Klormequat er enplantevekstregulatorhvis bruk i kornavlinger øker i Nord-Amerika. Toksikologiske studier har vist at eksponering for klormekvat kan redusere fertiliteten og forårsake skade på det utviklende fosteret ved doser under den tillatte daglige dosen fastsatt av regulatoriske myndigheter. Her rapporterer vi tilstedeværelsen av klormekvat i urinprøver samlet fra den amerikanske befolkningen, med deteksjonsrater på 69 %, 74 % og 90 % i prøver samlet i henholdsvis 2017, 2018–2022 og 2023. Fra 2017 til 2022 ble lave konsentrasjoner av klormekvat oppdaget i prøver, og fra 2023 økte klormekvatkonsentrasjonene i prøver betydelig. Vi la også merke til at klormekvat ble funnet oftere i havreprodukter. Disse resultatene og toksisitetsdataene for klormekvat reiser bekymring for nåværende eksponeringsnivåer og krever mer omfattende toksisitetstesting, matovervåking og epidemiologiske studier for å vurdere virkningen av klormekvateksponering på menneskers helse.
Denne studien rapporterer den første påvisningen av klormekvat, et landbrukskjemikalie med utviklings- og reproduksjonstoksisitet, i den amerikanske befolkningen og i den amerikanske matforsyningen. Mens lignende nivåer av kjemikaliet ble funnet i urinprøver fra 2017 til 2022, ble det funnet betydelig forhøyede nivåer i prøven fra 2023. Dette arbeidet fremhever behovet for bredere overvåking av klormekvat i mat- og menneskeprøver i USA, samt toksikologi og toksikologi. Epidemiologiske studier av klormekvat, da dette kjemikaliet er et fremvoksende forurensningsstoff med dokumenterte negative helseeffekter ved lave doser i dyreforsøk.
Klormekvat er et landbrukskjemikalie som først ble registrert i USA i 1962 som en plantevekstregulator. Selv om det for øyeblikket kun er tillatt for bruk på prydplanter i USA, tillot en beslutning fra det amerikanske miljøvernbyrået (EPA) i 2018 import av matvarer (for det meste korn) behandlet med klormekvat [1]. I EU, Storbritannia og Canada er klormekvat godkjent for bruk på matvekster, hovedsakelig hvete, havre og bygg. Klormekvat kan redusere stilkhøyden, og dermed redusere sannsynligheten for at avlingen blir vridd og gjør høsting vanskelig. I Storbritannia og EU er klormekvat generelt den mest oppdagede plantevernmiddelresten i korn og kornsorter, som dokumentert i langtidsovervåkingsstudier [2, 3].
Selv om klormekvat er godkjent for bruk på avlinger i deler av Europa og Nord-Amerika, viser det toksikologiske egenskaper basert på historiske og nylig publiserte dyreforsøk. Effektene av klormekvateksponering på reproduksjonstoksisitet og fruktbarhet ble først beskrevet tidlig på 1980-tallet av danske svinebønder som observerte redusert reproduksjonsevne hos griser oppdrettet med klormekvatbehandlet korn. Disse observasjonene ble senere undersøkt i kontrollerte laboratorieforsøk på griser og mus, der hunngriser fôret med klormekvatbehandlet korn viste forstyrrelser i brunstsykluser og paring sammenlignet med kontrolldyr fôret med en diett uten klormekvat. I tillegg viste hannmus som ble eksponert for klormekvat gjennom mat eller drikkevann under utviklingen redusert evne til å befrukte sædceller in vitro. Nyere reproduksjonstoksisitetsstudier av klormekvat har vist at eksponering av rotter for klormekvat i sensitive utviklingsperioder, inkludert graviditet og tidlig liv, resulterte i forsinket pubertet, redusert sædmotilitet, redusert vekt av hannlige reproduktive organer og reduserte testosteronnivåer. Utviklingstoksisitetsstudier indikerer også at eksponering for klormekvat under graviditet kan forårsake fostervekst og metabolske abnormaliteter. Andre studier har ikke funnet noen effekt av klormekvat på reproduksjonsfunksjonen hos hunnmus og hanngriser, og ingen etterfølgende studier har funnet en effekt av klormekvat på fertiliteten til hannmus som har blitt eksponert for klormekvat under utvikling og postnatalt liv. Tvetydige data om klormekvat i den toksikologiske litteraturen kan skyldes forskjeller i testdoser og målinger, samt valg av modellorganismer og kjønn på forsøksdyrene. Derfor er videre undersøkelser berettiget.
