Содержание к диссертации
Введение
1. Список сокращений 4
2. Введение 5
3. Обзор литературы 8
3.1. Токсичные элементы как приоритетные контаминанты пищевых продуктов 8
Свинец 9
Кадмий 12
Мышьяк 15
Ртуть 18
3.2. Концепция анализа риска как подход к обоснованию гигиенических регламентов и организации мониторинга за безопасностью пищевых продуктов 20
4. Обоснование целей и выбор направления исследований 36
5. Материал и методы исследований 39
5.1. Объекты и объем исследований 39
5.2. Методы исследований 411
6. Результаты собственных исследований и их обсуждение ; 44
6.1. Анализ данных о содержании токсичных элементов в пищевых продуктах
за 2000 - 2005 г.г 44
6.1.1. Анализ данных о содержании свинца в пищевых продуктах 48
6.1.2. Анализ данных о содержании кадмия в пищевых продуктах 74
6.1.3. Анализ данных о содержании мышьяка в пищевых продуктах 97
6.1.4. Анализ данных о содержании ртути в пищевых продуктах 120
6.2. Анализ данных о содержании токсичных элементов в БАД к пище 140
6.3. Изучение и оценка достоверности лабораторных исследований 146
Обработка результатов согласно стандарту ИСО 5725 148
Обработка результатов согласно Международному гармонизированному протоколу IUРАС 156
6.4. Определение и оценка уровней поступления токсичных элементов с рационами питания 159
6.4.1. Расчет и оценка поступления токсичных элементов с рационами питания на основании данных о среднем потреблении пищевых продуктов 160
6.4.2. Расчет и оценка поступления токсичных элементов с рационами на основании данных фактического питания 179
6.5. Характеристика риска неблагоприятного воздействия токсичных элементов, поступающих с рационами, на здоровье населения 185
6.6. Разработка подходов к расчету нагрузки для целей оценки риска
7. Заключение 194
8. Выводы 207
9. Внедрение в практику 209
10. Список литературы 211
- Мышьяк
- Объекты и объем исследований
- Анализ данных о содержании мышьяка в пищевых продуктах
- Расчет и оценка поступления токсичных элементов с рационами на основании данных фактического питания
Мышьяк
Мышьяк является естественным компонентом более 200 природных минералов, основным из которых является арсенопирит [Onishi Н., 1969; Boyle R.W., Jonasson I.R., 1973; О Neil P., 1990]. Установлено, что около трети выбросов мышьяка в атмосферу осуществляется из природных источников [Chilvers D.C., Peterson P.J., 1987]. Неорганические соединения мышьяка геологического происхождения обнаружены в подземных водах, которые являются основными источниками питьевой воды в ряде стран Юго-Восточной Азии [Chen S.L. et al., 1994; Chatterjee A. et al., 1995; Das D. et al., 1995, 1996; Mandal B.K. et al., 1996; Dhar R.K. et al., 1997]. Органические соединения мышьяка, такие, как арсенобетаин, арсенохолин, соли тетраметиларсония, арсеносахара и арсенолипиды, являются естественными компонентами многих морских организмов [ЕНС, 2001].
По данным российских исследователей, фоновое содержание мышьяка в продуктах на растительной основе составляет 0,12-66,7 мкмоль/кг. Наиболее высокое содержание мышьяка отмечено в водорослях (0,25-2,3 ммоль/кг) и других морепродуктах [Авцын А.П. с соавт, 1991]. Необходимо отметить, что мышьяк может содержаться в продуктах питания в форме неорганических и органических соединений, при этом установлено, что органические соединения мышьяка обладают значительно меньшей токсичностью, чем неорганические.
По данным Food Standards Agency (Великобритания), наибольшее содержание общего мышьяка (1,1-8,4 мг/кг) характерно для рыбы и рыбных продуктов. Кроме того, в число приоритетов входит также птица и продукты ее переработки, где среднее содержание мышьяка составляет 73 мкг/кг [FSA, 2004]. Другие группы продуктов содержат мышьяк в концентрациях, меньших 10 мкг/кг. При этом результаты раздельного определения содержания органических и неорганических соединений мышьяка в пищевых продуктах показали, что в рыбных продуктах содержание неорганического мышьяка составляет менее 1% от общего содержания мышьяка, в отличие от злаковых и птицы, где основная часть мышьяка представлена именно неорганическими соединениями.
