Хлормекват — эторегулятор роста растенийИспользование хлормеквата в зерновых культурах в Северной Америке растет. Токсикологические исследования показали, что воздействие хлормеквата может снижать фертильность и наносить вред развивающемуся плоду в дозах ниже допустимой суточной дозы, установленной регулирующими органами. В данном исследовании 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 концентрация хлормеквата в образцах значительно увеличилась. Мы также заметили, что хлормекват чаще обнаруживался в продуктах из овса. Эти результаты и данные о токсичности хлормеквата вызывают опасения по поводу текущих уровней воздействия и требуют проведения более масштабных токсикологических исследований, мониторинга пищевых продуктов и эпидемиологических исследований для оценки влияния воздействия хлормеквата на здоровье человека.
В данном исследовании сообщается о первом обнаружении хлормеквата, агрохимического вещества, обладающего токсическим воздействием на развитие и репродуктивную функцию, в популяции и продуктах питания населения США. Хотя аналогичные уровни этого вещества были обнаружены в образцах мочи в период с 2017 по 2022 год, в образце 2023 года были выявлены значительно повышенные уровни. Эта работа подчеркивает необходимость более широкого мониторинга хлормеквата в пищевых продуктах и образцах человека в Соединенных Штатах, а также проведения токсикологических и эпидемиологических исследований хлормеквата, поскольку это вещество является новым загрязнителем с документированными неблагоприятными последствиями для здоровья при низких дозах в исследованиях на животных.
Хлормекват — это сельскохозяйственное химическое вещество, впервые зарегистрированное в США в 1962 году в качестве регулятора роста растений. Хотя в настоящее время в США его использование разрешено только для декоративных растений, в 2018 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) разрешило импорт пищевых продуктов (в основном зерновых), обработанных хлормекватом [1]. В ЕС, Великобритании и Канаде хлормекват разрешен для использования на пищевых культурах, главным образом на пшенице, овсе и ячмене. Хлормекват может уменьшать высоту стебля, тем самым снижая вероятность перекручивания растения, что затрудняет сбор урожая. В Великобритании и ЕС хлормекват, как правило, является наиболее часто обнаруживаемым остатком пестицида в зерновых культурах, что подтверждается долгосрочными исследованиями [2, 3].
Хотя хлормекват разрешен к применению на сельскохозяйственных культурах в некоторых частях Европы и Северной Америки, он проявляет токсикологические свойства, подтвержденные как историческими, так и недавно опубликованными экспериментальными исследованиями на животных. Влияние хлормеквата на репродуктивную токсичность и фертильность впервые было описано в начале 1980-х годов датскими свиноводами, которые наблюдали снижение репродуктивной функции у свиней, выращиваемых на зерне, обработанном хлормекватом. Эти наблюдения позже были изучены в контролируемых лабораторных экспериментах на свиньях и мышах, в которых у самок свиней, получавших зерно, обработанное хлормекватом, наблюдались нарушения эстрального цикла и спаривания по сравнению с контрольными животными, получавшими рацион без хлормеквата. Кроме того, у самцов мышей, подвергавшихся воздействию хлормеквата через пищу или питьевую воду в период развития, наблюдалось снижение способности к оплодотворению сперматозоидов 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, уменьшению массы мужских репродуктивных органов и снижению уровня тестостерона. Исследования токсичности для развития также указывают на то, что воздействие хлормеквата во время беременности может вызывать нарушения роста и метаболизма плода. Другие исследования не выявили влияния хлормеквата на репродуктивную функцию у самок мышей и самцов свиней, и ни одно последующее исследование не обнаружило влияния хлормеквата на фертильность самцов мышей, подвергшихся воздействию хлормеквата в период развития и постнатального периода. Неоднозначные данные о хлормеквате в токсикологической литературе могут быть обусловлены различиями в дозах и методах измерения, а также выбором модельных организмов и полом экспериментальных животных. Поэтому необходимы дальнейшие исследования.
Хотя недавние токсикологические исследования показали влияние хлормеквата на развитие, репродуктивную функцию и эндокринную систему, механизмы, посредством которых возникают эти токсикологические эффекты, остаются неизвестными. Некоторые исследования предполагают, что хлормекват может действовать не через четко определенные механизмы действия эндокринных разрушителей, 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 по биомониторингу воздействия хлормеквата на человека относительно невелико. Хлормекват имеет короткий период полураспада в организме, приблизительно 2–3 часа, и в исследованиях с участием добровольцев большинство экспериментальных доз выводились из организма в течение 24 часов. В образцах общей популяции из Великобритании и Швеции хлормекват был обнаружен в моче почти 100% участников исследования со значительно большей частотой и концентрацией, чем другие пестициды, такие как хлорпирифос, пиретроиды, тиабендазол и метаболиты манкозеба. Исследования на свиньях показали, что хлормекват также может обнаруживаться в сыворотке крови и может попадать в молоко, но эти матрицы не изучались на людях или других экспериментальных животных моделях, хотя его присутствие в сыворотке крови и молоке может быть связано с репродуктивным вредом от этих химических веществ. Существуют важные последствия воздействия во время беременности и у младенцев.
