Un antigelo è un additivo che abbassa il punto di congelamento di un liquido a base d’acqua. Una miscela antigelo è usata per ottenere la depressione del punto di congelamento per gli ambienti freddi e raggiunge anche l’elevazione del punto di ebollizione per permettere una temperatura più alta del refrigerante. I punti di congelamento e di ebollizione sono proprietà colligative di una soluzione, che dipendono dalla concentrazione della sostanza dissolta. Poiché l’acqua ha buone proprietà come refrigerante, l’acqua più l’antigelo è usata nei motori a combustione interna e in altre applicazioni di trasferimento del calore. Lo scopo dell’antigelo è quello di evitare che un involucro rigido scoppi a causa dell’espansione quando l’acqua si congela. Commercialmente, sia l’additivo (concentrato puro) che la miscela (soluzione diluita) sono chiamati antigelo, a seconda del contesto. Un’attenta selezione di un antigelo può consentire un’ampia gamma di temperature in cui la miscela rimane in fase liquida, che è fondamentale per un efficiente trasferimento di calore e per il corretto funzionamento degli scambiatori di calore.
Le soluzioni di glicole etilenico divennero disponibili nel 1926 e furono commercializzate come “antigelo permanente” poiché i punti di ebollizione più alti fornivano vantaggi sia per l’uso estivo che durante il freddo. Oggi sono usate per una varietà di applicazioni, comprese le automobili, ma vengono gradualmente sostituite dal glicole propilenico per la sua minore tossicità.
Quando il glicole etilenico è usato in un sistema, può ossidarsi in cinque acidi organici (acido formico, ossalico, glicolico, gliossalico e acetico). Sono disponibili miscele antigelo con glicole etilenico inibito, con additivi che tamponano il pH e riservano l’alcalinità della soluzione per prevenire l’ossidazione del glicole etilenico e la formazione di questi acidi. Nitriti, silicati, teodina, borati e azoli possono anche essere utilizzati per prevenire l’attacco corrosivo sul metallo.
Il glicole etilenico è velenoso per gli esseri umani e altri animali, e dovrebbe essere maneggiato con attenzione e smaltito correttamente. Il suo sapore dolce può portare ad un’ingestione accidentale o permettere il suo uso deliberato come arma del delitto. Il glicole etilenico è difficile da rilevare nel corpo e provoca sintomi, tra cui intossicazione, grave diarrea e vomito, che possono essere confusi con altre malattie. Il suo metabolismo produce ossalato di calcio, che cristallizza nel cervello, nel cuore, nei polmoni e nei reni, danneggiandoli; a seconda del livello di esposizione, l’accumulo del veleno nel corpo può durare settimane o mesi prima di causare la morte, ma la morte per insufficienza renale acuta può avvenire entro 72 ore se l’individuo non riceve un trattamento medico adeguato per l’avvelenamento. Alcune miscele di antigelo a base di glicole etilenico contengono un agente amareggiante, come il denatonium, per scoraggiare il consumo accidentale o deliberato.
Il meccanismo tossico dell’avvelenamento da glicole etilenico è dovuto principalmente ai metaboliti del glicole etilenico. Inizialmente viene metabolizzato dall’alcol deidrogenasi a glicolaldeide, che viene poi ossidato ad acido glicolico. L’aumento dei metaboliti può causare encefalopatia o edema cerebrale. Gli effetti metabolici si verificano da 12 a 36 ore dopo l’ingestione, causando principalmente acidosi metabolica che è dovuta principalmente all’acido glicolico accumulato. Inoltre, come effetto collaterale delle prime due fasi del metabolismo, si verifica un aumento della concentrazione ematica di acido lattico che contribuisce all’acidosi lattica. La formazione di metaboliti acidi causa anche l’inibizione di altre vie metaboliche, come la fosforilazione ossidativa.
La tossicità renale del glicole etilenico si verifica da 24 a 72 ore dopo l’ingestione ed è causata da un effetto citotossico diretto dell’acido glicolico. L’acido glicolico viene poi metabolizzato in acido gliossilico e infine in acido ossalico. L’acido ossalico si lega con il calcio per formare cristalli di ossalato di calcio che possono depositarsi e causare danni a molte aree del corpo tra cui cervello, cuore, reni e polmoni. L’effetto più significativo è l’accumulo di cristalli di ossalato di calcio nei reni che causa danni ai reni che portano all’insufficienza renale acuta oligurica o anurica. Il passo limitante di questa cascata è la conversione del glicolico in acido gliossilico. L’accumulo di acido glicolico nel corpo è principalmente responsabile della tossicità.