Klormequat är enväxttillväxtregulatorvars användning i spannmålsgrödor ökar i Nordamerika. Toxikologiska studier har visat att exponering för klormekvat kan minska fertiliteten och orsaka skador på det växande fostret vid doser under den tillåtna dagliga dosen som fastställts av tillsynsmyndigheterna. Här rapporterar vi förekomsten av klormekvat i urinprover som samlats in från den amerikanska befolkningen, med detektionsgrader på 69 %, 74 % respektive 90 % i prover som samlats in under 2017, 2018–2022 respektive 2023. Från 2017 till 2022 detekterades låga koncentrationer av klormekvat i prover, och från 2023 ökade klormekvatkoncentrationerna i prover avsevärt. Vi noterade också att klormekvat hittades oftare i havreprodukter. Dessa resultat och toxicitetsdata för klormekvat väcker oro över nuvarande exponeringsnivåer och kräver mer omfattande toxicitetstester, livsmedelsövervakning och epidemiologiska studier för att bedöma effekterna av klormekvatexponering på människors hälsa.
Denna studie rapporterar den första upptäckten av klormekvat, en agrokemisk produkt med utvecklings- och reproduktionstoxicitet, i den amerikanska befolkningen och i den amerikanska livsmedelsförsörjningen. Medan liknande nivåer av kemikalien hittades i urinprover från 2017 till 2022, hittades signifikant förhöjda nivåer i provet från 2023. Detta arbete belyser behovet av bredare övervakning av klormekvat i livsmedels- och humanprover i USA, samt toxikologi och toxikologi. Epidemiologiska studier av klormekvat, eftersom denna kemikalie är en framväxande förorening med dokumenterade negativa hälsoeffekter vid låga doser i djurstudier.
Klormekvat är en jordbrukskemikalie som först registrerades i USA 1962 som en tillväxtregulator för växter. Även om det för närvarande endast är tillåtet för användning på prydnadsväxter i USA, tillät ett beslut från den amerikanska miljöskyddsmyndigheten (EPA) från 2018 import av livsmedelsprodukter (främst spannmål) behandlade med klormekvat [1]. I EU, Storbritannien och Kanada är klormekvat godkänt för användning på livsmedelsgrödor, främst vete, havre och korn. Klormekvat kan minska stjälkhöjden och därigenom minska sannolikheten för att grödan vrids och gör skörden svår. I Storbritannien och EU är klormekvat i allmänhet den mest upptäckta bekämpningsmedelsresten i spannmål och spannmål, vilket dokumenterats i långsiktiga övervakningsstudier [2, 3].
Även om klormekvat är godkänt för användning på grödor i delar av Europa och Nordamerika, uppvisar det toxikologiska egenskaper baserat på historiska och nyligen publicerade experimentella djurstudier. Effekterna av klormekvatexponering på reproduktionstoxicitet och fertilitet beskrevs först i början av 1980-talet av danska grisuppfödare som observerade minskad reproduktionsförmåga hos grisar som odlats med klormekvatbehandlat spannmål. Dessa observationer undersöktes senare i kontrollerade laboratorieexperiment på grisar och möss, där hongrisar som utfodrades med klormekvatbehandlat spannmål uppvisade störningar i brunstcykler och parning jämfört med kontrolldjur som utfodrades med en diet utan klormekvat. Dessutom visade hanmöss som exponerades för klormekvat genom mat eller dricksvatten under utveckling minskad förmåga att befrukta spermier in vitro. Nyligen genomförda reproduktionstoxicitetsstudier av klormekvat har visat att exponering av råttor för klormekvat under känsliga utvecklingsperioder, inklusive graviditet och tidigt liv, resulterade i försenad pubertet, minskad spermierörlighet, minskad vikt hos manliga reproduktionsorgan och minskade testosteronnivåer. Studier av utvecklingstoxicitet indikerar också att exponering för klormekvat under graviditet kan orsaka fostertillväxt och metaboliska avvikelser. Andra studier har inte funnit någon effekt av klormekvat på reproduktionsfunktionen hos honmöss och hangrisar, och inga efterföljande studier har funnit någon effekt av klormekvat på fertiliteten hos hanmöss som exponerats för klormekvat under utveckling och postnatalt liv. Tvetydiga data om klormekvat i den toxikologiska litteraturen kan bero på skillnader i testdoser och mätningar, samt valet av modellorganismer och kön hos försöksdjuren. Därför är ytterligare undersökning motiverad.
