Clormequatul este unregulator de creștere a plantelora cărui utilizare în culturile de cereale este în creștere în America de Nord. Studiile toxicologice au arătat că expunerea la clormequat poate reduce fertilitatea și poate dăuna fătului în curs de dezvoltare la doze sub doza zilnică permisă stabilită de autoritățile de reglementare. Aici, raportăm prezența clormequatului în probele de urină colectate de la populația SUA, cu rate de detecție de 69%, 74% și 90% în probele colectate în 2017, 2018–2022 și, respectiv, 2023. Din 2017 până în 2022, au fost detectate concentrații scăzute de clormequat în probe, iar din 2023, concentrațiile de clormequat din probe au crescut semnificativ. De asemenea, am observat că clormequatul a fost găsit mai frecvent în produsele din ovăz. Aceste rezultate și datele privind toxicitatea pentru clormequat ridică îngrijorări cu privire la nivelurile actuale de expunere și necesită teste de toxicitate mai ample, supraveghere alimentară și studii epidemiologice pentru a evalua impactul expunerii la clormequat asupra sănătății umane.
Acest studiu raportează prima detectare a clormequatului, o substanță agrochimică cu toxicitate asupra dezvoltării și reproducerii, în populația SUA și în aprovizionarea cu alimente din SUA. În timp ce niveluri similare ale substanței chimice au fost găsite în probele de urină din 2017 până în 2022, niveluri semnificativ crescute au fost găsite în proba din 2023. Această lucrare subliniază necesitatea unei monitorizări mai ample a clormequatului în probele alimentare și umane din Statele Unite, precum și a toxicologiei. Studii epidemiologice asupra clormequatului, deoarece această substanță chimică este un contaminant emergent cu efecte adverse asupra sănătății documentate la doze mici în studiile pe animale.
Clormequatul este o substanță chimică agricolă înregistrată pentru prima dată în Statele Unite în 1962 ca regulator de creștere a plantelor. Deși în prezent este permisă utilizarea doar pe plante ornamentale în Statele Unite, o decizie din 2018 a Agenției pentru Protecția Mediului din SUA (EPA) a permis importul de produse alimentare (în principal cereale) tratate cu clormequat [1]. În UE, Regatul Unit și Canada, clormequatul este aprobat pentru utilizare pe culturi alimentare, în principal grâu, ovăz și orz. Clormequatul poate reduce înălțimea tulpinii, reducând astfel probabilitatea ca cultura să se răsucească, îngreunând recoltarea. În Regatul Unit și UE, clormequatul este în general cel mai detectat reziduu de pesticide în cereale, așa cum este documentat în studiile de monitorizare pe termen lung [2, 3].
Deși clormequatul este aprobat pentru utilizare pe culturi în anumite părți ale Europei și Americii de Nord, acesta prezintă proprietăți toxicologice bazate pe studii experimentale pe animale, atât istorice, cât și publicate recent. Efectele expunerii la clormequat asupra toxicității reproductive și fertilității au fost descrise pentru prima dată la începutul anilor 1980 de către crescătorii de porci danezi, care au observat o performanță reproductivă scăzută la porcii crescuți cu cereale tratate cu clormequat. Aceste observații au fost examinate ulterior în experimente de laborator controlate la porci și șoareci, la care purcele hrănite cu cereale tratate cu clormequat au prezentat perturbări ale ciclurilor estrice și ale împerecherii, comparativ cu animalele de control hrănite cu o dietă fără clormequat. În plus, șoarecii masculi expuși la clormequat prin alimente sau apă potabilă în timpul dezvoltării au arătat o capacitate scăzută de a fertiliza sperma in vitro. Studii recente privind toxicitatea reproductivă a clormequatului au arătat că expunerea șobolanilor la clormequat în perioadele sensibile de dezvoltare, inclusiv sarcina și începutul vieții, a dus la o pubertate întârziată, o motilitate scăzută a spermatozoizilor, o greutate scăzută a organelor reproducătoare masculine și o scădere a nivelului de testosteron. Studiile privind toxicitatea asupra dezvoltării indică, de asemenea, că expunerea la clormequat în timpul sarcinii poate provoca creșterea fetală și anomalii metabolice. Alte studii nu au constatat niciun efect al clormequatului asupra funcției reproductive la șoarecii femele și porcii masculi și niciun studiu ulterior nu a constatat un efect al clormequatului asupra fertilității șoarecilor masculi expuși la clormequat în timpul dezvoltării și al vieții postnatale. Datele echivoce despre clormequat din literatura toxicologică se pot datora diferențelor dintre dozele testate și măsurători, precum și alegerii organismelor model și sexului animalelor experimentale. Prin urmare, sunt necesare investigații suplimentare.
