Оценка поступления кадмия с потреблением мяса и мясопродуктов

оценка поступления

КАДМИЯ с потреблением мяса и мясопродуктов

саша Янкович1, весна Матекалозсверак1, слободан Лилич1, драгика николич1, срджан стефанович1, Марьяна Чурчич2, татьяна Радичевич1

1 Институт гигиены и технологии мяса, Сербия, г. Белград

2 Отдел токсикологии «Академик Данило Солдатович», фармацевтический факультет, Белградский университет, Белград, Сербия

Резюме

Кадмий является токсичным тяжёлым металлом и хорошо известным контаминантом окружающей среды. Кадмий встречается в сельскохозяйственных землях как контами-нант, попадающий с удобрениями, сточными водами, и может поступать в пищевую цепь человека. Он является токсичным, тератогенным, мутагенным и канцерогенным для большинства организмов. Кадмий, накопленный в тканях и органах животных, может передаваться в пищевую цепь человека и может стать опасностью для здоровья населения.

Было проанализировано с 2011 по 2013 гг. 1817 мясной продукции. Пробы для анализа кадмия были приготовлены методом микроволнового разложения. Анализы проводили, используя атомную абсорбционную спектрометрию с графитовой печью и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой. Аналитический контроль качества был проведён, используя сертифицированный эталонный материал. Повторные анализы находились в диапазоне сертифицированных значений. С целью оценки поступления в организм, были использованы базы данных ФАО/ВОЗ по потреблению пищевых продуктов (FAO/WHO GEMS/Food Consumption Cluster Diets). Все анализированные образцы содержали кадмий ниже максимального уровня, зафиксированного сербскими национальными нормативными документами. Оценённое недельное поступление в организм кадмия на основе среднего значения кадмия в анализированных пищевых изделиях и среднего веса тела, которое составило 70 кг, было 0,144 мг/кг веса тела. На основании предела безопасности, рекомендованного европейским органом по безопасности пищевых продуктов 2,5 мг/кг веса тела /неделя, и принимая во внимание полученные результаты, мы можем сделать вывод, что поступление в организм кадмия в случае потребления мяса и мясопродуктов в Сербии ниже, чем предел безопасности и не представляет собой риска для здоровья человека.

Введение

Кадмий (Cd) известен как контаминант окружающей среды. Промышленные и сельскохозяйственные процессы несут наибольшую ответственность за загрязнение окружающей среды кадмием. Кадмий обычно используется в очис-

Удк 637.5.04:546.48

ключевые слова: кадмий, поступление в организм, мясо

тителях руды, аккумуляторных батареях, плавлении руды и был обнаружен (как примесь) в удобрениях. Последнее, в особенности, послужило фактом роста обеспокоенности ученых здоровьем человека и животных. Кадмий может поступать в пищевую цепь человека, так как он встречается на сельскохозяйственных землях как контаминант удобрений фосфорного типа и в сточных водах. Он является токсичным, канцерогенным и тератогенным для большинства организмов. Из всех тканей животных, почки и печень обладают наибольшей способностью к биоаккумуляции кадмия. Металл, накопленный сельскохозяйственными животными, может передаваться людям, которые потребляют мясо, и может стать опасностью для здоровья населения.

Кадмий является металлом, который не обладает известными благоприятными свойствами, поддерживающими жизнь - нет свидетельств того, что он является биологически необходимым или полезным (1). Пищевые продукты являются наиболее важным источником контаминации кадмием - около 90% (2). Наиболее высокая концентрация кадмия встречается в субпродуктах, ракообразных, грибах и некоторых растениях, которые накапливают кадмий из почвы, такие как какао и рис. В зависимости от рационов питания в различных странах, разные пищевые продукты ответственны за поступление в организм кадмия. В Европейских странах это относится к рыбе и морепродуктам, в то время как, например, в Азии основным источником кадмия является рис. После того как кадмий поступает в организм, он отлагается в печени, почках и костях с периодом полувыведения 20 лет (3).

