Klormekvat je regulator rasti rastlin, katerega uporaba pri žitnih pridelkih se v Severni Ameriki povečuje. Toksikološke študije so pokazale, da lahko izpostavljenost klormekvatu zmanjša plodnost in povzroči škodo razvijajočemu se plodu pri odmerkih, nižjih od dovoljenega dnevnega odmerka, ki ga določijo regulativni organi. Tukaj poročamo o prisotnosti klormekvata v vzorcih urina, zbranih od prebivalstva ZDA, s stopnjami zaznavnosti 69 %, 74 % in 90 % v vzorcih, zbranih v letih 2017, 2018–2022 in 2023. Od leta 2017 do 2022 so bile v vzorcih zaznane nizke koncentracije klormekvata, od leta 2023 pa so se koncentracije klormekvata v vzorcih znatno povečale. Opazili smo tudi, da je bil klormekvat pogosteje prisoten v ovsenih izdelkih. Ti rezultati in podatki o toksičnosti klormekvata vzbujajo zaskrbljenost glede trenutnih ravni izpostavljenosti in zahtevajo obsežnejše testiranje toksičnosti, nadzor živil in epidemiološke študije za oceno vpliva izpostavljenosti klormekvatu na zdravje ljudi.
Ta študija poroča o prvem odkritju klormekvata, agrokemikalije z razvojno in reproduktivno toksičnostjo, pri prebivalstvu ZDA in v ameriški prehrani. Medtem ko so bile v vzorcih urina od leta 2017 do 2022 najdene podobne ravni kemikalije, so bile v vzorcu iz leta 2023 ugotovljene znatno povišane ravni. To delo poudarja potrebo po širšem spremljanju klormekvata v vzorcih hrane in ljudi v Združenih državah Amerike, pa tudi po toksikologiji in toksikoloških epidemioloških študijah klormekvata, saj je ta kemikalija nov onesnaževalec z dokumentiranimi škodljivimi učinki na zdravje pri nizkih odmerkih v študijah na živalih.
Klormekvat je kmetijska kemikalija, ki je bila v Združenih državah Amerike prvič registrirana leta 1962 kot regulator rasti rastlin. Čeprav je trenutno v Združenih državah Amerike dovoljena le za uporabo na okrasnih rastlinah, je ameriška Agencija za varstvo okolja (EPA) z odločitvijo iz leta 2018 dovolila uvoz živil (večinoma žitaric), obdelanih s klormekvatom. V EU, Združenem kraljestvu in Kanadi je klormekvat odobren za uporabo na živilskih poljščinah, predvsem na pšenici, ovsu in ječmenu. Klormekvat lahko zmanjša višino stebla in s tem zmanjša verjetnost, da se pridelek zvije, kar oteži žetev. V Združenem kraljestvu in EU je klormekvat na splošno najpogosteje zaznan ostanek pesticidov v žitih in žitih, kar je dokumentirano v dolgoročnih študijah spremljanja.
Čeprav je klormekvat odobren za uporabo na poljščinah v nekaterih delih Evrope in Severne Amerike, kaže toksikološke lastnosti, ki temeljijo na zgodovinskih in nedavno objavljenih eksperimentalnih študijah na živalih. Učinke izpostavljenosti klormekvatu na reproduktivno toksičnost in plodnost so prvič opisali danski prašičerejci v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja, ki so opazili zmanjšano reproduktivno zmogljivost pri prašičih, vzrejenih na žitih, obdelanih s klormekvatom. Ta opažanja so kasneje preučili v kontroliranih laboratorijskih poskusih na prašičih in miših, v katerih so samice prašičev, hranjene z žitom, obdelanim s klormekvatom, pokazale motnje v estrusnih ciklih in parjenju v primerjavi s kontrolnimi živalmi, ki so bile hranjene s prehrano brez klormekvata. Poleg tega so samci miši, ki so bili med razvojem izpostavljeni klormekvatu s hrano ali pitno vodo, pokazali zmanjšano sposobnost oploditve sperme in vitro. Nedavne študije reproduktivne toksičnosti klormekvata so pokazale, da je izpostavljenost podgan klormekvatu v občutljivih obdobjih razvoja, vključno z nosečnostjo in zgodnjim življenjem, povzročila zapoznelo puberteto, zmanjšano gibljivost sperme, zmanjšano težo moških reproduktivnih organov in znižano raven testosterona. Študije razvojne toksičnosti kažejo tudi, da lahko izpostavljenost klormekvatu med nosečnostjo povzroči rast ploda in presnovne nepravilnosti. Druge študije niso pokazale vpliva klormekvata na reproduktivno funkcijo pri mišjih samicah in prašičjih samcih, nobena nadaljnja študija pa ni pokazala vpliva klormekvata na plodnost mišjih samcev, ki so bili klormekvatu izpostavljeni med razvojem in po rojstvu. Dvoumni podatki o klormekvatu v toksikološki literaturi so lahko posledica razlik v testnih odmerkih in meritvah, pa tudi izbire modelnih organizmov in spola poskusnih živali. Zato so potrebne nadaljnje raziskave.
