Хлормекват – це регулятор росту рослин, використання якого в зернових культурах зростає в Північній Америці. Токсикологічні дослідження показали, що вплив хлормеквату може знижувати фертильність і завдавати шкоди плоду, що розвивається, у дозах, нижчих за дозволену добову дозу, встановлену регулюючими органами. Тут ми повідомляємо про наявність хлормеквату у зразках сечі, зібраних у населення США, з показниками виявлення 69%, 74% та 90% у зразках, зібраних у 2017, 2018–2022 та 2023 роках відповідно. З 2017 по 2022 рік у зразках виявлялися низькі концентрації хлормеквату, а з 2023 року концентрації хлормеквату у зразках значно зросли. Ми також помітили, що хлормекват частіше виявлявся у вівсяних продуктах. Ці результати та дані про токсичність хлормеквату викликають занепокоєння щодо поточних рівнів впливу та вимагають проведення більш масштабних токсичних випробувань, нагляду за харчовими продуктами та епідеміологічних досліджень для оцінки впливу впливу хлормеквату на здоров'я людини.
Це дослідження повідомляє про перше виявлення хлормеквату, агрохімічної речовини з токсичним впливом на розвиток та репродуктивну функцію, у населення США та в продуктах харчування США. Хоча подібні рівні цієї хімічної речовини були виявлені у зразках сечі з 2017 по 2022 рік, у зразку 2023 року було виявлено значно підвищені рівні. Ця робота підкреслює необхідність ширшого моніторингу хлормеквату в харчових продуктах та зразках сечі людини в Сполучених Штатах, а також токсикології та токсикології. Епідеміологічні дослідження хлормеквату, оскільки ця хімічна речовина є новим забруднювачем із задокументованими несприятливими наслідками для здоров'я при низьких дозах у дослідженнях на тваринах.
Хлормекват – це сільськогосподарська хімікатна речовина, вперше зареєстрована в Сполучених Штатах у 1962 році як регулятор росту рослин. Хоча наразі його використання дозволено лише на декоративних рослинах у Сполучених Штатах, рішення Агентства з охорони навколишнього середовища США (EPA) від 2018 року дозволило імпорт харчових продуктів (переважно зернових), оброблених хлормекватом. У ЄС, Великій Британії та Канаді хлормекват схвалено для використання на продовольчих культурах, головним чином пшениці, вівсі та ячмені. Хлормекват може зменшувати висоту стебла, тим самим зменшуючи ймовірність скручування врожаю, що ускладнює збір врожаю. У Великій Британії та ЄС хлормекват, як правило, є найчастіше виявляним залишком пестициду в зернових та крупах, що задокументовано в довгострокових моніторингових дослідженнях.
Хоча хлормекват схвалений для використання на сільськогосподарських культурах у деяких частинах Європи та Північної Америки, він проявляє токсикологічні властивості, засновані на історичних та нещодавно опублікованих експериментальних дослідженнях на тваринах. Вплив впливу хлормеквату на репродуктивну токсичність та фертильність вперше був описаний на початку 1980-х років данськими свинарями, які спостерігали зниження репродуктивної продуктивності у свиней, вирощених на зерні, обробленому хлормекватом. Ці спостереження пізніше були досліджені в контрольованих лабораторних експериментах на свинях та мишах, у яких у свиней, яких годували зерном, обробленим хлормекватом, спостерігалися порушення естральних циклів та спарювання порівняно з контрольними тваринами, яких годували раціоном без хлормеквату. Крім того, самці мишей, які отримували хлормекват через їжу або питну воду під час розвитку, показали знижену здатність до запліднення сперматозоїдів in vitro. Нещодавні дослідження репродуктивної токсичності хлормеквату показали, що вплив хлормеквату на щурів у чутливі періоди розвитку, включаючи вагітність та ранні періоди життя, призвів до затримки статевого дозрівання, зниження рухливості сперматозоїдів, зменшення ваги чоловічих репродуктивних органів та зниження рівня тестостерону. Дослідження токсичності розвитку також показують, що вплив хлормеквату під час вагітності може спричинити ріст плода та метаболічні порушення. Інші дослідження не виявили впливу хлормеквату на репродуктивну функцію у самок мишей та самців свиней, і жодні наступні дослідження не виявили впливу хлормеквату на фертильність самців мишей, які зазнали впливу хлормеквату під час розвитку та післяпологового періоду. Неоднозначні дані щодо хлормеквату в токсикологічній літературі можуть бути пов'язані з відмінностями в тестових дозах та вимірюваннях, а також вибором модельних організмів та статтю експериментальних тварин. Тому необхідні подальші дослідження.