Deși studii toxicologice recente au arătat efectele clormequatului asupra dezvoltării, reproducerii și sistemului endocrin, mecanismele prin care apar aceste efecte toxicologice sunt necunoscute. Unele studii sugerează că este posibil ca clormequatul să nu acționeze prin mecanisme bine definite ale unor substanțe chimice care perturbă sistemul endocrin, inclusiv receptorii de estrogen sau androgeni, și că nu modifică activitatea aromatazei. Alte dovezi sugerează că clormequatul poate provoca efecte secundare prin modificarea biosintezei steroizilor și prin provocarea de stres la nivelul reticulului endoplasmatic.
Deși clormequatul este omniprezent în alimentele europene comune, numărul studiilor de biomonitorizare care evaluează expunerea umană la clormequat este relativ mic. Clormequatul are un timp de înjumătățire scurt în organism, de aproximativ 2-3 ore, iar în studiile care au implicat voluntari umani, majoritatea dozelor experimentale au fost eliminate din organism în decurs de 24 de ore. În probele populației generale din Marea Britanie și Suedia, clormequatul a fost detectat în urina a aproape 100% dintre participanții la studiu la frecvențe și concentrații semnificativ mai mari decât alte pesticide, cum ar fi clorpirifos, piretroizi, tiabendazol și metaboliții mancozebului. Studiile efectuate pe porci au arătat că clormequatul poate fi găsit și în ser și poate fi transferat în lapte, dar aceste matrici nu au fost studiate la oameni sau la alte modele experimentale pe animale, deși prezența sa în ser și lapte poate fi asociată cu efecte reproductive din partea substanțelor chimice. Există efecte importante ale expunerii în timpul sarcinii și la sugari.
În aprilie 2018, Agenția pentru Protecția Mediului din SUA a anunțat niveluri acceptabile de toleranță alimentară pentru clormequat în ovăzul, grâul, orzul și anumite produse de origine animală importate, permițând importul de clormequat în aprovizionarea cu alimente din SUA. Conținutul admisibil de ovăz a fost ulterior crescut în 2020. Pentru a caracteriza impactul acestor decizii asupra apariției și prevalenței clormequatului în populația adultă din SUA, acest studiu pilot a măsurat cantitatea de clormequat din urina persoanelor din trei regiuni geografice ale SUA din 2017 până în 2023 și din nou în 2022, precum și conținutul de clormequat din produsele din ovăz și grâu achiziționate în Statele Unite în 2023.
Probele colectate în trei regiuni geografice între 2017 și 2023 au fost utilizate pentru a măsura nivelurile urinare de clormequat la rezidenții din SUA. Douăzeci și una de probe de urină au fost colectate de la femei însărcinate anonimizate care și-au dat consimțământul la momentul nașterii, conform unui protocol aprobat de Consiliul de Revizuire Instituțională (IRB) din 2017 de la Universitatea Medicală din Carolina de Sud (MUSC, Charleston, SC, SUA). Probele au fost păstrate la 4°C timp de până la 4 ore, apoi împărțite în alicote și congelate la -80°C. Douăzeci și cinci de probe de urină pentru adulți au fost achiziționate de la Lee Biosolutions, Inc (Maryland Heights, MO, SUA) în noiembrie 2022, reprezentând o singură probă colectată din octombrie 2017 până în septembrie 2022 și au fost colectate de la voluntari (13 bărbați și 12 femei) împrumutate colecției din Maryland Heights, Missouri. Probele au fost păstrate la -20°C imediat după colectare. În plus, 50 de probe de urină colectate de la voluntari din Florida (25 de bărbați, 25 de femei) în iunie 2023 au fost achiziționate de la BioIVT, LLC (Westbury, NY, SUA). Probele au fost păstrate la 4°C până la colectarea tuturor probelor, apoi împărțite în alicote și congelate la -20°C. Compania furnizoare a obținut aprobarea IRB necesară pentru procesarea probelor umane și consimțământul pentru colectarea probelor. Nu au fost furnizate informații personale pentru niciuna dintre probele testate. Toate probele au fost trimise congelate pentru analiză. Informații detaliate despre probe pot fi găsite în Tabelul S1 cu informații suplimentare.