Selv om nyere toksikologiske studier har vist effekter av klormekvat på utvikling, reproduksjon og det endokrine systemet, er mekanismene som disse toksikologiske effektene oppstår gjennom ukjente. Noen studier tyder på at klormekvat kanskje ikke virker gjennom veldefinerte mekanismer for hormonforstyrrende kjemikalier, inkludert østrogen- eller androgenreseptorer, og ikke endrer aromataseaktiviteten. Andre bevis tyder på at klormekvat kan forårsake bivirkninger ved å endre steroidbiosyntesen og forårsake stress i endoplasmatisk retikulum.
Selv om klormekvat finnes overalt i vanlige europeiske matvarer, er antallet biomonitoreringsstudier som vurderer menneskers eksponering for klormekvat relativt lite. Klormekvat har en kort halveringstid i kroppen, omtrent 2–3 timer, og i studier som involverte frivillige mennesker, ble de fleste eksperimentelle dosene forsvunnet fra kroppen innen 24 timer. I generelle befolkningsprøver fra Storbritannia og Sverige ble klormekvat påvist i urinen til nesten 100 % av studiedeltakerne ved betydelig høyere frekvenser og konsentrasjoner enn andre plantevernmidler som klorpyrifos, pyretroider, tiabendazol og mancozeb-metabolitter. Studier på griser har vist at klormekvat også kan finnes i serum og kan overføres til melk, men disse matrisene har ikke blitt studert hos mennesker eller andre eksperimentelle dyremodeller, selv om dets tilstedeværelse i serum og melk kan være assosiert med reproduksjonsskader fra kjemikaliene. Det er viktige effekter av eksponering under graviditet og hos spedbarn.
I april 2018 annonserte det amerikanske miljøvernbyrået (EPA) akseptable mattoleransenivåer for klormekvat i importert havre, hvete, bygg og visse animalske produkter, noe som tillot import av klormekvat til den amerikanske matforsyningen. Det tillatte havreinnholdet ble deretter økt i 2020. For å karakterisere virkningen av disse beslutningene på forekomsten og utbredelsen av klormekvat i den amerikanske voksne befolkningen, målte denne pilotstudien mengden klormekvat i urinen til personer fra tre amerikanske geografiske regioner fra 2017 til 2023 og igjen i 2022, og klormekvatinnholdet i havre- og hveteprodukter kjøpt i USA i 2023.
Prøver samlet inn i tre geografiske regioner mellom 2017 og 2023 ble brukt til å måle urinnivåer av klormequat hos amerikanske innbyggere. 21 urinprøver ble samlet inn fra avidentifiserte gravide kvinner som samtykket ved fødselen i henhold til en protokoll godkjent av Institutional Review Board (IRB) i 2017 fra Medical University of South Carolina (MUSC, Charleston, SC, USA). Prøvene ble oppbevart ved 4 °C i opptil 4 timer, deretter alikvotert og frosset ned ved -80 °C. 25 urinprøver fra voksne ble kjøpt fra Lee Biosolutions, Inc (Maryland Heights, MO, USA) i november 2022, som representerer en enkelt prøve samlet inn fra oktober 2017 til september 2022, og ble samlet inn fra frivillige (13 menn og 12 kvinner) på lån til samlingen i Maryland Heights, Missouri. Prøvene ble oppbevart ved -20 °C umiddelbart etter innsamling. I tillegg ble 50 urinprøver samlet inn fra frivillige i Florida (25 menn, 25 kvinner) i juni 2023 kjøpt fra BioIVT, LLC (Westbury, NY, USA). Prøvene ble oppbevart ved 4 °C inntil alle prøvene var samlet, deretter alikvotert og frosset ved -20 °C. Leverandørselskapet innhentet nødvendig IRB-godkjenning for å behandle menneskelige prøver og samtykke til prøveinnsamling. Ingen personlig informasjon ble oppgitt i noen av prøvene som ble testet. Alle prøvene ble sendt frosne for analyse. Detaljert prøveinformasjon finnes i tilleggsinformasjonstabell S1.