В апреле 2018 года Агентство по охране окружающей среды США объявило о допустимых уровнях содержания хлормеквата в импортируемом овсе, пшенице, ячмене и некоторых продуктах животного происхождения, разрешив импорт хлормеквата в пищевую цепочку США. Впоследствии, в 2020 году, допустимое содержание хлормеквата в овсе было увеличено. Для оценки влияния этих решений на распространенность хлормеквата среди взрослого населения США в данном пилотном исследовании измерялось количество хлормеквата в моче людей из трех географических регионов США в период с 2017 по 2023 год и снова в 2022 году, а также содержание хлормеквата в продуктах из овса и пшеницы, приобретенных в США в 2023 году.
Для измерения уровня хлормеквата в моче жителей США были использованы образцы, собранные в трех географических регионах в период с 2017 по 2023 год. Была собрана 21 проба мочи у беременных женщин, данные которых были обезличены, но которые дали согласие на участие в исследовании во время родов, в соответствии с протоколом, одобренным Институциональным наблюдательным советом (IRB) Медицинского университета Южной Каролины (MUSC, Чарльстон, Южная Каролина, США) в 2017 году. Образцы хранились при температуре 4°C до 4 часов, затем были разделены на аликвоты и заморожены при -80°C. 25 образцов мочи взрослых были приобретены у компании Lee Biosolutions, Inc (Мэриленд-Хайтс, Миссури, США) в ноябре 2022 года, представляя собой одну пробу, собранную с октября 2017 года по сентябрь 2022 года, и были собраны у добровольцев (13 мужчин и 12 женщин), предоставленных в аренду для сбора образцов в Мэриленд-Хайтс, штат Миссури. Образцы хранились при температуре -20°C сразу после сбора. Кроме того, 50 образцов мочи, собранных у добровольцев из Флориды (25 мужчин, 25 женщин) в июне 2023 года, были приобретены у компании BioIVT, LLC (Уэстбери, штат Нью-Йорк, США). Образцы хранились при температуре 4°C до сбора всех образцов, затем были разделены на аликвоты и заморожены при -20°C. Компания-поставщик получила необходимое разрешение этического комитета на обработку образцов человека и согласие на сбор образцов. В образцах не содержалось никакой личной информации. Все образцы были отправлены в замороженном виде для анализа. Подробная информация об образцах приведена в таблице S1 дополнительных материалов.
Количественное определение хлормеквата в образцах мочи человека проводилось методом ЖХ-МС/МС в научно-исследовательской лаборатории HSE (Бакстон, Великобритания) в соответствии с методом, опубликованным Линдхом и др., с небольшими изменениями, внесенными в 2011 году. Вкратце, образцы готовили путем смешивания 200 мкл нефильтрованной мочи с 1,8 мл 0,01 М ацетата аммония, содержащего внутренний стандарт. Затем образец экстрагировали с использованием колонки HCX-Q, предварительно кондиционированной метанолом, затем 0,01 М ацетатом аммония, промывали 0,01 М ацетатом аммония и элюировали 1% муравьиной кислотой в метаноле. Затем образцы загружали на 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 и метанола в соотношении 80:20, при скорости потока 0,2 мл/мин. Реакционные переходы, выбранные с помощью масс-спектрометрии, были описаны Lindh et al. 2011. Предел обнаружения составлял 0,1 мкг/л, как сообщалось в других исследованиях.
Концентрации хлормеквата в моче выражаются в мкмоль хлормеквата/моль креатинина и переводятся в мкг хлормеквата/г креатинина, как указано в предыдущих исследованиях (умножить на 1,08).
Компания Anresco Laboratories, LLC провела тестирование образцов пищевых продуктов: овса (25 обычных и 8 органических) и пшеницы (9 обычных) на содержание хлормеквата (Сан-Франциско, Калифорния, США). Анализ образцов проводился с модификациями в соответствии с опубликованными методами [19]. Пределы обнаружения/определения количественного определения 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. Подробная информация об образцах приведена в таблице S2 дополнительных материалов.
Концентрации хлормеквата в моче были сгруппированы по географическому местоположению 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, штат Южная Каролина. Значения ниже предела обнаружения хлормеквата рассматривались как процент обнаружения, деленный на квадратный корень из 2. Данные не имели нормального распределения, поэтому для сравнения медиан между группами использовались непараметрический критерий Краскала-Уоллиса и критерий множественных сравнений Данна. Все расчеты были выполнены в программе GraphPad Prism (Бостон, Массачусетс).