По данным различных авторов, наибольшее содержание мышьяка наблюдалось в рыбе и морепродуктах, мясопродуктах и злаковых продуктах, несколько меньшее -в фруктах, овощах и кондитерских изделиях [Dabeka R.W. et al., 1993; ANZFA, 1994; Gunderson E.L., 1995; UK MAFF, 1997; Yost LJ. et al., 1998; US NRC, 1999]. При этом установлено, что для разных групп продуктов было характерно разное соотношение органических и неорганических соединений мышьяка. Так, доля неорганического мышьяка составляла в мясных продуктах 75%, в птице 65%, в кондитерских продуктах 75%, в злаках 65% [US ЕРА, 1982; Yost et al., 1998]. По данным голландских авторов, содержание неорганического мышьяка в морепродуктах составляет от 0,1 до 41% [Vaessen Н .A., vanOoik А., 1989]. По другим данным, содержание неорганического мышьяка в морепродуктах, за исключением водорослей, составляет от 0,1 до 0,5% в зависимости от общего содержания мышьяка [Edmonds J.S., Francesconi К.А., 1993].
Как неорганические, так и органические соединения мышьяка хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте, и через несколько дней от 45 до 75% поступившего количества выделяется с мочой [Pomroy С. et al., 1980]. С калом выделяется меньшая часть соединений мышьяка - 6-8% [ЕНС, 2001].
Поступивший в кровь мышьяк связывается с белками плазмы крови и эритроцитами, при этом установлено, что с эритроцитами связывается в 2,5-3 раза больше мышьяка, чем с белками плазмы крови. Неорганические соединения мышьяка в плазме крови можно разделить на три фракции с периодами полувыведения 24 часа, 30 часов и 200 часов, соответственно [ЕНС, 2001]. Период полувыведения органических соединений мышьяка из плазмы крови составляет 24 часа. Соединения мышьяка распределяются по всем органам и тканям, при этом наибольшее их содержание зафиксировано в печени, почках, легких, селезенке, наименьшее - в головном мозге [Yamauchi H.Y., Yamamura Y., 1983; Raie R.M., 1996].
Основным путем выделения мышьяка является экскреция с мочой, в меньшей степени - с калом, волосами, ногтями, через кожу и с грудным молоком [Grandjean Р. et al., 1995; Concha G. et al., 1998; EHC, 2001].
Механизмы токсического действия соединений мышьяка в большой степени зависят от формы и вида соединения. Неорганические и органические соединения трехвалентного мышьяка (арсениты, монометиларсоновая кислота и диметиларсиновая кислота) взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеина, липоевой кислоты, глутатиона, кофермента А. В результате взаимодействия арсенитов с липоевой кислотой и коэнзимом А нарушается функционирование цикла трикарбоновых кислот. В первую очередь это происходит в почках - основном органе выделения мышьяка. Очевидно, этим можно объяснить нефротоксичность мышьяка. Кроме того, арсенит активирует тропомиозинфосфатазу, отвечающую за процесс мышечного сокращения. Также следует отметить влияние арсенита на митоз и синтез ДНК, что связано преимущественно с блокированием тиоловых групп ДНК-полимеразы [Ершов Ю.А., ПлетеневаТ.В., 1987; WHO, 2001].
Арсенаты (неорганические соединения пятивалентного мышьяка) являются аналогами фосфатов и конкурируют с ними в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях, а также ингибируют цитохром- и глицеролоксидазы. Участвуя в метаболических превращениях, арсенаты и их производные образуют комплексы с аминокислотами, белками, нуклеиновыми кислотами [Ершов Ю.А., Плетенева Т.В., 1987]. Критической системой для мышьяка является центральная нервная система. Кроме того, мышьяк является доказанным для человека канцерогеном, вызывая рак легких, мочевого пузыря, почек и кожи [IARC, 2002]. )-; Установленное УПНП для мышьяка составляет 25 мкг/кг массы тела/неделю [JECFA, 1988].
Объекты и объем исследований
Исследования проводили в следующих основных направлениях: Анализ данных о содержании токсичных элементов в пищевых продуктах проводился по данным Федерального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга, предоставленным ФГУЗ «Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в соответствии с Соглашением об информационном взаимодействии между ФГУЗ «Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора и ГУ НИИ питания РАМИ .
