Chloormequat is eenplantengroeiregulatorwaarvan het gebruik in graangewassen in Noord-Amerika toeneemt. Toxicologische studies hebben aangetoond dat blootstelling aan chloormequat de vruchtbaarheid kan verminderen en schadelijk kan zijn voor de zich ontwikkelende foetus bij doses die lager zijn dan de toegestane dagelijkse dosis die door regelgevende instanties is vastgesteld. Hier rapporteren we de aanwezigheid van chloormequat in urinemonsters verzameld van de Amerikaanse bevolking, met detectiepercentages van 69%, 74% en 90% in monsters verzameld in respectievelijk 2017, 2018-2022 en 2023. Van 2017 tot 2022 werden lage concentraties chloormequat in monsters aangetroffen en vanaf 2023 namen de chloormequatconcentraties in monsters aanzienlijk toe. We merkten ook op dat chloormequat vaker werd aangetroffen in haverproducten. Deze resultaten en de toxiciteitsgegevens voor chloormequat geven aanleiding tot bezorgdheid over de huidige blootstellingsniveaus en vragen om uitgebreidere toxiciteitstesten, voedselbewaking en epidemiologische studies om de impact van blootstelling aan chloormequat op de menselijke gezondheid te beoordelen.
Deze studie rapporteert de eerste detectie van chloormequat, een agrochemische stof met ontwikkelings- en reproductietoxiciteit, in de Amerikaanse bevolking en in de Amerikaanse voedselvoorziening. Hoewel vergelijkbare concentraties van de stof werden aangetroffen in urinemonsters van 2017 tot 2022, werden significant verhoogde concentraties aangetroffen in het monster van 2023. Dit werk onderstreept de noodzaak van bredere monitoring van chloormequat in voedsel- en menselijke monsters in de Verenigde Staten, evenals van toxicologie en toxicologie. Epidemiologische studies van chloormequat, aangezien deze stof een opkomende contaminant is met gedocumenteerde schadelijke gezondheidseffecten bij lage doses in dierstudies.
Chloormequat is een landbouwchemische stof die voor het eerst in 1962 in de Verenigde Staten werd geregistreerd als plantengroeiregulator. Hoewel het momenteel alleen is toegestaan voor gebruik op sierplanten in de Verenigde Staten, stond een besluit van het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) uit 2018 de import toe van voedselproducten (voornamelijk granen) die met chloormequat zijn behandeld [1]. In de EU, het VK en Canada is chloormequat goedgekeurd voor gebruik op voedselgewassen, voornamelijk tarwe, haver en gerst. Chloormequat kan de hoogte van de stengel verminderen, waardoor de kans kleiner wordt dat het gewas gedraaid raakt, wat de oogst bemoeilijkt. In het VK en de EU is chloormequat over het algemeen het meest gedetecteerde residu van pesticiden in granen en graansoorten, zoals gedocumenteerd in langetermijnmonitoringstudies [2, 3].
Hoewel chloormequat 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 chloormequat op reproductietoxiciteit en vruchtbaarheid werden voor het eerst beschreven in het begin van de jaren 1980 door Deense varkensboeren die een verminderde reproductieprestatie observeerden bij varkens die grootgebracht werden met met chloormequat behandeld graan. Deze observaties werden later onderzocht in gecontroleerde laboratoriumexperimenten met varkens en muizen, waarin vrouwelijke varkens die met chloormequat behandeld graan kregen, verstoringen vertoonden in oestruscycli en paring in vergelijking met controledieren die een dieet zonder chloormequat kregen. Bovendien vertoonden mannelijke muizen die tijdens de ontwikkeling via voedsel of drinkwater aan chloormequat werden blootgesteld, een verminderd vermogen om sperma in vitro te bevruchten. Recente studies naar reproductietoxiciteit van chloormequat hebben aangetoond dat blootstelling van ratten aan chloormequat tijdens gevoelige periodes van ontwikkeling, waaronder zwangerschap en vroege leven, resulteerde in een vertraagde puberteit, verminderde spermamotiliteit, verminderd gewicht van mannelijke voortplantingsorganen en verlaagde testosteronspiegels. Ontwikkelingstoxiciteitsstudies geven ook aan dat blootstelling aan chloormequat tijdens de zwangerschap foetale groei en metabolische afwijkingen kan veroorzaken. Andere studies hebben geen effect van chloormequat op de voortplantingsfunctie bij vrouwelijke muizen en mannelijke varkens gevonden, en geen enkele daaropvolgende studie heeft een effect van chloormequat op de vruchtbaarheid van mannelijke muizen die tijdens de ontwikkeling en postnatale periode aan chloormequat werden blootgesteld, gevonden. Dubbelzinnige gegevens over chloormequat in de toxicologische literatuur kunnen te wijten zijn aan verschillen in testdoses en metingen, evenals de keuze van modelorganismen en het geslacht van proefdieren. Daarom is verder onderzoek gerechtvaardigd.