Även om nya toxikologiska studier har visat effekter av klormekvat på utveckling, reproduktion och det endokrina systemet, är mekanismerna genom vilka dessa toxikologiska effekter uppstår okända. Vissa studier tyder på att klormekvat kanske inte verkar genom väldefinierade mekanismer för hormonstörande kemikalier, inklusive östrogen- eller androgenreceptorer, och inte förändrar aromatasaktiviteten. Andra bevis tyder på att klormekvat kan orsaka biverkningar genom att förändra steroidbiosyntesen och orsaka stress i endoplasmatiskt retikulum.
Även om klormekvat förekommer allmänt i vanliga europeiska livsmedel är antalet biomonitoreringsstudier som utvärderar människors exponering för klormekvat relativt litet. Klormekvat har en kort halveringstid i kroppen, cirka 2–3 timmar, och i studier med mänskliga volontärer försvann de flesta experimentella doserna från kroppen inom 24 timmar. I allmänna populationsprover från Storbritannien och Sverige detekterades klormekvat i urinen hos nästan 100 % av studiedeltagarna vid signifikant högre frekvenser och koncentrationer än andra bekämpningsmedel såsom klorpyrifos, pyretroider, tiabendazol och mancozebmetaboliter. Studier på grisar har visat att klormekvat också kan hittas i serum och kan överföras till mjölk, men dessa matriser har inte studerats på människor eller andra experimentella djurmodeller, även om dess närvaro i serum och mjölk kan vara förknippad med reproduktionsskador från kemikalierna. Det finns viktiga effekter av exponering under graviditet och hos spädbarn.
I april 2018 tillkännagav den amerikanska miljöskyddsmyndigheten EPA acceptabla livsmedelstoleransnivåer för klormekvat i importerad havre, vete, korn och vissa animaliska produkter, vilket tillät import av klormekvat till den amerikanska livsmedelsförsörjningen. Den tillåtna havrehalten ökades därefter 2020. För att karakterisera effekten av dessa beslut på förekomsten och prevalensen av klormekvat i den amerikanska vuxna befolkningen mätte denna pilotstudie mängden klormekvat i urinen hos personer från tre amerikanska geografiska regioner från 2017 till 2023 och igen 2022, samt klormekvathalten i havre- och veteprodukter som köptes i USA 2023.
Prover som samlades in i tre geografiska regioner mellan 2017 och 2023 användes för att mäta urinnivåerna av klormequat hos amerikanska invånare. Tjugoett urinprover samlades in från avidentifierade gravida kvinnor som samtyckte vid förlossningen enligt ett protokoll från Medical University of South Carolina (MUSC, Charleston, SC, USA) som godkänts av Institutional Review Board (IRB) 2017. Proverna förvarades vid 4 °C i upp till 4 timmar, alikvoterades sedan och frystes vid -80 °C. Tjugofem urinprover från vuxna köptes från Lee Biosolutions, Inc (Maryland Heights, MO, USA) i november 2022, vilket representerade ett enda prov som samlats in från oktober 2017 till september 2022, och samlades in från volontärer (13 män och 12 kvinnor) som lånats ut till Maryland Heights, Missouri-samlingen. Proverna förvarades vid -20 °C omedelbart efter insamling. Dessutom köptes 50 urinprover insamlade från volontärer i Florida (25 män, 25 kvinnor) i juni 2023 från BioIVT, LLC (Westbury, NY, USA). Proverna förvarades vid 4 °C tills alla prover var insamlade, sedan alikvoterade och frystes vid -20 °C. Leverantörsföretaget erhöll nödvändigt IRB-godkännande för att bearbeta mänskliga prover och samtycke till provinsamling. Ingen personlig information lämnades i något av de testade proverna. Alla prover skickades frysta för analys. Detaljerad provinformation finns i kompletterande informationstabell S1.