Большинство научных работ, рассматривающих токсические эффекты кадмия, проводятся с 1950-х годов, когда была признана опасность от профессиональной экспозиции кадмия. После орального поступления кадмий, главным образом, оказывает влияние на почки, повреждая клубоч-ковую фильтрацию и канальцевую реабсорбцию, приводя к аминоацидурии и появлению белков с небольшой массой в

моче. Также с воздействием кадмия ассоциированы поражения костей, проблемы с метаболизмом витамина D, анемия, поражения печени и нервной системы. Международное агентство по исследованию рака (^С), объявило кадмий и соединения кадмия канцерогенными для людей (4), на основании достаточных научных данных.

Учитывая, что мясо играет важную роль в рационе питания, целью данного исследования была оценка риска, обусловленная поступлением в организм кадмия, ассоциированным с потреблением мяса, мясопродуктов и субпродуктов путём интеграции эмпирических концентраций кадмия, измеренных в отдельных пищевых продуктах и данных по их потреблению.

Материалы и методы

Концентрации кадмия измеряли в мышечной ткани, печени и почках млекопитающих (свиньи, крупный рогатый скот и ягнята), мышцах и печени домашней птицы (цыплята-бройлеры и индюки) и различных типах мясопродуктов. Количество анализированных в период с 2011 г. по 2013 г. образцов приведено в таблице 1.

Крупный рогатый скот Пищевой продукт Количество образцов

мышцы 105

печень 22

почки 22

Свиньи мышцы 612

печень 65

почки 65

Ягнята мышцы 56

печень 12

почки 12

Домашняя птица мышцы 133

печень 43

Мясопродукты 670

Всего 1817

Таблица 1. Количество анализированных образцов

Принимая по внимание тот факт, что измерения были проведены с использованием двух инструментов - атомным абсорбционным спектрометром (AAS) и масс-спектромет-рии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), было два вида подготовки проб и измерений:

1. Атомная абсорбционная спектроскопия (AAS) - Алик-воты приблизительно 0,75 г измельчённых и гомогенизированных образцов были перенесены в PTFA ёмкости, залиты 8 мл азотной кислоты (p.a. Sigma) и 1,5 мл перок-сида водорода (30%, p.a., Merck). Образцы были подготовлены методом микроволнового разложения проб (START D, Milestone, Германия). Программа микроволновой обработки состояла из нижеследующих трёх этапов: 5 мин. от комнатной температуры до 180 °C, 10 мин. выдерживали при 180 °C, 20 мин. вентиляция. После охлаждения при комнат-

ной температуре, растворы переваренных образцов были количественно перенесены в стеклянные волюметричес-кие колбы и разведены до 50 мл деионизированной водой (ASTM тип I, 18 MQ/см, 0,056 pS/см). Анализы были проведены на атомном абсорбционном спектрометре Varian "SpectrAA 220" (Varian, США) с графитовой печью GTA 110. Для качественного анализа образцов были построены пятиточечные калибровочные кривые (включая ноль) в диапазоне концентраций 0,2 - 2,0 ör/л. Предел количественного определения (LOQ) для кадмия был 5 нг г-1. Аналитический контроль качества был достигнут с использованием сертифицированного эталонного материала BCR 186. Эталонный материал был приготовлен случайным образом во время микроволновой пробоподготовки (микроволнового разложения) каждой партии образцов и анализирован в начале, в середине и в конце каждого списка образов. Повторные анализы были в диапазоне сертифицированных значений.

2. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, (ICP-MS) - аликвоты приблизительно 0,3 г измельчённых и гомогенизированных образцов были перенесены в PTFA ёмкости, залиты 5 мл азотной кислоты (чистоты для анализа следовых количеств металлов, Fisher Chemical) и 1,5 мл пероксида водорода (30%, p.a., Merck). Программа микроволновой обработки в микроволновой печи (START D, Milestone, Германия) состояла из нижеследующих трёх этапов: 5 мин. от комнатной температуры до 180 °C, 10 мин. выдерживали при 180°C, 20 мин. вентиляция. После охлаждения при комнатной температуре, растворы переваренных образцов были количественно перенесены в полипропиленовые волюметрические колбы и разведены до 100 мл деионизированной водой (ASTM тип I, 18 MQ/см, 0,056 pS/см). Измерения были проведены, используя ICP-MS "iCap Q" (Thermo Scientific, Германия), оборудованный столкновительной (коллизионной) ячейкой и работающий в режиме дискриминации кинетической энергии (KED). Измеряемым изотопом был 111Cd. Положение горелки, ионная оптика и настройка детектора регулировались ежедневно, используя настроечный раствор (Thermo Scientific Tune B), для оптимизации измерений и минимизации возможных помех. Для качественного анализа образцов была сконструирована пятиточечная калибровочная кривая (включая ноль) для данного изотопа в диапазоне концентраций от 0,1 - 2,0 рг/л. Предел количественного определения (LOQ) для кадмия был 1 нг г-1. Для введения он-лайн многоэлементного внутреннего стандарта (89Y, 209Bi - 2 нг/мл) была использована дополнительная линия перистальтического насоса. Концентрации каждого образца были скорректированы на коэффициенты отклика внутреннего стандарта с более высокой или более низкой массой, используя метод интерполяции.