Hoewel recente toxicologische studies effecten van chloormequat op ontwikkeling, voortplanting en het endocriene systeem hebben aangetoond, zijn de mechanismen waarmee deze toxicologische effecten optreden onbekend. Sommige studies suggereren dat chloormequat mogelijk niet werkt via goed gedefinieerde mechanismen van hormoonverstorende chemicaliën, waaronder oestrogeen- of androgeenreceptoren, en dat het de aromataseactiviteit niet verandert. Ander bewijs suggereert dat chloormequat bijwerkingen kan veroorzaken door de steroïdebiosynthese te veranderen en endoplasmatisch reticulumstress te veroorzaken.
Hoewel chloormequat alomtegenwoordig is in gangbare Europese voedingsmiddelen, is het aantal biomonitoringstudies die de menselijke blootstelling aan chloormequat beoordelen relatief klein. Chloormequat 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. In monsters van de algemene bevolking uit het VK en Zweden werd chloormequat in de urine van bijna 100% van de studiedeelnemers aangetroffen in aanzienlijk hogere frequenties en concentraties dan andere pesticiden zoals chloorpyrifos, pyrethroïden, thiabendazol en mancozebmetabolieten. Studies bij varkens hebben aangetoond dat chloormequat ook in serum kan worden aangetroffen en in melk kan worden overgebracht, maar deze matrices zijn niet onderzocht bij mensen of andere experimentele diermodellen, hoewel de aanwezigheid ervan in serum en melk mogelijk verband houdt met reproductieve schade door de chemicaliën. Er zijn belangrijke effecten van blootstelling tijdens de zwangerschap en bij zuigelingen.
In april 2018 kondigde de Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) acceptabele voedseltolerantieniveaus aan voor chloormequat in geïmporteerde haver, tarwe, gerst en bepaalde dierlijke producten, waardoor chloormequat in de Amerikaanse voedselvoorziening kon worden geïmporteerd. Het toegestane havergehalte werd vervolgens in 2020 verhoogd. Om de impact van deze beslissingen op het voorkomen en de prevalentie van chloormequat onder de Amerikaanse volwassen bevolking te karakteriseren, werd in deze pilotstudie de hoeveelheid chloormequat in de urine van mensen uit drie geografische regio's in de VS gemeten van 2017 tot 2023 en opnieuw in 2022. Ook werd het chloormequatgehalte gemeten van haver- en tarweproducten die in 2023 in de Verenigde Staten werden gekocht.
Monsters verzameld in drie geografische regio's tussen 2017 en 2023 werden gebruikt om de urineconcentratie van chloormequat bij inwoners van de VS te meten. Eenentwintig urinemonsters werden verzameld van geanonimiseerde zwangere vrouwen die tijdens de bevalling toestemming gaven 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, vervolgens gealiquoteerd en ingevroren bij -80 °C. Vijfentwintig urinemonsters van volwassenen werden in november 2022 gekocht bij Lee Biosolutions, Inc (Maryland Heights, MO, VS). Dit komt overeen met één monster verzameld tussen oktober 2017 en september 2022 en werd verzameld van vrijwilligers (13 mannen en 12 vrouwen). ) in bruikleen gegeven aan de collectie van Maryland Heights, Missouri. De monsters werden direct na afname bewaard bij -20 °C. Daarnaast werden in juni 2023 50 urinemonsters van vrijwilligers uit Florida (25 mannen, 25 vrouwen) aangekocht 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. De leverancier verkreeg de benodigde IRB-goedkeuring voor de verwerking van menselijke monsters en gaf toestemming voor de monsterafname. In geen van de geteste monsters werden persoonlijke gegevens verstrekt. Alle monsters werden ingevroren verzonden voor analyse. Gedetailleerde monsterinformatie is te vinden in tabel S1 met ondersteunende informatie.
De kwantificering van chloormequat in menselijke 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 gewijzigd in 2011). Kort gezegd werden de 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, vervolgens 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 met een stroomsnelheid van 0,2 ml/min. Reactie-overgangen geselecteerd met behulp van massaspectrometrie werden beschreven door Lindh et al. (2011). De detectielimiet was 0,1 μg/l, zoals gerapporteerd in andere studies.
