ROLE OF ESTIMATION OF EXPOSURE OF CHEMICAL CONTAMINANTS POLLUTING FOODSTUFFS IN ENVIRONMENTAL SAFETY RESEARCH

Full Text

Актуальность проблемы безопасности продуктов питания с каждым годом возрастает, поскольку именно обеспечение безопасности продовольственного сырья и продуктов питания является одним из основных факторов, определяющих здоровье людей, а также одним из критериальных направлений подтверждения соответствия в условиях вхождения России во Всемирную торговую организацию. В настоящее время безопасность пищевых продуктов оценивается, как правило, по гигиеническим нормативам, а именно - оценке химических, биологических ксенобиотиков, потенциально опасных химических соединений, радионуклидов. Присутствие контаминантов в пищевых продуктах не должно превышать допустимых уровней содержания в заданной массе (объеме) исследуемой продукции. Однако отслеживание безопасности по отмеченным нормативным показателям не дает адекватной картины по уровню безопасности продовольственных товаров и пищевого сырья, так как не оценивается алиментарный вклад при определении токсикологического риска [3]. Вопросы анализа безопасности пищевых продуктов в свете Федерального закона «О техническом регулировании» [19] являются исключительно важными, так как закон предполагает, что минимально необходимые требования безопасности, включаемые в технические регламенты, должны формироваться на основе оценки степени риска причинения вреда. Кроме того, в свете требований Федерального закона № 29-ФЗ от 02.01.2000 г. «О качестве и безопасности пищевых продуктов» должны быть отрегулированы вопросы государственного нормирования, регистрации, лицензирования и сертификации пищевых продуктов. В ряде статей зарубежных авторов [8, 9-11, 23] акцентируется внедрение системы продовольственной безопасности в условиях повышенной антропогенной нагрузки и глобализации и создание единых межотраслевых систем контроля безопасности пищевых продуктов, международных продовольственных стандартов. Отдельный интерес представляют работы [10, 11], отражающие результаты исследований по оценке риска воздействия химических контаминантов, мигрировавших из упаковки, на здоровье населения. В ряде публикаций [16, 21, 22] рассматриваются сведения, предназначенные для разработчиков технологий новых продуктов, проектировщиков предприятий и специалистов, занимающихся оценкой качества и безопасности производств. Часть статей [1, 2, 24] выполнена в виде обзора работ по оценке риска загрязнения продуктов питания ксенобиотиками по критическим контрольным точкам в свете системы сертификации анализа рисков и критических контрольных точек (Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP). 26 Экология человека 2013.06 Экологическая безопасность Таким образом, обзор публикаций, отражающий анализ риска, позволяет заключить, что исследования, направленные на изучение токсикологии кон-таминантов в пищевых продуктах, являются крайне актуальными. В частности, недостаточно изучены вопросы контаминации пищевых продуктов и их влияния на население в различных регионах России. Отмеченный аспект пищевой безопасности является очень важным, так как питание населения может в значительной степени различаться в разных областях. Выделение групп населения, у которых поступление контаминантов с рационом питания будет превышать установленные гигиенические нормативы, позволит провести их углубленное обследование на предмет выявления состояния негативного воздействия, возможно связанного с данными конкретными факторами. Кроме того, такой подход позволит перейти к принципиально новой системе регулирования пищевой безопасности. Целью настоящего исследования является оценка экспозиции химических контаминантов в пищевых продуктах на население в свете комплексной экспертизы на примере мяса птицы регионального производителя, реализуемого в одном из гипермаркетов г. Иваново. Методы В качестве объекта исследования выступают уровни контаминации пищевых продуктов токсичными соединениями. Информация о потреблении продуктов питания получена в результате пилотного опроса покупателей крупнейшего в Ивановской области ритейла - гипермаркета «Главмаг» ЗАО «Экстра». Количество фактически потребляемых продуктов устанавливалось с помощью метода 24-часового (суточного) воспроизведения питания [12, 14]. В ходе анализа потребительских предпочтений выяснилось, что мясо птицы является одним из основных блюд рациона питания. Для проведения устного анкетирования была разработана анкета с вопросами закрытого типа. В опросе приняли участие 1 000 респондентов среди взрослого населения. Данные анкетирования