Качество аналитического процесса контролировали путём анализа стандартного эталонного материала (NIST SRM 1577c). Эталонный материал был приготовлен случайным образом во время микроволновой пробоподготов-ки (микроволнового разложения) каждой партии образца и анализирован в начале, в середине и в конце каждого спис-

ка образцов. Измеренные концентрации были в диапазоне сертифицированных значений.

Общее исследование рационов питания до сих пор в Сербии не проводилось. В связи с этим для целей оценки поступления кадмия в организм, мы использовали базы данных ФАО/ВОЗ по потреблению пищевых продуктов (FAO/ WHO GEMS/Food Consumption Cluster Diets database) (5). Общее потребление мяса млекопитающих было разделено на свинину, говядину и ягнятину в соотношении 50:40:10. Так как база данных ФАО/ВОЗ не предоставляет данные по раздельному потреблению для печени и почек, то концентрации кадмия выражены как средние значения результатов для печени и почек. Потребление избранных пищевых продуктов в неделю приведено в табл. 2.

Пищевой продукт потребление в неделю

Крупный рогатый скот мышцы 319,5

печень 28

почки

Свиньи мышцы 399,4

печень 35

почки

Ягнята мышцы 79,9

печень 7

почки

Домашняя птица мышцы 389,2

печень 6,3

Мясопродукты 52,5

Всего 1316,7

Кадмий в мышцах

Крупный рогатый скот Свиньи Ягнята Домашняя птица

минимальное н/о н/о н/о н/о

максимальное 0,045 0,028 0,008 0,007

среднее 0,004 0,002 0,002 0,001

Таблица 3. Содержание кадмия в мышце н/о - не определено

Максимальные уровни кадмия в мышечной ткани были выявлены у крупного рогатого скота - 0,045 рг/г, в то время как минимальные уровни были измерены в мышце домашней птицы. Так как накопление кадмия в тканях зависит от продолжительности жизни животного, то ожидалось, что наивысшее среднее и максимальное содержание кадмия будет зарегистрировано в мясе от крупного рогатого скота.

Минимальные, средние и максимальные значения содержания кадмия в печени и почках крупного рогатого скота, свиней, ягнят и печени домашней птицы представлено в табл. 4.

Таблица 2. Потребление пищевых продуктов в неделю

Для расчёта оценки недельного поступления кадмия в организм, ^1) в мг/кг веса тела, использовали следующую формулу:

^I _ потребление в неделю

вес тела

Индекс опасности (Н1) рассчитывали на основе формулы, приведённой ниже:

Н1 _ рассчитанное поступление в организм в неделю для кадмия условно переносимое недельное поступление

Результаты и обсуждение

Все анализированные образцы содержали кадмий ниже максимального уровня, зафиксированного сербскими национальными нормативными документами (6), 0,05 |г/г для мышц, 0,5 |г/г для печени и 1 |г/г для почек. Содержание кадмия в мышечной ткани различных видов представлено в табл. 3

