Стратегії пом’якшення кадмію для зменшення дієтичного впливу - Schaefer - 2020 - Journal of Food

Центр безпечності харчових продуктів та прикладного харчування (CFSAN), Управління з контролю за продуктами та ліками США (FDA), 5001 Campus Drive, Колледж-Парк, MD, 20740 США.

Анотація

Практичне застосування

Наявність кадмію в продуктах харчування дуже мінлива і сильно залежить від географічного розташування, біодоступності кадмію з ґрунту, генетики врожаю та агротехніки. Це дослідження може допомогти FDA визначити, куди зосередити ресурси, щоб дослідницькі та регуляторні зусилля могли мати найбільший вплив на зменшення експозиції кадмію від продовольчих запасів.

1. ВСТУП

1.1 Чому кадмій викликає занепокоєння?

Кадмій давно визнаний забруднювачем навколишнього середовища, який створює ризик для здоров'я людини. Повсюдна природа кадмію викликає занепокоєння, оскільки майже всі в загальній популяції піддаються впливу важких металів через запаси їжі, і цей елемент накопичується в організмі протягом усього життя. На підтримку зусиль Робочої групи з питань токсичних елементів Управління з контролю за продуктами та ліками США (FDA) щодо зменшення ризиків, пов'язаних з токсичними елементами в продуктах харчування, цей огляд мав на меті виявити існуючі або можливі нові зусилля щодо пом'якшення наслідків у всьому харчовому ланцюзі, щоб визначити, де FDA може мають найбільший вплив на зменшення експозиції.

1.2 Кадмій у навколишньому середовищі

Кадмій - рідкісний елемент, що зустрічається в природі, який у чистому вигляді являє собою синій відливний ковкий метал або сірувато-білий порошок, який легко реагує з іншими речовинами (NTP, 2016). Кадмій також розсіюється в навколишнє середовище за допомогою різних антропогенних процесів, таких як видобуток корисних копалин, виплавка, нікелеві та кадмієві батареї, металопластик, пігменти, пластикові стабілізатори, утилізація стічних вод і використання фосфорних добрив та гною (ATSDR, 2012; Aarts, Thomine, & Verbruggen, 2013; Khan, Khan, Khan, & Alam, 2017; Meng et al., 2018; Nordberg et al., 2018; WHO, 1992). При розпорошенні в атмосферу сполуки кадмію можна переносити на великі відстані і з часом падати на землю. Кадмій легко пересувається через ґрунт і потрапляє в харчовий ланцюг завдяки поглинанню рослин (переважно листових овочів, коренеплодів, злаків та зернових [10-150 мкг/м 3]) (ATSDR, 1999; EFSA, 2009; Klaassen, Casarett, & Doull, 2013; Smolders, 2001), а також згодом виявляється в печінці та нирках (> 50 мкг/м 3) тварин, що пасуться на кормових культурах та фільтрувальних живильниках, таких як ракоподібні та молюски (1 до 2 мкг/кг), що накопичують кадмій із забруднених водних середовищ (ATSDR, 1999; Klaassen et al., 2013; Nair, DeGheselle, Smeets, Kerkhove, & Cuypers, 2013). Попадання в організм кадмію викликає велике занепокоєння, оскільки це несуттєвий мікроелемент, який не відіграє ролі в рості людини або рослин, але токсичний для людини (Clemens et al., 2013; EFSA, 2009; Khan et al., 2017; Тлеючи, 2001).

Наприкінці 1990-х років професійні епідеміологічні когортні дослідження виявили позитивні зв'язки між вдиханням сполук кадмію та збільшенням ризику смерті від раку легенів (NTP, 2016). В результаті було впроваджено політичні рішення, технологічний прогрес та вдосконалення процесів, а викиди кадмію в атмосферу постійно зменшувались (Clemens et al., 2013). Однак кадмій не розкладається в навколишньому середовищі і не легко видаляється з ґрунту. Отже, розуміння та контроль забруднення кадмієм є надзвичайно важливим для безпеки продовольчого забезпечення.

1.3 Вплив кадмію

Вплив кадмію може відбуватися через потрапляння їжі, питної води або забрудненої ґрунту та пилу, а також через вдихання тютюнового диму або твердих частинок із навколишнього повітря (ATSDR, 2012). Найбільш значним джерелом впливу кадмію на людину є куріння сигарет, при цьому курці мають підвищену концентрацію в крові та нирках (ATSDR, 2012; Bernhoft, 2013; EFSA, 2009). Вплив під час вдиху також може бути значним у таких професійних умовах, як зварювання та пайка. Окрім осіб з високим рівнем впливу вживання тютюну або робочого середовища, дієта є основним джерелом (90%) впливу кадмію (Clemens et al., 2013; EFSA, 2009).

