Il clormequat è unregolatore della crescita delle pianteil 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 articolo, 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 e, dal 2023, le concentrazioni di clormequat nei campioni sono aumentate significativamente. Abbiamo anche notato che il clormequat è stato trovato più frequentemente 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 il primo rilevamento di clormequat, un agrochimico con tossicità per lo sviluppo e la riproduzione, nella popolazione statunitense e nelle forniture alimentari statunitensi. Mentre livelli simili della sostanza chimica sono stati riscontrati in campioni di urina dal 2017 al 2022, livelli significativamente elevati sono stati riscontrati 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 e di tossicologia. Sono necessari studi epidemiologici sul clormequat, poiché questa sostanza chimica è un contaminante emergente con effetti negativi sulla salute documentati a basse dosi in studi su animali.
Il clormequat è una sostanza chimica agricola registrata per la prima volta negli Stati Uniti nel 1962 come regolatore della crescita delle piante. Sebbene attualmente consentito solo per l'uso su piante ornamentali negli Stati Uniti, una decisione dell'Agenzia per la protezione ambientale (EPA) degli Stati Uniti del 2018 ha consentito l'importazione di prodotti alimentari (principalmente cereali) trattati con clormequat [1]. 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, riducendo 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 rilevato nei cereali, come documentato da studi di monitoraggio a lungo termine [2, 3].
Sebbene il clormequat sia approvato per l'uso nelle colture in alcune parti d'Europa e del Nord America, presenta proprietà tossicologiche basate su studi sperimentali su animali storici e recentemente pubblicati. Gli effetti dell'esposizione al clormequat sulla tossicità riproduttiva e sulla fertilità furono descritti per la prima volta nei primi anni '80 da allevatori di suini danesi che osservarono una diminuzione delle prestazioni riproduttive nei suini allevati con cereali trattati con clormequat. Queste osservazioni furono successivamente esaminate in esperimenti di laboratorio controllati su suini e topi, in cui 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 senza clormequat. Inoltre, i topi maschi esposti al clormequat attraverso il cibo o l'acqua potabile durante lo sviluppo mostravano una ridotta capacità di fecondare gli spermatozoi 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 la prima infanzia, ha provocato un ritardo della pubertà, una riduzione della motilità degli spermatozoi, una riduzione del peso degli organi riproduttivi maschili e una riduzione 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 metaboliche. Altri studi non hanno rilevato alcun effetto del clormequat sulla funzione riproduttiva nei topi femmina e nei maiali 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 ambigui sul clormequat nella letteratura tossicologica possono essere dovuti a differenze nelle dosi e nelle misurazioni dei test, nonché alla scelta degli organismi modello e del sesso degli animali da esperimento. 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 questi effetti tossicologici sono sconosciuti. Alcuni studi suggeriscono che il clormequat potrebbe non agire attraverso meccanismi ben definiti di sostanze chimiche interferenti endocrine, inclusi i recettori degli estrogeni o degli androgeni, e non altera l'attività dell'aromatasi. Altre prove suggeriscono che il clormequat potrebbe causare effetti collaterali alterando la biosintesi degli steroidi e causando stress del reticolo endoplasmatico.
Sebbene il clormequat sia ubiquitariamente presente nei comuni alimenti 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 hanno coinvolto volontari umani, la maggior parte delle dosi sperimentali è stata eliminata dall'organismo entro 24 ore. In campioni di popolazione generale provenienti da Regno Unito e Svezia, il clormequat è stato rilevato nelle urine di quasi il 100% dei partecipanti allo studio a 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 trovato anche nel siero e può essere trasferito nel latte, ma queste matrici non sono state studiate negli esseri umani o in altri modelli animali sperimentali, sebbene la sua presenza nel siero e nel latte possa essere associata a danni riproduttivi dovuti alle sostanze chimiche. Ci sono 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 livelli di tolleranza alimentare accettabili per il clormequat in avena, grano, orzo e alcuni prodotti animali importati, consentendone l'importazione nella catena alimentare statunitense. Il contenuto di avena consentito 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 deidentificate che hanno acconsentito al momento del parto secondo un protocollo approvato dall'Institutional Review Board (IRB) del 2017 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 aliquotati 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 da ottobre 2017 a settembre 2022, e sono stati raccolti da volontari (13 uomini e 12 donne). ) in prestito alla raccolta di Maryland Heights, Missouri. I campioni sono stati conservati a -20 °C subito 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 loro completo prelievo, quindi aliquotati e congelati a -20 °C. L'azienda fornitrice ha ottenuto la necessaria autorizzazione dell'IRB per il trattamento dei campioni umani e il consenso al prelievo. Nessuna informazione personale è stata fornita in nessuno dei campioni analizzati. Tutti i campioni sono stati inviati congelati per l'analisi. Informazioni dettagliate sui campioni sono disponibili nella Tabella S1 delle Informazioni di Supporto.