Данные о содержании токсичных элементов в пищевых продуктах анализировали по группам, в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов». Для анализа были взяты девять основных групп пищевых продуктов (хлебные продукты, картофель, овощи и бахчевые, фрукты и ягоды, мясопродукты, молочные продукты, рыбопродукты, сахар и кондитерские изделия, масложировые продукты), которые составляют более 90% структуры питания населения Российской Федерации. Общий объем проанализированных образцов составил 224624 образца.
Математическая обработка данных проводилась по следующим показателям: количество исследованных проб, количество проб, содержащих исследуемые-контаминанты, минимальное содержание, максимальное содержание, средний уровень, медиана, 90 процентиль.
Оценка результатов межлабораторных исследований проводилась согласно стандарту ISO 5725 «Precision of test methods - Determination of repeatability and reproducibility for a standard test method by inter-laboratory tests» и ГОСТ P ИСО 5725-1-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений», а также требованиям Международного гармонизированного протокола по оценке компетентности (химических) аналитических лабораторий («The
Автор выражает благодарность главному врачу ФГУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора Л.И.Верещагину; заместителю главного врача ФГУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора, члену-корр. РАМН, доктору мед. наук, профессору Е.Н. Беляеву и руководителю отдела обеспечения санитарного надзора ФГУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора доктору мед. наук, профессору М.В.Фокину international harmonized protocol for the proficiency testing of (chemical) analytical laboratories», IUPAC, 2004) .
Данные о структуре питания населения. Данные об уровнях среднего потребления пищевых продуктов за 2000-2003 г. г. были получены из ежегодных бюллетеней Федеральной службы государственной статистики о среднедушевом потреблении основных групп пищевых продуктов (Потребление продуктов питания в домашних хозяйствах, Федеральная служба государственной статистики, 2001, 2003, 2004).
Данные по индивидуальной структуре питания населения предоставлены лабораторией по изучению структуры и планированию питания населения ГУ НИИ питания РАМН . Обследование проводилось в летний период года в 2002 году и в осенний период года в 2003 году. Всего в 2002 г. было обследовано 376 человек (185 мужчин и 191 женщина) в возрасте от 19 до 70 лет (средний возраст 42+11 лет), проживающих в двух разных населенных пунктах Московской области (г. Воскресенск и г. Королев). В 2003 году всего было обследовано 556 человек (280, мужчин и 276 женщин), проживающих в трех разных населенных пунктах Московской области (г.г. Воскресенск, Королев и Ногинск).
Статистическая обработка полученных результатов проводилась с помощью программы «SPSS 12.0 for Windows». Для статистической обработки были использованы следующие методы: методы описательной статистики (среднее значение, стандартное отклонение, стандартная ошибка среднего, медиана, максимум, минимум, 75-процентиль, 90-процентиль, 95-процентиль); критерий Колмогорова-Смирнова; параметрические (дисперсионный анализ, t-критерий Стьюдента) и непараметрические (критерий Крускала-Уоллиса и Манна-Уитни) критерии оценки достоверности различий; вычисление чувствительности дисперсионного анализа и t-критерия Стьюдента.
Анализ данных о содержании мышьяка в пищевых продуктах
Результаты оценки среднего содержания мышьяка в различных группах пищевых продуктов в целом по Российской Федерации и в регионах представлены в табл. 7-8.
Представленные результаты показывают, что содержание мышьяка в целом по Российской Федерации практически во всех группах пищевых продуктов оставалось достаточно стабильным на протяжении изученного периода времени. Появление единственного выпадающего значения содержания мышьяка в хлебопродуктах в 2002 году обусловлено тем, что ненулевые данные в рассматриваемом периоде были представлены небольшим количеством субъектов Российской Федерации, при этом в шаблонах большего количества субъектов не содержалось данных, и пустые ячейки были автоматически заменены программой на нулевые значения. Поэтому при расчете среднего содержания программа учитывала весь имеющийся массив ложных нулевых значений, что сместило среднее в меньшую сторону.
Среднее содержание мышьяка в хлебопродуктах в целом по России составляло 0,024-0,030 мг/кг, в картофеле - 0,047-0,060 мг/кг, в овощах и фруктах - 0,023-0,029 мг/кг в мясопродуктах 0,025-0,030 мг/кг, в сахаре и кондитерских изделиях 0,027-0,035 мг/кг. Содержание мышьяка в рыбопродуктах было наибольшим и соответствовало уровню 0,094-0,109 мг/кг, а в молочных продуктах - наименьшим и составляло 0,014-0,017 мг/кг.
