Chlormequat is een plantengroeiregulator waarvan het gebruik in graangewassen in Noord-Amerika toeneemt. Toxicologisch onderzoek heeft aangetoond dat blootstelling aan chlormequat de vruchtbaarheid kan verminderen en schadelijk kan zijn voor de ongeboren baby bij doses die lager zijn dan de door de regelgevende instanties vastgestelde toegestane dagelijkse dosis. In dit onderzoek rapporteren we de aanwezigheid van chlormequat in urinemonsters van de Amerikaanse bevolking, met detectiepercentages van respectievelijk 69%, 74% en 90% in monsters verzameld in 2017, 2018-2022 en 2023. Van 2017 tot 2022 werden lage concentraties chlormequat in de monsters aangetroffen, terwijl de concentraties vanaf 2023 significant toenamen. We constateerden tevens dat chlormequat vaker werd aangetroffen in haverproducten. Deze resultaten en de toxiciteitsgegevens voor chlormequat geven aanleiding tot bezorgdheid over de huidige blootstellingsniveaus en vragen om uitgebreider toxiciteitsonderzoek, voedseltoezicht en epidemiologisch onderzoek om de impact van blootstelling aan chlormequat op de menselijke gezondheid te beoordelen.
Deze studie rapporteert de eerste detectie van chlormequat, een landbouwchemisch middel met ontwikkelings- en voortplantingstoxiciteit, in de Amerikaanse bevolking en in de Amerikaanse voedselvoorraad. Hoewel vergelijkbare concentraties van de stof werden aangetroffen in urinemonsters van 2017 tot 2022, werden significant verhoogde concentraties gevonden in het monster van 2023. Dit onderzoek benadrukt de noodzaak van bredere monitoring van chlormequat in voedsel en menselijke monsters in de Verenigde Staten, evenals toxicologisch en epidemiologisch onderzoek naar chlormequat, aangezien deze chemische stof een opkomende verontreiniging is met gedocumenteerde nadelige gezondheidseffecten bij lage doses in dierstudies.
Chlormequat is een landbouwchemisch middel dat in 1962 in de Verenigde Staten voor het eerst werd geregistreerd als plantengroeiregulator. Hoewel het momenteel alleen is toegestaan voor gebruik op sierplanten in de Verenigde Staten, heeft de Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) in 2018 de import van met chlormequat behandelde voedingsmiddelen (voornamelijk granen) toegestaan. In de EU, het VK en Canada is chlormequat goedgekeurd voor gebruik op voedgewassen, met name tarwe, haver en gerst. Chlormequat kan de stengelhoogte verminderen, waardoor de kans kleiner wordt dat het gewas kromtrekt en de oogst moeilijker wordt. In het VK en de EU is chlormequat over het algemeen het meest aangetroffen bestrijdingsmiddelresidu in granen en graangewassen, zoals blijkt uit langetermijnonderzoeken.
Hoewel chlormequat is goedgekeurd voor gebruik op gewassen in delen van Europa en Noord-Amerika, vertoont het toxicologische eigenschappen op basis van historische en recent gepubliceerde experimentele dierstudies. De effecten van blootstelling aan chlormequat op reproductieve toxiciteit en vruchtbaarheid werden voor het eerst beschreven in het begin van de jaren tachtig door Deense varkenshouders die een verminderde reproductieve prestatie waarnamen bij varkens die gevoerd werden met met chlormequat behandeld graan. Deze waarnemingen werden later onderzocht in gecontroleerde laboratoriumexperimenten met varkens en muizen, waarbij zeugen die gevoerd werden met met chlormequat behandeld graan verstoringen vertoonden in hun oestruscyclus en paringsgedrag in vergelijking met controledieren die een dieet zonder chlormequat kregen. Bovendien vertoonden mannelijke muizen die tijdens hun ontwikkeling via voedsel of drinkwater aan chlormequat werden blootgesteld een verminderd vermogen om sperma in vitro te bevruchten. Recente reproductieve toxiciteitsstudies met chlormequat hebben aangetoond dat blootstelling van ratten aan chlormequat tijdens gevoelige ontwikkelingsperioden, waaronder zwangerschap en de vroege levensfase, resulteerde in een vertraagde puberteit, verminderde beweeglijkheid van het sperma, een verminderd gewicht van de mannelijke voortplantingsorganen en verlaagde testosteronspiegels. Onderzoeken naar ontwikkelingstoxiciteit wijzen er ook op dat blootstelling aan chlormequat tijdens de zwangerschap kan leiden tot afwijkingen in de foetale groei en stofwisseling. Andere studies hebben geen effect van chlormequat op de voortplantingsfunctie bij vrouwelijke muizen en mannelijke varkens aangetoond, en latere studies hebben geen effect van chlormequat op de vruchtbaarheid van mannelijke muizen gevonden die tijdens hun ontwikkeling en na de geboorte aan chlormequat waren blootgesteld. De tegenstrijdige gegevens over chlormequat in de toxicologische literatuur kunnen te wijten zijn aan verschillen in testdoseringen en meetmethoden, evenals aan de keuze van modelorganismen en het geslacht van de proefdieren. Nader onderzoek is daarom gerechtvaardigd.
