Il clormequat è un regolatore della crescita vegetale il cui utilizzo nelle colture cerealicole è in aumento in Nord America. Studi tossicologici hanno dimostrato che l'esposizione al clormequat può ridurre la fertilità e causare danni al feto in via di sviluppo a dosi inferiori alla dose giornaliera consentita stabilita dalle autorità di regolamentazione. In questo studio, riportiamo la presenza di clormequat in campioni di urina raccolti dalla popolazione statunitense, con tassi di rilevamento del 69%, 74% e 90% nei campioni raccolti rispettivamente nel 2017, 2018-2022 e 2023. Dal 2017 al 2022, sono state rilevate basse concentrazioni di clormequat nei campioni, mentre dal 2023 le concentrazioni di clormequat nei campioni sono aumentate significativamente. Abbiamo anche notato che il clormequat è stato riscontrato con maggiore frequenza nei prodotti a base di avena. Questi risultati e i dati sulla tossicità del clormequat sollevano preoccupazioni circa gli attuali livelli di esposizione e richiedono test di tossicità più approfonditi, sorveglianza alimentare e studi epidemiologici per valutare l'impatto dell'esposizione al clormequat sulla salute umana.
Questo studio riporta la prima rilevazione di clormequat, un agrofarmaco con tossicità per lo sviluppo e la riproduzione, nella popolazione statunitense e nella catena alimentare degli Stati Uniti. Mentre livelli simili della sostanza chimica sono stati riscontrati nei campioni di urina dal 2017 al 2022, livelli significativamente più elevati sono stati rilevati nel campione del 2023. Questo lavoro evidenzia la necessità di un monitoraggio più ampio del clormequat negli alimenti e nei campioni umani negli Stati Uniti, nonché di studi tossicologici ed epidemiologici sul clormequat, poiché questa sostanza chimica è un contaminante emergente con effetti avversi sulla salute documentati a basse dosi negli studi sugli animali.
Il clormequat è un prodotto fitosanitario registrato per la prima volta negli Stati Uniti nel 1962 come regolatore della crescita delle piante. Sebbene attualmente sia consentito solo l'uso su piante ornamentali negli Stati Uniti, una decisione dell'Agenzia per la Protezione Ambientale (EPA) del 2018 ha autorizzato l'importazione di prodotti alimentari (principalmente cereali) trattati con clormequat. Nell'UE, nel Regno Unito e in Canada, il clormequat è approvato per l'uso su colture alimentari, principalmente grano, avena e orzo. Il clormequat può ridurre l'altezza dello stelo, diminuendo così la probabilità che la coltura si attorcigli, rendendo difficile la raccolta. Nel Regno Unito e nell'UE, il clormequat è generalmente il residuo di pesticida più frequentemente rilevato nei cereali e nei legumi, come documentato da studi di monitoraggio a lungo termine.
Sebbene il clormequat sia approvato per l'uso sulle colture in alcune parti d'Europa e del Nord America, presenta proprietà tossicologiche, come dimostrato da studi sperimentali su animali, sia storici che recenti. Gli effetti dell'esposizione al clormequat sulla tossicità riproduttiva e sulla fertilità furono descritti per la prima volta all'inizio degli anni '80 da allevatori di suini danesi che osservarono una riduzione delle prestazioni riproduttive nei suini alimentati con cereali trattati con clormequat. Queste osservazioni furono successivamente esaminate in esperimenti di laboratorio controllati su suini e topi, nei quali le scrofe alimentate con cereali trattati con clormequat mostravano disturbi nei cicli estrali e nell'accoppiamento rispetto agli animali di controllo alimentati con una dieta priva di clormequat. Inoltre, i topi maschi esposti al clormequat attraverso il cibo o l'acqua potabile durante lo sviluppo mostravano una ridotta capacità di fecondare lo sperma in vitro. Recenti studi sulla tossicità riproduttiva del clormequat hanno dimostrato che l'esposizione dei ratti al clormequat durante periodi sensibili dello sviluppo, tra cui la gravidanza e le prime fasi di vita, ha causato un ritardo della pubertà, una diminuzione della motilità spermatica, una riduzione del peso degli organi riproduttivi maschili e una diminuzione dei livelli di testosterone. Studi sulla tossicità dello sviluppo indicano inoltre che l'esposizione al clormequat durante la gravidanza può causare anomalie nella crescita fetale e nel metabolismo. Altri studi non hanno riscontrato alcun effetto del clormequat sulla funzione riproduttiva nei topi femmina e nei suini maschi, e nessuno studio successivo ha rilevato un effetto del clormequat sulla fertilità dei topi maschi esposti al clormequat durante lo sviluppo e la vita postnatale. I dati equivoci sul clormequat nella letteratura tossicologica potrebbero essere dovuti a differenze nelle dosi di prova e nelle misurazioni, nonché alla scelta degli organismi modello e al sesso degli animali sperimentali. Pertanto, sono necessarie ulteriori indagini.
