Хлормекват ерегулатор на растежа на растениятачиято употреба в зърнени култури се увеличава в Северна Америка. Токсикологични проучвания показват, че излагането на хлормекват може да намали фертилитета и да причини вреда на развиващия се плод при дози под разрешената дневна доза, установена от регулаторните органи. Тук докладваме за наличието на хлормекват в проби от урина, събрани от населението на САЩ, с нива на откриване от 69%, 74% и 90% в проби, събрани съответно през 2017, 2018–2022 и 2023 г. От 2017 до 2022 г. в пробите са открити ниски концентрации на хлормекват, а от 2023 г. концентрациите на хлормекват в пробите се увеличават значително. Забелязахме също, че хлормекват се открива по-често в овесени продукти. Тези резултати и данните за токсичността на хлормекват пораждат опасения относно настоящите нива на експозиция и налагат по-обширни тестове за токсичност, наблюдение на храните и епидемиологични проучвания, за да се оцени въздействието на експозицията на хлормекват върху човешкото здраве.
Това проучване съобщава за първото откриване на хлормекват, агрохимикал с токсичност за развитието и репродукцията, в населението на САЩ и в хранителните запаси на САЩ. Докато подобни нива на химикала са открити в проби от урина от 2017 до 2022 г., значително повишени нива са открити в пробата от 2023 г. Тази работа подчертава необходимостта от по-широк мониторинг на хлормекват в хранителни и човешки проби в Съединените щати, както и от токсикологични и токсикологични епидемиологични проучвания на хлормекват, тъй като този химикал е нововъзникващ замърсител с документирани неблагоприятни ефекти върху здравето при ниски дози в проучвания върху животни.
Хлормекватът е селскостопански химикал, регистриран за първи път в Съединените щати през 1962 г. като регулатор на растежа на растенията. Въпреки че понастоящем е разрешен за употреба само върху декоративни растения в Съединените щати, решение на Агенцията за опазване на околната среда на САЩ (EPA) от 2018 г. разрешава вноса на хранителни продукти (предимно зърнени култури), третирани с хлормекват [1]. В ЕС, Обединеното кралство и Канада хлормекватът е одобрен за употреба върху хранителни култури, главно пшеница, овес и ечемик. Хлормекватът може да намали височината на стъблото, като по този начин намали вероятността културата да се усука, което затруднява прибирането на реколтата. В Обединеното кралство и ЕС хлормекватът като цяло е най-откритият остатък от пестицид в зърнените култури, както е документирано в дългосрочни мониторингови проучвания [2, 3].
Въпреки че хлормекватът е одобрен за употреба върху култури в части от Европа и Северна Америка, той проявява токсикологични свойства, основани на исторически и наскоро публикувани експериментални проучвания върху животни. Ефектите от излагането на хлормекват върху репродуктивната токсичност и фертилитета са описани за първи път в началото на 80-те години на миналия век от датски свиневъди, които наблюдават намалена репродуктивна способност при прасета, отглеждани със зърно, третирано с хлормекват. Тези наблюдения по-късно са изследвани в контролирани лабораторни експерименти върху прасета и мишки, при които женски прасета, хранени със зърно, третирано с хлормекват, показват нарушения в естралния цикъл и чифтосването в сравнение с контролните животни, хранени с диета без хлормекват. Освен това, мъжки мишки, изложени на хлормекват чрез храна или питейна вода по време на развитието, показват намалена способност за оплождане на сперматозоиди in vitro. Последните проучвания за репродуктивна токсичност на хлормекват показват, че излагането на плъхове на хлормекват по време на чувствителни периоди на развитие, включително бременност и ранен живот, води до забавен пубертет, намалена подвижност на сперматозоидите, намалено тегло на мъжките репродуктивни органи и намалени нива на тестостерон. Проучванията за токсичност върху развитието също показват, че излагането на хлормекват по време на бременност може да причини аномалии в растежа на плода и метаболитни нарушения. Други проучвания не са открили ефект на хлормекват върху репродуктивната функция при женски мишки и мъжки прасета, а последващи проучвания не са открили ефект на хлормекват върху фертилитета на мъжки мишки, изложени на хлормекват по време на развитието и постнаталния живот. Нееднозначните данни за хлормекват в токсикологичната литература може да се дължат на разлики в тестовите дози и измервания, както и на избора на моделни организми и пола на експерименталните животни. Следователно са необходими по-нататъшни изследвания.
