Chlormekvát jeregulátor růstu rostlinjehož používání v obilovinách v Severní Americe roste. Toxikologické studie ukázaly, že expozice chlormequatu může snížit plodnost a poškodit vyvíjející se plod v dávkách nižších, než je povolená denní dávka stanovená regulačními orgány. Zde uvádíme přítomnost chlormequatu ve vzorcích moči odebraných od populace USA s mírou detekce 69 %, 74 % a 90 % ve vzorcích odebraných v letech 2017, 2018–2022 a 2023. Od roku 2017 do roku 2022 byly ve vzorcích detekovány nízké koncentrace chlormequatu a od roku 2023 se koncentrace chlormequatu ve vzorcích výrazně zvýšily. Také jsme si všimli, že chlormequat byl častěji nacházen v ovesných produktech. Tyto výsledky a údaje o toxicitě chlormequatu vyvolávají obavy ohledně současných úrovní expozice a vyžadují rozsáhlejší testování toxicity, dohled nad potravinami a epidemiologické studie s cílem posoudit dopad expozice chlormequatu na lidské zdraví.
Tato studie uvádí první detekci chlormequatu, agrochemikálie s vývojovou a reprodukční toxicitou, v populaci USA a v amerických potravinách. Zatímco v letech 2017 až 2022 byly ve vzorcích moči zjištěny podobné hladiny této chemikálie, ve vzorku z roku 2023 byly zjištěny významně zvýšené hladiny. Tato práce zdůrazňuje potřebu širšího monitorování chlormequatu v potravinách a lidských vzorcích ve Spojených státech, jakož i toxikologických a toxikologických epidemiologických studií chlormequatu, jelikož se jedná o nově vznikající kontaminant s dokumentovanými nepříznivými účinky na zdraví při nízkých dávkách ve studiích na zvířatech.
Chlormekvat je zemědělská chemikálie, která byla ve Spojených státech poprvé registrována v roce 1962 jako regulátor růstu rostlin. Ačkoli je v současné době ve Spojených státech povolen pouze pro použití na okrasných rostlinách, rozhodnutí americké Agentury pro ochranu životního prostředí (EPA) z roku 2018 povolilo dovoz potravinářských produktů (většinou obilovin) ošetřených chlormekvatem [1]. V EU, Velké Británii a Kanadě je chlormekvat schválen pro použití na potravinářských plodinách, zejména na pšenici, oves a ječmen. Chlormekvat může snížit výšku stonku, a tím snížit pravděpodobnost, že se plodina zkroutí a ztíží sklizeň. Ve Velké Británii a EU je chlormekvat obecně nejčastěji detekovaným reziduem pesticidů v obilovinách, jak dokumentují dlouhodobé monitorovací studie [2, 3].
Přestože je chlormequat schválen pro použití na plodinách v některých částech Evropy a Severní Ameriky, vykazuje toxikologické vlastnosti založené na historických a nedávno publikovaných experimentálních studiích na zvířatech. Účinky expozice chlormequatu na reprodukční toxicitu a fertilitu byly poprvé popsány na začátku 80. let dánskými chovateli prasat, kteří pozorovali sníženou reprodukční výkonnost u prasat chovaných na obilí ošetřeném chlormequatem. Tato pozorování byla později zkoumána v kontrolovaných laboratorních experimentech na prasatech a myších, ve kterých samice prasat krmené obilím ošetřeným chlormequatem vykazovaly poruchy estrálních cyklů a páření ve srovnání s kontrolními zvířaty krmenými dietou bez chlormequatu. Kromě toho samci myší vystavení chlormequatu prostřednictvím potravy nebo pitné vody během vývoje vykazovali sníženou schopnost oplodnit spermie in vitro. Nedávné studie reprodukční toxicity chlormequatu ukázaly, že expozice potkanů chlormequatu během citlivých období vývoje, včetně březosti a raného věku, vedla k opožděné pubertě, snížené pohyblivosti spermií, snížené hmotnosti samčích reprodukčních orgánů a snížené hladině testosteronu. Studie vývojové toxicity také naznačují, že expozice chlormequatu během březosti může způsobit růst plodu a metabolické abnormality. Jiné studie neprokázaly žádný vliv chlormequatu na reprodukční funkce u samic myší a samců prasat a žádné následné studie neprokázaly vliv chlormequatu na fertilitu samců myší vystavených chlormequatu během vývoje a postnatálního života. Nejasné údaje o chlormequatu v toxikologické literatuře mohou být způsobeny rozdíly v testovaných dávkách a měřeních, jakož i výběrem modelových organismů a pohlavím pokusných zvířat. Proto je nutné další zkoumání.