Kvantifisering av klormequat i humane urinprøver ble bestemt ved LC-MS/MS ved HSE Research Laboratory (Buxton, Storbritannia) i henhold til metoden publisert av Lindh et al. Noe modifisert i 2011. Kort fortalt ble prøvene fremstilt ved å blande 200 μl ufiltrert urin med 1,8 ml 0,01 M ammoniumacetat som inneholdt intern standard. Prøven ble deretter ekstrahert ved bruk av en HCX-Q-kolonne, først kondisjonert med metanol, deretter med 0,01 M ammoniumacetat, vasket med 0,01 M ammoniumacetat og eluert med 1 % maursyre i metanol. Prøvene ble deretter lastet på en C18 LC-kolonne (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, Storbritannia) og separert ved bruk av en isokratisk mobil fase bestående av 0,1 % maursyre:metanol 80:20 ved en strømningshastighet på 0,2 ml/min. Reaksjonsoverganger valgt ved massespektrometri ble beskrevet av Lindh et al. 2011. Deteksjonsgrensen var 0,1 μg/L som rapportert i andre studier.
Urinkonsentrasjoner av klormekvat uttrykkes som μmol klormekvat/mol kreatinin og konverteres til μg klormekvat/g kreatinin som rapportert i tidligere studier (multipliser med 1,08).
Anresco Laboratories, LLC testet matprøver av havre (25 konvensjonelle og 8 økologiske) og hvete (9 konvensjonelle) for klormekvat (San Francisco, CA, USA). Prøvene ble analysert med modifikasjoner i henhold til publiserte metoder [19]. LOD/LOQ for havreprøver i 2022 og for alle hvete- og havreprøver i 2023 ble satt til henholdsvis 10/100 ppb og 3/40 ppb. Detaljert prøveinformasjon finnes i tilleggsinformasjonstabell S2.
Urinkonsentrasjoner av klormekvat ble gruppert etter geografisk plassering og innsamlingsår, med unntak av to prøver samlet inn i 2017 fra Maryland Heights, Missouri, som ble gruppert med andre prøver fra 2017 fra Charleston, South Carolina. Prøver under deteksjonsgrensen for klormekvat ble behandlet som prosent deteksjon delt på kvadratroten av 2. Dataene var ikke normalfordelt, så den ikke-parametriske Kruskal-Wallis-testen og Dunns multiple sammenligningstest ble brukt til å sammenligne medianer mellom gruppene. Alle beregninger ble utført i GraphPad Prism (Boston, MA).
Klormekvat ble påvist i 77 av 96 urinprøver, som representerte 80 % av alle urinprøver. Sammenlignet med 2017 og 2018–2022 ble prøver fra 2023 påvist oftere: henholdsvis 16 av 23 prøver (eller 69 %) og 17 av 23 prøver (eller 74 %), og 45 av 50 prøver (dvs. 90 %) ble testet (tabell 1). Før 2023 var klormekvatkonsentrasjonene som ble påvist i de to gruppene likeverdige, mens klormekvatkonsentrasjonene som ble påvist i prøvene fra 2023 var betydelig høyere enn i prøver fra tidligere år (figur 1A, B). De påviselige konsentrasjonsområdene for prøvene fra 2017, 2018–2022 og 2023 var henholdsvis 0,22 til 5,4, 0,11 til 4,3 og 0,27 til 52,8 mikrogram klormekvat per gram kreatinin. Medianverdiene for alle prøvene i 2017, 2018–2022 og 2023 er henholdsvis 0,46, 0,30 og 1,4. Disse dataene tyder på at eksponeringen kan fortsette gitt den korte halveringstiden til klormekvat i kroppen, med lavere eksponeringsnivåer mellom 2017 og 2022 og høyere eksponeringsnivåer i 2023.
Klormekvatkonsentrasjonen for hver individuelle urinprøve presenteres som ett enkelt punkt med søyler over gjennomsnittet, og feilsøylene representerer +/- standardfeil. Klormekvatkonsentrasjoner i urin uttrykkes i mcg klormekvat per gram kreatinin på en lineær skala og en logaritmisk skala. Ikke-parametrisk Kruskal-Wallis variansanalyse med Dunns multiple sammenligningstest ble brukt til å teste statistisk signifikans.
Matprøver kjøpt i USA i 2022 og 2023 viste påvisbare nivåer av klormekvat i alle unntatt to av 25 tradisjonelle havreprodukter, med konsentrasjoner fra ikke-påvisbart til 291 μg/kg, noe som indikerer klormekvat i havre. Forekomsten av vegetarianisme er høy. Prøver samlet inn i 2022 og 2023 hadde lignende gjennomsnittsnivåer: henholdsvis 90 μg/kg og 114 μg/kg. Bare én prøve av åtte økologiske havreprodukter hadde et påvisbart klormekvatinnhold på 17 μg/kg. Vi observerte også lavere konsentrasjoner av klormekvat i to av de ni hveteproduktene som ble testet: henholdsvis 3,5 og 12,6 μg/kg.