кадмий

крупный рогатый скот свиньи

печень почки печень почки

минимальное 0,037 0,154 0,005 0,025

максимальное 0,106 0,467 0,093 0,501

среднее 0,065 0,240 0,033 0,121

ягнята домашняя

птица

печень почки печень

минимальное 0,013 0,027 0,003

максимальное 0,095 0,101 0,071

среднее 0,032 0,047 0,018

Таблица 4. Содержание кадмия в печени и почках

Аналогично мясу, средние концентрации кадмия в субпродуктах крупного рогатого скота (0,065 |г/г для печени и 0,240 |г/г для почек) были более высокими по сравнению с другими видами. Концентрации кадмия в почках были в три раза выше по сравнению с печенью, так как содержание связывающего кадмий белка - металлотионеина являтся

наиболее высоким в почках. Наши результаты схожи с результатами предыдущих исследований в европейских странах (7-11). В табл. 5 представлены данные значения для содержания кадмия в мясопродуктах.

кадмий

мясопродукты

минимальное н/о

максимальное 0,070

среднее 0,002

Таблица 5. Содержание кадмия в мясопродуктах н/о - не определено

0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

Рисунок 1. Поступление в организм кадмия с разными видами

Доступные литературные данные дают различные значения для поступления в организм кадмия и зависят от выбранных регионов, а также от привычек питания исследованной популяции.

В 2012 г. EFSA опубликовал результаты исследования, которое охватывало 22 страны ЕС с данными, собранными с 2003 по 2011 гг. Наивысшее содержание кадмия было определено в водорослях, какао-продуктах и пищевых субпродуктах. Принимая во внимание данные по потреблению, наиболее значительный вклад в поступление в организм кадмия вносило потребление зерновых (26,9% от общей диеты), за которым следовали овощи и их продукты - 16% от общего рациона питания. Оценённое еженедельное поступление в организм кадмия в результате потребления пищевых продуктов было 2,04 рг/кг веса тела в случае средней экспозиции (12).

Поступление в организм кадмия с мясом и пищевыми субпродуктами было 0,177 рг/кг веса тела, т.е. 8,7% от

общего поступления в организм кадмия. В отличие от европейских стран, в Японии 40% от общего поступления в организм кадмия обусловлены потреблением риса (13), в то время как в Гонконге 33% от общего поступления в организм кадмия приписано морепродуктам. Среднее поступление в организм кадмия в неделю в этой стране 2,42 рг/кг веса тела (14).

В США среднее поступление кадмия в организм в неделю у взрослой не курящей популяции составляет 2,45 рг/кг веса тела для мужчин и 2,1 рг/кг веса тела для женщин. Наивысшее поступление кадмия в организм происходит через потребление овощей, картофеля и зерновых; при этом, поступление в организм кадмия выше у людей, которые потребляют более высокие количества ракообразных и субпродуктов (15).

В соответствии с данными значениями в нашем исследовании мы рассчитали поступление в организм кадмия для избранных пищевых продуктов. Поступление в организм кадмия из пищевых продуктов было сравнено с рекомен-

Пищевые продукты Недельное поступление в организм

Мясо крупного рогатого скота 359,4 0,018 0,7

Субпродукты крупного рогатого скота 31,5 0,061 2,4

Мясо свиней 359,4 0,011 0,5

Субпродукты свиней 31,5 0,039 1,5

Мясо ягнят 79,9 0,002 0,1

Субпродукты ягнят 7 0,004 0,2

Мясо домашней птицы 389,2 0,006 0,2

Субпродукты домашней птицы 6,3 0,002 0,1

Мясопродукты 52,5 0,002 0,1

Общее 1316,7 0,144 5,8

Таблица 6. Недельное поступление в организм кадмия с различными пищевыми продуктами

дованными недельными уровнями 2,5 рг/кг веса тела для получения уровня индекса опасности. Индекс опасности выражен как процент от общего рекомендованного уровня и представлен в таблице 6.

Наивысшее среднее поступление в организм кадмия было с мясом и субпродуктами крупного рогатого скота из-за максимальных средних концентраций кадмия и относительно высокой доли этого продукта в недельном рационе. Значительные количества кадмия у взрослой популяции в Сербии поступают с мясом и пищевыми субпродуктами свиней - 0,05 рг/кг веса тела (рис. 1).