Хлормекват был обнаружен в 77 из 96 образцов мочи, что составляет 80% от всех образцов мочи. По сравнению с 2017 и 2018–2022 годами, в образцах 2023 года его обнаруживали чаще: 16 из 23 образцов (или 69%) и 17 из 23 образцов (или 74%) соответственно, а также 45 из 50 образцов (т.е. 90%). (Таблица 1). 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 0,22–5,4, 0,11–4,3 и 0,27–52,8 мкг 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 позволяют предположить, что воздействие может продолжаться, учитывая короткий период полураспада хлормеквата в организме, с более низкими уровнями воздействия в период с 2017 по 2022 год и более высокими уровнями воздействия в 2023 году.
Концентрация хлормеквата в каждом отдельном образце мочи представлена в виде одной точки с полосами над средним значением и полосами погрешностей, представляющими +/- стандартную ошибку. Концентрации хлормеквата в моче выражены в мкг хлормеквата на грамм креатинина в линейной и логарифмической шкалах. Для проверки статистической значимости использовался непараметрический дисперсионный анализ Крускала-Уоллиса с множественным сравнением Данна.
В образцах продуктов питания, приобретенных в США в 2022 и 2023 годах, были обнаружены определяемые уровни хлормеквата во всех, кроме двух, из 25 традиционных овсяных продуктов, при этом концентрации варьировались 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 в одном образце из восьми органических овсяных продуктов было обнаружено определяемое содержание хлормеквата — 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.
Это первое сообщение об измерении содержания хлормеквата в моче взрослых, проживающих в Соединенных Штатах, а также в популяциях за пределами Соединенного Королевства и Швеции. В Швеции, среди более чем 1000 подростков, зафиксирован 100% уровень обнаружения хлормеквата с 2000 по 2017 год. Средняя концентрация в 2017 году составляла 0,86 мкг хлормеквата на грамм креатинина и, по-видимому, снижалась с течением времени, достигнув максимального среднего уровня в 2,77 в 2009 году. В Великобритании биомониторинг выявил гораздо более высокую среднюю концентрацию хлормеквата — 15,1 мкг хлормеквата на грамм креатинина — в период с 2011 по 2012 год, хотя эти образцы были собраны у людей, проживающих в сельскохозяйственных районах. Различий в уровне воздействия не наблюдалось. Инцидент с распылением [15]. Наше исследование выборки из США за период с 2017 по 2022 год выявило более низкие медианные уровни по сравнению с предыдущими исследованиями в Европе, в то время как в выборке 2023 года медианные уровни были сопоставимы со шведской выборкой, но ниже, чем в выборке из Великобритании.
Эти различия в уровне воздействия 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, концентрация хлормеквата в образцах мочи была значительно выше в 2023 году по сравнению с предыдущими годами, что может отражать изменения, связанные с нормативными действиями EPA в отношении хлормеквата (включая ограничения на содержание хлормеквата в пищевых продуктах в 2018 году). Это также связано с запасами продовольствия в США в ближайшем будущем. Повышение стандартов потребления овса к 2020 году. Эти действия позволяют импортировать и продавать сельскохозяйственную продукцию, обработанную хлормекватом, например, из Канады. Задержка между изменениями в нормативных актах EPA и повышенными концентрациями хлормеквата, обнаруженными в образцах мочи в 2023 году, может быть объяснена рядом обстоятельств, таких как задержки во внедрении сельскохозяйственных практик, использующих хлормекват, задержки американских компаний в переговорах по торговым соглашениям и действия частных лиц. наблюдаются задержки с закупкой овса из-за истощения запасов старой продукции и/или из-за увеличения срока хранения овсяных продуктов.
Чтобы определить, отражают ли концентрации, наблюдаемые в образцах мочи из США, потенциальное воздействие хлормеквата с пищей, мы измерили содержание хлормеквата в овсяных и пшеничных продуктах, приобретенных в США в 2022 и 2023 годах. Овсяные продукты содержат хлормекват чаще, чем пшеничные, и количество хлормеквата в разных овсяных продуктах варьируется, составляя в среднем 104 ppb, что, возможно, связано с поставками из США и Канады, которые могут отражать различия в использовании или неиспользовании продуктов, произведенных из овса, обработанного хлормекватом. В отличие от этого, в образцах пищевых продуктов 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 ppb, что более чем в 15 раз выше, чем в образцах из США, и это может объяснить более высокие концентрации в моче, наблюдаемые в образцах из Великобритании.