Ačkoli nedávné toxikologické studie prokázaly účinky chlormequatu na vývoj, reprodukci a endokrinní systém, mechanismy, kterými se tyto toxikologické účinky projevují, nejsou známy. Některé studie naznačují, že chlormequat nemusí působit prostřednictvím dobře definovaných mechanismů endokrinně disruptivních chemických látek, včetně estrogenových nebo androgenních receptorů, a nemění aktivitu aromatázy. Jiné důkazy naznačují, že chlormequat může způsobovat nežádoucí účinky změnou biosyntézy steroidů a způsobením stresu endoplazmatického retikula.
Přestože je chlormekvat všudypřítomný v běžných evropských potravinách, počet biomonitorovacích studií hodnotících expozici lidí tomuto působení je relativně malý. Chlormekvat má v těle krátký poločas rozpadu, přibližně 2–3 hodiny, a ve studiích zahrnujících dobrovolníky byla většina experimentálních dávek z těla vyloučena do 24 hodin. V běžné populaci ze Spojeného království a Švédska byl chlormekvat detekován v moči téměř 100 % účastníků studie ve výrazně vyšších frekvencích a koncentracích než jiné pesticidy, jako jsou chlorpyrifos, pyrethroidy, thiabendazol a metabolity mankozebu. Studie na prasatech ukázaly, že chlormekvat lze nalézt také v séru a může přecházet do mléka, ale tyto matrice nebyly studovány u lidí ani jiných experimentálních zvířecích modelů, ačkoli jeho přítomnost v séru a mléce může být spojena s reprodukčním poškozením způsobeným těmito chemikáliemi. Existují významné účinky expozice během těhotenství a u kojenců.
V dubnu 2018 oznámila Agentura pro ochranu životního prostředí USA (EPA) přijatelné limity potravinové tolerance pro chlormequat v dováženém ovsu, pšenici, ječmeni a některých živočišných produktech, což umožnilo dovoz chlormequatu do USA. Povolený obsah ovsa byl následně v roce 2020 zvýšen. Pro charakterizaci dopadu těchto rozhodnutí na výskyt a prevalenci chlormequatu v dospělé populaci USA měřila tato pilotní studie množství chlormequatu v moči lidí ze tří zeměpisných oblastí USA v letech 2017 až 2023 a znovu v roce 2022 a obsah chlormequatu v ovesných a pšeničných produktech zakoupených ve Spojených státech v roce 2023.