Cuantificarea clormequatului în probele de urină umană a fost determinată prin LC-MS/MS la Laboratorul de Cercetare HSE (Buxton, Marea Britanie), conform metodei publicate de Lindh și colab., ușor modificată în 2011. Pe scurt, probele au fost preparate prin amestecarea a 200 μl de urină nefiltrată cu 1,8 ml de acetat de amoniu 0,01 M conținând standard intern. Proba a fost apoi extrasă folosind o coloană HCX-Q, condiționată mai întâi cu metanol, apoi cu acetat de amoniu 0,01 M, spălată cu acetat de amoniu 0,01 M și eluată cu acid formic 1% în metanol. Probele au fost apoi încărcate pe o coloană LC C18 (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, Marea Britanie) și separate folosind o fază mobilă izocratică constând din 0,1% acid formic:metanol 80:20 la un debit de 0,2 ml/min. Tranzițiile de reacție selectate prin spectrometrie de masă au fost descrise de Lindh și colab. 2011. Limita de detecție a fost de 0,1 μg/L, așa cum s-a raportat și în alte studii.
Concentrațiile urinare de clormequat sunt exprimate în μmol clormequat/mol creatinină și convertite în μg clormequat/g creatinină, așa cum s-a raportat în studiile anterioare (înmulțiți cu 1,08).
Anresco Laboratories, LLC a testat probe alimentare de ovăz (25 convenționale și 8 organice) și grâu (9 convenționale) pentru clormequat (San Francisco, CA, SUA). Probele au fost analizate cu modificări conform metodelor publicate [19]. LOD/LOQ pentru probele de ovăz în 2022 și pentru toate probele de grâu și ovăz în 2023 au fost stabilite la 10/100 ppb și, respectiv, 3/40 ppb. Informații detaliate despre probe pot fi găsite în Tabelul S2 cu informații suplimentare.
Concentrațiile urinare de clormequat au fost grupate în funcție de locația geografică și anul recoltării, cu excepția a două probe colectate în 2017 din Maryland Heights, Missouri, care au fost grupate cu alte probe din 2017 din Charleston, Carolina de Sud. Probele sub limita de detecție a clormequatului au fost tratate ca procent de detecție împărțit la rădăcina pătrată a lui 2. Datele nu au fost distribuite normal, așa că testul neparametric Kruskal-Wallis și testul de comparații multiple Dunn au fost utilizate pentru a compara medianele între grupuri. Toate calculele au fost efectuate în GraphPad Prism (Boston, MA).
Clormequatul a fost detectat în 77 din 96 de probe de urină, reprezentând 80% din totalul probelor de urină. Comparativ cu 2017 și 2018–2022, 2023 de probe au fost detectate mai frecvent: au fost testate 16 din 23 de probe (sau 69%), respectiv 17 din 23 de probe (sau 74%) și 45 din 50 de probe (adică 90%) (Tabelul 1). Înainte de 2023, concentrațiile de clormequat detectate în cele două grupuri au fost echivalente, în timp ce concentrațiile de clormequat detectate în probele din 2023 au fost semnificativ mai mari decât în probele din anii precedenți (Figura 1A,B). Intervalele de concentrații detectabile pentru probele din 2017, 2018–2022 și 2023 au fost de 0,22 până la 5,4, 0,11 până la 4,3 și respectiv 0,27 până la 52,8 micrograme de clormequat per gram de creatinină. Valorile mediane pentru toate probele din 2017, 2018–2022 și 2023 sunt de 0,46, 0,30 și respectiv 1,4. Aceste date sugerează că expunerea ar putea continua, având în vedere timpul de înjumătățire scurt al clormequatului în organism, cu niveluri de expunere mai scăzute între 2017 și 2022 și niveluri de expunere mai ridicate în 2023.
Concentrația de clormequat pentru fiecare probă individuală de urină este prezentată ca un singur punct, cu bare deasupra mediei și bare de eroare reprezentând +/- eroarea standard. Concentrațiile urinare de clormequat sunt exprimate în mcg de clormequat per gram de creatinină, pe o scală liniară și o scală logaritmică. Analiza varianței neparametrică Kruskal-Wallis cu testul Dunn de comparații multiple a fost utilizată pentru a testa semnificația statistică.
Probele alimentare achiziționate în Statele Unite în 2022 și 2023 au arătat niveluri detectabile de clormequat în toate, cu excepția a două, din cele 25 de produse tradiționale din ovăz, cu concentrații cuprinse între nedetectabil și 291 μg/kg, indicând prezența clormequat în ovăz. Prevalența vegetarianismului este ridicată. Probele colectate în 2022 și 2023 au avut niveluri medii similare: 90 µg/kg și, respectiv, 114 µg/kg. Doar o probă din opt produse organice din ovăz a avut un conținut detectabil de clormequat de 17 µg/kg. De asemenea, am observat concentrații mai mici de clormequat în două dintre cele nouă produse din grâu testate: 3,5 și, respectiv, 12,6 μg/kg.