Hoewel recente toxicologische studies ontwikkelings-, voortplantings- en endocriene effecten van chlormequat hebben aangetoond, zijn de mechanismen waardoor deze toxicologische effecten optreden onduidelijk. Sommige studies suggereren dat chlormequat mogelijk niet via de bekende mechanismen van hormoonverstorende stoffen werkt, waaronder oestrogeen- of androgeenreceptoren, en dat het de aromataseactiviteit niet beïnvloedt. Ander bewijs suggereert dat chlormequat bijwerkingen kan veroorzaken door de steroïdebiosynthese te veranderen en endoplasmatisch reticulumstress te veroorzaken.
Hoewel chlormequat alomtegenwoordig is in gangbare Europese voedingsmiddelen, is het aantal biomonitoringsstudies naar blootstelling van de mens aan chlormequat relatief klein. Chlormequat heeft een korte halfwaardetijd in het lichaam, ongeveer 2-3 uur, en in studies met menselijke vrijwilligers werden de meeste experimentele doses binnen 24 uur uit het lichaam verwijderd [14]. In algemene bevolkingsmonsters uit het Verenigd Koninkrijk en Zweden werd chlormequat in de urine van bijna 100% van de deelnemers aangetroffen, met significant hogere frequenties en concentraties dan andere pesticiden zoals chlorpyrifos, pyrethroiden, thiabendazol en mancozebmetabolieten. Studies bij varkens hebben aangetoond dat chlormequat ook in serum kan worden gedetecteerd en in melk kan worden overgedragen, maar deze matrices zijn niet onderzocht bij mensen of andere proefdiermodellen, hoewel er sporen van chlormequat in serum en melk kunnen voorkomen die verband houden met reproductieve schade. Blootstelling tijdens de zwangerschap en bij zuigelingen heeft belangrijke gevolgen.
In april 2018 kondigde het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) aanvaardbare tolerantieniveaus aan voor chlormequat in geïmporteerde haver, tarwe, gerst en bepaalde dierlijke producten, waardoor chlormequat in de Amerikaanse voedselketen mocht worden opgenomen. Het toegestane gehalte in haver werd vervolgens in 2020 verhoogd. Om de impact van deze beslissingen op het voorkomen en de prevalentie van chlormequat in de Amerikaanse volwassen bevolking te karakteriseren, werd in deze pilotstudie de hoeveelheid chlormequat in de urine van mensen uit drie geografische regio's in de VS gemeten van 2017 tot 2023 en opnieuw in 2022, evenals het chlormequatgehalte van haver- en tarweproducten die in 2023 in de Verenigde Staten werden gekocht.