Vzorky odebrané ve třech geografických oblastech v letech 2017 až 2023 byly použity k měření hladin chlormequatu v moči u obyvatel USA. Dvacet jedna vzorků moči bylo odebráno od anonymizovaných těhotných žen, které souhlasily v době porodu, v souladu s protokolem schváleným Institucionální etické komisí (IRB) z roku 2017 z Lékařské univerzity Jižní Karolíny (MUSC, Charleston, SC, USA). Vzorky byly skladovány při teplotě 4 °C po dobu až 4 hodin, poté rozděleny na alikvotní podíly a zmrazeny při teplotě -80 °C. Dvacet pět vzorků moči dospělých bylo zakoupeno od společnosti Lee Biosolutions, Inc (Maryland Heights, MO, USA) v listopadu 2022, což představuje jeden vzorek odebraný od října 2017 do září 2022 a bylo odebráno od dobrovolníků (13 mužů a 12 žen) zapůjčených do sbírky Maryland Heights, Missouri. Vzorky byly ihned po odběru skladovány při teplotě -20 °C. Kromě toho bylo od společnosti BioIVT, LLC (Westbury, NY, USA) zakoupeno 50 vzorků moči odebraných od dobrovolníků z Floridy (25 mužů, 25 žen) v červnu 2023. Vzorky byly skladovány při teplotě 4 °C, dokud nebyly odebrány všechny vzorky, poté rozděleny do alikvotních poměrů a zmrazeny při teplotě -20 °C. Dodavatelská společnost získala potřebné schválení IRB ke zpracování lidských vzorků a souhlas s odběrem vzorků. V žádném z testovaných vzorků nebyly poskytnuty žádné osobní údaje. Všechny vzorky byly k analýze odeslány zmrazené. Podrobné informace o vzorcích naleznete v tabulce S1 s doplňujícími informacemi.
Kvantifikace chlormequatu ve vzorcích lidské moči byla stanovena metodou LC-MS/MS ve výzkumné laboratoři HSE (Buxton, Spojené království) podle metody publikované Lindhem a kol., která byla v roce 2011 mírně upravena. Stručně řečeno, vzorky byly připraveny smícháním 200 μl nefiltrované moči s 1,8 ml 0,01 M octanu amonného obsahujícího interní standard. Vzorek byl poté extrahován pomocí kolony HCX-Q, nejprve kondicionován methanolem, poté 0,01 M octanem amonným, promyt 0,01 M octanem amonným a eluován 1% kyselinou mravenčí v methanolu. Vzorky byly poté naneseny na kolonu C18 LC (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, Spojené království) a separovány pomocí izokratické mobilní fáze sestávající z 0,1% kyseliny mravenčí:methanolu 80:20 při průtoku 0,2 ml/min. Reakční přechody vybrané hmotnostní spektrometrií popsali Lindh a kol. 2011. Detekční limit byl 0,1 μg/l, jak uvádí jiné studie.
Koncentrace chlormequatu v moči jsou vyjádřeny jako μmol chlormequatu/mol kreatininu a převedeny na μg chlormequatu/g kreatininu, jak bylo uvedeno v předchozích studiích (vynásobeno 1,08).
Společnost Anresco Laboratories, LLC testovala vzorky potravin z ovsa (25 konvenčních a 8 bio) a pšenice (9 konvenčních) na chlormekvat (San Francisco, CA, USA). Vzorky byly analyzovány s úpravami dle publikovaných metod [19]. LOD/LOQ pro vzorky ovsa v roce 2022 a pro všechny vzorky pšenice a ovsa v roce 2023 byly stanoveny na 10/100 ppb, respektive 3/40 ppb. Podrobné informace o vzorcích lze nalézt v tabulce S2 s doplňujícími informacemi.
Koncentrace chlormequatu v moči byly seskupeny podle geografické polohy a roku odběru, s výjimkou dvou vzorků odebraných v roce 2017 z Maryland Heights v Missouri, které byly seskupeny s dalšími vzorky z roku 2017 z Charlestonu v Jižní Karolíně. Vzorky pod detekčním limitem chlormequatu byly považovány za procento detekce dělené druhou odmocninou ze 2. Data neměla normální rozdělení, proto byl k porovnání mediánů mezi skupinami použit neparametrický Kruskal-Wallisův test a Dunnův test vícenásobného srovnání. Všechny výpočty byly provedeny v programu GraphPad Prism (Boston, MA).