Čeprav so nedavne toksikološke študije pokazale razvojne, reproduktivne in endokrine učinke klormekvata, mehanizmi, s katerimi se ti toksikološki učinki pojavljajo, niso jasni. Nekatere študije kažejo, da klormekvat morda ne deluje prek dobro opredeljenih mehanizmov endokrinih motilcev, vključno z estrogenskimi ali androgenimi receptorji, in ne spreminja aktivnosti aromataze. Drugi dokazi kažejo, da lahko klormekvat povzroči neželene učinke s spreminjanjem biosinteze steroidov in povzročanjem stresa endoplazemskega retikuluma.
Čeprav je klormekvat vseprisoten v običajni evropski hrani, je število biomonitoring študij, ki ocenjujejo izpostavljenost ljudi klormekvatu, relativno majhno. Klormekvat ima kratek razpolovni čas v telesu, približno 2–3 ure, v študijah, ki so vključevale prostovoljce, pa se je večina eksperimentalnih odmerkov iz telesa izločila v 24 urah [14]. V vzorcih splošne populacije iz Združenega kraljestva in Švedske je bil klormekvat zaznan v urinu skoraj 100 % udeležencev študije v bistveno višjih frekvencah in koncentracijah kot drugi pesticidi, kot so klorpirifos, piretroidi, tiabendazol in metaboliti mankozeba. Študije na prašičih so pokazale, da je klormekvat mogoče zaznati tudi v serumu in preiti v mleko, vendar te matrice niso bile preučene pri ljudeh ali drugih eksperimentalnih živalskih modelih, čeprav so lahko v serumu in mleku prisotne sledi klormekvata, povezane s škodo za reproduktivni sistem. Izpostavljenost med nosečnostjo in pri dojenčkih ima pomembne učinke.
Aprila 2018 je Agencija za varstvo okolja ZDA objavila sprejemljive ravni tolerance za klormekvat v uvoženem ovsu, pšenici, ječmenu in nekaterih živalskih proizvodih, kar je omogočilo uvoz klormekvata v ameriško preskrbo s hrano. Dovoljena vsebnost ovsa se je nato leta 2020 povečala. Za opredelitev vpliva teh odločitev na pojavnost in razširjenost klormekvata pri odrasli populaciji ZDA je ta pilotna študija merila količino klormekvata v urinu ljudi iz treh geografskih regij ZDA od leta 2017 do 2023 in ponovno leta 2022 ter vsebnost klormekvata v ovsenih in pšeničnih proizvodih, kupljenih v Združenih državah Amerike leta 2023.