обработаны и проанализированы. Для изучения безопасности продуктов питания на кафедре коммерции, товароведения и экспертизы Ивановского филиала Российского государственного торгово-экономического университета в сотрудничестве с аккредитованным испытательным центром качества при Ивановском государственном химико-технологическом университете проводятся мониторинговые исследования различных пищевых продуктов. В частности, по стандартизированным методикам [4-6] оценивалось содержание таких приоритетных контаминантов, как нитраты, соединения свинца (Pb), кадмия (Cd) , мышьяка (As) и ртути (Hg) в исследуемых образцах мяса птицы. Всего проанализировано 20 проб в свете нормативных требований [12]. Общетоксическое действие химических контаминантов, содержащихся в исследуемых образцах мяса птицы, на здоровье населения г. Иваново осуществлялось в соответствии с общими принципами методологии оценки риска [14]. Для расчета экспозиции и уровней риска использовались медиана и 90-й процентиль содержания контаминан-тов в пищевых продуктах. Для изучения неканцерогенных эффектов использовался подход референтных концентраций и доз. Характеристика токсичности контаминантов проводилась на основе суточного поступления вещества и коэффициентов опасности. Для веществ, обладающих однонаправленным механизмом действия, рассчитаны индексы опасности, позволяющие оценить степень подверженности критических органов и систем органов [18]. Согласно [ 12] экспозиция контаминантов пищевых продуктов на население рассчитывается по формуле (1): (1) где Ехр - значение экспозиции контаминанта в пищевых продуктах, мг/кг массы тела/сутки (мг/ кг массы тела/неделю, мг/кг массы тела/месяц); C - содержание контаминанта в i-м пищевом продукте, мг/кг; M - потребление i-го продукта, кг/сутки (кг/неделю, кг/год); BW - масса тела человека, кг (стандартное значение - 70 кг); N - общее количество продуктов, включенных в исследование. Оцененная экспозиция химическими контаминан-тами в пищевых продуктов на население позволяет в дальнейшем оценить риск неканцерогенных эффектов. Характеристика риска развития неканцерогенных эффектов осуществляется либо путем сравнения фактических уровней экспозиции с безопасными уровнями воздействия (индекс/коэффициент опасности), либо на основе параметров зависимости «концентрация - ответ», полученных в эпидемиологических исследованиях. Оценка влияния рассчитанной экспозиции химическими контаминантами пищевых продуктов на здоровье населения осуществляется в соответствии с общими принципами методологии оценки риска [14]. Расчет коэффициента опасности проводится по формуле (2): тт^ Exp Exp Exp (2) Q дсп или упнп или упмп , где HQ - коэффициент опасности; Ехр - значение экспозиции химического вещества; ДСД - допустимая суточная доза, мг/кг массы тела/сутки; УПНП -условно переносимое организмом недельное потребление химического вещества, мг/кг массы тела/ неделю; УПМП - условно переносимое организмом месячное потребление химического вещества, мг/кг массы тела/неделю. 27 Экологическая безопасность Экология человека 2013.06 Если рассчитанный HQ на уровнях медианы и 90-го процентиля содержания контаминанта в пищевых продуктах не превышает 1,0, то такое воздействие характеризуется как допустимое [12]. Характеристика риска развития неканцерогенных эффектов при комбинированном и комплексном воздействии химических соединений проводится на основе расчета индекса опасности (HI) [14]. Индекс опасности для условий одновременного поступления нескольких веществ одним и тем же путем рассчитывается по формуле (3): HI = I, HQ,, (3) где HQ. - коэффициенты опасности для отдельных компонентов смеси воздействующих веществ. Индексы опасности позволяют оценить степень подверженности критических органов и системы органов. Результаты Нормирование риска является сложной проблемой, затрагивающей экономические, психологические, социальные, технические и медико-биологические аспекты. Для оценивания и нормирования рисков влияния химических контаминантов используются: информация о результатах анализа и испытаний химических контаминантов в различных объектах; результаты экспертизы пищевых продуктов и обобщение исследований потребительских предпочтений. Ключевой из перечисленных факторов для установления риска потребления пищевых продуктов является экспертиза пищевых продуктов. Экспертиза пищевых продуктов - это исследование специалистами точно сформулированного вопроса о происхождении, качестве, составе и безопасности пищевых продуктов, о соответствии их нормам и стандартам. Таким образом, методология оценки риска негативных последствий от контаминантов (токсичных соединений) в пищевой продукции становится центральным аспектом нормирования (задания требований) показателей безопасности пищевых продуктов. Кроме того, методология оценки риска позволяет разработать схемы регулирования пищевой безопасности. Результаты адаптации методики оценки риска развития канцерогенных и неканцерогенных эффектов [15, 22, 24] имеют перспективный характер, так как могут быть направлены на прогноз возможных изменений в будущем, создавая тем самым основу для профилактики неблагоприятных влияний на здоровье населения. На этапе оценки экспозиции определили содержание контаминантов в исследуемых образцах мяса птицы. Результаты исследований не выявляют превышения контаминантами предельно допустимых концентраций - ПДК (табл. 1). Варьирование содержания контаминантов в исследуемых образцах мяса птицы находится на уровне медианных значений в пределах от 0,03 ПДК для соединений ртути, до 0,38 ПДК для нитратов. Несколько настораживающим является тот факт, что содержание соединений мышьяка в исследуемых образцах мяса птицы на уровне медианных значений составило 0,36 ПДК и находилось на том же уровне, что и нитраты. Содержание нитратов в мясе птицы является ярким доказательством того, что эти вещества, полученные птицей с кормом, полностью не выводятся из организма, а накапливаются в органах и тканях. Выполненные исследования показали, что концентрации соединений тяжелых металлов в образцах мяса птицы в целом находятся на одном уровне, за исключением соединений ртути. Таблица 1 Содержание химических контаминантов в исследуемых образцах мяса птицы Контаминант Содержание конта-минантов, мг/кг ПДК [17], мг/кг Доля ПДК Медиана 90-й процентиль Медиана 90-й процентиль Свинец 0,140 0,520 0,500 0,280 1,040 Мышьяк 0,036 0,074 0,100 0,360 0,735 Кадмий 0,014 0,071 0,050 0,280 1,410 Ртуть <0,001 <0,008 0,030 <0,030 < 0,266 Нитраты 75,640 604,630 200,000 0,380 3,023 Большинство полученных научных данных отображает один из этапов интегрального исследования - ретроспекцию, то есть на этом этапе оценки риска воздействия химических контаминантов пищевых продуктов и продовольственного сырья в результате загрязнения окружающей среды прослеживается вклад загрязнения продуктов питания и продовольственного сырья превалирующими контаминантами в проявление канцерогенных и неканцерогенных эффектов во времени. Отметим, что конечной целью исследований данного рода является прогнозирование здоровья населения различных регионов Российской Федерации. Например, в мониторинговых исследованиях [20] представлены результаты расчетов индексов опасности неканцерогенных эффектов, связанных с потреблением продуктов питания в Республике Татарстан. Расчет канцерогенного риска осуществлялся с использованием данных о величине экспозиции и значениях факторов канцерогенного потенциала (фактор наклона). Кроме того, по данным анализа распределения потребительских предпочтений по группам пищевых продуктов и протоколов исследования качественного и количественного состава химических веществ, загрязняющих пищевые продукты, основными «поставщиками» контаминантов в организм человека являются хлебобулочные изделия, овощи и бахчевые, мясные продукты. Оценка экспозиции химических контаминантов, содержащихся в мясе птицы регионального производителя, на население г. Иваново осуществлялась исходя из того, что в среднем опрашиваемые респонденты потребляют (80,0 ± 15,3) г/сутки мяса 28 Экология человека 2013.06 Экологическая безопасность птицы. Результаты расчетов экспозиции химических контаминантов на население и коэффициентов опасности по результатам пилотного исследования представлены в табл. 2. Таблица 2 Результаты оценки экспозиции химических контаминантов и коэффициентов опасности Контаминант Экспозиция УПНП [12], мг/ кг массы тела/ неделю ДСД [12], мг/кг массы тела/ сутки Коэффициент опасности, единицы Медиана 90-й процентиль Медиана 90-й процентиль Свинец1 1,12х10-3 4,16х 10-3 2,50х10-2 — 4,48х10-2 1,66х 10-1 Мы шьяк1 2,80х10-4 5,88х10-4 1,50х10-2 — 1,87 х 10-2 3,92х10-2 Кад мий1 1,12х 10-4 5,66х10-4 7,00х10-3 — 1,60х10-2 8,10х10-2 Ртуть1 7,98х10-6 6,39х10-5 5,00х10-3 — 1,59х 10-3 1,28х10-2 Нитраты2 8,64х10-2 6,91 х 10-1 — 0 — 3,70 2,30х10-2 1,87 х 10-1 Примечание. Единицы измерения для экспозиции: 1 — мг/кг массы тела в неделю (по результатам 24-часового воспроизведения питания); 2 — мг/кг массы тела в сутки. Обсуждение результатов На основании данных табл. 2 можно заключить, что значение экспозиции свинца, кадмия, мышьяка и ртути не превышает условно переносимого недельного их потребления. Значительно больше поступление