Хлормекват - эторегулятор роста растенийчье использование в зерновых культурах увеличивается 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 частотой 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 увеличились. Мы также заметили, что хлормекват чаще обнаруживался в овсяных продуктах. Эти результаты и данные о токсичности хлормеквата вызывают обеспокоенность по поводу текущих уровней воздействия и призывают к более обширным испытаниям токсичности, надзору за продуктами питания и эпидемиологическим исследованиям для оценки воздействия хлормеквата на здоровье человека.
В настоящем исследовании сообщается о первом обнаружении хлормеквата, агрохимиката, токсичного для развития и репродуктивной функции, у населения США и в продуктах питания США. Хотя в образцах мочи с 2017 по 2022 год были обнаружены схожие уровни этого вещества, в образце 2023 года были обнаружены значительно повышенные уровни. Данная работа подчеркивает необходимость более широкого мониторинга хлормеквата в пищевых продуктах и образцах мочи человека в США, а также токсикологических исследований. Эпидемиологические исследования хлормеквата, поскольку это вещество является новым загрязнителем, чьё негативное воздействие на здоровье при низких дозах было задокументировано в исследованиях на животных.
Хлормекват — сельскохозяйственный химикат, впервые зарегистрированный в США в 1962 году в качестве регулятора роста растений. Хотя в настоящее время в США разрешено использовать только на декоративных растениях, решение Агентства по охране окружающей среды США (EPA) 2018 года разрешило импорт пищевых продуктов (в основном зерновых), обработанных хлормекватом [1]. 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 остаточным пестицидом в злаках и зерновых культурах, что документировано в исследованиях долгосрочного мониторинга [2, 3].
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 зерне, обработанном хлормекватом. Эти наблюдения были позднее изучены в контролируемых лабораторных экспериментах на свиньях и мышах, в которых самки свиней, которых кормили зерном, обработанным хлормекватом, демонстрировали нарушения эстральных циклов и спаривания по сравнению с контрольными животными, которых кормили рационом 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 вызывать нарушения роста плода и метаболизма. Другие исследования не выявили влияния хлормеквата на репродуктивную функцию самок мышей и самцов свиней, и ни одно из последующих исследований не выявило влияния хлормеквата на фертильность самцов мышей, подвергавшихся воздействию хлормеквата во время развития и постнатальной жизни. Неоднозначность данных о хлормеквате в токсикологической литературе может быть обусловлена 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 функцию и эндокринную систему, механизмы, посредством которых реализуются эти токсикологические эффекты, неизвестны. Некоторые исследования предполагают, что хлормекват, возможно, не действует посредством хорошо известных механизмов, характерных для химических веществ, нарушающих работу эндокринной системы, включая рецепторы эстрогенов или андрогенов, и не влияет на 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 добровольцев большинство экспериментальных доз выводилось из организма в течение 24 часов. В выборках населения из Великобритании и Швеции хлормекват был обнаружен в моче почти 100% участников исследования со значительно более высокой частотой и концентрацией, чем другие пестициды, такие как хлорпирифос, пиретроиды, тиабендазол и метаболиты манкоцеба. Исследования на свиньях показали, что хлормекват также может быть обнаружен в сыворотке и может переноситься в молоко, но эти матрицы не изучались на людях или других экспериментальных животных моделях, хотя его присутствие в сыворотке и молоке может быть связано с репродуктивным вредом от химических веществ. . Существуют важные эффекты 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, что позволило импортировать хлормекват в пищевые продукты США. В 2020 году допустимое содержание хлормеквата в овсе было впоследствии увеличено. Чтобы охарактеризовать влияние этих решений на частоту и распространенность хлормеквата среди взрослого населения США, в рамках пилотного исследования измерялось содержание хлормеквата в моче жителей трех географических регионов США с 2017 по 2023 год и повторно в 2022 году, а также содержание хлормеквата в продуктах из овса и пшеницы, приобретенных в США 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 до 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 коллекции Мэриленд-Хайтс, 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 их разделили на аликвоты и заморозили при температуре -20°C. Компания-поставщик получила необходимое разрешение IRB на обработку образцов человека и согласие на их сбор. Никакой персональной информации в исследуемых образцах предоставлено не было. Все образцы были отправлены на анализ в замороженном виде. Подробную информацию об образцах можно найти в таблице S1 дополнительной информации.