Vzorci, zbrani v treh geografskih regijah med letoma 2017 in 2023, so bili uporabljeni za merjenje ravni klormekvata v urinu prebivalcev ZDA. Enaindvajset vzorcev urina je bilo zbranih od anektiranih nosečnic, ki so ob porodu dale soglasje v skladu s protokolom Medicinske univerze v Južni Karolini (MUSC, Charleston, SC, ZDA) iz leta 2017, ki ga je odobril Institucionalni revizijski odbor (IRB). Vzorci so bili shranjeni pri 4 °C do 4 ure, nato pa so bili razdeljeni na alikvote in zamrznjeni pri -80 °C. Petindvajset vzorcev urina odraslih je bilo kupljenih pri podjetju Lee Biosolutions, Inc (Maryland Heights, MO, ZDA) novembra 2022, kar predstavlja en sam vzorec, zbran od oktobra 2017 do septembra 2022, in so bili zbrani od prostovoljcev (13 moških in 12 žensk), ki so bili posojeni zbirki Maryland Heights v Missouriju. Vzorci so bili takoj po odvzemu shranjeni pri -20 °C. Poleg tega je bilo pri podjetju BioIVT, LLC (Westbury, NY, ZDA) kupljenih 50 vzorcev urina, zbranih junija 2023 pri prostovoljcih s Floride (25 moških, 25 žensk). Vzorci so bili shranjeni pri 4 °C, dokler niso bili zbrani vsi vzorci, nato pa so bili razdeljeni na alikvote in zamrznjeni pri -20 °C. Dobavitelj je pridobil potrebno odobritev IRB za obdelavo človeških vzorcev in soglasje za odvzem vzorcev. V nobenem od testiranih vzorcev niso bili navedeni osebni podatki. Vsi vzorci so bili poslani zamrznjeni v analizo. Podrobne informacije o vzorcih najdete v tabeli S1 z dodatnimi informacijami.
Kvantifikacija klormekvata v vzorcih človeškega urina je bila določena z LC-MS/MS v raziskovalnem laboratoriju HSE (Buxton, Združeno kraljestvo) po metodi, ki so jo objavili Lindh in sod., nekoliko spremenjeni leta 2011. Na kratko, vzorci so bili pripravljeni z mešanjem 200 μl nefiltriranega urina z 1,8 ml 0,01 M amonijevega acetata, ki je vseboval interni standard. Vzorec je bil nato ekstrahiran s kolono HCX-Q, najprej kondicioniran z metanolom, nato z 0,01 M amonijevim acetatom, spran z 0,01 M amonijevim acetatom in eluiran z 1 % mravljinčno kislino v metanolu. Vzorce so nato naložili na kolono C18 LC (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, Združeno kraljestvo) in ločili z izokratsko mobilno fazo, ki je vsebovala 0,1 % mravljinčne kisline:metanola 80:20 pri pretoku 0,2 ml/min. Reakcijske prehode, izbrane z masno spektrometrijo, so opisali Lindh in sod. 2011. Meja zaznavnosti je bila 0,1 μg/L, kot je navedeno v drugih študijah.
Koncentracije klormekvata v urinu so izražene kot μmol klormekvata/mol kreatinina in pretvorjene v μg klormekvata/g kreatinina, kot je bilo navedeno v prejšnjih študijah (pomnoženo z 1,08).
Podjetje Anresco Laboratories, LLC je testiralo vzorce živil iz ovsa (25 konvencionalnih in 8 organskih) in pšenice (9 konvencionalnih) na klormekvat (San Francisco, Kalifornija, ZDA). Vzorci so bili analizirani s spremembami v skladu z objavljenimi metodami. LOD/LOQ za vzorce ovsa v letu 2022 in za vse vzorce pšenice in ovsa v letu 2023 sta bili določeni na 10/100 ppb oziroma 3/40 ppb. Podrobne informacije o vzorcih so na voljo v tabeli S2 z dodatnimi informacijami.
Koncentracije klormekvata v urinu so bile razvrščene glede na geografsko lokacijo in leto odvzema, z izjemo dveh vzorcev, odvzetih leta 2017 iz Maryland Heightsa v Missouriju, ki sta bila združena z drugimi vzorci iz leta 2017 iz Charlestona v Južni Karolini. Vzorci pod mejo zaznavnosti klormekvata so bili obravnavani kot odstotek zaznavnosti, deljen s kvadratnim korenom iz 2. Podatki niso bili normalno porazdeljeni, zato sta bila za primerjavo mediane med skupinami uporabljena neparametrični Kruskal-Wallisov test in Dunnov test večkratne primerjave. Vsi izračuni so bili opravljeni v programu GraphPad Prism (Boston, MA).