Содержание мышьяка во всех группах продуктов в Центральном федеральном округе было ниже, чем в среднем по России. При этом содержание данного контаминанта в мясопродуктах и рыбопродуктах было наибольшим и находилось на практически одинаковом уровне 0,034-0,038 мг/кг, а в кондитерских изделиях - 0,022-0,033 мг/кг.
В Северо-Западном федеральном округе содержание мышьяка в рыбопродуктах (0,220-0,280 мг/кг) было значительно выше, чем в других группах продуктов, при этом на втором месте находились хлебопродукты, где среднее содержание мышьяка составляло 0,043-0,047 мг/кг.
Похожая ситуация наблюдалась и в Приволжском федеральном округе, где средний уровень содержания мышьяка в рыбе также был значительно выше, чем во всех остальных группах, и составлял 0,106-0,125 мг/кг. На втором месте в данном регионе находилась группа сахара и кондитерских изделий, где среднее содержание мышьяка составляло 0,049-0,053 мг/кг. Содержание мышьяка в продуктах растительного происхождения варьировало от 0,013 мг/кг в фруктах до 0,023 мг/кг в хлебопродуктах и картофеле и было ниже уровня содержания мышьяка в мясопродуктах, который соответствовал значению 0,025 мг/кг.
В Южном федеральном округе столь резких различий в содержании мышьяка в рыбе и остальных группах продуктов не наблюдалось, однако группа рыбопродуктов по-прежнему оставалась на первом месте по содержанию данного токсичного элемента.
В Дальневосточном федеральном округе, так же, как и в Северо-Западном округе, наблюдались наиболее высокие уровни среднего содержания свинца в рыбе (0,099-0,144 мг/кг), при этом на втором и третьем местах находились группы хлебопродуктов (0,058-0,066 мг/кг) и фруктов (0,044-0,056 мг/кг).
В Сибирском федеральном округе, кроме рыбопродуктов, среднее содержание мышьяка в которых составляло 0,107-0,159 мг/кг, сравнительно высокое его содержание было выявлено в овощах (0,040-0,047 мг/кг) и фруктах (0,044-0,055 мг/кг).
Содержание мышьяка в пищевых продуктах в Уральском федеральном округе было сравнительно высоким в группах фруктов (0,074-0,080 мг/кг) и рыбопродуктов (0,099-0,122 мг/кг).
Исследование статистического распределения содержания мышьяка во всех группах пищевых продуктов показало, что, как и в случае с другими токсичными элементами, распределение содержания мышьяка не подчиняется закону Гаусса. В качестве примера на рис. 36 приведена гистограмма распределения величины содержания мышьяка в хлебопродуктах. Как следует из полученных данных, большинство образцов в выборке содержали мышьяк на уровне 0,005 мг/кг, однако в выборке присутствовало небольшое количество образцов с содержанием мышьяка 0,050 мг/кг, 0,080 мг/кг и выше, что смещало среднее значение в большую сторону. Рисунок 36. Гистограмма распределения содержания мышьяка в хлебных продуктах в 2003 году. ооо т і 1 г 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 Содержание мышьяка, мг/кг - линия соответствующего нормального распределения. Следовательно, среднее значение недостоверно характеризует выборку, поэтому в дальнейшем был проведен анализ медианы и 90-го процентиля содержания мышьяка в пищевых продуктах как в целом по Российской Федерации, так и в регионах, результаты которого представлены в табл. 8.
Расчет и оценка поступления токсичных элементов с рационами на основании данных фактического питания
Данные по содержанию токсичных элементов в различных видах БАД представлены в таблицах 11-14.
Как видно из представленных материалов, среднее содержание токсичных элементов в БАД не превышало установленных допустимых уровней. Однако, при этом их содержание в разных группах БАД существенно различалось и относительно каждого токсичного элемента имелись определенные различия.
По полученным данным, наибольшее содержание свинца было установлено в БАД на основе рыбы и морепродуктов, на основе лекарственного растительного сырья и на основе пищевых волокон; а наименьшее - в БАД - источниках макронутриентов и БАД - пробиотиках.
Относительно динамики содержания свинца в БАД во времени четкой тенденции выделить не удалось. Это можно объяснить небольшим количеством исследований и тем, что не всегда было возможным определить место происхождения активных субстанций, а содержание токсичных элементов, как известно, напрямую зависит от экологических особенностей региона, в котором было выращено исходное сырье.