Въпреки че последните токсикологични проучвания показват ефекти на хлормекват върху развитието, репродукцията и ендокринната система, механизмите, чрез които се проявяват тези токсикологични ефекти, са неизвестни. Някои проучвания показват, че хлормекватът може да не действа чрез добре дефинирани механизми на ендокринно разрушаващи химикали, включително естрогенни или андрогенни рецептори, и не променя ароматазната активност. Други данни сочат, че хлормекватът може да причини странични ефекти чрез промяна на биосинтеза на стероиди и причиняване на стрес на ендоплазмения ретикулум.
Въпреки че хлормекватът е повсеместно присъстващ в обичайните европейски храни, броят на биомониторинговите проучвания, оценяващи експозицията на хора на хлормекват, е сравнително малък. Хлормекватът има кратък полуживот в организма, приблизително 2-3 часа, а в проучвания, включващи доброволци, повечето експериментални дози са били елиминирани от организма в рамките на 24 часа. В проби от общата популация от Обединеното кралство и Швеция, хлормекват е открит в урината на почти 100% от участниците в проучването при значително по-високи честоти и концентрации, отколкото други пестициди, като хлорпирифос, пиретроиди, тиабендазол и метаболити на манкозеб. Проучвания при свине показват, че хлормекватът може да се открие и в серума и може да премине в млякото, но тези матрици не са изследвани при хора или други експериментални животински модели, въпреки че наличието му в серума и млякото може да е свързано с репродуктивни увреждания от химикалите. Има важни ефекти от експозицията по време на бременност и при кърмачета.
През април 2018 г. Агенцията за опазване на околната среда на САЩ обяви приемливи нива на толерантност към храни за хлормекват във вносния овес, пшеница, ечемик и някои животински продукти, което позволи вносът на хлормекват в хранителните доставки на САЩ. Допустимото съдържание на овес впоследствие беше увеличено през 2020 г. За да се характеризира въздействието на тези решения върху появата и разпространението на хлормекват сред възрастното население на САЩ, това пилотно проучване измери количеството хлормекват в урината на хора от три географски региона на САЩ от 2017 г. до 2023 г. и отново през 2022 г., както и съдържанието на хлормекват в овесени и пшенични продукти, закупени в Съединените щати през 2023 г.
Проби, събрани в три географски региона между 2017 и 2023 г., бяха използвани за измерване на нивата на хлормекват в урината на жители на САЩ. Двадесет и една проби от урина бяха събрани от анонимизирани бременни жени, които са дали съгласие по време на раждането, съгласно протокол, одобрен от Институционалния съвет за преглед (IRB) от 2017 г. на Медицинския университет на Южна Каролина (MUSC, Чарлстън, Южна Каролина, САЩ). Пробите бяха съхранявани при 4°C до 4 часа, след което аликвотирани и замразени при -80°C. Двадесет и пет проби от урина на възрастни бяха закупени от Lee Biosolutions, Inc (Мериленд Хайтс, Мисури, САЩ) през ноември 2022 г., представляващи една проба, събрана от октомври 2017 г. до септември 2022 г., и бяха събрани от доброволци (13 мъже и 12 жени), предоставени назаем на колекцията в Мериленд Хайтс, Мисури. Пробите бяха съхранявани при -20°C веднага след събирането. Освен това, 50 проби от урина, събрани от доброволци от Флорида (25 мъже, 25 жени) през юни 2023 г., бяха закупени от BioIVT, LLC (Уестбъри, Ню Йорк, САЩ). Пробите бяха съхранявани при 4°C, докато всички проби бяха събрани, след което бяха разделени на аликвоти и замразени при -20°C. Компанията доставчик получи необходимото одобрение от IRB за обработка на човешки проби и съгласие за събиране на проби. В нито една от тестваните проби не беше предоставена лична информация. Всички проби бяха изпратени замразени за анализ. Подробна информация за пробите може да бъде намерена в Таблица S1 с допълнителна информация.