Klormekvat je bil zaznan v 77 od 96 vzorcev urina, kar predstavlja 80 % vseh vzorcev urina. V primerjavi z letoma 2017 in 2018–2022 so bili vzorci iz leta 2023 zaznani pogosteje: testiranih je bilo 16 od 23 vzorcev (ali 69 %) oziroma 17 od 23 vzorcev (ali 74 %) ter 45 od 50 vzorcev (tj. 90 %). Pred letom 2023 so bile koncentracije klormekvata, zaznane v obeh skupinah, enakovredne, medtem ko so bile koncentracije klormekvata, zaznane v vzorcih iz leta 2023, bistveno višje kot v vzorcih iz prejšnjih let (slika 1A,B). Razponi zaznavnih koncentracij za vzorce iz let 2017, 2018–2022 in 2023 so bili od 0,22 do 5,4, od 0,11 do 4,3 oziroma od 0,27 do 52,8 mikrograma klormekvata na gram kreatinina. Mediane vrednosti za vse vzorce v letih 2017, 2018–2022 in 2023 so 0,46, 0,30 oziroma 1,4. Ti podatki kažejo, da se izpostavljenost lahko nadaljuje glede na kratko razpolovno dobo klormekvata v telesu, z nižjimi ravnmi izpostavljenosti med letoma 2017 in 2022 in višjimi ravnmi izpostavljenosti v letu 2023.
Koncentracija klormekvata za vsak posamezen vzorec urina je predstavljena kot ena sama točka s stolpci nad povprečjem in stolpci napak, ki predstavljajo +/- standardno napako. Koncentracije klormekvata v urinu so izražene v mcg klormekvata na gram kreatinina na linearni lestvici (A) in logaritemski lestvici (B). Za preverjanje statistične pomembnosti je bila uporabljena neparametrična Kruskal-Wallisova analiza variance z Dunnovim testom večkratne primerjave.
Vzorci hrane, kupljeni v Združenih državah Amerike v letih 2022 in 2023, so pokazali zaznavne ravni klormekvata v vseh od 25 tradicionalnih ovsenih izdelkov, razen v dveh, s koncentracijami od nezaznavnih do 291 μg/kg, kar kaže na klormekvat v ovsu. Razširjenost vegetarijanstva je visoka. Vzorci, zbrani v letih 2022 in 2023, so imeli podobne povprečne ravni: 90 µg/kg oziroma 114 µg/kg. Le en vzorec od osmih ekoloških ovsenih izdelkov je imel zaznavno vsebnost klormekvata 17 µg/kg. Opazili smo tudi nižje koncentracije klormekvata v dveh od devetih testiranih pšeničnih izdelkov: 3,5 oziroma 12,6 μg/kg (tabela 2).
To je prvo poročilo o meritvah klormekvata v urinu pri odraslih, ki živijo v Združenih državah Amerike, in pri populacijah zunaj Združenega kraljestva in Švedske. Trendi biomonitoringa pesticidov med več kot 1000 mladostniki na Švedskem so zabeležili 100-odstotno stopnjo zaznavanja klormekvata od leta 2000 do 2017. Povprečna koncentracija leta 2017 je bila 0,86 mikrograma klormekvata na gram kreatinina in se zdi, da se je sčasoma zmanjševala, najvišja povprečna raven pa je bila 2,77 leta 2009 [16]. V Združenem kraljestvu je biomonitoring med letoma 2011 in 2012 ugotovil veliko višjo povprečno koncentracijo klormekvata, in sicer 15,1 mikrograma klormekvata na gram kreatinina, čeprav so bili ti vzorci odvzeti od ljudi, ki živijo na kmetijskih območjih. Ni bilo razlike v izpostavljenosti. Incident s škropljenjem [15]. Naša študija ameriškega vzorca od leta 2017 do 2022 je pokazala nižje mediane v primerjavi s prejšnjimi študijami v Evropi, medtem ko so bile mediane v vzorcu iz leta 2023 primerljive s švedskim vzorcem, vendar nižje od vzorca Združenega kraljestva (tabela 1).