Недельное поступление в организм кадмия, на основе среднего значения кадмия в анализированных пищевых продуктах и среднего веса тела 70 кг составило 0,144 рг/кг веса тела. Этот результат был сравнен с рекомендованным EFSA поступлением в организм на недельной основе 2,5 рг/кг веса тела для расчёта индекса опасности (HI). Индекс опасности в данном сценарии рациона был 0,058, т.е., 5,8% от уровня безопасности. Общее поступление в организм кадмия в Сербии было 1,286 рг/кг веса тела (16). Относительный вклад мяса, субпродуктов и мясопродуктов в поступление в организм кадмия было 11,2%, что значительно ниже, чем поступление в организм с зерновыми продуктами и продуктами на основе зерновых, а также с овощами и овощными продуктами.

список ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Eisler, R. (1985). Cadmium Hazards To Fish, Wildlife , And Invertebrates: A Synoptic Review. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Report 85 (1.2), Contaminant Hazard Reviews Report No. 2: 46;

2. Vahter M, Berglund M, Lind B, Jorhem L, Slorach S and Friberg L, 1991. Personal monitoring of lead and cadmium exposure--a Swedish study with special reference to methodological aspects. Scand J Work Environ Health 17 (1), 65-74;

3. ATSDR, Draft Toxicological profile for Cadmium, Public Health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry, USA, 2008;

4. International Agency on Research of Cancer (IARC). IARC Cancer Databases. Available from: http://www.iarc.fr;

5. FAO/WHO (Food and Agriculture Organization/ World Health Organization), 2012. The GEMS/Food Consumption Cluster Diets database, Geneva, Switzerland;

6. Official Journal of RS 29/2014, 2014. Rulebook on maximum residue limits residues of pesticides in food and feed and food and feed which establishes maximum permissible residual quantities of pesticides;

7. Falandysz J. Manganese, copper, zinc, iron, cadmium, mercury and lead in muscle meat, liver and kidney of poultry, rabbit and sheep slaughtered in the northern part of Poland 1987. Food Addit Contam 1991;8:71-83.

8. Falandysz J. Some toxic and essential trace metals in cattle from the northern part of Poland. Sci Total Environ 1993;136:177-191.

9. Schulzschroeder G. Lead and cadmium contents in meat, liver and kidney samples from lambs and sheep. Fleischwirtschaft 1991;71:1435-1438.

10. Niemi A, Venalainen E, Hirvi J, Kappanen E. The lead, cadmium and mercury concentrations in muscle, liver and kidney from Finnish pigs and cattle during 1987]1988. Z Lebensm-Unters Forsh 1991;192:427-429.

11. Jorhem L, Slorach S, Sundstrom B, Lead, cadmium, arsenic and mercury in meat, liver and kidney of Swedish pigs and cattle in 1984-88, Food Additives & Contaminants, Volume 8, Issue 2, 1991;

12. Cadmium dietary exposure in the European population. (2012). Scientific Report of EFSA. The EFSA Journal, 10(1): 2551, 1-37;

13. Tsukahara, T., Ezaki, T., Moriguchi, J., Furuki, K., Shimbo, S., Matsuda-Inoguchi, N. & Ikeda, M. Rice as the most influential source of cadmium intake among general Japanese population. (2003). The Science of the Total Environment 305: 41-51;

14. Food and Environmental Hygiene Department (2012). Dietary exposure to heavy metals of secondary school students, Risk assessment Studies, Report No. 10B, Hong Kong September 2002;

15. Toxicological profile for cadmium. (2002). U.S. Department of health and human services, Public Health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry, September 2002;

16. Jankovic S., Nikolic D., Stefanovic S., Radicevic T., Spiric D., Petrovic Z, Estimated intake of cadmium through food consumption in Serbia, Tehnologija mesa 54 (2013) 2, 123-129.

Выводы

На основе рекомендованного EFSA предела безопасности 2,5 тг/кг веса тела в неделю и полученных результатов, мы сделали вывод, что среднее поступление в организм кадмия в случае потребления мяса, пищевых субпродуктов и мясопродуктов в Сербии намного меньше предела безопасности и не представляет риск для здоровья человека. |

КОНТАКТЫ: Саша Янкович Весна МатекалозСверак Слободан Лилич Драгика Николич Срджан Стефанович Марьяна Чурчич Татьяна Радичевич sashainmesbgd.com