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 mescolando 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, condizionato prima con metanolo, poi con acetato di ammonio 0,01 M, lavato con acetato di ammonio 0,01 M ed eluito 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 costituita da acido formico allo 0,1%:metanolo 80:20 a una portata 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 come μmol clormequat/mol creatinina e convertite in μg clormequat/g creatinina come riportato in studi precedenti (moltiplicare per 1,08).
Anresco Laboratories, LLC ha testato campioni alimentari di avena (25 convenzionali e 8 biologici) e grano (9 convenzionali) per il clormequat (San Francisco, CA, USA). I campioni sono stati analizzati con modifiche secondo i metodi pubblicati [19]. Il LOD/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 informativa di supporto S2.
Le concentrazioni urinarie di clormequat sono state raggruppate per posizione geografica e anno di raccolta, ad eccezione di due campioni raccolti nel 2017 da Maryland Heights, Missouri, che sono stati raggruppati con altri campioni del 2017 da Charleston, Carolina del Sud. I campioni al di sotto del limite di rilevabilità del clormequat sono stati trattati come percentuale di rilevabilità divisa per la radice quadrata di 2. I dati non presentavano una distribuzione normale, pertanto 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 in GraphPad Prism (Boston, MA).
Il clormequat è stato rilevato in 77 campioni di urina su 96, pari all'80% di tutti i campioni di urina. Rispetto al 2017 e al 2018-2022, i campioni del 2023 sono stati rilevati con maggiore frequenza: rispettivamente 16 campioni su 23 (pari al 69%) e 17 campioni su 23 (pari al 74%), e 45 campioni su 50 (pari al 90%) sono stati analizzati (Tabella 1). 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 superiori rispetto ai campioni degli anni precedenti (Figura 1A,B). Gli intervalli di concentrazione rilevabili per i campioni del 2017, 2018-2022 e 2023 erano rispettivamente da 0,22 a 5,4, da 0,11 a 4,3 e da 0,27 a 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 più elevati nel 2023.
La concentrazione di clormequat per ogni singolo 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 e una scala logaritmica. L'analisi della varianza non parametrica di Kruskal-Wallis con il test di confronto multiplo di Dunn è stata utilizzata per testare la significatività statistica.
Campioni di cibo acquistati negli Stati Uniti nel 2022 e nel 2023 hanno mostrato livelli rilevabili di clormequat in tutti i 25 prodotti tradizionali a base di avena, tranne due, con concentrazioni che vanno da 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 di 17 μg/kg. Abbiamo anche osservato concentrazioni inferiori di clormequat in due dei nove prodotti a base di grano testati: rispettivamente 3,5 e 12,6 μg/kg.
Questo è il primo rapporto sulla misurazione del clormequat urinario in adulti residenti negli Stati Uniti e in popolazioni al di fuori del Regno Unito e della Svezia. Le tendenze del biomonitoraggio dei pesticidi tra oltre 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 di 2,77 nel 2009. 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 spray[15]. Il nostro studio del campione statunitense dal 2017 al 2022 ha rilevato livelli mediani inferiori rispetto a precedenti studi in Europa, mentre nel campione del 2023 i livelli mediani erano paragonabili al campione svedese ma inferiori al campione del Regno Unito.