Sebbene recenti studi tossicologici abbiano dimostrato effetti del clormequat sullo sviluppo, sulla riproduzione e sul sistema endocrino, i meccanismi attraverso i quali si verificano tali effetti non sono chiari. Alcuni studi suggeriscono che il clormequat potrebbe non agire attraverso meccanismi ben definiti tipici degli interferenti endocrini, inclusi i recettori degli estrogeni o degli androgeni, e non alterare l'attività dell'aromatasi. Altre evidenze suggeriscono che il clormequat possa causare effetti collaterali alterando la biosintesi degli steroidi e provocando stress del reticolo endoplasmatico.
Sebbene il clormequat sia onnipresente negli alimenti comuni europei, il numero di studi di biomonitoraggio che valutano l'esposizione umana al clormequat è relativamente piccolo. Il clormequat ha una breve emivita nell'organismo, circa 2-3 ore, e negli studi che coinvolgono volontari umani, la maggior parte delle dosi sperimentali è stata eliminata dall'organismo entro 24 ore [14]. In campioni di popolazione generale provenienti dal Regno Unito e dalla Svezia, il clormequat è stato rilevato nelle urine di quasi il 100% dei partecipanti allo studio con frequenze e concentrazioni significativamente più elevate rispetto ad altri pesticidi come clorpirifos, piretroidi, tiabendazolo e metaboliti del mancozeb. Studi sui suini hanno dimostrato che il clormequat può essere rilevato anche nel siero e trasferito nel latte, ma queste matrici non sono state studiate nell'uomo o in altri modelli animali sperimentali, sebbene possano esserci tracce di clormequat nel siero e nel latte associate a danni riproduttivi. Esistono importanti effetti dell'esposizione durante la gravidanza e nei neonati.
Nell'aprile 2018, l'Agenzia per la Protezione Ambientale degli Stati Uniti (EPA) ha annunciato i livelli di tolleranza accettabili per il clormequat negli alimenti importati, come avena, grano, orzo e alcuni prodotti di origine animale, consentendo l'importazione di clormequat nella catena alimentare statunitense. Il contenuto consentito di clormequat nell'avena è stato successivamente aumentato nel 2020. Per caratterizzare l'impatto di queste decisioni sulla presenza e la prevalenza del clormequat nella popolazione adulta statunitense, questo studio pilota ha misurato la quantità di clormequat nelle urine di persone provenienti da tre regioni geografiche degli Stati Uniti dal 2017 al 2023 e nuovamente nel 2022, nonché il contenuto di clormequat nei prodotti a base di avena e grano acquistati negli Stati Uniti nel 2023.
