Оценка риска развития общетоксических эффектов для здоровья населения, связанного с загрязнением дикорастущих грибов и ягод тяжёлыми металлами

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

Одной из главных задач обеспечения безопасности питания населения является снижение угрозы формирования недопустимых рисков, обусловленных химической контаминацией пищевой продукции [1]. По данным Программы Арктического мониторинга и оценки [2] недостаточно информации об уровнях безопасности традиционных местных продуктов питания, в том числе дикорастущих грибов и ягод, на территории Арктической зоны Российской Федерации. Во многих исследованиях отмечена способность дикоросов аккумулировать тяжёлые металлы из воздуха, грунтовых вод и почвы в районах, подверженных загрязнению промышленными предприятиями [3–5]. На уровень содержания тяжёлых металлов в пищевых продуктах влияет их видовая специфика, концентрации токсикантов в почве и грунтовых водах, удалённость мест произрастания дикоросов от источника загрязнения. При поступлении с пищей тяжёлые металлы оказывают токсическое воздействие на организм человека, которое зависит от многих факторов: дозы, частоты и продолжительности воздействия, возраста, пола, индивидуальной восприимчивости и генетических особенностей [6]. Тяжёлые металлы, такие как свинец (Pb), мышьяк (As), кадмий (Cd) и ртуть (Hg), являются системными токсикантами и могут оказывать негативное воздействие на различные органы и системы, особенно на репродуктивную, нервную и выделительную системы [7–11]. При хроническом поступлении тяжёлых металлов в организм поражение нервной системы проявляется в виде астеновегетативного синдрома [8]. Тяжёлые металлы способны накапливаться в почках, вызывая гистологические и функциональные повреждения почечных канальцев, что приводит к развитию почечной недостаточности [11].

Для установления негативных эффектов здоровью при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду, используется методология оценки риска [12, 13]. Характеристика общетоксических (неканцерогенных) эффектов при экспозиции тяжёлых металлов позволяет учесть их аддитивное воздействие на критические органы и системы.

Ранее выполненные исследования выявили, что дикоросы, произрастающие на территории Архангельской области, содержат тяжёлые металлы в низких концентрациях [14, 15]. Источниками поступления тяжёлых металлов в окружающую среду на территории Архангельской области являются предприятия судо- и машиностроения, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятия теплоэнергетики, транспорт. Одним из путей поступления тяжёлых металлов в атмосферу региона является трансграничный перенос загрязнённых воздушных масс из центральных индустриальных районов России и Европы, что приводит к возрастанию содержания тяжёлых металлов во всех компонентах окружающей среды [16]. Принимая во внимание широкое употребление в пищу дикорастущих грибов и ягод населением региона, проведение оценки риска для здоровья населения при воздействии тяжёлых металлов, загрязняющих дикоросы, является актуальным.

Цель исследования. Оценить риск развития общетоксических эффектов для здоровья взрослого населения Архангельской области, связанный с употреблением дикорастущих грибов и ягод.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Информация о содержании тяжёлых металлов в дикоросах за 2015–2021 гг. получена в испытательной лаборатории станции агрохимической службы «Архангельская». Проанализировали 132 пробы ягод и 94 пробы грибов, отобранных в лесном массиве вблизи Архангельска и Северодвинска, в Пинежском, Приморском, Онежском, Красноборском и Устьянском районах. Количественное определение Hg в пробах (n=88) проводили с использованием колориметрического метода в соответствии с ГОСТ 26927-86 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения ртути». As (n=129) определяли на анализаторе «ПАН-As» с использованием метода инверсионной вольтамперометрии в соответствии с ГОСТ 31628-2012 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрический метод определения массовой концентрации мышьяка». Содержание Pb (n=102) и Cd (n=119) определяли на атомно-абсорбционном анализаторе «Спектр-5» с использованием метода атомно-абсорбционной спектроскопии в соответствии с ГОСТ 30178-96 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов».

