Хлормекват — регулятор роста растений, использование которого в зерновых культурах растет в Северной Америке. Токсикологические исследования показали, что воздействие хлормеквата может снизить фертильность и нанести вред развивающемуся плоду при дозах ниже разрешенной суточной дозы, установленной регулирующими органами. Здесь мы сообщаем о наличии хлормеквата в образцах мочи, собранных у населения США, с показателями обнаружения 69%, 74% и 90% в образцах, собранных в 2017, 2018–2022 и 2023 годах соответственно. С 2017 по 2022 год в образцах были обнаружены низкие концентрации хлормеквата, а с 2023 года концентрации хлормеквата в образцах значительно возросли. Мы также заметили, что хлормекват чаще встречался в овсяных продуктах. Эти результаты и данные о токсичности хлормеквата вызывают обеспокоенность относительно текущих уровней воздействия и требуют проведения более масштабных испытаний на токсичность, надзора за продуктами питания и эпидемиологических исследований для оценки воздействия хлормеквата на здоровье человека.
В этом исследовании сообщается о первом обнаружении хлормеквата, агрохимиката с токсичностью для развития и репродуктивной функции, у населения США и в продовольственном снабжении США. Хотя в образцах мочи с 2017 по 2022 год были обнаружены схожие уровни этого химического вещества, в образце 2023 года были обнаружены значительно повышенные уровни. Эта работа подчеркивает необходимость более широкого мониторинга хлормеквата в пищевых продуктах и образцах человека в Соединенных Штатах, а также токсикологии и токсикологии. Эпидемиологические исследования хлормеквата, поскольку это химическое вещество является новым загрязнителем с задокументированными неблагоприятными последствиями для здоровья при низких дозах в исследованиях на животных.
Хлормекват — сельскохозяйственный химикат, впервые зарегистрированный в США в 1962 году в качестве регулятора роста растений. Хотя в настоящее время он разрешен только для использования на декоративных растениях в США, решение Агентства по охране окружающей среды США (EPA) от 2018 года разрешило импорт пищевых продуктов (в основном зерновых), обработанных хлормекватом. В ЕС, Великобритании и Канаде хлормекват одобрен для использования на продовольственных культурах, в основном на пшенице, овсе и ячмене. Хлормекват может уменьшать высоту стебля, тем самым снижая вероятность скручивания урожая, что затрудняет сбор урожая. В Великобритании и ЕС хлормекват, как правило, является наиболее обнаруживаемым остатком пестицида в злаках и зерновых культурах, что документировано в исследованиях долгосрочного мониторинга.
Хотя хлормекват одобрен для использования на сельскохозяйственных культурах в некоторых частях Европы и Северной Америки, он проявляет токсикологические свойства, основанные на исторических и недавно опубликованных экспериментальных исследованиях на животных. Эффекты воздействия хлормеквата на репродуктивную токсичность и фертильность были впервые описаны в начале 1980-х годов датскими свиноводами, которые наблюдали снижение репродуктивной функции у свиней, выращиваемых на обработанном хлормекватом зерне. Эти наблюдения были позднее изучены в контролируемых лабораторных экспериментах на свиньях и мышах, в которых самки свиней, которых кормили обработанным хлормекватом зерном, демонстрировали нарушения эстральных циклов и спаривания по сравнению с контрольными животными, которых кормили диетой без хлормеквата. Кроме того, самцы мышей, подвергавшиеся воздействию хлормеквата через пищу или питьевую воду во время развития, показали снижение способности к оплодотворению спермы in vitro. Недавние исследования репродуктивной токсичности хлормеквата показали, что воздействие хлормеквата на крыс в чувствительные периоды развития, включая беременность и ранний период жизни, приводило к задержке полового созревания, снижению подвижности сперматозоидов, снижению веса мужских репродуктивных органов и снижению уровня тестостерона. Исследования токсичности для развития также показывают, что воздействие хлормеквата во время беременности может вызвать аномалии роста плода и метаболизма. Другие исследования не обнаружили влияния хлормеквата на репродуктивную функцию у самок мышей и самцов свиней, и ни одно из последующих исследований не обнаружило влияния хлормеквата на фертильность самцов мышей, подвергшихся воздействию хлормеквата во время развития и постнатальной жизни. Неоднозначные данные о хлормеквате в токсикологической литературе могут быть обусловлены различиями в тестовых дозах и измерениях, а также выбором модельных организмов и пола подопытных животных. Поэтому необходимы дальнейшие исследования.