Хоча нещодавні токсикологічні дослідження продемонстрували вплив хлормеквату на розвиток, репродуктивну функцію та ендокринну систему, механізми, за допомогою яких виникають ці токсикологічні ефекти, залишаються незрозумілими. Деякі дослідження показують, що хлормекват може діяти не через чітко визначені механізми ендокринно-руйнівних хімічних речовин, включаючи рецептори естрогену або андрогенів, і не змінює активність ароматази. Інші дані свідчать про те, що хлормекват може викликати побічні ефекти, змінюючи біосинтез стероїдів та викликаючи стрес ендоплазматичного ретикулуму.
Хоча хлормекват повсюдно присутній у звичайних європейських продуктах харчування, кількість біомоніторингових досліджень, що оцінюють вплив хлормеквату на людину, є відносно невеликою. Хлормекват має короткий період напіввиведення з організму, приблизно 2–3 години, а в дослідженнях за участю добровольців більшість експериментальних доз виводилися з організму протягом 24 годин [14]. У загальних зразках населення з Великої Британії та Швеції хлормекват був виявлений у сечі майже 100% учасників дослідження зі значно вищими частотами та концентраціями, ніж інші пестициди, такі як хлорпірифос, піретроїди, тіабендазол та метаболіти манкоцебу. Дослідження на свинях показали, що хлормекват також може бути виявлений у сироватці крові та потрапляти в молоко, але ці матриці не вивчалися на людях або інших експериментальних тваринних моделях, хоча в сироватці крові та молоці можуть бути сліди хлормеквату, пов'язані з репродуктивною шкодою. Існують важливі наслідки впливу під час вагітності та у немовлят.
У квітні 2018 року Агентство з охорони навколишнього середовища США оголосило про допустимі рівні толерантності до хлормеквату в імпортованому вівсі, пшениці, ячмені та деяких продуктах тваринного походження, що дозволило імпортувати хлормекват до продовольчого ринку США. Допустимий вміст вівса згодом був збільшений у 2020 році. Щоб охарактеризувати вплив цих рішень на виникнення та поширеність хлормеквату серед дорослого населення США, у цьому пілотному дослідженні вимірювалася кількість хлормеквату в сечі людей з трьох географічних регіонів США з 2017 по 2023 рік і знову у 2022 році, а також вміст хлормеквату в продуктах з вівса та пшениці, придбаних у Сполучених Штатах у 2023 році.
Для вимірювання рівня хлормеквату в сечі жителів США було використано зразки, зібрані у трьох географічних регіонах між 2017 і 2023 роками. Двадцять один зразок сечі було зібрано у анестезованих вагітних жінок, які дали згоду під час пологів, відповідно до протоколу, затвердженого Інституційною оглядовою радою (IRB) 2017 року, Медичного університету Південної Кароліни (MUSC, Чарльстон, Південна Кароліна, США). Зразки зберігали при температурі 4°C до 4 годин, потім розділяли на аліквоти та заморожували при температурі -80°C. Двадцять п'ять зразків сечі дорослих було придбано у Lee Biosolutions, Inc (Меріленд-Хайтс, Міссурі, США) у листопаді 2022 року, що представляє один зразок, зібраний з жовтня 2017 року по вересень 2022 року, та було зібрано у добровольців (13 чоловіків та 12 жінок), наданих у користування колекції Меріленд-Хайтс, штат Міссурі. Зразки зберігали при температурі -20°C одразу після збору. Крім того, 50 зразків сечі, зібраних у добровольців з Флориди (25 чоловіків, 25 жінок) у червні 2023 року, були придбані у BioIVT, LLC (Вестбері, Нью-Йорк, США). Зразки зберігалися при температурі 4°C до збору всіх зразків, а потім розділялися на аліквоти та заморожувалися при температурі -20°C. Компанія-постачальник отримала необхідне схвалення IRB для обробки зразків людей та згоду на збір зразків. У жодному з протестованих зразків не було надано жодної особистої інформації. Усі зразки були відправлені замороженими на аналіз. Детальну інформацію про зразки можна знайти в таблиці S1 додаткової інформації.