Kvantifiering av klormequat i humana urinprover bestämdes med LC-MS/MS vid HSE Research Laboratory (Buxton, Storbritannien) enligt den metod som publicerades av Lindh et al. Något modifierad 2011. Kortfattat framställdes prover genom att blanda 200 μl ofiltrerad urin med 1,8 ml 0,01 M ammoniumacetat innehållande intern standard. Provet extraherades sedan med en HCX-Q-kolonn, konditionerades först med metanol, sedan med 0,01 M ammoniumacetat, tvättades med 0,01 M ammoniumacetat och eluerades med 1 % myrsyra i metanol. Proverna laddades sedan på en C18 LC-kolonn (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm; Phenomenex, Storbritannien) och separerades med en isokratisk mobil fas bestående av 0,1 % myrsyra:metanol 80:20 vid en flödeshastighet på 0,2 ml/min. Reaktionsövergångar valda med masspektrometri beskrevs av Lindh et al. 2011. Detektionsgränsen var 0,1 μg/L vilket rapporterats i andra studier.
Urinhalter av klormekvat uttrycks som μmol klormekvat/mol kreatinin och omvandlas till μg klormekvat/g kreatinin enligt tidigare studier (multiplicera med 1,08).
Anresco Laboratories, LLC testade livsmedelsprover av havre (25 konventionella och 8 ekologiska) och vete (9 konventionella) för klormekvat (San Francisco, CA, USA). Proverna analyserades med modifieringar enligt publicerade metoder [19]. LOD/LOQ för havreprover år 2022 och för alla vete- och havreprover år 2023 sattes till 10/100 ppb respektive 3/40 ppb. Detaljerad provinformation finns i kompletterande informationstabell S2.
Urinhalterna av klormekvat grupperades efter geografisk plats och insamlingsår, med undantag för två prover som samlades in 2017 från Maryland Heights, Missouri, vilka grupperades med andra prover från 2017 från Charleston, South Carolina. Prover under detektionsgränsen för klormekvat behandlades som procentuell detektion dividerad med kvadratroten ur 2. Data var inte normalfördelade, så det icke-parametriska Kruskal-Wallis-testet och Dunns multipla jämförelsetest användes för att jämföra medianvärden mellan grupperna. Alla beräkningar utfördes i GraphPad Prism (Boston, MA).
Klormekvat detekterades i 77 av 96 urinprover, vilket representerar 80 % av alla urinprover. Jämfört med 2017 och 2018–2022 detekterades proverna från 2023 oftare: 16 av 23 prover (eller 69 %) respektive 17 av 23 prover (eller 74 %), och 45 av 50 prover (dvs. 90 %) testades (tabell 1). Före 2023 var klormekvatkoncentrationerna som detekterades i de två grupperna likvärdiga, medan klormekvatkoncentrationerna som detekterades i proverna från 2023 var signifikant högre än i prover från tidigare år (figur 1A, B). De detekterbara koncentrationsintervallen för proverna 2017, 2018–2022 respektive 2023 var 0,22 till 5,4, 0,11 till 4,3 respektive 0,27 till 52,8 mikrogram klormekvat per gram kreatinin. Medianvärdena för alla prover under 2017, 2018–2022 och 2023 är 0,46, 0,30 respektive 1,4. Dessa data tyder på att exponeringen kan fortsätta med tanke på den korta halveringstiden för klormekvat i kroppen, med lägre exponeringsnivåer mellan 2017 och 2022 och högre exponeringsnivåer under 2023.
Klormekvatkoncentrationen för varje enskilt urinprov presenteras som en enda punkt med staplar ovanför medelvärdet och felstaplarna som representerar +/- standardfel. Klormekvatkoncentrationer i urin uttrycks i mcg klormekvat per gram kreatinin på en linjär skala och en logaritmisk skala. Icke-parametrisk Kruskal-Wallis variansanalys med Dunns multipla jämförelsetest användes för att testa statistisk signifikans.
Livsmedelsprover som köptes in i USA under 2022 och 2023 visade detekterbara nivåer av klormekvat i alla utom två av 25 traditionella havreprodukter, med koncentrationer från odetekterbara till 291 μg/kg, vilket indikerar klormekvat i havre. Förekomsten av vegetarianism är hög. Prover som samlades in under 2022 och 2023 hade liknande genomsnittliga nivåer: 90 μg/kg respektive 114 μg/kg. Endast ett prov av åtta ekologiska havreprodukter hade en detekterbar klormekvathalt på 17 μg/kg. Vi observerade också lägre koncentrationer av klormekvat i två av de nio testade veteprodukterna: 3,5 respektive 12,6 μg/kg.