Количественное определение хлормеквата в образцах мочи человека проводилось методом ЖХ-МС/МС в исследовательской лаборатории HSE (Бакстон, Великобритания) по методу, опубликованному Линдом и соавторами. Метод был немного модифицирован в 2011 году. Вкратце, образцы готовились путем смешивания 200 мкл нефильтрованной мочи с 1,8 мл 0,01 М раствора ацетата аммония, содержащего внутренний стандарт. Затем образец экстрагировали с помощью колонки HCX-Q, кондиционированной сначала метанолом, затем 0,01 М раствором ацетата аммония, промывали 0,01 М раствором ацетата аммония и элюировали 1% раствором муравьиной кислоты в метаноле. Образцы затем 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:метанола 80:20 при скорости потока 0,2 мл/мин. Реакционные переходы, выбранные с помощью масс-спектрометрии, были описаны Линдом и соавторами (2011). Предел обнаружения составил 0,1 мкг/л, как сообщалось в других исследованиях.
Концентрации хлормеквата в моче выражаются как мкмоль хлормеквата/моль креатинина и переводятся в мкг хлормеквата/г креатинина, как сообщалось в предыдущих исследованиях (умножить на 1,08).
Компания Anresco Laboratories, LLC провела исследование образцов овса (25 обычных и 8 органических) и пшеницы (9 обычных) на наличие хлормеквата (Сан-Франциско, Калифорния, США). Анализ образцов проводился с модификациями в соответствии с опубликованными методами [19]. Пределы обнаружения (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, штат Южная Каролина. Образцы с концентрацией ниже предела обнаружения хлормеквата рассматривались как процент обнаружения, деленный на квадратный корень из 2. Данные не были распределены нормально, поэтому для сравнения медиан между группами использовались непараметрический тест Краскела-Уоллиса и тест множественных сравнений Данна. Все расчеты выполнялись в программе GraphPad Prism (Бостон, штат Массачусетс).
Хлормекват был обнаружен в 77 из 96 образцов мочи, что составляет 80% от всех образцов. По сравнению с 2017 и 2018–2022 годами, в образцах 2023 года он обнаруживался чаще: было протестировано 16 из 23 образцов (или 69%) и 17 из 23 образцов (или 74%) соответственно, и 45 из 50 образцов (т.е. 90%). (Таблица 1). До 2023 года концентрации хлормеквата, обнаруженные в обеих группах, были эквивалентны, тогда как концентрации хлормекват, обнаруженные в образцах 2023 года, были значительно выше, чем в образцах предыдущих лет (рис. 1А, В). Диапазоны определяемых концентраций хлормеквата на грамм креатинина в образцах 2017, 2018–2022 и 2023 годов составили 0,22–5,4, 0,11–4,3 и 0,27–52,8 микрограмма 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 в период с 2017 по 2022 год и более высокими в 2023 году.
Концентрация хлормеквата в каждом образце мочи представлена в виде одной точки с полосами над средним значением и погрешностями, соответствующими ± стандартной ошибке. Концентрация хлормеквата в моче выражена в мкг хлормеквата на грамм креатинина по линейной и логарифмической шкале. Для проверки статистической значимости использовался непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса с критерием множественных сравнений Данна.
Образцы продуктов питания, закупленные 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.
Это первый отчет об измерении хлормеквата в моче у взрослых, проживающих 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, снижалась с течением времени, при этом самый высокий средний уровень был 2,77 в 2009 году. В Великобритании биомониторинг выявил гораздо более высокую среднюю концентрацию хлормеквата в 15,1 микрограмма хлормеквата на грамм креатинина между 2011 и 2012 годами, хотя эти образцы были взяты у людей, живущих в сельскохозяйственных районах. разницы в воздействии не было. Инцидент распыления[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 выборка Великобритании.
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 быть следствием изменений, связанных с нормативными действиями Агентства по охране окружающей среды (EPA) в отношении хлормеквата (включая ограничения на содержание хлормеквата 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 EPA и повышенными концентрациями хлормеквата, обнаруженными в образцах мочи в 2023 году, может быть объяснена рядом обстоятельств, таких как задержки во внедрении сельскохозяйственной практики, использующей хлормекват, задержки со стороны американских компаний в переговорах по торговым соглашениям и частных лиц. испытывают задержки с закупкой овса из-за истощения старых запасов продукции и/или из-за более длительного срока годности овсяных продуктов.