Количественото определяне на хлормекват в проби от човешка урина е определено чрез LC-MS/MS в HSE Research Laboratory (Бъкстън, Великобритания) съгласно метода, публикуван от Lindh et al. Леко модифициран през 2011 г. Накратко, пробите са приготвени чрез смесване на 200 μl нефилтрирана урина с 1,8 ml 0,01 M амониев ацетат, съдържащ вътрешен стандарт. След това пробата е екстрахирана с помощта на HCX-Q колона, кондиционирана първо с метанол, след това с 0,01 M амониев ацетат, промита с 0,01 M амониев ацетат и елуирана с 1% мравчена киселина в метанол. След това пробите са заредени в C18 LC колона (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, Великобритания) и разделени с помощта на изократна мобилна фаза, състояща се от 0,1% мравчена киселина:метанол 80:20 при скорост на потока 0,2 ml/min. Реакционните преходи, избрани чрез масспектрометрия, са описани от Lindh et al. 2011 г. Границата на откриване е била 0,1 μg/L, както е съобщено в други проучвания.
Концентрациите на хлормекват в урината се изразяват като μmol хлормекват/mol креатинин и се превръщат в μg хлормекват/g креатинин, както е съобщено в предишни проучвания (умножено по 1,08).
Anresco Laboratories, LLC тества проби от овес (25 конвенционални и 8 органични) и пшеница (9 конвенционални) за хлормекват (Сан Франциско, Калифорния, САЩ). Пробите бяха анализирани с модификации съгласно публикувани методи [19]. LOD/LOQ за проби от овес през 2022 г. и за всички проби от пшеница и овес през 2023 г. бяха определени съответно на 10/100 ppb и 3/40 ppb. Подробна информация за пробите може да бъде намерена в Таблица S2 с допълнителна информация.
Концентрациите на хлормекват в урината бяха групирани по географско местоположение и година на събиране, с изключение на две проби, събрани през 2017 г. от Мериленд Хайтс, Мисури, които бяха групирани с други проби от 2017 г. от Чарлстън, Южна Каролина. Пробите под границата на откриване на хлормекват бяха третирани като процент на откриване, разделен на корен квадратен от 2. Данните не бяха нормално разпределени, така че за сравняване на медианите между групите бяха използвани непараметричният тест на Крускал-Уолис и тестът за множествено сравнение на Дън. Всички изчисления бяха извършени в GraphPad Prism (Бостън, Масачузетс).
Хлормекват е открит в 77 от 96 проби урина, което представлява 80% от всички проби урина. В сравнение с 2017 г. и 2018–2022 г., пробите от 2023 г. са откривани по-често: съответно 16 от 23 проби (или 69%) и 17 от 23 проби (или 74%), и 45 от 50 проби (т.е. 90%). са били тествани (Таблица 1). Преди 2023 г. концентрациите на хлормекват, открити в двете групи, са били еквивалентни, докато концентрациите на хлормекват, открити в пробите от 2023 г., са били значително по-високи, отколкото в проби от предишни години (Фигура 1A,B). Диапазоните на откриваемата концентрация за пробите от 2017, 2018–2022 и 2023 г. са съответно от 0,22 до 5,4, от 0,11 до 4,3 и от 0,27 до 52,8 микрограма хлормекват на грам креатинин. Медианните стойности за всички проби през 2017, 2018–2022 и 2023 г. са съответно 0,46, 0,30 и 1,4. Тези данни показват, че експозицията може да продължи, предвид краткия период на полуразпад на хлормеквата в организма, с по-ниски нива на експозиция между 2017 и 2022 г. и по-високи нива на експозиция през 2023 г.
Концентрацията на хлормекват за всяка отделна проба от урина е представена като единична точка с ленти над средната стойност и ленти за грешка, представляващи +/- стандартна грешка. Концентрациите на хлормекват в урината са изразени в mcg хлормекват на грам креатинин в линейна и логаритмична скала. За тестване на статистическата значимост е използван непараметричен дисперсионен анализ на Kruskal-Wallis с тест за множествено сравнение на Dunn.
Хранителни проби, закупени в Съединените щати през 2022 и 2023 г., показват откриваеми нива на хлормекват във всички от 25 традиционни овесени продукта, с изключение на два, като концентрациите варират от неоткриваеми до 291 μg/kg, което показва наличие на хлормекват в овеса. Разпространението на вегетарианството е високо. Пробите, събрани през 2022 и 2023 г., имат сходни средни нива: съответно 90 µg/kg и 114 µg/kg. Само една проба от осем органични овесени продукта има откриваемо съдържание на хлормекват от 17 µg/kg. Наблюдавахме също по-ниски концентрации на хлормекват в два от деветте тествани пшенични продукта: съответно 3,5 и 12,6 μg/kg.