Acesta este primul raport privind măsurarea clormequatului urinar la adulții care trăiesc în Statele Unite și în populațiile din afara Regatului Unit și Suediei. Tendințele de biomonitorizare a pesticidelor în rândul a peste 1.000 de adolescenți din Suedia au înregistrat o rată de detectare de 100% pentru clormequat între 2000 și 2017. Concentrația medie în 2017 a fost de 0,86 micrograme de clormequat per gram de creatinină și pare să fi scăzut în timp, cel mai ridicat nivel mediu fiind de 2,77 în 2009. În Regatul Unit, biomonitorizarea a constatat o concentrație medie de clormequat mult mai mare, de 15,1 micrograme de clormequat per gram de creatinină, între 2011 și 2012, deși aceste probe au fost colectate de la persoane care locuiesc în zone agricole. Nu a existat nicio diferență în ceea ce privește expunerea. Incident cu pulverizare [15]. Studiul nostru asupra eșantionului american din 2017 până în 2022 a constatat niveluri mediane mai scăzute în comparație cu studiile anterioare din Europa, în timp ce în eșantionul din 2023 nivelurile mediane au fost comparabile cu eșantionul suedez, dar mai mici decât cele din eșantionul din Regatul Unit.
Aceste diferențe de expunere între regiuni și momente pot reflecta diferențe în practicile agricole și statutul de reglementare al clormequatului, care influențează în cele din urmă nivelurile de clormequat din produsele alimentare. De exemplu, concentrațiile de clormequat din probele de urină au fost semnificativ mai mari în 2023 comparativ cu anii precedenți, ceea ce poate reflecta modificări legate de acțiunile de reglementare ale EPA referitoare la clormequat (inclusiv limitele alimentare pentru clormequat în 2018). Aprovizionarea cu alimente din SUA în viitorul apropiat. Ridicarea standardelor de consum de ovăz până în 2020. Aceste acțiuni permit importul și vânzarea de produse agricole tratate cu clormequat, de exemplu, din Canada. Decalajul dintre modificările de reglementare ale EPA și concentrațiile ridicate de clormequat găsite în probele de urină în 2023 poate fi explicat printr-o serie de circumstanțe, cum ar fi întârzierile în adoptarea practicilor agricole care utilizează clormequat, întârzierile companiilor americane în negocierea acordurilor comerciale și persoanele fizice care se confruntă cu întârzieri în achiziționarea de ovăz din cauza epuizării stocurilor vechi de produse și/sau din cauza duratei de valabilitate mai lungi a produselor din ovăz.
Pentru a determina dacă concentrațiile observate în probele de urină din SUA reflectă o potențială expunere alimentară la clormequat, am măsurat clormequatul în produse din ovăz și grâu achiziționate în SUA în 2022 și 2023. Produsele din ovăz conțin clormequat mai des decât produsele din grâu, iar cantitatea de clormequat din diferite produse din ovăz variază, cu un nivel mediu de 104 ppb, posibil datorită aprovizionării din Statele Unite și Canada, ceea ce poate reflecta diferențe de utilizare sau neutilizare între produsele obținute din ovăz tratat cu clormequat. În schimb, în probele alimentare din Marea Britanie, clormequatul este mai abundent în produsele pe bază de grâu, cum ar fi pâinea, clormequatul fiind detectat în 90% din probele colectate în Marea Britanie între iulie și septembrie 2022. Concentrația medie este de 60 ppb. În mod similar, clormequatul a fost detectat și în 82% din probele de ovăz din Marea Britanie la o concentrație medie de 1650 ppb, de peste 15 ori mai mare decât în probele din SUA, ceea ce poate explica concentrațiile urinare mai mari observate în probele din Marea Britanie.
Rezultatele noastre de biomonitorizare indică faptul că expunerea la clormequat a avut loc înainte de 2018, deși toleranța alimentară la clormequat nu a fost stabilită. Deși clormequatul nu este controlat în alimentele din Statele Unite și nu există date istorice privind concentrațiile de clormequat în alimentele vândute în Statele Unite, având în vedere timpul de înjumătățire scurt al clormequatului, suspectăm că această expunere poate fi alimentară. În plus, precursorii de colină din produsele din grâu și pudra de ouă formează în mod natural clormequat la temperaturi ridicate, cum ar fi cele utilizate în procesarea și fabricarea alimentelor, rezultând concentrații de clormequat cuprinse între 5 și 40 ng/g. Rezultatele testelor noastre alimentare indică faptul că unele probe, inclusiv produsul organic din ovăz, conțineau clormequat la niveluri similare cu cele raportate în studiile privind clormequatul natural, în timp ce multe alte probe conțineau niveluri mai ridicate de clormequat. Astfel, nivelurile pe care le-am observat în urină până în 2023 s-au datorat probabil expunerii alimentare la clormequat generat în timpul procesării și fabricării alimentelor. Nivelurile observate în 2023 se datorează probabil expunerii alimentare la clormequat produs spontan și la produsele importate tratate cu clormequat în agricultură. Diferențele în expunerea la clormequat între probele noastre se pot datora, de asemenea, locației geografice, modelelor alimentare diferite sau expunerii ocupaționale la clormequat atunci când este utilizat în sere și pepiniere.