Er werden monsters verzameld in drie geografische regio's tussen 2017 en 2023 om de concentratie chlormequat in de urine van inwoners van de VS te meten. Eenentwintig urinemonsters werden verzameld van geanonimiseerde zwangere vrouwen die toestemming gaven ten tijde van de bevalling, volgens een door de Institutional Review Board (IRB) goedgekeurd protocol uit 2017 van de Medical University of South Carolina (MUSC, Charleston, SC, VS). De monsters werden maximaal 4 uur bewaard bij 4 °C, waarna ze in porties werden verdeeld en ingevroren bij -80 °C. Vijfentwintig urinemonsters van volwassenen werden in november 2022 gekocht bij Lee Biosolutions, Inc. (Maryland Heights, MO, VS). Deze monsters vertegenwoordigden één enkele verzameling, verzameld tussen oktober 2017 en september 2022, en waren afkomstig van vrijwilligers (13 mannen en 12 vrouwen) die in bruikleen waren gegeven aan de collectie in Maryland Heights, Missouri. De monsters werden direct na afname bewaard bij -20 °C. Daarnaast werden 50 urinemonsters, verzameld van vrijwilligers uit Florida (25 mannen, 25 vrouwen) in juni 2023, gekocht bij BioIVT, LLC (Westbury, NY, VS). De monsters werden bewaard bij 4 °C totdat alle monsters waren verzameld, waarna ze werden gealiquoteerd en ingevroren bij -20 °C. Het leverende bedrijf had de benodigde goedkeuring van de ethische commissie (IRB) verkregen voor de verwerking van menselijke monsters en toestemming voor de monstername. Geen van de geteste monsters bevatte persoonlijke informatie. Alle monsters werden bevroren verzonden voor analyse. Gedetailleerde informatie over de monsters is te vinden in Aanvullende Informatie Tabel S1.
De kwantificering van chlormequat in humane urinemonsters werd bepaald met behulp van LC-MS/MS in het HSE Research Laboratory (Buxton, VK) volgens de methode gepubliceerd door Lindh et al., licht aangepast in 2011. Kort gezegd werden monsters bereid door 200 μl ongefilterde urine te mengen met 1,8 ml 0,01 M ammoniumacetaat met interne standaard. Het monster werd vervolgens geëxtraheerd met een HCX-Q-kolom, eerst geconditioneerd met methanol, daarna met 0,01 M ammoniumacetaat, gewassen met 0,01 M ammoniumacetaat en geëlueerd met 1% mierenzuur in methanol. De monsters werden vervolgens geladen op een C18 LC-kolom (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, VK) en gescheiden met behulp van een isocratische mobiele fase bestaande uit 0,1% mierenzuur:methanol 80:20 bij een stroomsnelheid van 0,2. ml/min. Reactieovergangen geselecteerd door massaspectrometrie werden beschreven door Lindh et al. 2011. De detectielimiet was 0,1 μg/L, zoals ook in andere studies is gerapporteerd.
De concentraties chlormequat in de urine worden uitgedrukt als μmol chlormequat/mol creatinine en omgerekend naar μg chlormequat/g creatinine zoals gerapporteerd in eerdere studies (vermenigvuldigen met 1,08).
Anresco Laboratories, LLC heeft voedselmonsters van haver (25 conventionele en 8 biologische) en tarwe (9 conventionele) getest op chlormequat (San Francisco, CA, VS). De monsters werden geanalyseerd met aanpassingen volgens gepubliceerde methoden. De LOD/LOQ voor havermonsters in 2022 en voor alle tarwe- en havermonsters in 2023 werden vastgesteld op respectievelijk 10/100 ppb en 3/40 ppb. Gedetailleerde informatie over de monsters is te vinden in Aanvullende Informatie Tabel S2.
De concentraties chlormequat in de urine werden gegroepeerd op geografische locatie en jaar van verzameling, met uitzondering van twee monsters die in 2017 in Maryland Heights, Missouri, werden verzameld. Deze monsters werden samengevoegd met andere monsters uit 2017 uit Charleston, South Carolina. Monsters met een concentratie onder de detectielimiet van chlormequat werden behandeld als percentage detectie gedeeld door de wortel van 2. De gegevens waren niet normaal verdeeld, daarom werden de niet-parametrische Kruskal-Wallis-test en de meervoudige vergelijkingstest van Dunn gebruikt om de medianen tussen groepen te vergelijken. Alle berekeningen werden uitgevoerd in GraphPad Prism (Boston, MA).