Количество и частоту потребления грибов и ягод населением Архангельской области изучали с помощью анкетирования. Использовали модифицированную анкету Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи по частотному потреблению пищевых продуктов за прошедший месяц с указанием размера порций.

Было проанкетировано 445 человек в возрасте 18 лет и старше, постоянно проживающих в Архангельске, Новодвинске, Северодвинске и районах Архангельской области (Приморском, Пинежском, Холмогорском).

Неканцерогенный риск рассчитывали на основе концентраций тяжёлых металлов в дикорастущих грибах и ягодах, произрастающих на территории Архангельской области (табл. 1) [14]. Дозы поступления тяжёлых металлов, загрязняющих грибы и ягоды, рассчитывали с учётом количества их потребления и массы тела респондентов по четырем сценариям:

• первый сценарий (стандартный) — потребление дикоросов и содержание в них тяжёлых металлов на уровне медианы (Ме);
• второй сценарий — потребление дикоросов на уровне верхней границы экспозиции (Р₉₀) и содержание в них тяжёлых металлов на уровне Ме;
• третий сценарий — потребление грибов и ягод на уровне Ме и высокий уровень загрязнения дикоросов (Р₉₀);
• четвёртый сценарий (наихудший) — высокое потребление грибов и ягод (Р₉₀) и содержание металлов на уровне Р₉₀.

Расчёты уровней риска здоровью населения, связанного с загрязнением дикорастущих грибов и ягод, выполняли в соответствии с «Руководством по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания» [12] и методическими указаниями «Определение экспозиции и оценка риска воздействия химических контаминантов пищевых продуктов на население» [13].

Таблица 1. Концентрация тяжёлых металлов в дикорастущих грибах и ягодах Архангельской области

Table 1. Concentration of heavy metals in wild mushrooms and berries in the Arkhangelsk region

Принимая во внимание, что изучаемые тяжёлые металлы (Hg, Pb, Cd, As) обладают кумулятивными свойствами, дозовую нагрузку рассчитывали с учётом недельного потребления ягод и грибов по формуле 1:

$E_{xp}=\frac{{\displaystyle {\sum }_{i=1}^N\times \left(C_i\times M_i\right)}}{BW}$,                                                                                              (1)

где E_xp — (значение экспозиции контаминантом), мг/кг массы тела в неделю;

C_i — концентрация вещества в конкретных пищевых продуктах, мг/кг;

M_i — масса потребления продукта, кг/нед.;

BW — рассчитанная средняя масса тела респондентов (68 кг);

N — общее количество продуктов, включённых в исследование.

Характеристику риска развития общетоксических эффектов для отдельных веществ осуществляли путём расчёта коэффициентов опасности (HQ) — отношения воздействующей дозы химического вещества к его безопасному (референтному) уровню воздействия (формула 2):

$H{Q}_i=\frac{E_{xp}}{RfDo}$                                                                                           (2)

где HQ_i — коэффициент опасности воздействия вещества i;

E_xp — доза, мг/кг массы тела в неделю;

RfDo — референтная доза при пероральном поступлении, мг/кг/нед.

В качестве референтных доз для исследуемых металлов использовали значения условного переносимого недельного поступления [12].

Для оценки риска развития неканцерогенных эффектов со стороны критических органов и систем рассчитывали индексы опасности (HI) — сумма коэффициентов опасности для веществ с однонаправленным механизмом действия (формула 3).

$\mathrm{HI}=\sum H{Q}_i$,                                                                                                (3)

где HI — индекс опасности;

HQ_i — коэффициенты опасности для химических веществ, оказывающих действие на одинаковые критические органы и системы.

Если HQ и HI не превышали 1,0, то данный уровень риска рассматривался как допустимый.