Detta är den första rapporten om mätning av klormekvat i urin hos vuxna som bor i USA och i befolkningar utanför Storbritannien och Sverige. Trender inom bioövervakning av bekämpningsmedel bland mer än 1 000 ungdomar i Sverige registrerade en detektionsgrad på 100 % för klormekvat från 2000 till 2017. Den genomsnittliga koncentrationen år 2017 var 0,86 mikrogram klormekvat per gram kreatinin och verkar ha minskat över tid, med den högsta genomsnittliga nivån på 2,77 år 2009. I Storbritannien fann bioövervakning en mycket högre genomsnittlig klormekvatkoncentration på 15,1 mikrogram klormekvat per gram kreatinin mellan 2011 och 2012, även om dessa prover samlades in från personer som bor i jordbruksområden. Det fanns ingen skillnad i exponering. Sprutincident [15]. Vår studie av det amerikanska urvalet från 2017 till 2022 fann lägre mediannivåer jämfört med tidigare studier i Europa, medan mediannivåerna i urvalet från 2023 var jämförbara med det svenska urvalet men lägre än det brittiska urvalet.
Dessa skillnader i exponering mellan regioner och tidpunkter kan återspegla skillnader i jordbruksmetoder och regleringsstatus för klormekvat, vilket i slutändan påverkar nivåerna av klormekvat i livsmedelsprodukter. Till exempel var klormekvatkoncentrationerna i urinprover betydligt högre 2023 jämfört med tidigare år, vilket kan återspegla förändringar relaterade till EPA:s regleringsåtgärder relaterade till klormekvat (inklusive livsmedelsgränser för klormekvat 2018). Amerikanska livsmedelsförsörjningen inom en snar framtid. Höja havrekonsumtionsstandarderna senast 2020. Dessa åtgärder möjliggör import och försäljning av jordbruksprodukter behandlade med klormekvat, till exempel från Kanada. Fördröjningen mellan EPA:s regleringsändringar och de förhöjda koncentrationerna av klormekvat som hittades i urinprover 2023 kan förklaras av ett antal omständigheter, såsom förseningar i införandet av jordbruksmetoder som använder klormekvat, förseningar från amerikanska företag i förhandlingar om handelsavtal och privatpersoner som upplever förseningar i inköp av havre på grund av uttömning av gamla produktlager och/eller på grund av längre hållbarhet för havreprodukter.
För att avgöra om de koncentrationer som observerades i amerikanska urinprover återspeglar potentiell exponering för klormekvat via kosten, mätte vi klormekvat i havre- och veteprodukter som köptes i USA under 2022 och 2023. Havreprodukter innehåller klormekvat oftare än veteprodukter, och mängden klormekvat i olika havreprodukter varierar, med en genomsnittlig nivå på 104 ppb, möjligen på grund av tillgång från USA och Kanada, vilket kan återspegla skillnader i användning eller bristande användning mellan produkter som producerats av havre behandlad med klormekvat. Däremot är klormekvat i större utsträckning i vetebaserade produkter såsom bröd i brittiska livsmedelsprover, där klormekvat detekterades i 90 % av proverna som samlats in i Storbritannien mellan juli och september 2022. Den genomsnittliga koncentrationen är 60 ppb. På liknande sätt detekterades klormekvat också i 82 % av de brittiska havreproverna vid en genomsnittlig koncentration på 1650 ppb, mer än 15 gånger högre än i amerikanska prover, vilket kan förklara de högre urinkoncentrationerna som observerades i brittiska prover.
Våra resultat från bioövervakning indikerar att exponering för klormekvat inträffade före 2018, även om kosttolerans mot klormekvat inte har fastställts. Även om klormekvat inte kontrolleras i livsmedel i USA, och det inte finns några historiska data om koncentrationerna av klormekvat i livsmedel som säljs i USA, misstänker vi, med tanke på klormekvats korta halveringstid, att denna exponering kan vara via kosten. Dessutom bildar kolinprekursorer i veteprodukter och äggpulver naturligt klormekvat vid höga temperaturer, såsom de som används i livsmedelsbearbetning och tillverkning, vilket resulterar i klormekvatkoncentrationer från 5 till 40 ng/g. Våra resultat från livsmedelstester indikerar att vissa prover, inklusive den ekologiska havreprodukten, innehöll klormekvat i nivåer som liknar de som rapporterats i studier av naturligt förekommande klormekvat, medan många andra prover innehöll högre nivåer av klormekvat. Således berodde de nivåer vi observerade i urin fram till 2023 sannolikt på kostexponering för klormekvat som genererades under livsmedelsbearbetning och tillverkning. Observerade nivåer år 2023 beror sannolikt på exponering för spontant producerad klormekvat via kosten och importerade produkter som behandlats med klormekvat inom jordbruket. Skillnader i exponering för klormekvat mellan våra prover kan också bero på geografisk plats, olika kostmönster eller yrkesmässig exponering för klormekvat vid användning i växthus och plantskolor.