Campioni raccolti in tre regioni geografiche tra il 2017 e il 2023 sono stati utilizzati per misurare i livelli urinari di clormequat nei residenti degli Stati Uniti. Ventuno campioni di urina sono stati raccolti da donne in gravidanza anonimizzate che hanno dato il loro consenso al momento del parto, secondo un protocollo approvato nel 2017 dall'Institutional Review Board (IRB) della Medical University of South Carolina (MUSC, Charleston, SC, USA). I campioni sono stati conservati a 4 °C per un massimo di 4 ore, quindi suddivisi in aliquote e congelati a -80 °C. Venticinque campioni di urina di adulti sono stati acquistati da Lee Biosolutions, Inc (Maryland Heights, MO, USA) nel novembre 2022, rappresentando un singolo campione raccolto tra ottobre 2017 e settembre 2022, e sono stati raccolti da volontari (13 uomini e 12 donne). ) in prestito alla collezione di Maryland Heights, Missouri. I campioni sono stati conservati a -20 °C immediatamente dopo la raccolta. Inoltre, 50 campioni di urina raccolti da volontari della Florida (25 uomini, 25 donne) nel giugno 2023 sono stati acquistati da BioIVT, LLC (Westbury, NY, USA). I campioni sono stati conservati a 4 °C fino al momento della raccolta, dopodiché sono stati suddivisi in aliquote e congelati a -20 °C. L'azienda fornitrice ha ottenuto la necessaria approvazione del comitato etico per il trattamento dei campioni umani e il consenso alla raccolta dei campioni. Nessuna informazione personale è stata fornita in alcuno dei campioni analizzati. Tutti i campioni sono stati inviati congelati per l'analisi. Informazioni dettagliate sui campioni sono disponibili nella Tabella S1 delle Informazioni supplementari.
La quantificazione del clormequat in campioni di urina umana è stata determinata mediante LC-MS/MS presso l'HSE Research Laboratory (Buxton, Regno Unito) secondo il metodo pubblicato da Lindh et al., leggermente modificato nel 2011. In breve, i campioni sono stati preparati miscelando 200 μl di urina non filtrata con 1,8 ml di acetato di ammonio 0,01 M contenente standard interno. Il campione è stato quindi estratto utilizzando una colonna HCX-Q, condizionata prima con metanolo, poi con acetato di ammonio 0,01 M, lavata con acetato di ammonio 0,01 M ed eluita con acido formico all'1% in metanolo. I campioni sono stati quindi caricati su una colonna LC C18 (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, Regno Unito) e separati utilizzando una fase mobile isocratica composta da acido formico allo 0,1%:metanolo 80:20 a una velocità di flusso di 0,2 ml/min. Le transizioni di reazione selezionate mediante spettrometria di massa sono state descritte da Lindh et al. 2011. Il limite di rilevabilità era di 0,1 μg/L, come riportato in altri studi.
Le concentrazioni urinarie di clormequat sono espresse in μmol di clormequat/mol di creatinina e convertite in μg di clormequat/g di creatinina come riportato in studi precedenti (moltiplicando per 1,08).
Anresco Laboratories, LLC ha analizzato campioni alimentari di avena (25 convenzionali e 8 biologici) e grano (9 convenzionali) per la presenza di clormequat (San Francisco, CA, USA). I campioni sono stati analizzati con alcune modifiche rispetto ai metodi pubblicati. I limiti di rilevabilità (LOD) e di quantificazione (LOQ) per i campioni di avena nel 2022 e per tutti i campioni di grano e avena nel 2023 sono stati fissati rispettivamente a 10/100 ppb e 3/40 ppb. Informazioni dettagliate sui campioni sono disponibili nella Tabella S2 delle Informazioni supplementari.
Le concentrazioni urinarie di clormequat sono state raggruppate per posizione geografica e anno di raccolta, ad eccezione di due campioni raccolti nel 2017 a Maryland Heights, Missouri, che sono stati raggruppati con altri campioni del 2017 provenienti da Charleston, Carolina del Sud. I campioni con concentrazioni inferiori al limite di rilevabilità del clormequat sono stati trattati come percentuale di rilevabilità divisa per la radice quadrata di 2. Poiché i dati non presentavano una distribuzione normale, sono stati utilizzati il test non parametrico di Kruskal-Wallis e il test di confronto multiplo di Dunn per confrontare le mediane tra i gruppi. Tutti i calcoli sono stati eseguiti con GraphPad Prism (Boston, MA).