Queste differenze di esposizione tra regioni e punti temporali potrebbero riflettere differenze nelle pratiche agricole e nello stato normativo del clormequat, che in ultima analisi 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 relativi alle azioni normative dell'EPA relative al clormequat (inclusi i limiti alimentari per il clormequat nel 2018). Le forniture alimentari statunitensi nel prossimo futuro. Innalzare gli standard sul 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 ritardi nell'adozione di pratiche agricole che utilizzano il clormequat, ritardi da parte delle aziende statunitensi nella negoziazione di accordi commerciali e di privati. stanno riscontrando ritardi nell'acquisto di avena a causa dell'esaurimento delle vecchie scorte di prodotto e/o della 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 spesso rispetto ai prodotti a base di grano e la quantità di clormequat nei diversi prodotti a base di avena varia, con un livello medio di 104 ppb, probabilmente dovuto all'approvvigionamento dagli Stati Uniti e dal Canada, che potrebbe riflettere differenze di utilizzo o disuso tra 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. Allo stesso modo, il clormequat è stato rilevato anche nell'82% dei campioni di avena del Regno Unito a una concentrazione media di 1650 ppb, più di 15 volte superiore rispetto ai campioni degli Stati Uniti, 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 la tolleranza alimentare al clormequat. Sebbene il clormequat non sia controllato negli alimenti negli Stati Uniti e non vi siano dati storici sulle concentrazioni di clormequat negli alimenti venduti negli Stati Uniti, data la breve emivita del clormequat, sospettiamo che questa esposizione possa essere 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 comprese tra 5 e 40 ng/g. I risultati delle nostre analisi alimentari indicano che alcuni campioni, incluso il prodotto a base di avena biologica, contenevano clormequat a livelli simili a quelli riportati negli studi sul clormequat naturale, mentre molti altri campioni contenevano livelli di clormequat più elevati. Pertanto, i livelli osservati nelle urine fino al 2023 erano probabilmente dovuti all'esposizione alimentare al clormequat generato durante la lavorazione e la produzione alimentare. I livelli osservati nel 2023 sono probabilmente dovuti all'esposizione alimentare al clormequat prodotto spontaneamente e a 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 diversi modelli alimentari o all'esposizione professionale al clormequat quando utilizzato in serre e vivai.
Il nostro studio suggerisce che sono necessari campioni più ampi e un campione più diversificato di alimenti trattati con clormequat per valutare appieno le potenziali fonti alimentari di clormequat in individui a bassa esposizione. Studi futuri, che includono l'analisi di campioni di urina e di cibo storici, questionari dietetici e occupazionali, 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.
Resta da determinare la probabilità di un aumento dei livelli di clormequat nelle urine e nei campioni di cibo negli Stati Uniti nei prossimi anni. Negli Stati Uniti, il clormequat è attualmente consentito solo nei prodotti importati a base di avena e grano, ma l'Agenzia per la protezione dell'ambiente (EPA) ne sta valutando l'uso agricolo in colture nazionali non biologiche. Se tale uso domestico venisse approvato, in concomitanza con la diffusa pratica agricola del clormequat all'estero e a livello nazionale, i livelli di clormequat nell'avena, nel grano e in altri prodotti a base di cereali potrebbero continuare ad aumentare, con conseguente maggiore esposizione al clormequat. Popolazione totale degli Stati Uniti.
Le attuali concentrazioni urinarie di clormequat in questo e in altri studi indicano che i singoli donatori di campioni sono stati esposti a clormequat a livelli entrambi inferiori alla dose di riferimento (RfD) pubblicata dall'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (0,05 mg/kg di peso corporeo al giorno), quindi sono accettabili. L'assunzione giornaliera è di diversi ordini di grandezza inferiore al valore di assunzione pubblicato dall'Autorità europea per la sicurezza alimentare (DGA) (0,04 mg/kg di peso corporeo/giorno). Tuttavia, notiamo che gli studi tossicologici pubblicati sul clormequat suggeriscono che potrebbe essere necessaria una rivalutazione di queste soglie di sicurezza. Ad esempio, topi e suini esposti a dosi inferiori alle attuali RfD e DGA (rispettivamente 0,024 e 0,0023 mg/kg di peso corporeo/giorno) hanno mostrato una riduzione della fertilità. In un altro studio tossicologico, l'esposizione durante la gravidanza a dosi equivalenti a un livello senza effetti avversi osservati (NOAEL) di 5 mg/kg (utilizzato per calcolare la dose di riferimento dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti) ha provocato alterazioni nella crescita e nel metabolismo fetale, nonché alterazioni nella composizione corporea. Topi neonati. Inoltre, le soglie normative non tengono conto degli effetti avversi di miscele di sostanze chimiche che possono influire sul sistema riproduttivo, che hanno dimostrato di avere effetti additivi o sinergici a dosi inferiori all'esposizione alle singole sostanze chimiche, causando potenziali problemi di salute riproduttiva. salute. Preoccupazioni per le conseguenze associate agli attuali livelli di esposizione, in particolare per coloro con livelli di esposizione più elevati nella popolazione generale in Europa e negli Stati Uniti.
Questo studio pilota sulle nuove esposizioni 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 la diffusa esposizione della popolazione generale al clormequat nei paesi europei (e ora probabilmente anche negli Stati Uniti), insieme agli studi epidemiologici e sugli animali, vi è un'urgente necessità di monitorare il clormequat negli alimenti e negli esseri umani. È importante comprendere i potenziali rischi per la salute di questa sostanza chimica agricola a livelli di esposizione significativi per l'ambiente, soprattutto durante la gravidanza.
Data di pubblicazione: 04-06-2024