Chlormequat werd aangetroffen in 77 van de 96 urinemonsters, wat neerkomt op 80% van alle urinemonsters. Vergeleken met 2017 en de periode 2018-2022 werd chlormequat in de monsters van 2023 vaker aangetroffen: respectievelijk in 16 van de 23 monsters (of 69%) en 17 van de 23 monsters (of 74%), en in 45 van de 50 geteste monsters (oftewel 90%). Vóór 2023 waren de aangetroffen chlormequatconcentraties in beide groepen gelijk, terwijl de chlormequatconcentraties in de monsters van 2023 significant hoger waren dan in monsters uit voorgaande jaren (Figuur 1A,B). De detecteerbare concentratiebereiken voor de monsters uit 2017, 2018-2022 en 2023 waren respectievelijk 0,22 tot 5,4, 0,11 tot 4,3 en 0,27 tot 52,8 microgram chlormequat per gram creatinine. De mediane waarden voor alle monsters in 2017, 2018-2022 en 2023 zijn respectievelijk 0,46, 0,30 en 1,4. Deze gegevens suggereren dat de blootstelling kan aanhouden gezien de korte halfwaardetijd van chlormequat in het lichaam, met lagere blootstellingsniveaus tussen 2017 en 2022 en hogere blootstellingsniveaus in 2023.
De chlormequatconcentratie voor elk afzonderlijk urinemonster wordt weergegeven als één punt met balken boven het gemiddelde en foutbalken die de +/- standaardfout vertegenwoordigen. De chlormequatconcentraties in de urine worden uitgedrukt in mcg chlormequat per gram creatinine op een lineaire schaal (A) en een logaritmische schaal (B). Voor het testen van de statistische significantie werd gebruikgemaakt van de niet-parametrische Kruskal-Wallis variantieanalyse met de meervoudige vergelijkingstest van Dunn.
Voedselmonsters die in 2022 en 2023 in de Verenigde Staten werden gekocht, vertoonden aantoonbare hoeveelheden chlormequat in alle traditionele haverproducten, met uitzondering van twee, van de 25 onderzochte producten. De concentraties varieerden van niet aantoonbaar tot 291 µg/kg, wat wijst op de aanwezigheid van chlormequat in haver. Vegetariërs zijn er wijdverbreid. De monsters die in 2022 en 2023 werden verzameld, vertoonden vergelijkbare gemiddelde concentraties: respectievelijk 90 µg/kg en 114 µg/kg. Slechts één monster van de acht biologische haverproducten bevatte een aantoonbaar chlormequatgehalte van 17 µg/kg. We observeerden ook lagere concentraties chlormequat in twee van de negen geteste tarweproducten: respectievelijk 3,5 en 12,6 µg/kg (Tabel 2).
Dit is het eerste rapport over de meting van chlormequat in de urine van volwassenen die in de Verenigde Staten wonen en in populaties buiten het Verenigd Koninkrijk en Zweden. Trends in pesticidenbiomonitoring onder meer dan 1000 adolescenten in Zweden lieten een detectiepercentage van 100% zien voor chlormequat van 2000 tot 2017. De gemiddelde concentratie in 2017 was 0,86 microgram chlormequat per gram creatinine en lijkt in de loop der tijd te zijn afgenomen, met het hoogste gemiddelde niveau van 2,77 in 2009 [16]. In het Verenigd Koninkrijk vond biomonitoring een veel hogere gemiddelde chlormequatconcentratie van 15,1 microgram chlormequat per gram creatinine tussen 2011 en 2012, hoewel deze monsters werden verzameld bij mensen die in agrarische gebieden woonden. Er was geen verschil in blootstelling. Spuitincident[15]. Uit ons onderzoek onder de Amerikaanse steekproef van 2017 tot 2022 bleek dat de mediane waarden lager waren dan in eerdere onderzoeken in Europa, terwijl de mediane waarden in de steekproef van 2023 vergelijkbaar waren met die van de Zweedse steekproef, maar lager dan die van de Britse steekproef (Tabel 1).