Това е първият доклад за измерване на хлормекват в урината при възрастни, живеещи в Съединените щати, и в популации извън Обединеното кралство и Швеция. Тенденциите в биомониторинга на пестициди сред повече от 1000 юноши в Швеция регистрират 100% процент на откриване на хлормекват от 2000 до 2017 г. Средната концентрация през 2017 г. е била 0,86 микрограма хлормекват на грам креатинин и изглежда е намаляла с времето, като най-високото средно ниво е било 2,77 през 2009 г. В Обединеното кралство биомониторингът е установил много по-висока средна концентрация на хлормекват от 15,1 микрограма хлормекват на грам креатинин между 2011 и 2012 г., въпреки че тези проби са събрани от хора, живеещи в земеделски райони. Няма разлика в експозицията. Инцидент с пръскане[15]. Нашето проучване на американската извадка от 2017 до 2022 г. установи по-ниски медианни нива в сравнение с предишни проучвания в Европа, докато в извадката от 2023 г. медианните нива бяха сравними с шведската извадка, но по-ниски от извадката на Обединеното кралство.
Тези разлики в експозицията между регионите и времевите точки могат да отразяват разликите в селскостопанските практики и регулаторния статус на хлормекват, които в крайна сметка влияят върху нивата на хлормекват в хранителните продукти. Например, концентрациите на хлормекват в пробите от урина са били значително по-високи през 2023 г. в сравнение с предходните години, което може да отразява промени, свързани с регулаторните действия на EPA, свързани с хлормекват (включително ограниченията за храни, съдържащи хлормекват, през 2018 г.). Хранителни запаси в САЩ в близко бъдеще. Повишаване на стандартите за консумация на овес до 2020 г. Тези действия позволяват вноса и продажбата на селскостопански продукти, третирани с хлормекват, например от Канада. Закъснението между регулаторните промени на EPA и повишените концентрации на хлормекват, открити в пробите от урина през 2023 г., може да се обясни с редица обстоятелства, като например забавяния в приемането на селскостопански практики, които използват хлормекват, забавяния от страна на американските компании в договарянето на търговски споразумения и частни лица, които изпитват забавяния в закупуването на овес поради изчерпване на запасите от стари продукти и/или поради по-дълъг срок на годност на овесените продукти.
За да определим дали концентрациите, наблюдавани в проби от урина в САЩ, отразяват потенциално хранително излагане на хлормекват, измерихме хлормекват в овесени и пшенични продукти, закупени в САЩ през 2022 и 2023 г. Овесените продукти съдържат хлормекват по-често от пшеничните продукти, а количеството хлормекват в различните овесени продукти варира, със средно ниво от 104 ppb, вероятно поради доставки от Съединените щати и Канада, което може да отразява разлики в употребата или неупотребата между продукти, произведени от овес, третиран с хлормекват. За разлика от това, в пробите от храни в Обединеното кралство хлормекватът е по-изобилен в продукти на основата на пшеница, като хляб, като хлормекват е открит в 90% от пробите, събрани в Обединеното кралство между юли и септември 2022 г. Средната концентрация е 60 ppb. По подобен начин хлормекват е открит и в 82% от пробите от овес в Обединеното кралство със средна концентрация от 1650 ppb, повече от 15 пъти по-висока, отколкото в пробите в САЩ, което може да обясни по-високите концентрации в урината, наблюдавани в пробите в Обединеното кралство.
Резултатите от нашия биомониторинг показват, че експозицията на хлормекват е имала преди 2018 г., въпреки че хранителната толерантност към хлормекват не е установена. Въпреки че хлормекватът не се контролира в храните в Съединените щати и няма исторически данни за концентрациите на хлормекват в храни, продавани в Съединените щати, предвид краткия му полуживот, предполагаме, че това излагане може да е хранително. Освен това, прекурсорите на холин в пшеничните продукти и яйчения прах естествено образуват хлормекват при високи температури, като тези, използвани в преработката и производството на храни, което води до концентрации на хлормекват в диапазона от 5 до 40 ng/g. Резултатите от нашите тестове на храни показват, че някои проби, включително органичният овесен продукт, съдържат хлормекват в нива, подобни на тези, докладвани в проучвания на естествено срещащ се хлормекват, докато много други проби съдържат по-високи нива на хлормекват. Следователно, нивата, които наблюдавахме в урината до 2023 г., вероятно се дължат на хранителната експозиция на хлормекват, генериран по време на преработката и производството на храни. Наблюдаваните нива през 2023 г. вероятно се дължат на хранителната експозиция на спонтанно произведен хлормекват и вносни продукти, третирани с хлормекват в селското стопанство. Разликите в експозицията на хлормекват между нашите проби може също да се дължат на географско местоположение, различни хранителни модели или професионална експозиция на хлормекват, когато се използва в оранжерии и разсадници.
