,3-pentandione.

                  Diacetile                         2,3-pentandione

Il diacetile, comunemente utilizzato nell’industria alimentare per il suo aroma di burro, è sotto esame fin dai primi anni del 2000. Gli studi rivelarono una possibile correlazione fra questa sostanza e l’insorgenza di bronchiolite obliterante, una malattia che provoca tosse secca e respiro sibilante, osservata per la prima volta negli operai delle fabbriche di popcorn degli USA

Nel 2012, la US Flavor and Extract Manufacturers Association ha stabilito limiti di esposizione sul posto di lavoro per il diacetile (e il suo omologo 2,3-pentanedione) e ha raccomandato che i contenitori di queste sostanze rechino un’etichetta con l’avvertimento che l’inalazione di vapori provenienti dai contenitori potrebbe provocare gravi danni.

Il diacetile è anche il composto più comune fra diverse centinaia di sostanze aromatizzanti utilizzate nelle sigarette elettroniche, uno studio del 2016 su 51 prodotti per sigaretta elettronica ha rilevato che più della metà conteneva 2,3-pentanedione.

Un gruppo multidisciplinare di ricerca, coordinato dai Dott. Joseph Allen & Quan Lu della Harvard TH Chan School of Public Health a Boston, ha valutato l’effetto delle due sostanze aromatizzanti su colture di cellule epiteliali bronchiali e ha proposto un possibile meccanismo di come potrebbero compromettere la funzionalità polmonare. (H-R. Park Sci et al., Transcriptomic response of primary human airway epithelial cells to flavoring chemicals in electronic cigarettes., Sci. Rep. 2019, DOI: 10.1038 / s41598-018-37913-9).

D.J.Allen

Quan Lu

 

 

 

Lo studio si concentra inizialmente sugli effetti del diacetile e del 2,3 pentanedione sulle cellule epiteliali. Queste cellule rivestono le vie respiratorie dei polmoni e le mantengono pulite, ricorda il genetista Quan Lu, condirettore della ricerca. Esistono in tre forme: cellule ciliate, caliciformi e basali. Le cellule ciliate, simili a capelli, lavorano con quelle caliciformi che producono muco per spazzare via la polvere e gli agenti patogeni dalle vie aeree. Le cellule basali possono trasformarsi in uno degli altri due tipi di cellule epiteliali.

I ricercatori hanno trattato tutti e tre i tipi di cellule epiteliali con soluzioni di diacetile, 2,3-pentanione e con una soluzione inerte (controllo). L’esposizione alle sostanze aromatiche ha portato a una diminuzione del numero di cellule ciliate, rispetto all’esposizione alla soluzione di controllo. Usando una tecnica genetica, chiamata RNA-seq, il gruppo ha monitorato i livelli di RNA delle cellule, consentendo di osservare quali geni hanno cambiato la loro espressione dopo l’esposizione alle sostanze aromatiche. Molti dei geni con livelli di espressione più bassi dopo l’esposizione sono stati coinvolti nella ciliogenesi, il modo in cui le cellule basali si trasformano in cellule ciliate. Avere meno cellule ciliate lungo le vie aeree significa che i polmoni hanno meno protezione contro corpi estranei che possono causare infiammazioni. Questo lavoro ha permesso di ipotizzare un possibile meccanismo con cui queste sostanze producono i danni osservati.

Un’indagine commissionata dallo US Public Health Commission ha riportato che gli aromi aggiunti contribuiscono al fascino che i giovani hanno per la sigaretta elettronica: dal 2011 al 2015 l’uso di sigarette elettroniche fra gli studenti delle scuole superiori negli Stati Uniti è cresciuto del 900%, portando il Presidente della Commissione a dichiarare che questo fenomeno potrebbe comportare grossi problemi per la salute pubblica. Nel tentativo di ridurre l’uso di sigarette elettroniche tra i giovani, nel novembre 2018 il commissario della FDA (Food and Drug Administration), Scott Gottlieb, ha proposto politiche per limitare la vendita di prodotti aromatizzati per sigarette elettroniche (senza includere menta, mentolo o aromi di tabacco) nei negozi in cui i minorenni devono presentare un documento di identità per fare acquisti.