De concentraties chloormequat in urine worden uitgedrukt als μmol chloormequat/mol creatinine en omgerekend naar μg chloormequat/g creatinine, zoals gerapporteerd in eerdere onderzoeken (vermenigvuldig met 1,08).
Anresco Laboratories, LLC testte voedselmonsters van haver (25 conventionele en 8 biologische) en tarwe (9 conventionele) op chloormequat (San Francisco, CA, VS). De monsters werden geanalyseerd met aanpassingen volgens gepubliceerde methoden [19]. 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 monsterinformatie is te vinden in tabel S2 met ondersteunende informatie.
De concentraties chloormequat in de urine werden gegroepeerd op geografische locatie en jaar van verzameling, met uitzondering van twee monsters verzameld in 2017 in Maryland Heights, Missouri, die werden gegroepeerd met andere monsters uit 2017 in Charleston, South Carolina. Monsters onder de detectielimiet van chloormequat werden behandeld als percentage detectie gedeeld door de wortel van 2. De gegevens waren niet normaal verdeeld, dus de niet-parametrische Kruskal-Wallis-toets en de meervoudige vergelijkingstoets van Dunn werden gebruikt om de medianen tussen de groepen te vergelijken. Alle berekeningen werden uitgevoerd in GraphPad Prism (Boston, MA).
Chloormequat werd aangetroffen in 77 van de 96 urinemonsters, wat neerkomt op 80% van alle urinemonsters. Vergeleken met de jaren 2017 en 2018-2022 werden de monsters uit 2023 vaker aangetroffen: respectievelijk 16 van de 23 monsters (of 69%) en 17 van de 23 monsters (of 74%), en 45 van de 50 monsters (of 90%) werden getest (tabel 1). Vóór 2023 waren de aangetroffen chloormequatconcentraties in beide groepen gelijk, terwijl de aangetroffen chloormequatconcentraties in de monsters uit 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 chloormequat per gram creatinine. De mediaanwaarden voor alle monsters in 2017, 2018-2022 en 2023 zijn respectievelijk 0,46, 0,30 en 1,4. Deze gegevens suggereren dat de blootstelling mogelijk aanhoudt, gezien de korte halfwaardetijd van chloormequat in het lichaam, met lagere blootstellingsniveaus tussen 2017 en 2022 en hogere blootstellingsniveaus in 2023.
De chloormequatconcentratie in elk individueel urinemonster wordt weergegeven als één punt met balken boven het gemiddelde en balken die de +/- standaardafwijking aangeven. De chloormequatconcentraties in de urine worden uitgedrukt in mcg chloormequat per gram creatinine op een lineaire en een logaritmische schaal. De niet-parametrische Kruskal-Wallis variantieanalyse met Dunn's meervoudige vergelijkingstoets werd gebruikt om de statistische significantie te testen.
Voedselmonsters die in 2022 en 2023 in de Verenigde Staten werden gekocht, vertoonden detecteerbare niveaus van chloormequat in alle 25 traditionele haverproducten, op twee na, met concentraties variërend van ondetecteerbaar tot 291 μg/kg, wat wijst op chloormequat in haver. Vegetarisme komt veel voor. Monsters verzameld in 2022 en 2023 hadden vergelijkbare gemiddelde niveaus: respectievelijk 90 µg/kg en 114 µg/kg. Slechts één monster van acht biologische haverproducten had een detecteerbaar chloormequatgehalte van 17 µg/kg. We observeerden ook lagere concentraties chloormequat in twee van de negen geteste tarweproducten: respectievelijk 3,5 en 12,6 μg/kg.
Dit is het eerste rapport van de meting van chloormequat in urine bij volwassenen die in de Verenigde Staten wonen en bij populaties buiten het Verenigd Koninkrijk en Zweden. Trends in pesticidebiomonitoring onder meer dan 1000 adolescenten in Zweden registreerden een detectiepercentage van 100% voor chloormequat van 2000 tot 2017. De gemiddelde concentratie in 2017 was 0,86 microgram chloormequat per gram creatinine en lijkt in de loop van de tijd te zijn afgenomen, met het hoogste gemiddelde niveau van 2,77 in 2009. In het VK vond biomonitoring een veel hogere gemiddelde chloormequatconcentratie van 15,1 microgram chloormequat per gram creatinine tussen 2011 en 2012, hoewel deze monsters werden verzameld van mensen die in landbouwgebieden woonden. Er was geen verschil in blootstelling. Spuitincident[15]. Uit ons onderzoek van de Amerikaanse steekproef van 2017 tot 2022 bleek dat de mediane niveaus lager waren dan in eerdere onderzoeken in Europa. In de steekproef van 2023 waren de mediane niveaus echter vergelijkbaar met die van de Zweedse steekproef, maar lager dan die van de Britse steekproef.