Deze verschillen in blootstelling tussen regio's en tijdstippen kunnen een weerspiegeling zijn van verschillen in landbouwmethoden en de regelgeving rond chlormequat, die uiteindelijk de chlormequatconcentraties in voedingsproducten beïnvloeden. Zo waren de chlormequatconcentraties in urinemonsters in 2023 significant hoger dan in voorgaande jaren, wat mogelijk te maken heeft met veranderingen als gevolg van regelgevende maatregelen van de EPA met betrekking tot chlormequat (waaronder de chlormequatlimieten voor levensmiddelen in 2018). De Amerikaanse voedselvoorziening in de nabije toekomst zal hierdoor worden beïnvloed. De normen voor haverconsumptie zullen tegen 2020 worden verhoogd. Deze maatregelen maken de import en verkoop mogelijk van landbouwproducten die met chlormequat zijn behandeld, bijvoorbeeld uit Canada. De vertraging tussen de wetswijzigingen van de EPA en de verhoogde concentraties chlormequat die in 2023 in urinemonsters werden aangetroffen, kan worden verklaard door een aantal omstandigheden, zoals vertragingen bij de invoering van landbouwmethoden waarbij chlormequat wordt gebruikt, vertragingen bij Amerikaanse bedrijven in het sluiten van handelsakkoorden en vertragingen bij de aankoop van haver als gevolg van het opraken van oude voorraden en/of de langere houdbaarheid van haverproducten.
Om te bepalen of de concentraties die in Amerikaanse urinemonsters zijn waargenomen een weerspiegeling zijn van mogelijke blootstelling aan chlormequat via de voeding, hebben we de chlormequatconcentratie gemeten in haver- en tarweproducten die in 2022 en 2023 in de VS zijn gekocht. Haverproducten bevatten vaker chlormequat dan tarweproducten, en de hoeveelheid chlormequat in verschillende haverproducten varieert, met een gemiddelde van 104 ppb. Dit is mogelijk te wijten aan de aanvoer vanuit de Verenigde Staten en Canada, wat kan wijzen op verschillen in gebruik of niet-gebruik van producten gemaakt van met chlormequat behandelde haver. In tegenstelling hiermee is chlormequat in Britse voedselmonsters vaker aanwezig in tarweproducten zoals brood. Chlormequat werd aangetroffen in 90% van de monsters die tussen juli en september 2022 in het Verenigd Koninkrijk werden verzameld. De gemiddelde concentratie bedraagt 60 ppb. Op vergelijkbare wijze werd chlormequat ook aangetroffen in 82% van de Britse havermonsters met een gemiddelde concentratie van 1650 ppb, meer dan 15 keer hoger dan in Amerikaanse monsters, wat mogelijk de hogere urineconcentraties verklaart die in de Britse monsters werden waargenomen.
Onze biomonitoringsresultaten wijzen erop dat blootstelling aan chlormequat vóór 2018 heeft plaatsgevonden, hoewel de tolerantie voor chlormequat via de voeding nog niet is vastgesteld. Hoewel chlormequat in voedingsmiddelen in de Verenigde Staten niet wordt gecontroleerd en er geen historische gegevens zijn over de concentraties van chlormequat in in de Verenigde Staten verkochte voedingsmiddelen, vermoeden we, gezien de korte halfwaardetijd van chlormequat, dat deze blootstelling via de voeding is ontstaan. Bovendien vormen cholineprecursoren in tarweproducten en eipoeders van nature chlormequat bij hoge temperaturen, zoals die worden gebruikt in de voedselverwerking en -productie, wat resulteert in chlormequatconcentraties variërend van 5 tot 40 ng/g. Onze voedseltestresultaten geven aan dat sommige monsters, waaronder het biologische haverproduct, chlormequat bevatten in concentraties die vergelijkbaar zijn met die gerapporteerd in studies naar natuurlijk voorkomende chlormequat, terwijl veel andere monsters hogere concentraties chlormequat bevatten. De concentraties die we tot en met 2023 in urine hebben waargenomen, waren dus waarschijnlijk te wijten aan blootstelling aan chlormequat via de voeding, gegenereerd tijdens de voedselverwerking en -productie. De waargenomen concentraties in 2023 zijn waarschijnlijk te wijten aan blootstelling via de voeding aan spontaan geproduceerd chlormequat en geïmporteerde producten die in de landbouw met chlormequat zijn behandeld. Verschillen in blootstelling aan chlormequat tussen onze monsters kunnen ook te wijten zijn aan geografische locatie, verschillende voedingspatronen of beroepsmatige blootstelling aan chlormequat bij gebruik in kassen en kwekerijen.