Dette er den første rapporten om måling av klormekvat i urin hos voksne som bor i USA og i befolkninger utenfor Storbritannia og Sverige. Trender innen biomonitorering av plantevernmidler blant mer enn 1000 ungdommer i Sverige registrerte en deteksjonsrate på 100 % for klormekvat fra 2000 til 2017. Gjennomsnittskonsentrasjonen i 2017 var 0,86 mikrogram klormekvat per gram kreatinin og ser ut til å ha sunket over tid, med det høyeste gjennomsnittsnivået på 2,77 i 2009. I Storbritannia fant biomonitorering en mye høyere gjennomsnittlig klormekvatkonsentrasjon på 15,1 mikrogram klormekvat per gram kreatinin mellom 2011 og 2012, selv om disse prøvene ble samlet inn fra personer som bor i landbruksområder. Det var ingen forskjell i eksponering. Sprayhendelse[15]. Vår studie av det amerikanske utvalget fra 2017 til 2022 fant lavere mediannivåer sammenlignet med tidligere studier i Europa, mens mediannivåene i 2023-utvalget var sammenlignbare med det svenske utvalget, men lavere enn det britiske utvalget.
Disse forskjellene i eksponering mellom regioner og tidspunkter kan gjenspeile forskjeller i landbrukspraksis og regulatorisk status for klormequat, som i siste instans påvirker nivåene av klormequat i matvarer. For eksempel var klormequatkonsentrasjonene i urinprøver betydelig høyere i 2023 sammenlignet med tidligere år, noe som kan gjenspeile endringer knyttet til EPA-regulatoriske tiltak knyttet til klormequat (inkludert klormequat-matgrenser i 2018). Amerikanske matforsyninger i nær fremtid. Heve havreforbruksstandardene innen 2020. Disse tiltakene tillater import og salg av landbruksprodukter behandlet med klormequat, for eksempel fra Canada. Forsinkelsen mellom EPA-regulatoriske endringer og de forhøyede konsentrasjonene av klormequat funnet i urinprøver i 2023 kan forklares med en rekke omstendigheter, for eksempel forsinkelser i innføringen av landbrukspraksis som bruker klormequat, forsinkelser fra amerikanske selskaper i forhandlinger om handelsavtaler, og privatpersoner som opplever forsinkelser i kjøp av havre på grunn av uttømming av gamle produktlagre og/eller på grunn av lengre holdbarhet for havreprodukter.
For å avgjøre om konsentrasjonene observert i amerikanske urinprøver gjenspeiler potensiell eksponering for klormekvat gjennom kosten, målte vi klormekvat i havre- og hveteprodukter kjøpt i USA i 2022 og 2023. Havreprodukter inneholder klormekvat oftere enn hveteprodukter, og mengden klormekvat i forskjellige havreprodukter varierer, med et gjennomsnittlig nivå på 104 ppb, muligens på grunn av tilførsel fra USA og Canada, noe som kan gjenspeile forskjeller i bruk eller manglende bruk mellom produkter produsert av havre behandlet med klormekvat. I motsetning til dette er klormekvat i større mengde i hvetebaserte produkter som brød i britiske matprøver, med klormekvat påvist i 90 % av prøvene samlet inn i Storbritannia mellom juli og september 2022. Den gjennomsnittlige konsentrasjonen er 60 ppb. Tilsvarende ble klormekvat også påvist i 82 % av britiske havreprøver med en gjennomsnittlig konsentrasjon på 1650 ppb, mer enn 15 ganger høyere enn i amerikanske prøver, noe som kan forklare de høyere urinkonsentrasjonene observert i britiske prøver.
Våre biomonitoreringsresultater indikerer at eksponering for klormekvat forekom før 2018, selv om kostholdstoleranse for klormekvat ikke er fastslått. Selv om klormekvat ikke er kontrollert i matvarer i USA, og det ikke finnes historiske data om konsentrasjonene av klormekvat i matvarer som selges i USA, mistenker vi at denne eksponeringen kan være gjennom kosten, gitt den korte halveringstiden til klormekvat. I tillegg danner kolinforløpere i hveteprodukter og eggepulver naturlig klormekvat ved høye temperaturer, slik som de som brukes i matforedling og -produksjon, noe som resulterer i klormekvatkonsentrasjoner fra 5 til 40 ng/g. Våre mattestresultater indikerer at noen prøver, inkludert det økologiske havreproduktet, inneholdt klormekvat i nivåer som ligner på de som er rapportert i studier av naturlig forekommende klormekvat, mens mange andre prøver inneholdt høyere nivåer av klormekvat. Dermed skyldtes nivåene vi observerte i urin frem til 2023 sannsynligvis kostholdseksponering for klormekvat generert under matforedling og -produksjon. Observerte nivåer i 2023 skyldes sannsynligvis eksponering for spontant produsert klormekvat gjennom kosten og importerte produkter behandlet med klormekvat i landbruket. Forskjeller i eksponering for klormekvat blant våre prøver kan også skyldes geografisk plassering, ulike kostholdsmønstre eller yrkesmessig eksponering for klormekvat ved bruk i veksthus og planteskoler.