Наибольшее содержание кадмия наблюдалось в БАД на основе рыбы и морепродуктов, БАД на основе лекарственного растительного сырья и на основе пищевых волокон. В то же время в БАД на основе макронутриентов и пробиотиков содержание кадмия оставалось сравнительно низким на протяжении всего изученного периода времени.
Наиболее высокие уровни мышьяка имели место в БАД на основе рыбы (в 3,5 и более раз, чем в остальных видах БАД), что можно было ожидать, учитывая тропность данного элемента к рыбе и морепродуктам.
Наиболее высокие уровни ртути также определялись в БАД на основе рыбы -содержание этого элемента в данной группе было в 2,5 и более раз выше, чем в остальных видах БАД, а в БАД на основе макронутриентов и пробиотиков оставалось сравнительно не высоким.
Таким образом, анализ содержания токсичных элементов в БАД позволил не только выделить основные группы с точки зрения их контаминации, но и путем обобщения результатов выделить те группы БАД, которые содержат все изученные контаминанты одновременно на сравнительно высоком уровне. В данном исследовании в отношении токсичных элементов такими группами БАД являлись БАД на основе рыбы и морепродуктов и на основе лекарственного растительного сырья.
Необходимо отметить, что это можно закономерно объяснить с точки зрения особенностей поведения токсичных элементов в природе. В частности, свинец накапливается, в первую очередь, в дикорастущих растениях, которые обладают более высокой способностью к аккумулированию свинца в стеблях и листьях, наиболее часто используемых при производстве БАД. Именно по данным причинам наблюдается более высокое содержание свинца в БАД на основе растительного сырья и на основе пищевых волокон. Свинец, содержащийся в водоемах, накапливается в органах и тканях рыб, в результате чего наблюдается относительно высокое его содержание и в БАД на основе рыбы.
Что касается кадмия, то данный токсикант обладает способностью легко проникать в организм за счет образования ковалентных связей с молекулами белков, и именно поэтому обнаруживаются высокие концентрации кадмия в БАД на основе рыбы, растительной основе и на основе пищевых волокон. Кроме того, данные группы БАД могут изготавливаться путем экстрагирования исходного сырья, что приводит к еще большему накоплению токсичных элементов в конечном продукте.
Анализ полученных данных показал, что среднее и медианное значения содержания токсичных элементов в БАД существенно различаются между собой. Как и в случае с пищевыми продуктами, данное различие объясняется неравномерностью имеющихся распределений содержания токсичных элементов в различных группах БАД. На величину среднего значения оказывают влияние несколько образцов с высоким содержанием исследуемого токсичного элемента. Вследствие этого среднее значение оказывается искусственно завышенным. Медиана в данном случае является более стабильным показателем, исходя из чего представляется целесообразным ее использование для дальнейших расчетов экспозиции.
При проведении исследований по расчету нагрузки контаминантами на население одним из важнейших и необходимых условий является достоверность результатов определения содержания контаминантов в пищевых продуктах. Известно, что пищевые продукты имеют достаточно сложный матрикс, предопределяющий многоступенчатость и специфичность пробоподготовки, что может увеличивать и ошибку определения. Поэтому при использовании результатов аналитических исследований необходимо основываться на их достоверности, которую и можно оценить в ходе межлабораторных испытаний. В настоящее время в мире существует несколько статистических подходов к оценке результатов работы лабораторий. В связи с этим, в настоящем разделе работе были проведены исследования по определению содержания свинца и кадмия в государственных стандартных образцах состава молока сухого обезжиренного (ГСО 7356-97), аттестованного на содержание 7 токсичных элементов (свинца, кадмия, меди, ртути, мышьяка, цинка и олова). Межлабораторные сравнительные испытания были проведены среди 14 лабораторий, аккредитованных на техническую компетентность в проведении испытаний пищевых продуктов и работающих в системе проведения мониторинга за безопасностью пищевых продуктов. При испытаниях были использованы два способа пробоподготовки: автоклавная согласно МУК 4.1.985-00, и сухое озоление согласно ГОСТ 26929-94 и атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов по ГОСТ 30178-96. Каждая лаборатория выполняла два параллельных определения для каждого образца. В рамках межлабораторных сравнительных испытаний проводилось определение в образцах свинца и кадмия.