в организм человека нитратов, однако значение не выше установленных величин. Приоритетными загрязнителями исследуемых образцов мяса птицы регионального поставщика по Ивановской области, формирующими риск развития неканцерогенных эффектов у населения, являются нитраты, свинец, кадмий, мышьяк, ртуть. Величины экспозиции, оцененные на уровне медианных значений, составляют соответственно 8,64 х10-2 мг/кг массы тела в сутки; 1,12*10-3; 1,12*10-4, 2,80х 10-4 и 7,98х 10-6 мг/кг массы тела в неделю и на уровне 90-го процентиля соответственно 6,91 х 10-1 мг/кг массы тела в сутки; 4,16х10-3; 5,66х10-4; 5,88х10-4 и 6,39х10-5 мг/кг массы тела в неделю. Представленный ряд значений экспозиции превалирующих контаминантов показывает, что наблюдается значительный градиент экспозиции. А именно величина экспозиции, оцененная на основе медианных значений для соединений ртути, на 3 порядка меньше, чем для соединений свинца в исследуемых образцах мяса птицы, а величина экспозиции, оцененная на основе 90-го процентиля для соединений ртути, на 2 порядка меньше, чем для соединений свинца. Необходимо отметить, что полученные результаты свидетельствуют о корреляции между содержанием в пищевых продуктах химических контаминантов и типом зоны техногенного загрязнения исследуемых региональных территорий, что согласуется с материалами большинства исследований [7, 13, 20]. На следующем этапе провели расчет уровня опасности (HQ) химических контаминантов в мясе птицы. Результаты расчета HQ по критериальным контаминантам в исследуемых образцах мяса птицы отражены в табл. 2. Величины HQ варьируют в пределах от 1,59х10-3 от воздействия соединений ртути до 4,48х10-2 от воздействия соединений свинца, оцененного на основе медианных значений. При оценке HQ на основе 90-го процентиля величины коэффициентов варьируют от 1,28х 10-2 для соединений ртути до 1,87 х 10-1 для нитратов. Из расчетов видно, что уровень опасности (HQ) химических веществ, содержащихся в образцах мяса птицы регионального производителя, на уровнях медианы и 90-го процентиля не превышает 1,0, что характеризует воздействие как допустимое [12]. Рассчитанные HQ позволяют предварительно судить о вкладе различных загрязняющих пищевые продукты веществ в риск развития у населения неканцерогенных эффектов. А именно максимальный вклад в формирование некацерогенного риска на уровне медианы имеет свинец — 43 %, хотя превышения ПДК для этого контаминанта не отмечалось. Соответственно вклад других контаминантов на уровне медианы в формирование неканцерогенных эффектов, расположенный по убыванию, может быть представлен следующим образом: нитраты (22,0 %), мышьяк (18,0 %), кадмий (15,5 %), ртуть (1,5 %). Для сравнения в Татарстане [20] в целом по продуктам питания вклад нитратов в неканцерогенный риск составил 34 %, а вклад соединений кадмия, свинца, мышьяка и ртути — соответственно 22, 2, 30 и 10 %. Неканцерогенный риск от нитратов является настораживающим, так как поступление нитратов в организм человека связывается с их опасностью к биотрансформации. Явление биотрансформации может проходить, например, по следующему направлению: нитраты, восстановившись в организме человека до нитритов, вступают в крови во взаимодействие с гемоглобином крови, и происходит образование мет-гемоглобина, что приводит к метгемоглобинемии. Таким образом, интегральные исследования характеризуют наличие корреляции между содержанием в пищевых продуктах контаминантов, которые превалируют в пищевых цепях, и типом зоны техногенного загрязнения исследуемых региональных территорий. По результатам комплексных исследований получена зависимость убывающих рядов контаминации тяжелых металлов в мясе птицы, имеющая следующий характер распределения: Pb As Cd Hg. Показанный ряд контаминации позволяет предположить, что существует сродство между содержанием контаминантов в пищевом сырье и их химическим составом, а также наблюдать корреляцию между концентрацией в продуктах питания контаминантов, которые превалируют в пищевых цепях животных, и видом экологических зон поставок продовольственного сырья [13]. Отмеченный ряд контаминации тяжелых металлов в мясе птицы отражает тот факт, что в исследуемых об 29 Экологическая безопасность Экология человека 2013.06 разцах, хоть и в следовых количествах, присутствуют крайне токсичные соединения Pb, Cd, Hg, As. Последнее, очевидно, связано с тем, что на большинстве предприятий пищевой промышленности отсутствует система прослеживаемости контаминации. Отсутствие такой системы на различных этапах жизненного цикла пищевой продукции вызывает необходимость поиска в условиях реального