Chlormequat byl detekován v 77 z 96 vzorků moči, což představuje 80 % všech vzorků moči. Ve srovnání s lety 2017 a 2018–2022 byly vzorky z roku 2023 detekovány častěji: testováno bylo 16 z 23 vzorků (neboli 69 %) a 17 z 23 vzorků (neboli 74 %) a 45 z 50 vzorků (tj. 90 %). (Tabulka 1). Před rokem 2023 byly koncentrace chlormequatu detekované v obou skupinách srovnatelné, zatímco koncentrace chlormequatu detekované ve vzorcích z roku 2023 byly výrazně vyšší než ve vzorcích z předchozích let (Obrázek 1A,B). Detekovatelné koncentrační rozmezí pro vzorky z let 2017, 2018–2022 a 2023 bylo 0,22 až 5,4, 0,11 až 4,3 a 0,27 až 52,8 mikrogramů chlormequatu na gram kreatininu. Mediánové hodnoty pro všechny vzorky v letech 2017, 2018–2022 a 2023 jsou 0,46, 0,30 a 1,4. Tato data naznačují, že expozice může pokračovat vzhledem ke krátkému poločasu rozpadu chlormequatu v těle, s nižšími úrovněmi expozice mezi lety 2017 a 2022 a vyššími úrovněmi expozice v roce 2023.
Koncentrace chlormequatu pro každý jednotlivý vzorek moči je prezentována jako jeden bod s úsečkami nad průměrem a chybovými úsečkami představujícími +/- směrodatnou chybu. Koncentrace chlormequatu v moči jsou vyjádřeny v mcg chlormequatu na gram kreatininu na lineární a logaritmické stupnici. Pro testování statistické významnosti byla použita neparametrická Kruskal-Wallisova analýza rozptylu s Dunnovým testem vícenásobného srovnání.
Vzorky potravin zakoupené ve Spojených státech v letech 2022 a 2023 vykazovaly detekovatelné hladiny chlormequatu ve všech z 25 tradičních ovesných výrobků kromě dvou, s koncentracemi v rozmezí od nedetekovatelných až po 291 μg/kg, což naznačuje chlormequat v ovsu. Prevalence vegetariánství je vysoká. Vzorky odebrané v letech 2022 a 2023 měly podobné průměrné hladiny: 90 µg/kg a 114 µg/kg. Pouze jeden vzorek z osmi organických ovesných výrobků měl detekovatelný obsah chlormequatu 17 µg/kg. Také jsme pozorovali nižší koncentrace chlormequatu ve dvou z devíti testovaných pšeničných výrobků: 3,5 a 12,6 μg/kg.
Toto je první zpráva o měření chlormequatu v moči u dospělých žijících ve Spojených státech a v populacích mimo Spojené království a Švédsko. Trendy biomonitoringu pesticidů u více než 1 000 dospívajících ve Švédsku zaznamenaly 100% míru detekce chlormequatu v letech 2000 až 2017. Průměrná koncentrace v roce 2017 byla 0,86 mikrogramu chlormequatu na gram kreatininu a zdá se, že v průběhu času klesala, přičemž nejvyšší průměrná úroveň byla 2,77 v roce 2009. Ve Spojeném království zjistil biomonitoring mnohem vyšší průměrnou koncentraci chlormequatu, a to 15,1 mikrogramu chlormequatu na gram kreatininu, v letech 2011 až 2012, ačkoli tyto vzorky byly odebrány od lidí žijících v zemědělských oblastech. Nebyl zjištěn žádný rozdíl v expozici. Incident s postřikem[15]. Naše studie vzorku z USA v letech 2017 až 2022 zjistila nižší mediánové úrovně ve srovnání s předchozími studiemi v Evropě, zatímco ve vzorku z roku 2023 byly mediánové úrovně srovnatelné se švédským vzorkem, ale nižší než ve vzorku Spojeného království.