Хотя недавние токсикологические исследования продемонстрировали влияние хлормеквата на развитие, репродуктивную систему и эндокринную систему, механизмы, посредством которых возникают эти токсикологические эффекты, неясны. Некоторые исследования предполагают, что хлормекват может не действовать через четко определенные механизмы химических веществ, нарушающих работу эндокринной системы, включая рецепторы эстрогена или андрогена, и не изменяет активность ароматазы. Другие данные свидетельствуют о том, что хлормекват может вызывать побочные эффекты, изменяя биосинтез стероидов и вызывая стресс эндоплазматического ретикулума.
Хотя хлормекват повсеместно присутствует в обычных европейских продуктах питания, количество исследований биомониторинга, оценивающих воздействие хлормеквата на человека, относительно невелико. Хлормекват имеет короткий период полураспада в организме, приблизительно 2–3 часа, и в исследованиях с участием людей-добровольцев большинство экспериментальных доз выводилось из организма в течение 24 часов [14]. В образцах общей популяции из Великобритании и Швеции хлормекват был обнаружен в моче почти 100% участников исследования при значительно более высоких частотах и концентрациях, чем другие пестициды, такие как метаболиты хлорпирифос, пиретроиды, тиабендазол и манкоцеб. Исследования на свиньях показали, что хлормекват также может быть обнаружен в сыворотке и перенесен в молоко, но эти матрицы не изучались на людях или других экспериментальных животных моделях, хотя следы хлормеквата могут быть связаны с репродуктивным вредом. материал. Существуют важные эффекты воздействия во время беременности и у младенцев.
В апреле 2018 года Агентство по охране окружающей среды США объявило о приемлемых уровнях пищевой переносимости хлормеквата в импортируемом овсе, пшенице, ячмене и некоторых продуктах животного происхождения, что позволило импортировать хлормекват в продовольственные поставки США. Допустимое содержание овса впоследствии было увеличено в 2020 году. Чтобы охарактеризовать влияние этих решений на возникновение и распространенность хлормеквата среди взрослого населения США, в этом пилотном исследовании измерялось количество хлормеквата в моче людей из трех географических регионов США с 2017 по 2023 год и снова в 2022 году. и содержание хлормеквата в продуктах из овса и пшеницы, приобретенных в Соединенных Штатах в 2023 году.
Образцы, собранные в трех географических регионах в период с 2017 по 2023 год, использовались для измерения уровня хлормеквата в моче у жителей США. Двадцать один образец мочи был собран у деидентифицированных беременных женщин, которые дали согласие во время родов в соответствии с протоколом, одобренным Институциональным наблюдательным советом (IRB) 2017 года из Медицинского университета Южной Каролины (MUSC, Чарльстон, Южная Каролина, США). Образцы хранились при температуре 4 °C в течение 4 часов, затем аликвотировались и замораживались при температуре -80 °C. Двадцать пять образцов мочи взрослых были приобретены у Lee Biosolutions, Inc (Мэриленд-Хайтс, Миссури, США) в ноябре 2022 года, что представляет собой один образец, собранный с октября 2017 года по сентябрь 2022 года, и были собраны у добровольцев (13 мужчин и 12 женщин). ) во временное пользование в коллекцию Мэриленд-Хайтс, штат Миссури. Образцы хранились при температуре -20 °C сразу после сбора. Кроме того, 50 образцов мочи, собранных у волонтеров из Флориды (25 мужчин, 25 женщин) в июне 2023 года, были приобретены у BioIVT, LLC (Уэстбери, штат Нью-Йорк, США). Образцы хранились при температуре 4°C до тех пор, пока не были собраны все образцы, а затем аликвотировались и замораживались при температуре -20°C. Компания-поставщик получила необходимое одобрение IRB для обработки человеческих образцов и согласие на сбор образцов. Никакой личной информации не было предоставлено ни в одном из протестированных образцов. Все образцы были отправлены замороженными для анализа. Подробная информация об образцах приведена в таблице дополнительной информации S1.