Кількісне визначення хлормеквату у зразках сечі людини проводили за допомогою LC-MS/MS у Дослідницькій лабораторії HSE (Бакстон, Велика Британія) згідно з методом, опублікованим Lindh et al., дещо модифікованим у 2011 році. Коротко кажучи, зразки готували шляхом змішування 200 мкл нефільтрованої сечі з 1,8 мл 0,01 М ацетату амонію, що містить внутрішній стандарт. Потім зразок екстрагували за допомогою колонки HCX-Q, спочатку кондиціонували метанолом, потім 0,01 М ацетатом амонію, промивали 0,01 М ацетатом амонію та елюювали 1% мурашиною кислотою в метанолі. Потім зразки завантажували на колонку C18 LC (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 мм; Phenomenex, Велика Британія) та розділяли за допомогою ізократичної рухомої фази, що складалася з 0,1% мурашиної кислоти:метанолу 80:20 зі швидкістю потоку 0,2 мл/хв. Реакційні переходи, відібрані за допомогою мас-спектрометрії, були описані Lindh et al. 2011. Межа виявлення становила 0,1 мкг/л, як повідомлялося в інших дослідженнях.
Концентрації хлормеквату в сечі виражаються в мкмоль хлормеквату/моль креатиніну та перетворюються на мкг хлормеквату/г креатиніну, як повідомлялося в попередніх дослідженнях (помножено на 1,08).
Компанія Anresco Laboratories, LLC (Сан-Франциско, Каліфорнія, США) протестувала зразки харчових продуктів з вівса (25 звичайних та 8 органічних) та пшениці (9 звичайних) на вміст хлормеквату. Зразки аналізували з модифікаціями відповідно до опублікованих методів. LOD/LOQ для зразків вівса у 2022 році та для всіх зразків пшениці та вівса у 2023 році були встановлені на рівні 10/100 ppb та 3/40 ppb відповідно. Детальну інформацію про зразки можна знайти в таблиці S2 додаткової інформації.
Концентрації хлормеквату в сечі були згруповані за географічним розташуванням та роком збору, за винятком двох зразків, зібраних у 2017 році з Меріленд-Хайтс, штат Міссурі, які були згруповані з іншими зразками 2017 року з Чарльстона, штат Південна Кароліна. Зразки нижче межі виявлення хлормеквату розглядалися як відсоток виявлення, поділений на квадратний корінь з 2. Дані не мали нормального розподілу, тому для порівняння медіан між групами використовувалися непараметричний тест Краскела-Уолліса та тест множинного порівняння Данна. Усі розрахунки виконувалися в GraphPad Prism (Бостон, Массачусетс).
Хлормекват було виявлено у 77 з 96 зразків сечі, що становить 80% усіх зразків сечі. Порівняно з 2017 та 2018–2022 роками, зразки 2023 року виявлялися частіше: було протестовано 16 з 23 зразків (або 69%) та 17 з 23 зразків (або 74%) відповідно, а також 45 з 50 зразків (тобто 90%). До 2023 року концентрації хлормеквату, виявлені в двох групах, були еквівалентними, тоді як концентрації хлормеквату, виявлені у зразках 2023 року, були значно вищими, ніж у зразках попередніх років (Рисунок 1A,B). Діапазони виявлених концентрацій для зразків 2017, 2018–2022 та 2023 років становили від 0,22 до 5,4, від 0,11 до 4,3 та від 0,27 до 52,8 мікрограмів хлормеквату на грам креатиніну відповідно. Медіанні значення для всіх зразків у 2017, 2018–2022 та 2023 роках становлять 0,46, 0,30 та 1,4 відповідно. Ці дані свідчать про те, що вплив може продовжуватися, враховуючи короткий період напіврозпаду хлормеквату в організмі, з нижчими рівнями впливу між 2017 і 2022 роками та вищими рівнями впливу у 2023 році.
Концентрація хлормеквату для кожного окремого зразка сечі представлена у вигляді однієї точки зі смужками над середнім значенням та смужками похибки, що представляють +/- стандартну похибку. Концентрації хлормеквату в сечі виражені в мкг хлормеквату на грам креатиніну за лінійною шкалою (A) та логарифмічною шкалою (B). Для перевірки статистичної значущості використовували непараметричний дисперсійний аналіз Краскела-Уолліса з тестом множинних порівнянь Данна.
Зразки харчових продуктів, придбані в Сполучених Штатах у 2022 та 2023 роках, показали виявний рівень хлормеквату у всіх, окрім двох, з 25 традиційних вівсяних продуктів, причому концентрації коливалися від невиявного до 291 мкг/кг, що вказує на наявність хлормеквату у вівсі. Поширеність вегетаріанства є високою. Зразки, зібрані у 2022 та 2023 роках, мали подібні середні рівні: 90 мкг/кг та 114 мкг/кг відповідно. Лише один зразок з восьми органічних вівсяних продуктів мав виявний вміст хлормеквату 17 мкг/кг. Ми також спостерігали нижчі концентрації хлормеквату у двох з дев'яти протестованих пшеничних продуктів: 3,5 та 12,6 мкг/кг відповідно (Таблиця 2).