Te razlike v izpostavljenosti med regijami in časovnimi točkami lahko odražajo razlike v kmetijskih praksah in regulativnem statusu klormekvata, kar na koncu vpliva na ravni klormekvata v živilih. Na primer, koncentracije klormekvata v vzorcih urina so bile leta 2023 bistveno višje v primerjavi s prejšnjimi leti, kar lahko odraža spremembe, povezane z regulativnimi ukrepi EPA v zvezi s klormekvatom (vključno z omejitvami klormekvata v živilih leta 2018). Zaloge hrane v ZDA v bližnji prihodnosti. Zvišati standarde porabe ovsa do leta 2020. Ti ukrepi omogočajo uvoz in prodajo kmetijskih proizvodov, obdelanih s klormekvatom, na primer iz Kanade. Zaostanek med regulativnimi spremembami EPA in povišanimi koncentracijami klormekvata, najdenimi v vzorcih urina leta 2023, je mogoče pojasniti s številnimi okoliščinami, kot so zamude pri sprejemanju kmetijskih praks, ki uporabljajo klormekvat, zamude ameriških podjetij pri sklepanju trgovinskih sporazumov, pa tudi zamude pri nakupih ovsa zaradi izčrpavanja starih zalog izdelkov in/ali daljšega roka uporabnosti ovsenih izdelkov.
Da bi ugotovili, ali koncentracije, opažene v vzorcih urina v ZDA, odražajo potencialno prehransko izpostavljenost klormekvatu, smo izmerili klormekvat v ovsenih in pšeničnih izdelkih, kupljenih v ZDA v letih 2022 in 2023. Ovseni izdelki vsebujejo klormekvat pogosteje kot pšenični izdelki, količina klormekvata v različnih ovsenih izdelkih pa se razlikuje, s povprečno ravnjo 104 ppb, verjetno zaradi dobave iz Združenih držav Amerike in Kanade, kar lahko odraža razlike v uporabi ali neuporabi med izdelki, proizvedenimi iz ovsa, obdelanega s klormekvatom. Nasprotno pa je v vzorcih hrane v Združenem kraljestvu klormekvat bolj prisoten v izdelkih na osnovi pšenice, kot je kruh, pri čemer je bil klormekvat zaznan v 90 % vzorcev, zbranih v Združenem kraljestvu med julijem in septembrom 2022. Povprečna koncentracija je 60 ppb. Podobno je bil klormekvat zaznan tudi v 82 % vzorcev ovsa v Združenem kraljestvu s povprečno koncentracijo 1650 ppb, kar je več kot 15-krat več kot v vzorcih v ZDA, kar lahko pojasni višje koncentracije v urinu, opažene v vzorcih v Združenem kraljestvu.
Naši rezultati biomonitoringa kažejo, da je bila izpostavljenost klormekvatu prisotna pred letom 2018, čeprav toleranca na klormekvat v prehrani ni bila ugotovljena. Čeprav klormekvata v živilih v Združenih državah Amerike ne nadzorujejo in ni zgodovinskih podatkov o koncentracijah klormekvata v živilih, ki se prodajajo v Združenih državah Amerike, glede na kratko razpolovno dobo klormekvata sumimo, da je ta izpostavljenost lahko prehranska. Poleg tega predhodniki holina v pšeničnih izdelkih in jajčnem prahu pri visokih temperaturah, kot so tiste, ki se uporabljajo pri predelavi in proizvodnji hrane, naravno tvorijo klormekvat, kar ima za posledico koncentracije klormekvata v razponu od 5 do 40 ng/g. Naši rezultati testiranja živil kažejo, da so nekateri vzorci, vključno z organskim ovsenim izdelkom, vsebovali klormekvat v ravneh, podobnih tistim, o katerih so poročali v študijah naravno prisotnega klormekvata, medtem ko so številni drugi vzorci vsebovali višje ravni klormekvata. Zato so bile ravni, ki smo jih opazili v urinu do leta 2023, verjetno posledica prehranske izpostavljenosti klormekvatu, ki nastane med predelavo in proizvodnjo hrane. Opazovane ravni v letu 2023 so verjetno posledica prehranske izpostavljenosti spontano proizvedenemu klormekvatu in uvoženim izdelkom, tretiranim s klormekvatom v kmetijstvu. Razlike v izpostavljenosti klormekvatu med našimi vzorci so lahko posledica tudi geografske lokacije, različnih prehranjevalnih vzorcev ali poklicne izpostavljenosti klormekvatu pri uporabi v rastlinjakih in drevesnicah.