производства путей разработки и внедрения системы менеджмента безопасности пищевых производств (СМБПП). В то же время внедрение СМБПП позволит осуществлять постоянный контроль за критичными контаминантами. Стоит отметить, что разработку профилактических мероприятий по снижению риска развития наиболее вероятных вредных эффектов и осуществление постоянного контроля за контаминантами необходимо осуществлять в свете расчета коэффициентов опасности с учетом критических органов (систем), так как существует непосредственная корреляция между коэффициентом опасности контаминанта и выявлением критического органа (системы), на который воздействует исследуемый контаминант [20]. Как отмечается в [ 14], расчет индексов опасности целесообразно проводить с учетом критических органов/систем, поражаемых исследуемыми веществами, так как при воздействии компонентов смеси на одни и те же органы или системы организма наиболее вероятным типом их комбинированного действия является суммация (аддитивность). Индексы опасности (HI), рассчитанные на уровне медианных значений и значений 90-го процентиля, варьируют соответственно от 1,76х10-2 до 6,78 х10-2 и от 3,92х 10-2 до 3,53х 10-1 для взрослого населения, что говорит о допустимом риске [12, 18] (табл. 3). На основании оцененных индексов опасности на уровне медианных значений и на уровне 90-го про-центиля можно прийти к заключению, что наиболее подвержены общетоксическому действию у взрослого населения система крови (HI = 6,78х10-2 и 3,53х 10-1 соответственно) и центральная нервная система (HI = 6,51 х 10-2 и 2,18х10-1 соответственно). Таблица 3 Риск развития общетоксических эффектов для критических органов и систем Критические органы Значение индекса опасности и системы Медиана 90-й процентиль Центральная нервная система 6,51 х10-2 2,18х10-1 Система крови 6,78х10-2 3,53х10-1 Репродуктивная система 4,64х10-2 1,79х 10-1 Сердечно-сосудистая система 4,17х10-2 2,26х10-1 Органы пищеварения 1,87х10-2 3,92х10-2 Почки 1,76х10-2 9,38х10-2 Выводы 1. Адаптированный методический подход к оценке химической контаминированности пищевых продуктов имеет бесспорное преимущество, а именно появилась возможность расчета индивидуальных значений экспозиции и определения групп риска, поступление контаминантов с рационами которых может превышать установленные гигиенические нормативы. 2. Приоритетными загрязнителями исследуемых образцов мяса птицы регионального поставщика по Ивановской области, формирующими риск развития неканцерогенных эффектов у населения, являются нитраты, свинец, кадмий, мышьяк, ртуть. Величина экспозиции на уровне медианы составляет соответственно 8,64х10-2; 1,12 х 10-3; 1,12х10-4; 2,80х10-4 и 7,98х10-6 мг/кг массы тела и на уровне 90-го процентиля соответственно 6,91 х 10-1, 4,16х 10-3, 5,66х 10-4, 5,88х10-4, 6,39х10-5. Представленный ряд значений экспозиции превалирующих в исследуемых образцах мяса птицы контаминантов показывает значительный градиент экспозиции, а именно значение экспозиции, оцененное на основе медианных значений для соединений ртути на 3 порядка меньше, чем для соединений свинца, а значение экспозиции, оцененное на основе 90-го процентиля, для соединений ртути на 2 порядка меньше, чем для соединений свинца. 3. Значения коэффициентов опасности на уровне медианы варьируют в пределах от 1,59х 10-3 для соединений ртути до 4,48х10-2 для соединений свинца. Максимальный вклад (43 %) в формирование неканцерогенного риска вносят соединения свинца, хотя для этого контаминанта в исследуемых образцах не наблюдалось превышения ПДК. Соответствующий вклад в формирование неканцерогенных эффектов вносят нитраты (22,0 %), мышьяк (18,0 %), кадмий (15,5 %), ртуть (1,5 %). 4. По результатам комплексных исследований получена зависимость убывающих рядов контаминации тяжелых металлов в мясе птицы, имеющая характер распределения: Pb^- As^- Cd^- Hg. Ряд контаминации тяжелых металлов в мясе отражает тот факт, что в исследуемых образцах, хоть и в следовых количествах, присутствуют крайне токсичные соединения Pb, Cd, Hg, As. По данным оценки риска, общетоксическое воздействие Pb, Cd, Hg, As и нитритов на уровне медианы и 90-го процентиля на здоровье взрослого населения является допустимым. Наиболее подверженными воздействию неканцерогенных веществ являются система крови и центральная нервная система.

About the authors

S A Tsareva

Russian State Trade-Economic University Ivanovo Branch

Email: zarew@rambler.ru

V P Krasnova

Russian State Trade-Economic University Ivanovo Branch

M V Gryaznova

Russian State Trade-Economic University Ivanovo Branch

References

Supplementary files