Onze studie suggereert dat grotere steekproeven en een meer diverse steekproef van met chlormequat behandelde voedingsmiddelen nodig zijn om potentiële voedingsbronnen van chlormequat bij personen met een lage blootstelling volledig te evalueren. Toekomstige studies, waaronder analyses van historische urine- en voedselmonsters, vragenlijsten over voeding en beroep, continue monitoring van chlormequat in conventionele en biologische voedingsmiddelen in de Verenigde Staten, en biomonitoringsmonsters, zullen helpen om gemeenschappelijke factoren van chlormequatblootstelling in de Amerikaanse bevolking te achterhalen.
De kans op verhoogde concentraties chlormequat in urine- en voedselmonsters in de Verenigde Staten in de komende jaren moet nog worden vastgesteld. In de Verenigde Staten is chlormequat momenteel alleen toegestaan in geïmporteerde haver- en tarweproducten, maar het Environmental Protection Agency (EPA) onderzoekt momenteel het gebruik ervan in niet-biologische gewassen in de landbouw. Indien dergelijk binnenlands gebruik wordt goedgekeurd, in combinatie met het wijdverbreide gebruik van chlormequat in de landbouw in binnen- en buitenland, zouden de concentraties chlormequat in haver, tarwe en andere graanproducten verder kunnen stijgen, wat zou leiden tot een hogere blootstelling aan chlormequat. Totale Amerikaanse bevolking.
De huidige urinaire concentraties van chlormequat in dit en andere studies wijzen erop dat individuele donoren werden blootgesteld aan chlormequat in hoeveelheden die lager waren dan de gepubliceerde referentiedosis (RfD) van het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) (0,05 mg/kg lichaamsgewicht per dag), en dus aanvaardbaar zijn. De dagelijkse inname is vele malen lager dan de aanbevolen dagelijkse inname (ADI) van de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) (0,04 mg/kg lichaamsgewicht/dag). We merken echter op dat gepubliceerde toxicologische studies naar chlormequat suggereren dat een herziening van deze veiligheidsdrempels wellicht nodig is. Zo vertoonden muizen en varkens die werden blootgesteld aan doses onder de huidige RfD en ADI (respectievelijk 0,024 en 0,0023 mg/kg lichaamsgewicht/dag) een verminderde vruchtbaarheid. In een ander toxicologisch onderzoek leidde blootstelling tijdens de zwangerschap aan doses die overeenkomen met een niveau zonder waargenomen nadelige effecten (NOAEL) van 5 mg/kg (gebruikt voor de berekening van de referentiedosis van het Amerikaanse Environmental Protection Agency) tot veranderingen in de foetale groei en stofwisseling, evenals veranderingen in de lichaamssamenstelling. Dit werd waargenomen bij pasgeboren muizen. Bovendien houden wettelijke drempelwaarden geen rekening met de nadelige effecten van mengsels van chemicaliën die het voortplantingssysteem kunnen beïnvloeden. Deze mengsels blijken additieve of synergistische effecten te hebben bij lagere doses dan blootstelling aan de afzonderlijke chemicaliën, wat kan leiden tot potentiële gezondheidsproblemen. Er bestaan zorgen over de gevolgen van de huidige blootstellingsniveaus, met name voor mensen met hogere blootstellingsniveaus in de algemene bevolking in Europa en de VS.
Deze pilotstudie naar nieuwe chemische blootstellingen in de Verenigde Staten toont aan dat chlormequat aanwezig is in Amerikaanse voedingsmiddelen, voornamelijk in haverproducten, en ook in de meerderheid van de aangetroffen urinemonsters die zijn verzameld bij bijna 100 personen in de VS. Dit wijst op aanhoudende blootstelling aan chlormequat. Bovendien suggereren trends in deze gegevens dat de blootstellingsniveaus zijn toegenomen en mogelijk in de toekomst verder zullen toenemen. Gezien de toxicologische zorgen die gepaard gaan met blootstelling aan chlormequat in dierstudies, en de wijdverspreide blootstelling van de algemene bevolking aan chlormequat in Europese landen (en nu waarschijnlijk ook in de Verenigde Staten), in combinatie met epidemiologische en dierstudies, is er een dringende behoefte aan monitoring van chlormequat in voedsel en bij mensen. Het is belangrijk om de potentiële gezondheidsrisico's van deze landbouwchemische stof bij milieurelevante blootstellingsniveaus te begrijpen, met name tijdens de zwangerschap.
Geplaatst op: 29 mei 2024