Naša študija kaže, da so za popolno oceno potencialnih prehranskih virov klormekvata pri posameznikih z nizko izpostavljenostjo potrebni večji vzorci in bolj raznolik vzorec živil, obdelanih s klormekvatom. Prihodnje študije, vključno z analizo zgodovinskih vzorcev urina in hrane, prehranskimi in poklicnimi vprašalniki, stalnim spremljanjem klormekvata v konvencionalni in ekološki hrani v Združenih državah Amerike ter vzorci biomonitoringa, bodo pomagale razjasniti pogoste dejavnike izpostavljenosti klormekvatu v populaciji ZDA.
Verjetnost povečanih ravni klormekvata v urinu in vzorcih hrane v Združenih državah Amerike v prihodnjih letih še ni določena. V Združenih državah Amerike je klormekvat trenutno dovoljen le v uvoženih izdelkih iz ovsa in pšenice, vendar Agencija za varstvo okolja trenutno preučuje njegovo kmetijsko uporabo v domačih neekoloških pridelkih. Če bo takšna domača uporaba odobrena v povezavi z razširjeno kmetijsko prakso klormekvata v tujini in doma, bi se lahko ravni klormekvata v ovsu, pšenici in drugih žitnih izdelkih še naprej povečevale, kar bi vodilo do višjih ravni izpostavljenosti klormekvatu. Skupno prebivalstvo ZDA.
Trenutne koncentracije klormekvata v urinu v tej in drugih študijah kažejo, da so bili posamezni darovalci vzorcev izpostavljeni klormekvatu v ravneh, ki so bile pod objavljenim referenčnim odmerkom (RfD) ameriške Agencije za varstvo okolja (0,05 mg/kg telesne teže na dan), zato so sprejemljive. Dnevni vnos je za nekaj velikostnih razredov nižji od vrednosti vnosa, ki jo je objavila Evropska agencija za varnost hrane (ADI) (0,04 mg/kg telesne teže/dan). Vendar ugotavljamo, da objavljene toksikološke študije klormekvata kažejo, da bo morda potrebna ponovna ocena teh varnostnih pragov. Na primer, miši in prašiči, izpostavljeni odmerkom pod trenutnim RfD in ADI (0,024 oziroma 0,0023 mg/kg telesne teže/dan), so pokazali zmanjšano plodnost. V drugi toksikološki študiji je izpostavljenost med nosečnostjo odmerkom, ki so enakovredni ravni brez opaženih neželenih učinkov (NOAEL) 5 mg/kg (uporabljeni za izračun referenčnega odmerka ameriške Agencije za varstvo okolja), povzročila spremembe v rasti in presnovi ploda ter spremembe v telesni sestavi. Novorojene miši. Poleg tega regulativni pragovi ne upoštevajo škodljivih učinkov mešanic kemikalij, ki lahko vplivajo na reproduktivni sistem, za katere je bilo dokazano, da imajo aditivne ali sinergistične učinke pri odmerkih, nižjih od izpostavljenosti posameznim kemikalijam, kar povzroča morebitne zdravstvene težave. Zaskrbljenost glede posledic, povezanih s trenutnimi ravnmi izpostavljenosti, zlasti za tiste z višjimi ravnmi izpostavljenosti v splošni populaciji v Evropi in ZDA.
Ta pilotna študija o izpostavljenosti novim kemikalijam v Združenih državah Amerike kaže, da je klormekvat prisoten v ameriških živilih, predvsem v ovsenih izdelkih, pa tudi v večini odkritih vzorcev urina, zbranih od skoraj 100 ljudi v ZDA, kar kaže na stalno izpostavljenost klormekvatu. Poleg tega trendi v teh podatkih kažejo, da so se ravni izpostavljenosti povečale in se lahko v prihodnosti še naprej povečevale. Glede na toksikološke pomisleke, povezane z izpostavljenostjo klormekvatu v študijah na živalih, in široko razširjeno izpostavljenost splošne populacije klormekvatu v evropskih državah (in zdaj verjetno tudi v Združenih državah Amerike), skupaj z epidemiološkimi in živalskimi študijami, je nujno treba spremljati klormekvat v živilih in pri ljudeh. Pomembno je razumeti potencialne zdravstvene nevarnosti te kmetijske kemikalije pri okoljsko pomembnih ravneh izpostavljenosti, zlasti med nosečnostjo.
Čas objave: 29. maj 2024