Il clormequat è stato rilevato in 77 dei 96 campioni di urina, pari all'80% di tutti i campioni di urina. Rispetto al 2017 e al periodo 2018-2022, i campioni del 2023 sono stati rilevati con maggiore frequenza: 16 campioni su 23 (ovvero il 69%) e 17 campioni su 23 (ovvero il 74%), rispettivamente, e 45 campioni su 50 (ovvero il 90%). Prima del 2023, le concentrazioni di clormequat rilevate nei due gruppi erano equivalenti, mentre le concentrazioni di clormequat rilevate nei campioni del 2023 erano significativamente più elevate rispetto ai campioni degli anni precedenti (Figura 1A,B). Le concentrazioni rilevabili nei campioni del 2017, 2018-2022 e 2023 erano rispettivamente comprese tra 0,22 e 5,4, tra 0,11 e 4,3 e tra 0,27 e 52,8 microgrammi di clormequat per grammo di creatinina. I valori mediani per tutti i campioni nel 2017, 2018-2022 e 2023 sono rispettivamente 0,46, 0,30 e 1,4. Questi dati suggeriscono che l'esposizione potrebbe continuare, data la breve emivita del clormequat nell'organismo, con livelli di esposizione inferiori tra il 2017 e il 2022 e livelli di esposizione superiori nel 2023.
La concentrazione di clormequat per ciascun campione di urina è presentata come un singolo punto con barre sopra la media e barre di errore che rappresentano +/- errore standard. Le concentrazioni urinarie di clormequat sono espresse in mcg di clormequat per grammo di creatinina su una scala lineare (A) e su una scala logaritmica (B). Per verificare la significatività statistica è stata utilizzata l'analisi della varianza non parametrica di Kruskal-Wallis con il test di confronto multiplo di Dunn.
I campioni alimentari acquistati negli Stati Uniti nel 2022 e nel 2023 hanno mostrato livelli rilevabili di clormequat in tutti tranne due dei 25 prodotti tradizionali a base di avena, con concentrazioni che andavano da valori non rilevabili a 291 μg/kg, indicando la presenza di clormequat nell'avena. La prevalenza del vegetarianismo è elevata. I campioni raccolti nel 2022 e nel 2023 presentavano livelli medi simili: rispettivamente 90 µg/kg e 114 µg/kg. Solo un campione di otto prodotti biologici a base di avena presentava un contenuto rilevabile di clormequat pari a 17 µg/kg. Abbiamo inoltre osservato concentrazioni inferiori di clormequat in due dei nove prodotti a base di grano testati: rispettivamente 3,5 e 12,6 μg/kg (Tabella 2).
Questo è il primo rapporto sulla misurazione del clormequat urinario negli adulti che vivono negli Stati Uniti e nelle popolazioni al di fuori del Regno Unito e della Svezia. Le tendenze del biomonitoraggio dei pesticidi tra più di 1.000 adolescenti in Svezia hanno registrato un tasso di rilevamento del 100% per il clormequat dal 2000 al 2017. La concentrazione media nel 2017 era di 0,86 microgrammi di clormequat per grammo di creatinina e sembra essere diminuita nel tempo, con il livello medio più alto pari a 2,77 nel 2009 [16]. Nel Regno Unito, il biomonitoraggio ha rilevato una concentrazione media di clormequat molto più elevata di 15,1 microgrammi di clormequat per grammo di creatinina tra il 2011 e il 2012, sebbene questi campioni siano stati raccolti da persone che vivono in aree agricole. Non c'era alcuna differenza nell'esposizione. Incidente di irrorazione[15]. Il nostro studio sul campione statunitense dal 2017 al 2022 ha rilevato livelli mediani inferiori rispetto a studi precedenti in Europa, mentre nel campione del 2023 i livelli mediani erano paragonabili a quelli del campione svedese ma inferiori a quelli del campione del Regno Unito (Tabella 1).