Deze verschillen in blootstelling tussen regio's en tijdstippen kunnen verschillen in landbouwpraktijken en de wettelijke status van chloormequat weerspiegelen, die uiteindelijk de niveaus van chloormequat in voedselproducten beïnvloeden. Zo waren de chloormequatconcentraties in urinemonsters in 2023 aanzienlijk hoger in vergelijking met voorgaande jaren, wat veranderingen kan weerspiegelen met betrekking tot de regelgevende maatregelen van de EPA met betrekking tot chloormequat (inclusief chloormequatvoedsellimieten in 2018). Amerikaanse voedselvoorraden in de nabije toekomst. Verhoging van de normen voor haverconsumptie tegen 2020. Deze maatregelen maken de import en verkoop mogelijk van landbouwproducten die bijvoorbeeld met chloormequat zijn behandeld uit Canada. De vertraging tussen de regelgevende wijzigingen van de EPA en de verhoogde concentraties chloormequat die in 2023 in urinemonsters werden aangetroffen, kan worden verklaard door een aantal omstandigheden, zoals vertragingen bij de invoering van landbouwpraktijken die chloormequat gebruiken, vertragingen bij Amerikaanse bedrijven bij het onderhandelen over handelsovereenkomsten en particulieren. ondervinden vertragingen bij de inkoop van haver omdat de voorraden van oude producten opraken en/of omdat haverproducten langer houdbaar zijn.
Om te bepalen of de concentraties die in Amerikaanse urinemonsters zijn waargenomen een mogelijke blootstelling aan chloormequat via de voeding weerspiegelen, hebben we chloormequat gemeten in haver- en tarweproducten die in 2022 en 2023 in de VS zijn gekocht. Haverproducten bevatten vaker chloormequat dan tarweproducten, en de hoeveelheid chloormequat in verschillende haverproducten varieert, met een gemiddeld niveau van 104 ppb, mogelijk als gevolg van aanvoer uit de Verenigde Staten en Canada, wat kan wijzen op verschillen in gebruik of niet-gebruik tussen producten die zijn geproduceerd met haver die met chloormequat is behandeld. In Britse voedselmonsters daarentegen komt chloormequat vaker voor in tarweproducten zoals brood. In 90% van de monsters die tussen juli en september 2022 in het VK zijn verzameld, is chloormequat aangetroffen. De gemiddelde concentratie is 60 ppb. Op vergelijkbare wijze werd chloormequat aangetroffen in 82% van de havermonsters in het Verenigd Koninkrijk, met een gemiddelde concentratie van 1650 ppb. Dat is meer dan 15 keer hoger dan in de Amerikaanse monsters, wat de hogere concentraties in de urine in de Britse monsters kan verklaren.
Onze biomonitoringresultaten geven aan dat blootstelling aan chloormequat vóór 2018 plaatsvond, hoewel de voedingstolerantie voor chloormequat nog niet is vastgesteld. Hoewel chloormequat in de Verenigde Staten niet wordt gereguleerd in levensmiddelen en er geen historische gegevens zijn over de concentraties chloormequat in levensmiddelen die in de Verenigde Staten worden verkocht, vermoeden we, gezien de korte halfwaardetijd van chloormequat, dat deze blootstelling via de voeding kan plaatsvinden. Bovendien vormen cholineprecursoren in tarweproducten en eipoeders van nature chloormequat bij hoge temperaturen, zoals die worden gebruikt in voedselverwerking en -productie, wat resulteert in chloormequatconcentraties variërend van 5 tot 40 ng/g. Onze voedseltestresultaten geven aan dat sommige monsters, waaronder het biologische haverproduct, chloormequat bevatten in concentraties die vergelijkbaar zijn met die gerapporteerd in studies naar natuurlijk voorkomend chloormequat, terwijl veel andere monsters hogere concentraties chloormequat bevatten. De concentraties die we tot 2023 in urine observeerden, waren dus waarschijnlijk te wijten aan blootstelling aan chloormequat via de voeding, gegenereerd tijdens voedselverwerking en -productie. De waargenomen niveaus in 2023 zijn waarschijnlijk te wijten aan blootstelling via de voeding aan spontaan geproduceerde chloormequat en geïmporteerde producten die in de landbouw met chloormequat zijn behandeld. Verschillen in blootstelling aan chloormequat tussen onze monsters kunnen ook te wijten zijn aan geografische locatie, verschillende voedingspatronen of beroepsmatige blootstelling aan chloormequat bij gebruik in kassen en kwekerijen.