I ricercatori di Harvard hanno in programma di testare un insieme più ampio di sostanze chimiche aromatizzanti e di sviluppare anche una tecnica di laboratorio per esporre le cellule agli aromatizzanti aerosolizzati, che imiterebbe meglio il modo in cui le cellule dei polmoni vengono esposte a queste sostanze.

Maciej L. Goniewicz del Roswell Park Comprehensive Cancer Center, che studia la tossicità dei composti aromatizzanti nelle sigarette elettroniche, afferma che studi cellulari controllati come questo sono importanti perché consentono agli scienziati di studiare l’impatto delle singole sostanze chimiche in vitro, che possono essere difficili da investigare in vivo.

                                         Maciej L. Goniewicz

Tuttavia afferma che può non essere corretto estrapolare questi risultati e applicarli alla salute umana. Nel valutare i rischi per la salute Goniewicz aggiunge che è importante tenere presente che i loro rischi sono relativi. Ad esempio, fumare sigarette espone le persone a migliaia di sostanze chimiche, quindi è possibile che anche ammettendo una certa tossicità degli aromatizzanti, le sigarette elettroniche possano essere meno pericolose di quelle tradizionali. Ponderare i rischi dipenderà dalle autorità di regolamentazione, che necessiteranno però di più dati sperimentali e epidemiologici per fare raccomandazioni attendibili.

Negli USA la FDA (Food and Drug Administration) non si è espressa in maniera nettamente negativa sull’uso del diacetile nel liquido per le sigarette elettroniche.

Anche in Europa si è registrato un aumento del mercato delle sigarette elettroniche, a eccezione dell’Italia, dove si è verificato un netto calo dal 2013 al 2015.  Dal 1 gennaio 2018 le sigarette elettroniche sono passate sotto il controllo diretto del Monopolio di Stato, come il tabacco tradizionale. Una ulteriore tassa che rischia di soffocare un intero settore e alimenta una battaglia combattuta a suon di leggi, sanzioni e ricorsi. Non tutti i liquidi per sigaretta elettronica contengono infatti nicotina, molti contengono solo l’aroma del tabacco, insieme ad altri aromi aggiunti.

Wikipedia, alla voce Diacetyl in lingua inglese riporta letteralmente:

In 2016, diacetyl was banned in eliquids / ecigarettes in the EU under the EU Tobacco Products Directive.

Ma le cose non stanno così. Andando a esaminare attentamente il documento citato a sostegno della frase precedente, disponibile in tutte le lingue dell’Unione Europea:

http://europa.eu/rapid/press-release_IP-16-1762_it.htm

si può notare che in nessun punto è menzionato il divieto del diacetile, gli aromi sono citati solo al punto 2 che recita:

Le sigarette e il tabacco da arrotolare non potranno più avere aromi caratterizzanti come mentolo, vaniglia o caramello, che mascherano il gusto e l’odore del tabacco. Nel caso di prodotti con una quota di mercato superiore al 3 % (come il mentolo), il divieto sarà applicato a partire dal 2020.    

 

Nota del blogmaster: si vedano anche

– pag. 20 del rapporto dell’ISS http://old.iss.it/binary/publ/cont/16_44_web.pdf

http://news.doccheck.com/it/2857/sigarette-elettroniche-un-polmone-al-popcorn-per-favore/

 

Scienziate che avrebbero potuto aspirare al Premio Nobel: Ellen Gleditsch (1879-1968)

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Rinaldo Cervellati

Ellen Gleditsch è stata uno dei primi specialisti in radiochimica, misurò l’emivita del radio e confermò l’esistenza degli isotopi. Come esperta cristallografa, ha dato importanti contributi alla scienza nel laboratorio di Marie Skłodowska-Curie. Fu la seconda donna a occupare una cattedra universitaria in Norvegia.

Ellen nacque il 28 dicembre 1879 a Mandal (Norvegia), prima di 11 figli. Suo padre, un insegnante di storia naturale, e sua madre, intellettuale e sostenitrice dei diritti delle donne, fecero in modo che tutti i figli fossero impegnati in attività culturali e musicali oltre a frequentare la scuola regolare.