Queste differenze di esposizione tra regioni e periodi di tempo possono riflettere differenze nelle pratiche agricole e nello stato normativo del clormequat, che in definitiva influenzano i livelli di clormequat nei prodotti alimentari. Ad esempio, le concentrazioni di clormequat nei campioni di urina erano significativamente più elevate nel 2023 rispetto agli anni precedenti, il che potrebbe riflettere cambiamenti legati alle azioni normative dell'EPA relative al clormequat (inclusi i limiti alimentari per il clormequat nel 2018). Approvvigionamento alimentare statunitense nel prossimo futuro. Innalzamento degli standard di consumo di avena entro il 2020. Queste azioni consentono l'importazione e la vendita di prodotti agricoli trattati con clormequat, ad esempio, dal Canada. Il ritardo tra le modifiche normative dell'EPA e le elevate concentrazioni di clormequat riscontrate nei campioni di urina nel 2023 può essere spiegato da una serie di circostanze, come i ritardi nell'adozione di pratiche agricole che utilizzano il clormequat, i ritardi da parte delle aziende statunitensi nella conclusione di accordi commerciali e anche i ritardi nell'acquisto di avena dovuti all'esaurimento delle scorte di prodotti vecchi e/o alla maggiore durata di conservazione dei prodotti a base di avena.
Per determinare se le concentrazioni osservate nei campioni di urina statunitensi riflettano una potenziale esposizione alimentare al clormequat, abbiamo misurato il clormequat in prodotti a base di avena e grano acquistati negli Stati Uniti nel 2022 e nel 2023. I prodotti a base di avena contengono clormequat più frequentemente rispetto a quelli a base di grano, e la quantità di clormequat varia nei diversi prodotti a base di avena, con un livello medio di 104 ppb, probabilmente a causa della provenienza dagli Stati Uniti e dal Canada, il che potrebbe riflettere differenze nell'uso o nel disuso tra i prodotti ottenuti da avena trattata con clormequat. Al contrario, nei campioni alimentari del Regno Unito, il clormequat è più abbondante nei prodotti a base di grano come il pane, con clormequat rilevato nel 90% dei campioni raccolti nel Regno Unito tra luglio e settembre 2022. La concentrazione media è di 60 ppb. Analogamente, il clormequat è stato rilevato anche nell'82% dei campioni di avena del Regno Unito a una concentrazione media di 1650 ppb, oltre 15 volte superiore rispetto ai campioni statunitensi, il che potrebbe spiegare le concentrazioni urinarie più elevate osservate nei campioni del Regno Unito.
I nostri risultati di biomonitoraggio indicano che l'esposizione al clormequat si è verificata prima del 2018, sebbene non sia stata stabilita una tolleranza alimentare al clormequat. Sebbene il clormequat non sia soggetto a controllo negli alimenti negli Stati Uniti e non esistano dati storici sulle concentrazioni di clormequat negli alimenti venduti negli Stati Uniti, data la breve emivita del clormequat, sospettiamo che tale esposizione possa essere di origine alimentare. Inoltre, i precursori della colina presenti nei prodotti a base di grano e nelle uova in polvere formano naturalmente clormequat ad alte temperature, come quelle utilizzate nella lavorazione e produzione alimentare, con conseguenti concentrazioni di clormequat che variano da 5 a 40 ng/g. I nostri risultati delle analisi alimentari indicano che alcuni campioni, incluso il prodotto a base di avena biologica, contenevano clormequat a livelli simili a quelli riportati in studi sul clormequat presente in natura, mentre molti altri campioni contenevano livelli più elevati di clormequat. Pertanto, i livelli osservati nelle urine fino al 2023 erano probabilmente dovuti all'esposizione alimentare al clormequat generato durante la lavorazione e la produzione degli alimenti. I livelli osservati nel 2023 sono probabilmente dovuti all'esposizione alimentare al clormequat prodotto spontaneamente e ai prodotti importati trattati con clormequat in agricoltura. Le differenze nell'esposizione al clormequat tra i nostri campioni potrebbero anche essere dovute alla posizione geografica, a diverse abitudini alimentari o all'esposizione professionale al clormequat quando utilizzato in serre e vivai.