Studien vår antyder at større utvalgsstørrelser og et mer mangfoldig utvalg av klormequatbehandlet mat er nødvendig for å fullt ut kunne evaluere potensielle kostkilder til klormequat hos personer med lav eksponering. Fremtidige studier, inkludert analyse av historiske urin- og matprøver, spørreskjemaer om kosthold og yrke, kontinuerlig overvåking av klormequat i konvensjonell og økologisk mat i USA, og biomonitoreringsprøver vil bidra til å belyse felles faktorer for klormequateksponering i den amerikanske befolkningen.
Sannsynligheten for økte nivåer av klormequat i urin- og matprøver i USA i de kommende årene gjenstår å avgjøre. I USA er klormequat for tiden bare tillatt i importerte havre- og hveteprodukter, men Environmental Protection Agency vurderer for tiden landbruksmessig bruk i innenlandske ikke-økologiske avlinger. Hvis slik innenlandsk bruk godkjennes i forbindelse med den utbredte landbrukspraksisen med klormequat i utlandet og innenlands, kan nivåene av klormequat i havre, hvete og andre kornprodukter fortsette å stige, noe som fører til høyere nivåer av klormequat-eksponering. Total amerikansk befolkning.
Nåværende urinkonsentrasjoner av klormekvat i denne og andre studier indikerer at individuelle prøvedonorer ble eksponert for klormekvat i nivåer som begge var under den publiserte referansedosen (RfD) fra det amerikanske miljøvernbyrået (Environmental Protection Agency) (0,05 mg/kg kroppsvekt per dag), så de er akseptable. Det daglige inntaket er flere størrelsesordener lavere enn inntaksverdien publisert av Den europeiske myndigheten for mattrygghet (ADI) (0,04 mg/kg kroppsvekt/dag). Vi merker oss imidlertid at publiserte toksikologiske studier av klormekvat antyder at det kan være nødvendig med en revurdering av disse sikkerhetstersklene. For eksempel viste mus og griser eksponert for doser under gjeldende RfD og ADI (henholdsvis 0,024 og 0,0023 mg/kg kroppsvekt/dag) redusert fertilitet. I en annen toksikologisk studie resulterte eksponering under graviditet for doser tilsvarende et nivå uten observerte bivirkninger (NOAEL) på 5 mg/kg (brukt til å beregne referansedosen fra det amerikanske miljøvernbyrået) i endringer i fosterets vekst og metabolisme, samt endringer i kroppssammensetning. Nyfødte mus. I tillegg tar ikke regulatoriske terskler hensyn til de negative effektene av blandinger av kjemikalier som kan påvirke reproduksjonssystemet, som har vist seg å ha additive eller synergistiske effekter ved doser lavere enn eksponering for individuelle kjemikalier, noe som kan forårsake potensielle problemer med reproduktiv helse. Bekymringer om konsekvensene forbundet med nåværende eksponeringsnivåer, spesielt for de med høyere eksponeringsnivåer i den generelle befolkningen i Europa og USA.
Denne pilotstudien av ny kjemisk eksponering i USA viser at klormekvat finnes i amerikansk mat, hovedsakelig i havreprodukter, samt i de fleste urinprøver som er oppdaget fra nesten 100 personer i USA, noe som indikerer vedvarende eksponering for klormekvat. Dessuten tyder trender i disse dataene på at eksponeringsnivåene har økt og kan fortsette å øke i fremtiden. Gitt de toksikologiske bekymringene knyttet til klormekvateksponering i dyreforsøk, og den utbredte eksponeringen for klormekvat av den generelle befolkningen i europeiske land (og nå sannsynligvis i USA), kombinert med epidemiologiske og dyreforsøk, er det et presserende behov for å overvåke klormekvat i mat og mennesker. Det er viktig å forstå de potensielle helsefarene ved dette landbrukskjemikaliet ved miljømessig signifikante eksponeringsnivåer, spesielt under graviditet.
Publisert: 04.06.2024