Количественное определение хлормеквата в образцах мочи человека было определено методом ЖХ-МС/МС в исследовательской лаборатории HSE (Бакстон, Великобритания) в соответствии с методом, опубликованным Линдом и др. Слегка модифицированным в 2011 году. Вкратце, образцы были подготовлены путем смешивания 200 мкл нефильтрованной мочи с 1,8 мл 0,01 М ацетата аммония, содержащего внутренний стандарт. Затем образец был извлечен с помощью колонки HCX-Q, кондиционированной сначала метанолом, затем 0,01 М ацетатом аммония, промытой 0,01 М ацетатом аммония и элюированной 1% муравьиной кислотой в метаноле. Образцы затем загружали в колонку C18 LC (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 мм; Phenomenex, Великобритания) и разделяли с использованием изократической подвижной фазы, состоящей из 0,1% муравьиной кислоты:метанола 80:20 при скорости потока 0,2 мл/мин. Реакционные переходы, выбранные с помощью масс-спектрометрии, были описаны Линдом и др. 2011. Предел обнаружения составил 0,1 мкг/л, как сообщалось в других исследованиях.
Концентрации хлормеквата в моче выражаются как мкмоль хлормеквата/моль креатинина и преобразуются в мкг хлормеквата/г креатинина, как сообщалось в предыдущих исследованиях (умножить на 1,08).
Anresco Laboratories, LLC протестировала образцы пищевых продуктов овса (25 обычных и 8 органических) и пшеницы (9 обычных) на хлормекват (Сан-Франциско, Калифорния, США). Образцы были проанализированы с изменениями в соответствии с опубликованными методами. LOD/LOQ для образцов овса в 2022 году и для всех образцов пшеницы и овса в 2023 году были установлены на уровне 10/100 ppb и 3/40 ppb соответственно. Подробную информацию об образцах можно найти в таблице дополнительной информации S2.
Концентрации хлормеквата в моче были сгруппированы по географическому положению и году сбора, за исключением двух образцов, собранных в 2017 году в Мэриленд-Хайтс, штат Миссури, которые были сгруппированы с другими образцами 2017 года из Чарльстона, Южная Каролина. Образцы ниже предела обнаружения хлормеквата рассматривались как процент обнаружения, деленный на квадратный корень из 2. Данные не были нормально распределены, поэтому для сравнения медиан между группами использовались непараметрический тест Краскела-Уоллиса и тест множественного сравнения Данна. Все расчеты выполнялись в GraphPad Prism (Бостон, Массачусетс).
Хлормекват был обнаружен в 77 из 96 образцов мочи, что составляет 80% всех образцов мочи. По сравнению с 2017 и 2018–2022 годами, образцы 2023 года были обнаружены чаще: 16 из 23 образцов (или 69%) и 17 из 23 образцов (или 74%) соответственно, и 45 из 50 образцов (т. е. 90%). До 2023 года концентрации хлормеквата, обнаруженные в двух группах, были эквивалентны, тогда как концентрации хлормеквата, обнаруженные в образцах 2023 года, были значительно выше, чем в образцах предыдущих лет (рисунок 1A,B). Диапазоны обнаруживаемых концентраций для образцов 2017, 2018–2022 и 2023 годов составили от 0,22 до 5,4, от 0,11 до 4,3 и от 0,27 до 52,8 микрограммов хлормеквата на грамм креатинина соответственно. Медианные значения для всех образцов в 2017, 2018–2022 и 2023 годах составляют 0,46, 0,30 и 1,4 соответственно. Эти данные свидетельствуют о том, что воздействие может продолжаться, учитывая короткий период полураспада хлормеквата в организме, с более низкими уровнями воздействия между 2017 и 2022 годами и более высокими уровнями воздействия в 2023 году.
Концентрация хлормеквата для каждого отдельного образца мочи представлена в виде одной точки с полосами над средним значением и полосами погрешности, представляющими +/- стандартную ошибку. Концентрации хлормеквата в моче выражены в мкг хлормеквата на грамм креатинина по линейной шкале (A) и логарифмической шкале (B). Непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса с критерием множественного сравнения Данна использовался для проверки статистической значимости.
Образцы продуктов питания, приобретенные в Соединенных Штатах в 2022 и 2023 годах, показали обнаруживаемые уровни хлормеквата во всех, кроме двух из 25 традиционных овсяных продуктов, с концентрациями в диапазоне от неопределяемых до 291 мкг/кг, что указывает на наличие хлормеквата в овсе. Распространенность вегетарианства высока. Образцы, собранные в 2022 и 2023 годах, имели схожие средние уровни: 90 мкг/кг и 114 мкг/кг соответственно. Только один образец из восьми органических овсяных продуктов имел обнаруживаемое содержание хлормеквата в размере 17 мкг/кг. Мы также наблюдали более низкие концентрации хлормеквата в двух из девяти протестированных пшеничных продуктов: 3,5 и 12,6 мкг/кг соответственно (таблица 2).