Il nostro studio suggerisce che sono necessari campioni di dimensioni maggiori e un campione più diversificato di alimenti trattati con clormequat per valutare appieno le potenziali fonti alimentari di clormequat in individui con bassa esposizione. Studi futuri, che includano l'analisi di campioni storici di urina e alimenti, questionari dietetici e professionali, il monitoraggio continuo del clormequat negli alimenti convenzionali e biologici negli Stati Uniti e campioni di biomonitoraggio, contribuiranno a chiarire i fattori comuni di esposizione al clormequat nella popolazione statunitense.
La probabilità di un aumento dei livelli di clormequat nelle urine e negli alimenti negli Stati Uniti nei prossimi anni è ancora da determinare. Negli Stati Uniti, il clormequat è attualmente consentito solo nei prodotti a base di avena e grano importati, ma l'Agenzia per la Protezione Ambientale (EPA) sta valutando il suo utilizzo in agricoltura nelle colture nazionali non biologiche. Se tale utilizzo a livello nazionale venisse approvato, unitamente alla diffusa pratica agricola del clormequat all'estero e negli Stati Uniti, i livelli di clormequat nell'avena, nel grano e in altri prodotti a base di cereali potrebbero continuare ad aumentare, portando a livelli più elevati di esposizione al clormequat. Popolazione totale degli Stati Uniti.
Le attuali concentrazioni urinarie di clormequat, rilevate in questo e in altri studi, indicano che i singoli donatori dei campioni sono stati esposti a livelli inferiori alla dose di riferimento (RfD) pubblicata dall'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (0,05 mg/kg di peso corporeo al giorno), e pertanto accettabili. L'assunzione giornaliera è di diversi ordini di grandezza inferiore al valore di assunzione pubblicato dall'Autorità europea per la sicurezza alimentare (ADI) (0,04 mg/kg di peso corporeo/giorno). Tuttavia, osserviamo che gli studi tossicologici sul clormequat pubblicati suggeriscono che potrebbe essere necessaria una rivalutazione di queste soglie di sicurezza. Ad esempio, topi e suini esposti a dosi inferiori all'attuale RfD e all'ADI (rispettivamente 0,024 e 0,0023 mg/kg di peso corporeo/giorno) hanno mostrato una ridotta fertilità. In un altro studio tossicologico, l'esposizione durante la gravidanza a dosi equivalenti a un livello senza effetti avversi osservabili (NOAEL) di 5 mg/kg (utilizzato per calcolare la dose di riferimento dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti) ha provocato cambiamenti nella crescita e nel metabolismo fetale, nonché cambiamenti nella composizione corporea. Nei topi neonati. Inoltre, le soglie normative non tengono conto degli effetti avversi delle miscele di sostanze chimiche che possono influenzare il sistema riproduttivo, le quali hanno dimostrato di avere effetti additivi o sinergici a dosi inferiori rispetto all'esposizione alle singole sostanze chimiche, causando potenziali problemi di salute. Preoccupazioni circa le conseguenze associate agli attuali livelli di esposizione, in particolare per coloro che presentano livelli di esposizione più elevati nella popolazione generale in Europa e negli Stati Uniti.
Questo studio pilota sulle nuove esposizioni a sostanze chimiche negli Stati Uniti mostra che il clormequat è presente negli alimenti statunitensi, principalmente nei prodotti a base di avena, così come nella maggior parte dei campioni di urina rilevati, raccolti da quasi 100 persone negli Stati Uniti, indicando un'esposizione continua al clormequat. Inoltre, le tendenze in questi dati suggeriscono che i livelli di esposizione sono aumentati e potrebbero continuare ad aumentare in futuro. Date le preoccupazioni tossicologiche associate all'esposizione al clormequat negli studi sugli animali e l'ampia esposizione della popolazione generale al clormequat nei paesi europei (e ora probabilmente anche negli Stati Uniti), unitamente agli studi epidemiologici e sugli animali, è urgente monitorare il clormequat negli alimenti e nell'uomo. È importante comprendere i potenziali rischi per la salute di questo prodotto chimico agricolo a livelli di esposizione significativi dal punto di vista ambientale, soprattutto durante la gravidanza.
Data di pubblicazione: 29 maggio 2024