Чтобы определить, отражают ли концентрации, наблюдаемые в образцах мочи в США, потенциальное диетическое воздействие хлормеквата, мы измерили хлормекват в овсяных и пшеничных продуктах, приобретенных в США в 2022 и 2023 годах. Овсяные продукты содержат хлормекват чаще, чем пшеничные продукты, и количество хлормекват 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 пищевых продуктов в 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 пищевым. Кроме того, предшественники холина в продуктах из пшеницы и яичном порошке естественным образом образуют хлормекват при высоких температурах, таких как те, которые используются в пищевой промышленности и производстве, в результате чего концентрации хлормеквата составляют от 5 до 40 нг/г. Результаты нашего тестирования пищевых продуктов показывают, что некоторые образцы, включая органический овсяный продукт, содержали хлормекват в уровнях, аналогичных тем, которые были зарегистрированы в исследованиях встречающегося в природе хлормеквата, в то время как многие другие образцы содержали более высокие уровни хлормеквата. Таким образом, уровни, наблюдавшиеся в моче до 2023 года, вероятно, были обусловлены пищевым воздействием хлормеквата, образующегося в процессе переработки и производства пищевых продуктов. Наблюдаемые в 2023 году уровни, вероятно, обусловлены пищевым воздействием спонтанно образующегося хлормеквата и импортных продуктов, обработанных хлормекватом в сельском хозяйстве. Различия в уровне воздействия хлормеквата в наших образцах также могут быть обусловлены географическим положением, различными режимами питания или воздействием хлормеквата в процессе профессиональной деятельности при его использовании в теплицах и питомниках.
Наше исследование предполагает, что для полной оценки потенциальных источников хлормекватного питания у лиц с низкой степенью воздействия необходимы более крупные выборки и более разнообразная выборка продуктов питания, обработанных хлормекватами. Дальнейшие исследования, включая анализ исторических образцов мочи и продуктов питания, анкетирование по вопросам питания и профессиональной деятельности, постоянный мониторинг содержания хлормекват в традиционных и органических продуктах питания в США, а также образцы биомониторинга, помогут выявить общие факторы воздействия хлормекватных продуктов на население США.
Вероятность повышения уровня хлормеквата в моче и образцах продуктов питания в США в ближайшие годы ещё предстоит определить. В США хлормекват в настоящее время разрешён только в импортируемых овсяных и пшеничных продуктах, но Агентство по охране окружающей среды рассматривает возможность его использования в сельском хозяйстве для выращивания неорганических культур внутри страны. Если такое использование будет одобрено в сочетании с широко распространённой сельскохозяйственной практикой использования хлормеквата за рубежом и внутри страны, уровень хлормеквата в овсе, пшенице и других зерновых продуктах может продолжить расти, что приведёт к повышению уровня 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 Агентства по охране окружающей среды США референтной дозы (RfD) (0,05 мг/кг массы тела в день), поэтому являются приемлемыми. Суточная доза на несколько порядков ниже значения, опубликованного Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов (ADI) (0,04 мг/кг массы тела в день). Однако мы отмечаем, что опубликованные токсикологические исследования хлормеквата указывают на то, 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 массы тела в день соответственно), показали снижение фертильности. В другом токсикологическом исследовании воздействие во время беременности доз, эквивалентных уровню необнаруженного неблагоприятного эффекта (NOAEL) в 5 мг/кг (используемому 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. Неонатальные 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 в дозах ниже, чем воздействие отдельных химических веществ, вызывая потенциальные проблемы с репродуктивным здоровьем. здоровье. 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 американских продуктах питания, 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 предполагают, что уровни воздействия возросли и могут продолжать расти в будущем. Учитывая токсикологические проблемы, связанные с воздействием хлормеквата в исследованиях на животных, и широкое распространение хлормеквата среди населения в европейских странах (и теперь, вероятно, в Соединенных Штатах), в сочетании с эпидемиологическими и животными исследованиями, существует настоятельная необходимость Мониторинг хлормеквата в пищевых продуктах и у людей Хлормекват. Важно понимать потенциальную опасность для здоровья этого сельскохозяйственного химиката при экологически значимых уровнях воздействия, особенно во время беременности.
Время публикации: 04 июня 2024 г.