Tyto rozdíly v expozici mezi regiony a časovými body mohou odrážet rozdíly v zemědělských postupech a regulačním statusu chlormequatu, které v konečném důsledku ovlivňují hladiny chlormequatu v potravinářských výrobcích. Například koncentrace chlormequatu ve vzorcích moči byly v roce 2023 výrazně vyšší ve srovnání s předchozími lety, což může odrážet změny související s regulačními opatřeními EPA týkajícími se chlormequatu (včetně limitů chlormequatu v potravinách v roce 2018). Dodávky potravin v USA v blízké budoucnosti. Zvýšit standardy spotřeby ovsa do roku 2020. Tato opatření umožňují dovoz a prodej zemědělských produktů ošetřených chlormequatem, například z Kanady. Zpoždění mezi regulačními změnami EPA a zvýšenými koncentracemi chlormequatu zjištěnými ve vzorcích moči v roce 2023 lze vysvětlit řadou okolností, jako jsou zpoždění v zavádění zemědělských postupů, které používají chlormequat, zpoždění amerických společností při vyjednávání obchodních dohod a soukromé osoby, které zažívají zpoždění v nákupu ovsa kvůli vyčerpání starých zásob produktů a/nebo kvůli delší trvanlivosti ovesných produktů.
Abychom zjistili, zda koncentrace pozorované ve vzorcích moči v USA odrážejí potenciální dietní expozici chlormequatu, měřili jsme chlormequat v ovesných a pšeničných produktech zakoupených v USA v letech 2022 a 2023. Ovesné produkty obsahují chlormequat častěji než pšeničné produkty a množství chlormequatu v různých ovesných produktech se liší, s průměrnou hladinou 104 ppb, pravděpodobně v důsledku dodávek ze Spojených států a Kanady, což může odrážet rozdíly v používání nebo nepoužívání mezi produkty vyrobenými z ovsa ošetřeného chlormequatem. Naproti tomu ve vzorcích potravin ve Spojeném království je chlormequat hojnější ve výrobcích na bázi pšenice, jako je chléb, přičemž chlormequat byl detekován v 90 % vzorků odebraných ve Spojeném království mezi červencem a zářím 2022. Průměrná koncentrace je 60 ppb. Podobně byl chlormequat detekován také v 82 % vzorků ovsa ve Spojeném království v průměrné koncentraci 1650 ppb, což je více než 15krát více než ve vzorcích v USA, což může vysvětlovat vyšší koncentrace v moči pozorované ve vzorcích ve Spojeném království.
Naše výsledky biomonitoringu naznačují, že k expozici chlormequatu došlo před rokem 2018, ačkoli tolerance chlormequatu v potravě nebyla stanovena. Přestože chlormequat není v potravinách ve Spojených státech kontrolován a neexistují žádné historické údaje o koncentracích chlormequatu v potravinách prodávaných ve Spojených státech, vzhledem ke krátkému poločasu rozpadu chlormequatu se domníváme, že tato expozice může být způsobena dietou. Prekurzory cholinu v pšeničných výrobcích a vaječných prášcích navíc přirozeně tvoří chlormequat při vysokých teplotách, jako jsou ty, které se používají při zpracování a výrobě potravin, což vede ke koncentracím chlormequatu v rozmezí od 5 do 40 ng/g. Naše výsledky testování potravin naznačují, že některé vzorky, včetně organického ovesného produktu, obsahovaly chlormequat v hladinách podobných těm, které byly hlášeny ve studiích přirozeně se vyskytujícího chlormequatu, zatímco mnoho jiných vzorků obsahovalo vyšší hladiny chlormequatu. Hladiny, které jsme pozorovali v moči do roku 2023, byly tedy pravděpodobně způsobeny dietní expozicí chlormequatu vznikajícímu během zpracování a výroby potravin. Pozorované hladiny v roce 2023 jsou pravděpodobně způsobeny dietární expozicí spontánně produkovanému chlormequatu a dováženým produktům ošetřeným chlormequatem v zemědělství. Rozdíly v expozici chlormequatu mezi našimi vzorky mohou být také způsobeny geografickou polohou, různými stravovacími návyky nebo expozicí chlormequatu v zaměstnání při použití ve sklenících a školkách.