Це перший звіт про вимірювання хлормеквату в сечі дорослих, які проживають у Сполучених Штатах, та населення за межами Великої Британії та Швеції. Тенденції біомоніторингу пестицидів серед понад 1000 підлітків у Швеції зафіксували 100% рівень виявлення хлормеквату з 2000 по 2017 рік. Середня концентрація у 2017 році становила 0,86 мікрограма хлормеквату на грам креатиніну і, схоже, з часом зменшилася, причому найвищий середній рівень становив 2,77 у 2009 році [16]. У Великій Британії біомоніторинг виявив набагато вищу середню концентрацію хлормеквату – 15,1 мікрограма хлормеквату на грам креатиніну – між 2011 і 2012 роками, хоча ці зразки були зібрані у людей, які проживають у сільськогосподарських районах. Різниці в експозиції не було виявлено. Інцидент з розпиленням пестицидів [15]. Наше дослідження вибірки США з 2017 по 2022 рік виявило нижчі медіанні рівні порівняно з попередніми дослідженнями в Європі, тоді як у вибірці 2023 року медіанні рівні були порівнянні зі шведською вибіркою, але нижчими, ніж у вибірці Великої Британії (Таблиця 1).
Ці відмінності в експозиції між регіонами та часовими точками можуть відображати відмінності в сільськогосподарській практиці та регуляторному статусі хлормеквату, що зрештою впливає на рівні хлормеквату в харчових продуктах. Наприклад, концентрація хлормеквату в зразках сечі була значно вищою у 2023 році порівняно з попередніми роками, що може відображати зміни, пов'язані з регуляторними діями EPA щодо хлормеквату (включаючи обмеження на вміст хлормеквату в харчових продуктах у 2018 році). Постачання продовольства в США найближчим часом. Підвищити стандарти споживання вівса до 2020 року. Ці дії дозволяють імпорт та продаж сільськогосподарської продукції, обробленої хлормекватом, наприклад, з Канади. Розрив між регуляторними змінами EPA та підвищеними концентраціями хлормеквату, виявленими у зразках сечі у 2023 році, можна пояснити низкою обставин, таких як затримки у впровадженні сільськогосподарської практики, що використовує хлормекват, затримки американських компаній з укладанням торговельних угод, а також затримки із закупівлями вівса через виснаження старих запасів продукції та/або довший термін зберігання вівсяних продуктів.
Щоб визначити, чи відображають концентрації, що спостерігаються у зразках сечі США, потенційний вплив хлормеквату з їжею, ми виміряли хлормекват у вівсяних та пшеничних продуктах, придбаних у США у 2022 та 2023 роках. Вівсяні продукти містять хлормекват частіше, ніж пшеничні продукти, а кількість хлормеквату в різних вівсяних продуктах варіюється, із середнім рівнем 104 ppb, можливо, через постачання зі Сполучених Штатів та Канади, що може відображати відмінності у використанні або невикористанні продуктів, вироблених з вівса, обробленого хлормекватом. Натомість, у зразках харчових продуктів у Великій Британії хлормекват більш поширений у продуктах на основі пшениці, таких як хліб, причому хлормекват виявлено у 90% зразків, зібраних у Великій Британії між липнем та вереснем 2022 року. Середня концентрація становить 60 ppb. Аналогічно, хлормекват також був виявлений у 82% зразків вівса у Великій Британії із середньою концентрацією 1650 ppb, що більш ніж у 15 разів вище, ніж у зразках у США, що може пояснити вищі концентрації в сечі, що спостерігалися у зразках у Великій Британії.
Результати нашого біомоніторингу показують, що вплив хлормеквату відбувався до 2018 року, хоча харчова толерантність до хлормеквату не встановлена. Хоча хлормекват не контролюється в харчових продуктах у Сполучених Штатах, і немає історичних даних про концентрації хлормеквату в харчових продуктах, що продаються в Сполучених Штатах, враховуючи короткий період напіврозпаду хлормеквату, ми підозрюємо, що цей вплив може бути харчовим. Крім того, попередники холіну в пшеничних продуктах та яєчних порошках природним чином утворюють хлормекват за високих температур, таких як ті, що використовуються в харчовій промисловості, що призводить до концентрацій хлормеквату від 5 до 40 нг/г. Результати нашого тестування харчових продуктів показують, що деякі зразки, включаючи органічний вівсяний продукт, містили хлормекват на рівнях, подібних до тих, що були зареєстровані в дослідженнях природного хлормеквату, тоді як багато інших зразків містили вищі рівні хлормеквату. Таким чином, рівні, які ми спостерігали в сечі до 2023 року, ймовірно, були пов'язані з харчовим впливом хлормеквату, що утворюється під час харчової промисловості. Спостережувані рівні у 2023 році, ймовірно, зумовлені харчовим впливом спонтанно виробленого хлормеквату та імпортованих продуктів, оброблених хлормекватом у сільському господарстві. Різниця в впливі хлормеквату між нашими зразками також може бути пов'язана з географічним розташуванням, різними харчовими моделями або професійним впливом хлормеквату при використанні в теплицях та розсадниках.