Studiul nostru sugerează că sunt necesare eșantioane mai mari și un eșantion mai divers de alimente tratate cu clormequat pentru a evalua pe deplin potențialele surse alimentare de clormequat la persoanele cu expunere scăzută. Studiile viitoare, inclusiv analiza probelor de urină și alimente din trecut, chestionare dietetice și ocupaționale, monitorizarea continuă a clormequatului în alimentele convenționale și organice din Statele Unite și probe de biomonitorizare, vor ajuta la elucidarea factorilor comuni ai expunerii la clormequat în populația SUA.
Probabilitatea creșterii nivelurilor de clormequat în probele de urină și alimente din Statele Unite în următorii ani rămâne de stabilit. În Statele Unite, clormequatul este permis în prezent doar în produsele din ovăz și grâu importate, dar Agenția pentru Protecția Mediului are în vedere utilizarea sa agricolă în culturile neorganice autohtone. Dacă o astfel de utilizare internă este aprobată în legătură cu practica agricolă răspândită a clormequatului în străinătate și pe plan intern, nivelurile de clormequat din ovăz, grâu și alte produse din cereale ar putea continua să crească, ducând la niveluri mai ridicate de expunere la clormequat. Populația totală a SUA.
Concentrațiile urinare actuale de clormequat din acest studiu și din altele indică faptul că donatorii individuali de probe au fost expuși la clormequat la niveluri ambele sub doza de referință (Drf) publicată de Agenția pentru Protecția Mediului din SUA (0,05 mg/kg greutate corporală pe zi), deci sunt acceptabile. Doza zilnică este cu câteva ordine de mărime mai mică decât valoarea dozei publicată de Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară (DZA) (0,04 mg/kg greutate corporală/zi). Cu toate acestea, observăm că studiile toxicologice publicate privind clormequatul sugerează că ar putea fi necesară reevaluarea acestor praguri de siguranță. De exemplu, șoarecii și porcii expuși la doze sub Drf și DZA actuale (0,024 și, respectiv, 0,0023 mg/kg greutate corporală/zi) au prezentat o fertilitate scăzută. Într-un alt studiu toxicologic, expunerea în timpul sarcinii la doze echivalente cu un nivel fără efecte adverse observate (NOAEL) de 5 mg/kg (utilizat pentru a calcula doza de referință a Agenției pentru Protecția Mediului din SUA) a dus la modificări ale creșterii și metabolismului fetal, precum și la modificări ale compoziției corporale. Șoareci nou-născuți. În plus, pragurile de reglementare nu iau în considerare efectele adverse ale amestecurilor de substanțe chimice care pot afecta sistemul reproducător, despre care s-a demonstrat că au efecte aditive sau sinergice la doze mai mici decât expunerea la substanțele chimice individuale, cauzând potențiale probleme cu sănătatea reproductivă. Există îngrijorări cu privire la consecințele asociate cu nivelurile actuale de expunere, în special pentru cei cu niveluri de expunere mai ridicate din populația generală din Europa și SUA.
Acest studiu pilot privind noile expuneri la substanțe chimice din Statele Unite arată că clormequatul este prezent în alimentele din SUA, în principal în produsele din ovăz, precum și în majoritatea probelor de urină detectate, colectate de la aproape 100 de persoane din SUA, indicând o expunere continuă la clormequat. Mai mult, tendințele acestor date sugerează că nivelurile de expunere au crescut și ar putea continua să crească în viitor. Având în vedere preocupările toxicologice asociate cu expunerea la clormequat în studiile pe animale și expunerea pe scară largă a populației generale la clormequat în țările europene (și acum probabil în Statele Unite), coroborate cu studiile epidemiologice și pe animale, există o nevoie urgentă de monitorizare a clormequatului în alimente și la oameni. Este important să se înțeleagă potențialele pericole pentru sănătate ale acestei substanțe chimice agricole la niveluri de expunere semnificative pentru mediu, în special în timpul sarcinii.
Data publicării: 04 iunie 2024