Это первый отчет об измерении хлормеквата в моче у взрослых, живущих в Соединенных Штатах и в популяциях за пределами Соединенного Королевства и Швеции. Тенденции биомониторинга пестицидов среди более чем 1000 подростков в Швеции зафиксировали 100% уровень обнаружения хлормеквата с 2000 по 2017 год. Средняя концентрация в 2017 году составила 0,86 микрограмма хлормеквата на грамм креатинина и, по-видимому, со временем снизилась, при этом самый высокий средний уровень составил 2,77 в 2009 году [16]. В Великобритании биомониторинг выявил гораздо более высокую среднюю концентрацию хлормеквата в 15,1 микрограмма хлормеквата на грамм креатинина в период с 2011 по 2012 год, хотя эти образцы были взяты у людей, живущих в сельскохозяйственных районах. разницы в воздействии не было. Инцидент с распылением [15]. Наше исследование выборки США с 2017 по 2022 год выявило более низкие медианные уровни по сравнению с предыдущими исследованиями в Европе, тогда как в выборке 2023 года медианные уровни были сопоставимы с выборкой Швеции, но ниже, чем в выборке Великобритании (таблица 1).
Эти различия в воздействии между регионами и временными точками могут отражать различия в сельскохозяйственной практике и нормативном статусе хлормеквата, которые в конечном итоге влияют на уровни хлормеквата в пищевых продуктах. Например, концентрации хлормеквата в образцах мочи были значительно выше в 2023 году по сравнению с предыдущими годами, что может отражать изменения, связанные с нормативными действиями Агентства по охране окружающей среды в отношении хлормеквата (включая ограничения на хлормекват в пищевых продуктах в 2018 году). Поставки продовольствия в США в ближайшем будущем. Повысить стандарты потребления овса к 2020 году. Эти действия позволяют импортировать и продавать сельскохозяйственную продукцию, обработанную хлормекватом, например, из Канады. Задержка между нормативными изменениями Агентства по охране окружающей среды и повышенными концентрациями хлормеквата, обнаруженными в образцах мочи в 2023 году, может быть объяснена рядом обстоятельств, таких как задержки с принятием сельскохозяйственных практик с использованием хлормеквата, задержки с заключением торговых соглашений американскими компаниями, а также задержками с закупками овса из-за истощения старых запасов продукции и/или более длительного срока годности овсяной продукции.
Чтобы определить, отражают ли концентрации, наблюдаемые в образцах мочи в США, потенциальное воздействие хлормеквата в рационе питания, мы измерили хлормекват в овсяных и пшеничных продуктах, купленных в США в 2022 и 2023 годах. Овсяные продукты содержат хлормекват чаще, чем пшеничные, а количество хлормеквата в разных овсяных продуктах варьируется, со средним уровнем 104 ppb, возможно, из-за поставок из США и Канады, что может отражать различия в использовании или неиспользовании. между продуктами, произведенными из овса, обработанного хлормекватом. Напротив, в образцах продуктов питания из Великобритании хлормекват более распространен в продуктах на основе пшеницы, таких как хлеб, при этом хлормекват был обнаружен в 90% образцов, собранных в Великобритании в период с июля по сентябрь 2022 года. Средняя концентрация составляет 60 ppb. Аналогичным образом, хлормекват был обнаружен в 82% образцов овса из Великобритании в средней концентрации 1650 частей на миллиард, что более чем в 15 раз выше, чем в образцах из США, что может объяснять более высокие концентрации в моче, наблюдаемые в образцах из Великобритании.
Результаты нашего биомониторинга указывают на то, что воздействие хлормеквата имело место до 2018 года, хотя пищевая толерантность к хлормеквату не установлена. Хотя хлормекват не контролируется в пищевых продуктах в Соединенных Штатах, и нет исторических данных о концентрациях хлормеквата в пищевых продуктах, продаваемых в Соединенных Штатах, учитывая короткий период полураспада хлормеквата, мы подозреваем, что это воздействие может быть диетическим. Кроме того, предшественники холина в продуктах из пшеницы и яичном порошке естественным образом образуют хлормекват при высоких температурах, таких как те, которые используются в переработке и производстве пищевых продуктов, в результате чего концентрации хлормеквата составляют от 5 до 40 нг/г. Результаты нашего тестирования пищевых продуктов указывают на то, что некоторые образцы, включая органический овсяный продукт, содержали хлормекват в уровнях, аналогичных тем, которые сообщались в исследованиях встречающегося в природе хлормеквата, в то время как многие другие образцы содержали более высокие уровни хлормеквата. Таким образом, уровни, которые мы наблюдали в моче до 2023 года, вероятно, были обусловлены пищевым воздействием хлормеквата, образующегося при переработке и производстве пищевых продуктов. Наблюдаемые уровни в 2023 году, вероятно, обусловлены пищевым воздействием спонтанно производимого хлормеквата и импортируемых продуктов, обработанных хлормекватом в сельском хозяйстве. Различия в воздействии хлормеквата среди наших образцов также могут быть обусловлены географическим положением, различными режимами питания или профессиональным воздействием хлормеквата при использовании в теплицах и питомниках.