Наше дослідження показує, що для повної оцінки потенційних харчових джерел хлормеквату у осіб з низьким рівнем впливу цього речовини необхідні більші вибірки та більш різноманітна вибірка продуктів, оброблених хлормекватом. Подальші дослідження, включаючи аналіз історичних зразків сечі та продуктів харчування, дієтичні та професійні анкети, постійний моніторинг хлормеквату в звичайних та органічних продуктах харчування у Сполучених Штатах, а також зразки біомоніторингу, допоможуть з'ясувати загальні фактори впливу хлормеквату на населення США.
Ймовірність підвищення рівня хлормеквату в сечі та зразках харчових продуктів у Сполучених Штатах у найближчі роки ще належить визначити. У Сполучених Штатах хлормекват наразі дозволено використовувати лише в імпортованих продуктах з вівса та пшениці, але Агентство з охорони навколишнього середовища наразі розглядає його використання в сільському господарстві для вирощування неорганічних культур у вітчизняних культурах. Якщо таке використання всередині країни буде схвалено разом із широко поширеною сільськогосподарською практикою використання хлормеквату за кордоном та всередині країни, рівень хлормеквату у вівсі, пшениці та інших зернових продуктах може продовжувати зростати, що призведе до підвищення рівня впливу хлормеквату. Загальна чисельність населення США.
Поточні концентрації хлормеквату в сечі в цьому та інших дослідженнях вказують на те, що окремі донори зразків зазнали впливу хлормеквату на рівнях, які були нижчими за опубліковану Агентством з охорони навколишнього середовища США референтну дозу (RfD) (0,05 мг/кг маси тіла на день), тому є прийнятними. Добове споживання на кілька порядків нижче за значення споживання, опубліковане Європейським агентством з безпеки харчових продуктів (ADI) (0,04 мг/кг маси тіла/день). Однак, ми зазначаємо, що опубліковані токсикологічні дослідження хлормеквату свідчать про те, що може бути необхідною переоцінка цих порогів безпеки. Наприклад, миші та свині, які зазнали впливу доз нижчих за поточну RfD та ADI (0,024 та 0,0023 мг/кг маси тіла/день відповідно), показали зниження фертильності. В іншому токсикологічному дослідженні вплив під час вагітності доз, еквівалентних рівню без спостережуваного побічного ефекту (NOAEL) 5 мг/кг (використовується для розрахунку референтної дози Агентства з охорони навколишнього середовища США), призвів до змін у рості та метаболізмі плода, а також до змін у складі тіла. Новонароджені миші. Крім того, регуляторні пороги не враховують негативний вплив сумішей хімічних речовин, які можуть впливати на репродуктивну систему, і які, як було показано, мають адитивний або синергетичний ефект у дозах, нижчих за вплив окремих хімічних речовин, що спричиняє потенційні проблеми зі здоров'ям. Виникають занепокоєння щодо наслідків, пов'язаних з поточними рівнями впливу, особливо для тих, хто має вищі рівні впливу серед населення загалом у Європі та США.
Це пілотне дослідження нових хімічних речовин, що потрапляють до організму Сполучених Штатів, показує, що хлормекват присутній у харчових продуктах США, головним чином у вівсяних продуктах, а також у більшості виявлених зразків сечі, зібраних у майже 100 осіб у США, що свідчить про постійний вплив хлормеквату. Більше того, тенденції в цих даних свідчать про те, що рівні впливу зросли і можуть продовжувати зростати в майбутньому. Враховуючи токсикологічні проблеми, пов'язані з впливом хлормеквату в дослідженнях на тваринах, та широке поширення хлормеквату серед населення в європейських країнах (а тепер, ймовірно, і в Сполучених Штатах), а також епідеміологічні дослідження та дослідження на тваринах, існує нагальна потреба в моніторингу хлормеквату в харчових продуктах та у людей. Важливо розуміти потенційну небезпеку для здоров'я цієї сільськогосподарської хімічної речовини при екологічно значущих рівнях впливу, особливо під час вагітності.
Час публікації: 29 травня 2024 р.