Una giovane Ellen Gleditsch

Fu la prima della classe alla scuola di farmacia nel 1902. Nel 1903, Gleditsch fu invitata a studiare nel laboratorio del chimico Eyvind Bødtker[1] all’Università di Oslo e presto divenne la sua assistente. Nel 1905 superò l’esame di ammissione all’università[2] ma su suggerimento e con il sostegno di Bødtker decise di proseguire gli studi a Parigi.

Nel 1907 iniziò a lavorare nel laboratorio di Marie Curie, già famosa avendo vinto il Premio Nobel per la fisica nel 1903 (insieme al marito Pierre Curie e a Henry Becquerel). Ellen si dimostrò una risorsa inestimabile per il laboratorio di Curie, eseguendo “cristallizzazioni frazionate”, una tecnica difficile in cui pochi scienziati erano competenti. Con questa tecnica Gleditsch riuscì a purificare il radio. Lavorò a stretto contatto con Curie per cinque anni analizzando minerali radioattivi alla ricerca di uranio e radio e, dopo aver lasciato il laboratorio, vi tornò più volte per supervisionare gli esperimenti. In questo periodo pubblica almeno cinque lavori [1-4].

Ellen conseguì la Licenciée en sciences degree (licenza in scienze) dalla Sorbona nel 1911 e nello stesso anno ottenne una borsa di studio presso l’Università di Oslo.

Ellen Gleditsch dottore in scienze

Dopo un anno nella capitale norvegese, vinse una borsa della American-Scandinavian Foundation (la prima borsa di studio assegnata a una donna) per studiare negli Stati Uniti, e colse al volo l’occasione. Fece domanda a due prestigiose scuole degli USA chiedendo di lavorare nei loro laboratori ma entrambe le domande furono rifiutate, in un caso su base di genere.

Nonostante fosse stata respinta, si recò all’Università di Yale, nel laboratorio di Bertram Boltwood[3] , dove trascorse un anno per completare le sue ricerche sul tempo di emivita del radio stabilendolo in 1686 anni [5], che è rimasto lo standard per molto tempo prima di essere corretto a 1620 anni.

La misurazione di Ellen ha aperto la strada a diverse importanti scoperte, poiché l’emivita del radio poteva essere utilizzata come parametro per lo studio della radiochimica di altri elementi. Gli scienziati che l’avevano rifiutata cambiarono idea sul fatto di avere donne nei loro laboratori. Nel giugno 1914, ricevette un dottorato onorario per il suo lavoro sulla radioattività dallo Smith College di Northampton, nel Massachusetts.

Ellen tornò all’Università di Oslo nel 1914 e nel 1917 divenne la seconda donna ad essere eletta all’Accademia delle Scienze di Oslo. Dodici anni più tardi, dopo un’ardua procedura di nomina, è diventata la seconda donna a ricoprire una cattedra universitaria in un’università norvegese (università di Oslo). A Oslo avviò con successo un gruppo di ricerca in radiochimica. Durante gli anni ’30, continuò a produrre articoli in inglese, francese, tedesco e norvegese. Nel 1939 è stata nominata membro del comitato internazionale per la cooperazione intellettuale, del quale aveva fatto parte Maria Curie alcuni anni prima.

Ellen Gleditsch in laboratorio

Sebbene il suo risultato scientifico più celebre sia stato la determinazione del tempo di emivita del radio, Gleditsch ha anche svolto un ruolo importante nel confermare l’esistenza degli isotopi. Quando nel 1913 il chimico britannico Frederick Soddy avanzò l’ipotesi che gli atomi di un elemento potevano avere pesi atomici[4] diversi, Ellen, insieme ad altri ricercatori, inviò un campione di piombo che aveva purificato a un importante scienziato negli Stati Uniti. Il suo campione era l’unico abbastanza puro da provare l’esistenza degli isotopi.

Fervente sostenitrice delle donne nella scienza per tutta la sua vita, è stata co-fondatrice della Norwegian Women Academics Association nel 1919 e, dal 1926 al 1929, ha ricoperto il ruolo di presidente della International Federation of University Women, posizione che le ha permesso di viaggiare e tenere conferenze.