Вплив кадмію в їжу може призвести до його накопичення в нирках (найчутливіша мішень для токсичності кадмію), що може спричинити канальцеву дисфункцію та пошкодження нирок з часом (ATSDR, 2012; EFSA, 2009; WHO, 2011). Кадмій також надає токсичну дію на кісткову систему, і демінералізація кісток може відбуватися через пряме пошкодження кісток або через порушення функції нирок (EFSA, 2009; ВООЗ, 2011). Дослідження також припускають, що вплив кадмію викликає окислювальний стрес, що призводить до запалення та пошкодження мітохондрій; однак механізм до кінця не вивчений (Cannino, Ferruggia, Luparello, & Rinaldi, 2009; Nair et al., 2013).

Кілька факторів можуть впливати на навантаження на кадмій та ефективність всмоктування у людини. За оцінками, абсорбція кадмію після дієтичного впливу у людей є низькою (від 3% до 5%) (ATSDR, 2012; Clemens et al., 2013; EFSA, 2009); однак деякі дослідження показують, що всмоктування в кишечнику може досягати 44%, і необхідні подальші дослідження, особливо для дітей та молодих людей (Vesey, 2010). Розуміння біодоступності фракції кадмію з конкретних продуктів харчування та факторів, що впливають на біодоступність, зменшило б невизначеність щодо рівнів експозиції, пов’язаних із дієтичним кадмієм (Chunhabundit et al., 2011).

Кадмій має хімічний склад, подібний до основних металів, таких як залізо, цинк і кальцій, і може бути засвоєний клітинами за допомогою “іонної та молекулярної мімікрії” (Cannino et al., 2009; Nair et al., 2013; Vesey, 2010) . Кадмій і цинк зв'язуються з одними і тими ж білками в крові (альбумін) і тканинах (металотіоїн) і змагаються за поглинання їх у клітини (Brzoska & Moniuszko-Jakoniuk, 2001). Після всмоктування кадмій розподіляється по всьому тілу, зв’язаний з білками в крові (тобто альбуміном) (Bernhoft, 2013; EFSA, 2009; Vacchi ‐ Suzzi, Kruse, Harrington, Levine, & Meliker, 2016). Період напіввиведення в крові (відкладення в органах) коливається від 75 до 128 днів (Bernhoft, 2013). Приблизно 60% поглиненого кадмію відкладається в печінці (30%) і нирках (30%), а решта розподіляється по всьому тілу, а потім повільно виводиться (0,007% до 0,009% навантаження на організм на добу) через сечу та кал (ATSDR, 2012; Bernhoft, 2013). Кадмій - це накопичувальний токсикант з тривалим біологічним періодом напіввиведення, який, за оцінками, становить від 10 до 33 років у людини, що в результаті збільшує навантаження на організм з часом (Clemens et al., 2013; EFSA, 2009). Отже, токсичність кадмію, як правило, є наслідком хронічного впливу.

Мікроелементи мають великий вплив на здоров’я та відіграють важливу роль у розвитку та захисті токсичності кадмію. Низький вміст мікроелементів у споживаній їжі та відсоток засвоєного в організмі кадмію можуть бути вищими, коли заліза, цинку та кальцію в організмі та харчових продуктах мало (ATSDR, 2012; Clemens et al., 2013, Klaassen et al., 2013; EFSA, 2009). Цинк може служити захисним механізмом, оскільки він стимулює металотіоїн, який зв'язується з кадмієм, запобігаючи окисному стресу (Marreiro et al., 2017), і може запобігти порушенню кадмієм метаболізму кісток через витіснення кальцію (Brzoska & Moniuszko-Jakoniuk, 2001). Лабораторні дослідження на тваринах (Flanagan et al., 1978; Reeves & Chaney, 2001; Reeves & Chaney, 2002; Reeves & Chaney, 2004; Reeves, Chaney, Simmons, & Cherian, 2005) припускають, що навіть незначні дефіцити мікроелементів можуть посилити кадмій поглинання до 10 разів (Reeves & Chaney, 2008). Дослідження також припускають, що дефіцит кальцію, білка та вітаміну D може підвищити сприйнятливість до кісткових впливів після впливу кадмію. Крім того, кадмій зменшує кровотік і гальмує транспорт поживних речовин через плаценту, перешкоджаючи засвоєнню цинку мікровезикулами плаценти людини (Gupta, 2011). Отже, фізіологічний статус (вік та стать), дієта та стан організму мікроелементів, існуючі стани здоров’я та багатоплідна вагітність можуть впливати на біодоступність, утримання та токсичність кадмію в організмі (ATSDR, 2012; Brzoska & Moniuszko-Jakoniuk, 2001; EFSA, 2009; Весей, 2010). Діти, жінки дітородного віку та діабетики вважаються більш вразливими (Clemens et al., 2013; Satarug, Garrett, Sens, & Sens, 2010; Vesey, 2010).