Наше исследование предполагает, что для полной оценки потенциальных источников хлормеквата в рационе людей с низким уровнем воздействия необходимы более крупные выборки и более разнообразная выборка обработанных хлормекватом продуктов. Будущие исследования, включая анализ исторических образцов мочи и продуктов питания, диетических и профессиональных анкет, постоянный мониторинг хлормеквата в обычных и органических продуктах питания в Соединенных Штатах и образцы биомониторинга, помогут выяснить общие факторы воздействия хлормеквата на население США.
Вероятность повышения уровня хлормеквата в моче и образцах продуктов питания в Соединенных Штатах в ближайшие годы еще предстоит определить. В Соединенных Штатах хлормекват в настоящее время разрешен только в импортируемых овсяных и пшеничных продуктах, но Агентство по охране окружающей среды в настоящее время рассматривает его сельскохозяйственное использование в отечественных неорганических культурах. Если такое внутреннее использование будет одобрено в сочетании с широко распространенной сельскохозяйственной практикой хлормеквата за рубежом и внутри страны, уровни хлормеквата в овсе, пшенице и других зерновых продуктах могут продолжать расти, что приведет к более высоким уровням воздействия хлормеквата. Общая численность населения США.
Текущие концентрации хлормеквата в моче в этом и других исследованиях указывают на то, что отдельные доноры образцов подвергались воздействию хлормеквата на уровнях, которые были ниже опубликованной Агентством по охране окружающей среды США референтной дозы (RfD) (0,05 мг/кг веса тела в день), поэтому являются приемлемыми. Ежедневное потребление на несколько порядков ниже значения потребления, опубликованного Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов (ADI) (0,04 мг/кг веса тела/день). Однако мы отмечаем, что опубликованные токсикологические исследования хлормеквата предполагают, что может потребоваться переоценка этих порогов безопасности. Например, мыши и свиньи, подвергшиеся воздействию доз ниже текущих RfD и ADI (0,024 и 0,0023 мг/кг веса тела/день соответственно), показали снижение фертильности. В другом токсикологическом исследовании воздействие во время беременности доз, эквивалентных уровню ненаблюдаемого неблагоприятного воздействия (NOAEL) 5 мг/кг (используется для расчета референтной дозы Агентства по охране окружающей среды США), привело к изменениям в росте и метаболизме плода, а также к изменениям в составе тела. Новорожденные мыши. Кроме того, нормативные пороги не учитывают неблагоприятное воздействие смесей химических веществ, которые могут повлиять на репродуктивную систему, которые, как было показано, оказывают аддитивное или синергическое действие при дозах ниже, чем воздействие отдельных химических веществ, вызывая потенциальные проблемы со здоровьем. Опасения по поводу последствий, связанных с текущими уровнями воздействия, особенно для тех, у кого уровни воздействия выше среди населения в целом в Европе и США.
Это пилотное исследование новых химических воздействий в Соединенных Штатах показывает, что хлормекват присутствует в продуктах питания США, в первую очередь в овсяных продуктах, а также в большинстве обнаруженных образцов мочи, собранных у почти 100 человек в США, что указывает на продолжающееся воздействие хлормеквата. Более того, тенденции в этих данных свидетельствуют о том, что уровни воздействия увеличились и могут продолжать увеличиваться в будущем. Учитывая токсикологические проблемы, связанные с воздействием хлормеквата в исследованиях на животных, и широко распространенное воздействие хлормеквата на население в европейских странах (и теперь, вероятно, в Соединенных Штатах), в сочетании с эпидемиологическими и животными исследованиями, существует настоятельная необходимость мониторинга хлормеквата в продуктах питания и у людей Хлормекват. Важно понимать потенциальную опасность для здоровья этого сельскохозяйственного химиката при экологически значимых уровнях воздействия, особенно во время беременности.
Время публикации: 29 мая 2024 г.