Quando la Norvegia fu occupata durante la seconda guerra mondiale, nascose gli scienziati e continuò a usare la sua casa per gli esperimenti. Durante un’incursione nel suo laboratorio nel 1943, le scienziate riuscirono a nascondere i minerali radioattivi ma tutti gli uomini furono arrestati.

Si ritirò dall’università nel 1946 e iniziò a lavorare con l’UNESCO partecipando a iniziative per porre fine all’analfabetismo. Nel 1952 fu nominata alla commissione norvegese che lavorava per il controllo delle armi atomiche. Nello stesso anno si dimise dall’UNESCO per protesta contro l’ammissione della Spagna fascista di Francisco Franco.

Ellen Gleditsch in conferenza

Nel 1962, all’età di 83 anni, ricevette un dottorato onorario dalla Sorbona, la prima donna a ricevere un tale onore.

Ellen Gleditsch morì, stroncata da un ictus, il 5 giugno 1968. In suo onore è stata istituita la Ellen Gleditsch Scholarship Foundation con lo scopo di sostenere aspiranti scienziati.

Opere consultate

The gifted cristallographer. Epigenesys https://www.epigenesys.eu/en/science-and-you/women-in-science/773-ellen-gleditsch

Marelene F. Rayner-Canham, Geoffrey W. Rayner-Canham, A Devotion to Their Science: Pioneer Women of Radioactivity, Chemical Heritage Foundation, 1997, pp. 51-75 https://books.google.com.mx/books?id=YAbzjGWdIA0C&pg=PA73&lpg=PA73#v=onepage&q&f=false

  1. Lykknes, L. Kvittingen, A. K. Børresen, Appreciated Abroad, Depreciated at Home. The Career of a Radiochemist in Norway: Ellen Gleditsch (1879–1968)., 2004, 95, 576-609.

Bibliografia

[1] Mme Curie et Mlle Gleditsch, Action de l’émanation du radium sur les solutions des sels de cuivre., Radium, 1908, 5(8), 225-227 https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242300/document

[2] E. Gleditsch, Sur le radium et l’uranium contenus dans les mineraux radioactifs., Comptes Rendus, 1909, 148, 1451.

[3] E. Gleditsch, Ratio Between Uranium and Radium in the Radio-active Minerals., Comptes Rendus, 1909, 149, 267.

[4] E. Gleditsch, Sur les rapports entre l’uranium et le radium dans les mineraux radioactifs., Radium, 1911, 8(7), 256-273.

[5] E. Gleditsch, The life of Radium., American Journal of Science., 1916, 41, 112-124.

[1] Eyvind Bødtker (1867 – 1932) farmacista e chimico norvegese si è occupato principalmente di omologhi del benzene e di composti aliciclici. La maggior parte della sua carriera si è svolta all’università di Christiana dove è stato professore dal 1918.

[2] Il Matriculatium exam o Examen artium, corrispondeva all’esame di maturità di oggi, dopodiché gli alunni ricevevano il titolo di “studenti” poiché era anche il requisito per accedere all’università. Fino al 1923 questo esame non era tuttavia obbligatorio per gli studi di farmacia. Questo spiega perché Gleditsch aspettò fino al 1905 per iniziare i suoi studi universitari di chimica.

[3] Bertram Borden Boltwood (1870 – 1927), radiochimico statunitense stabilì che il piombo è il prodotto finale del decadimento dell’uranio. Professore alla Yale University.

[4] A quel tempo i chimici parlavano ancora in termini di peso. Di massa si cominciò a ragionare quando Francis Aston nel 1921 introdusse la whole-number rule, secondo cui le masse degli isotopi sono multipli interi della massa dell’atomo di idrogeno. A Francis Aston (1877-1945) fu assegnato il Premio Nobel per la chimica 1922 “per la sua scoperta, grazie all’utilizzo del suo spettrografo di massa, di isotopi di molti elementi non radioattivi e per la sua enunciazione della teoria del numero intero”. Volendo essere precisi, la massa di ciascun isotopo non è un intero causa il difetto di massa durante la sua formazione in cui si libera energia.