Vår studie tyder på att större urvalsstorlekar och ett mer diversifierat urval av klormequatbehandlade livsmedel behövs för att fullt ut kunna utvärdera potentiella kostkällor för klormequat hos individer med låg exponering. Framtida studier, inklusive analys av historiska urin- och livsmedelsprover, kost- och yrkesmässiga frågeformulär, kontinuerlig övervakning av klormequat i konventionella och ekologiska livsmedel i USA, och biomonitoreringsprover, kommer att bidra till att belysa gemensamma faktorer för klormequatexponering i den amerikanska befolkningen.
Sannolikheten för ökade nivåer av klormekvat i urin- och livsmedelsprover i USA under de kommande åren återstår att fastställa. I USA är klormekvat för närvarande endast tillåtet i importerade havre- och veteprodukter, men miljöskyddsmyndigheten Environmental Protection Agency överväger för närvarande dess jordbruksanvändning i inhemska icke-ekologiska grödor. Om sådan inhemsk användning godkänns i samband med den utbredda jordbrukspraxisen med klormekvat utomlands och nationellt, kan nivåerna av klormekvat i havre, vete och andra spannmålsprodukter fortsätta att stiga, vilket leder till högre nivåer av exponering för klormekvat. Total amerikansk befolkning.
Nuvarande urinkoncentrationer av klormekvat i denna och andra studier indikerar att enskilda provgivare exponerades för klormekvat i nivåer som båda låg under den publicerade referensdosen (RfD) från US Environmental Protection Agency (0,05 mg/kg kroppsvikt per dag), vilket innebär att de är acceptabla. Det dagliga intaget är flera storleksordningar lägre än det intagsvärde som publicerats av Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet (ADI) (0,04 mg/kg kroppsvikt/dag). Vi noterar dock att publicerade toxikologiska studier av klormekvat tyder på att en omvärdering av dessa säkerhetströsklar kan vara nödvändig. Till exempel uppvisade möss och grisar som exponerades för doser under nuvarande RfD och ADI (0,024 respektive 0,0023 mg/kg kroppsvikt/dag) minskad fertilitet. I en annan toxikologisk studie resulterade exponering under graviditet för doser motsvarande en NOAEL (no-observed adverse effect level) på 5 mg/kg (används för att beräkna referensdosen från US Environmental Protection Agency) i förändringar i fostrets tillväxt och metabolism, samt förändringar i kroppssammansättning. Nyfödda möss. Dessutom tar inte regleringsgränser hänsyn till de negativa effekterna av blandningar av kemikalier som kan påverka reproduktionssystemet, vilka har visat sig ha additiva eller synergistiska effekter vid doser som är lägre än exponering för enskilda kemikalier, vilket kan orsaka potentiella problem med reproduktiv hälsa. Oro över konsekvenserna i samband med nuvarande exponeringsnivåer, särskilt för dem med högre exponeringsnivåer i den allmänna befolkningen i Europa och USA.
Denna pilotstudie av nya kemiska exponeringar i USA visar att klormekvat finns i amerikanska livsmedel, främst i havreprodukter, såväl som i majoriteten av de upptäckta urinproverna som samlats in från nästan 100 personer i USA, vilket indikerar fortsatt exponering för klormekvat. Dessutom tyder trender i dessa data på att exponeringsnivåerna har ökat och kan fortsätta att öka i framtiden. Med tanke på de toxikologiska farhågor som är förknippade med klormekvatexponering i djurstudier, och den utbredda exponeringen för klormekvat av den allmänna befolkningen i europeiska länder (och nu troligtvis i USA), i kombination med epidemiologiska och djurstudier, finns det ett akut behov av att övervaka klormekvat i livsmedel och människor. Det är viktigt att förstå de potentiella hälsoriskerna med denna jordbrukskemikalie vid miljömässigt betydande exponeringsnivåer, särskilt under graviditet.
Publiceringstid: 4 juni 2024