Нашето проучване показва, че са необходими по-големи извадки и по-разнообразна извадка от храни, третирани с хлормекват, за да се оценят напълно потенциалните хранителни източници на хлормекват при лица с ниска експозиция. Бъдещи проучвания, включително анализ на исторически проби от урина и храна, диетични и професионални въпросници, текущо наблюдение на хлормекват в конвенционални и биологични храни в Съединените щати и биомониторингови проби, ще помогнат за изясняване на често срещаните фактори за експозиция на хлормекват в населението на САЩ.
Вероятността от повишени нива на хлормекват в урина и хранителни проби в Съединените щати през следващите години все още не е определена. В Съединените щати хлормекватът понастоящем е разрешен само във вносни продукти от овес и пшеница, но Агенцията за опазване на околната среда в момента обмисля употребата му в селското стопанство при местни небиологични култури. Ако такава употреба в страната бъде одобрена във връзка с широко разпространената селскостопанска практика на хлормекват в чужбина и в страната, нивата на хлормекват в овеса, пшеницата и други зърнени продукти биха могли да продължат да се покачват, което да доведе до по-високи нива на експозиция на хлормекват. Общо население на САЩ.
Настоящите концентрации на хлормекват в урината в това и други проучвания показват, че отделни донори на проби са били изложени на хлормекват в нива, които са били под публикуваната референтна доза (RfD) на Агенцията за опазване на околната среда на САЩ (0,05 mg/kg телесно тегло на ден), така че са приемливи. Дневният прием е с няколко порядъка по-нисък от стойността на приема, публикувана от Европейския орган за безопасност на храните (ADI) (0,04 mg/kg телесно тегло/ден). Отбелязваме обаче, че публикуваните токсикологични проучвания на хлормекват показват, че може да се наложи преоценка на тези прагове за безопасност. Например, мишки и прасета, изложени на дози под текущите RfD и ADI (съответно 0,024 и 0,0023 mg/kg телесно тегло/ден), показват намалена плодовитост. В друго токсикологично проучване, излагането по време на бременност на дози, еквивалентни на ниво без наблюдавани неблагоприятни ефекти (NOAEL) от 5 mg/kg (използвано за изчисляване на референтната доза на Агенцията за опазване на околната среда на САЩ), е довело до промени в растежа и метаболизма на плода, както и до промени в телесния състав. Новородени мишки. Освен това, регулаторните прагове не отчитат неблагоприятните ефекти на смеси от химикали, които могат да повлияят на репродуктивната система, за които е доказано, че имат адитивни или синергични ефекти при дози, по-ниски от експозицията на отделни химикали, причинявайки потенциални проблеми с репродуктивното здраве. Опасения относно последствията, свързани с настоящите нива на експозиция, особено за тези с по-високи нива на експозиция в общото население в Европа и САЩ.
Това пилотно проучване на експозицията на нови химикали в Съединените щати показва, че хлормекват присъства в храните в САЩ, предимно в овесените продукти, както и в по-голямата част от откритите проби от урина, събрани от близо 100 души в САЩ, което показва продължаващо излагане на хлормекват. Освен това, тенденциите в тези данни показват, че нивата на експозиция са се увеличили и може да продължат да се увеличават в бъдеще. Предвид токсикологичните опасения, свързани с експозицията на хлормекват в проучвания върху животни, и широко разпространеното излагане на хлормекват на населението в европейските страни (а сега вероятно и в Съединените щати), съчетано с епидемиологични и животински проучвания, съществува спешна необходимост от мониторинг на хлормекват в храните и при хората. Важно е да се разберат потенциалните опасности за здравето от този селскостопански химикал при екологично значими нива на експозиция, особено по време на бременност.
Време на публикуване: 04 юни 2024 г.