Naše studie naznačuje, že pro úplné vyhodnocení potenciálních zdrojů chlormequatu ve stravě u osob s nízkou expozicí je zapotřebí větších vzorků a pestřejšího vzorku potravin ošetřených chlormequatem. Budoucí studie zahrnující analýzu historických vzorků moči a potravin, dotazníky týkající se stravy a povolání, průběžné monitorování chlormequatu v konvenčních a biopotravinách ve Spojených státech a biomonitorovací vzorky pomohou objasnit běžné faktory expozice chlormequatu v populaci USA.
Pravděpodobnost zvýšených hladin chlormequatu v moči a vzorcích potravin ve Spojených státech v nadcházejících letech bude teprve stanovena. Ve Spojených státech je chlormequat v současné době povolen pouze v dovážených ovesných a pšeničných produktech, ale Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) v současné době zvažuje jeho zemědělské využití v domácích neekologických plodinách. Pokud bude takové domácí použití schváleno ve spojení s rozšířenou zemědělskou praxí používání chlormequatu v zahraničí i v tuzemsku, mohly by hladiny chlormequatu v ovsu, pšenici a dalších obilných produktech nadále růst, což by vedlo k vyšším úrovním expozice chlormequatu. Celková populace USA.
Současné koncentrace chlormequatu v moči v této a dalších studiích naznačují, že jednotliví dárci vzorků byli vystaveni chlormequatu v hladinách, které byly obě pod publikovanou referenční dávkou (RfD) Agentury pro ochranu životního prostředí USA (0,05 mg/kg tělesné hmotnosti za den), takže jsou přijatelné. Denní příjem je o několik řádů nižší než hodnota příjmu publikovaná Evropským úřadem pro bezpečnost potravin (ADI) (0,04 mg/kg tělesné hmotnosti/den). Poznamenáváme však, že publikované toxikologické studie chlormequatu naznačují, že může být nutné přehodnotit tyto bezpečnostní prahy. Například myši a prasata vystavená dávkám pod současnou RfD a ADI (0,024 a 0,0023 mg/kg tělesné hmotnosti/den) vykazovala sníženou plodnost. V jiné toxikologické studii vedla expozice během těhotenství dávkám ekvivalentním hladině bez pozorovaných nežádoucích účinků (NOAEL) 5 mg/kg (použité k výpočtu referenční dávky Agentury pro ochranu životního prostředí USA) ke změnám v růstu a metabolismu plodu, stejně jako ke změnám ve složení těla. Novorozené myši. Regulační prahové hodnoty navíc nezohledňují nepříznivé účinky směsí chemických látek, které mohou ovlivnit reprodukční systém, u nichž bylo prokázáno, že mají aditivní nebo synergické účinky při dávkách nižších než expozice jednotlivým chemikáliím, což může způsobit potenciální problémy s reprodukčním zdravím. Obavy z důsledků spojených se současnou úrovní expozice, zejména pro osoby s vyšší úrovní expozice v běžné populaci v Evropě a USA.
Tato pilotní studie expozice novým chemickým látkám ve Spojených státech ukazuje, že chlormequat je přítomen v amerických potravinách, především v ovesných výrobcích, a také ve většině detekovaných vzorků moči odebraných od téměř 100 lidí v USA, což naznačuje pokračující expozici chlormequatu. Trendy v těchto datech navíc naznačují, že úrovně expozice se zvýšily a mohou se v budoucnu dále zvyšovat. Vzhledem k toxikologickým obavám spojeným s expozicí chlormequatu ve studiích na zvířatech a rozsáhlé expozici běžné populace chlormequatu v evropských zemích (a nyní pravděpodobně i ve Spojených státech), spolu s epidemiologickými a zvířecími studiemi, je naléhavě nutné monitorovat chlormequat v potravinách a u lidí. Je důležité pochopit potenciální zdravotní rizika této zemědělské chemikálie při environmentálně významných úrovních expozice, zejména během těhotenství.
Čas zveřejnění: 4. června 2024