Onze studie suggereert dat grotere steekproeven en een meer diverse steekproef van met chloormequat behandelde voedingsmiddelen nodig zijn om potentiële voedingsbronnen van chloormequat bij personen met een lage blootstelling volledig te evalueren. Toekomstige studies, waaronder analyse van historische urine- en voedselmonsters, voedings- en beroepsvragenlijsten, voortdurende monitoring van chloormequat in conventionele en biologische voedingsmiddelen in de Verenigde Staten, en biomonitoringmonsters, zullen helpen bij het verhelderen van gemeenschappelijke factoren van blootstelling aan chloormequat in de Amerikaanse bevolking.
De waarschijnlijkheid van verhoogde chloormequatgehaltes in urine- en voedselmonsters in de Verenigde Staten in de komende jaren moet nog worden vastgesteld. In de Verenigde Staten is chloormequat momenteel alleen toegestaan in geïmporteerde haver- en tarweproducten, maar de Environmental Protection Agency (EPA) overweegt momenteel het gebruik ervan in de landbouw in binnenlandse niet-biologische gewassen. Als dergelijk binnenlands gebruik wordt goedgekeurd in combinatie met de wijdverbreide landbouwpraktijk van chloormequat in het buitenland en in eigen land, zouden de chloormequatgehaltes in haver, tarwe en andere graanproducten kunnen blijven stijgen, wat leidt tot hogere blootstelling aan chloormequat. Totale Amerikaanse bevolking.
De huidige concentraties chloormequat in de urine van deze en andere studies geven aan dat individuele donoren werden blootgesteld aan chloormequat in concentraties die lager waren dan de gepubliceerde referentiedosis (RfD) van het Amerikaanse Environmental Protection Agency (0,05 mg/kg lichaamsgewicht per dag) en daarom acceptabel zijn. De dagelijkse inname is enkele ordes van grootte lager dan de innamewaarde die is gepubliceerd door de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (ADI) (0,04 mg/kg lichaamsgewicht/dag). We merken echter op dat gepubliceerde toxicologische studies met chloormequat suggereren dat herevaluatie van deze veiligheidsdrempels mogelijk noodzakelijk 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 resulteerde blootstelling tijdens de zwangerschap aan doses equivalent aan een no-observed adverse effect level (NOAEL) van 5 mg/kg (gebruikt om de referentiedosis van het Amerikaanse Environmental Protection Agency te berekenen) in veranderingen in de groei en het metabolisme van de foetus, evenals veranderingen in de lichaamssamenstelling. Neonatale muizen. Bovendien houden de wettelijke drempelwaarden geen rekening met de schadelijke effecten van mengsels van chemicaliën die het voortplantingssysteem kunnen beïnvloeden, waarvan is aangetoond dat ze additieve of synergetische effecten hebben bij doses die lager zijn dan blootstelling aan individuele chemicaliën, waardoor potentiële problemen met de reproductieve gezondheid kunnen ontstaan. gezondheid. Zorgen over de gevolgen die verband houden met de huidige blootstellingsniveaus, met name voor degenen met hogere blootstellingsniveaus in de algemene bevolking in Europa en de VS.
Deze pilotstudie naar blootstelling aan nieuwe chemicaliën in de Verenigde Staten toont aan dat chloormequat aanwezig is in Amerikaanse voedingsmiddelen, voornamelijk in haverproducten, en in de meeste gedetecteerde urinemonsters van bijna 100 mensen in de VS, wat wijst op aanhoudende blootstelling aan chloormequat. Bovendien suggereren trends in deze gegevens dat de blootstellingsniveaus zijn toegenomen en in de toekomst mogelijk verder zullen stijgen. Gezien de toxicologische zorgen die gepaard gaan met blootstelling aan chloormequat in dierstudies en de wijdverbreide blootstelling van de algemene bevolking aan chloormequat 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 chloormequat in voedsel en bij mensen. Het is belangrijk om de potentiële gezondheidsrisico's van deze landbouwchemische stof te begrijpen bij blootstellingsniveaus die significant zijn voor het milieu, met name tijdens de zwangerschap.
Plaatsingstijd: 04-06-2024