Результаты нашего биомониторинга показывают, что воздействие хлормеквата происходило до 2018 года, хотя пищевая толерантность к хлормеквату не установлена. Хотя содержание хлормеквата в продуктах питания в США не контролируется, и отсутствуют исторические данные о концентрации хлормеквата в продуктах, продаваемых в США, учитывая короткий период полураспада хлормеквата, мы предполагаем, что это воздействие могло быть связано с употреблением в пищу. Кроме того, предшественники холина в пшеничных продуктах и яичных порошках естественным образом образуют хлормекват при высоких температурах, таких как те, которые используются в пищевой промышленности и производстве, что приводит к концентрации хлормеквата в диапазоне от 5 до 40 нг/г. Результаты наших исследований пищевых продуктов показывают, что некоторые образцы, включая органический овсяный продукт, содержали хлормекват в количествах, аналогичных тем, которые были зарегистрированы в исследованиях природного 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 воздействием хлормеквата, образующегося в процессе обработки и производства пищевых продуктов, через пищу. Наблюдаемые уровни в 2023 году, вероятно, связаны с воздействием спонтанно образующегося хлормеквата через пищу, а также с импортными продуктами, обработанными хлормекватом в сельском хозяйстве. Различия в воздействии хлормеквата на наши образцы могут также быть обусловлены географическим положением, различными моделями питания или профессиональным воздействием хлормеквата при его использовании в теплицах и питомниках.
Наше исследование показывает, что для полной оценки потенциальных источников хлормеквата в рационе питания у лиц с низким уровнем воздействия необходимы более крупные выборки и более разнообразный набор продуктов, обработанных хлормекватом. Будущие исследования, включающие анализ исторических образцов мочи и продуктов питания, анкетирование по вопросам питания и профессиональной деятельности, постоянный мониторинг содержания хлормеквата в обычных и органических продуктах питания в Соединенных Штатах, а также анализ образцов для биомониторинга, помогут выявить общие факторы воздействия хлормеквата на население США.
Вероятность повышения уровня хлормеквата в образцах мочи и пищевых продуктов в Соединенных Штатах в ближайшие годы еще предстоит определить. В настоящее время в США хлормекват разрешен только в импортируемых продуктах из овса и пшеницы, но Агентство по охране окружающей среды в настоящее время рассматривает возможность его использования в сельском хозяйстве для выращивания неорганических культур внутри страны. Если такое использование внутри страны будет одобрено в сочетании с широко распространенной практикой применения хлормеквата в сельском хозяйстве за рубежом и внутри страны, уровень хлормеквата в овсе, пшенице и других зерновых продуктах может продолжать расти, что приведет к увеличению воздействия хлормеквата на население 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 референтной дозы (РФД) Агентства по охране окружающей среды США (0,05 мг/кг массы тела в сутки), поэтому являются приемлемыми. Суточная доза на несколько порядков ниже значения, опубликованного Европейским управлением по безопасности пищевых продуктов (ADI) (0,04 мг/кг массы тела в сутки). Однако мы отмечаем, что опубликованные токсикологические исследования хлормеквата предполагают необходимость пересмотра этих пороговых значений безопасности. Например, у мышей и свиней, подвергшихся воздействию доз ниже текущих РФД и ADI (0,024 и 0,0023 мг/кг массы тела в сутки соответственно), наблюдалось снижение фертильности. В другом токсикологическом исследовании воздействие доз, эквивалентных уровню отсутствия наблюдаемых неблагоприятных эффектов (NOAEL) в 5 мг/кг (используемому для расчета референтной дозы Агентства по охране окружающей среды США), во время беременности привело к изменениям в росте и метаболизме плода, а также к изменениям состава тела. Кроме того, нормативные пороговые значения не учитывают неблагоприятные эффекты смесей химических веществ, которые могут влиять на репродуктивную систему, и которые, как было показано, оказывают аддитивное или синергическое действие при дозах ниже, чем воздействие отдельных химических веществ, вызывая потенциальные проблемы со здоровьем репродуктивной системы. Вызывают опасения последствия, связанные с текущими уровнями воздействия, особенно для тех, кто подвергается более высоким уровням воздействия в общей популяции в Европе и США.
Данное пилотное исследование воздействия новых химических веществ в Соединенных Штатах показывает, что хлормекват присутствует в продуктах питания в США, в основном в овсяных продуктах, а также в большинстве обнаруженных образцов мочи, собранных почти у 100 человек в США, что указывает на продолжающееся воздействие хлормеквата. Более того, тенденции в этих данных предполагают, что уровни воздействия увеличились и могут продолжать увеличиваться в будущем. Учитывая токсикологические проблемы, связанные с воздействием хлормеквата в исследованиях на животных, и широкое воздействие хлормеквата на население в целом в европейских странах (и теперь, вероятно, в Соединенных Штатах), а также эпидемиологические и исследования на животных, существует острая необходимость в мониторинге хлормеквата в пищевых продуктах и у людей. Важно понимать потенциальную опасность для здоровья этого сельскохозяйственного химического вещества при уровнях воздействия, имеющих экологическое значение, особенно во время беременности.
Дата публикации: 04.06.2024