Рекомендуемое суточное безопасное поступление (Recommended food daily intake limit, RFDIL) дикорастущих ягод и грибов с учётом содержания в них тяжёлых металлов рассчитывали в соответствии с методом, представленным А.А. Дударевым и соавт. [17], по формуле 4:

$\mathrm{RFDIL}= \frac{\mathrm{TDI}*\mathrm{BW}}{\mathrm{C}}$,                                                                                (4)

где RFDIL — рекомендуемое суточное безопасное поступление, кг/день на человека;

TDI — допустимая суточная доза, мг/кг, разработанная объединённым экспертным комитетом ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам [18, 19];

BW — средняя масса тела респондентов (68 кг);

C — концентрация загрязняющего вещества, мг/кг.

Проверку распределения количественных данных проводили с применением статистического критерия Колмогорова–Смирнова. В связи с тем, что распределение данных статистически значимо отличалось от нормального, для их описания использовали медиану (Ме), 95% доверительный интервал для медианы (95% ДИ), 90-й процентиль (P₉₀). Категориальные переменные описывали в виде процентных соотношений. Критический уровень статистической значимости принимали равным 0,05. Для статистического анализа данных использовали программное обеспечение STATA, версия 17.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Средний возраст респондентов составил 37 лет (Р_25–75: 24–50 лет). Среди опрошенных преобладали женщины (77%). По роду деятельности наибольшее число респондентов являлись специалистами (40%), учащимися вузов и колледжей (20%) и пенсионерами (12%). Средняя масса тела анкетируемых взрослых составила 68 кг (Р_25–75: 58–80 кг).

В результате анкетирования выявлено, что 96% респондентов употребляют лесные ягоды и 83% — лесные грибы. Большинство опрошенных собирают ягоды и грибы самостоятельно на территории Архангельской области (82 и 70% соответственно).

Треть респондентов потребляют от одного до пяти видов ягод и грибов, около 45% — от шести до десяти видов ягод и грибов. Среди ягод респонденты отдали предпочтение по употреблению бруснике, клюкве и чернике, среди грибов — белым грибам, подберёзовикам и подосиновикам.

Выявлено, что на частоту потребления грибов и ягод влияет сезон года. В условиях климата Архангельской области, как и на других арктических территориях, население больше потребляет грибы и ягоды в тёплый сезон года, что обусловлено сезонностью произрастания дикоросов.

Установлено, что в тёплый период года 8,8% опрошенных употребляют ягоды ежедневно, а в холодный период — только 2,7% респондентов. В летне-осенний сезон большинство опрошенных потребляют ягоды с частотой 2–3 раза в неделю (27,6%), грибы — от 1 раза в неделю до 1 раза в месяц (32,4%). В зимне-весенний сезон большая часть респондентов потребляет ягоды и грибы 1 раз в месяц (35,3 и 55,3% соответственно).

Респонденты, потребляющие лесные ягоды, за неделю в среднем употребляют 180 г свежих или замороженных ягод, 133 г ягод с морсом (соком, компотом), 38 г мочёных ягод, 33 г варенья из ягод и 13 г ягод в начинке для пирогов. Респонденты, потребляющие лесные грибы, за неделю в среднем употребляют по 50 г грибов с супом или отварных/жареных грибов, 25 г солёных грибов, 15 г маринованных грибов и 20 г икры из грибов. На уровне P₉₀ потребление ягод в 2–8 раз, а грибов в 6–12 раз выше по сравнению со средним потреблением на уровне Ме (табл. 2).

Таблица 2. Количество ягод, грибов и блюд из них, употребляемых взрослым населением Архангельской области за неделю, граммов на 1 человека

Table 2. Amount of berries, mushrooms, and dishes made from them consumed by the adult population of the Arkhangelsk region per week, grams per person

Сравнительная характеристика рассчитанных доз по четырём сценариям выявила, что количество потребляемых грибов и ягод имеет существенное значение в дозовой нагрузке контаминатами. Однако вклад ягод в суммарную дозовую нагрузку всеми металлами для первого сценария выше, чем для грибов, и составил 53–70%. Для второго и третьего сценариев установлен наибольший вклад ягод в дозовую нагрузку As (60–63%), Pb (60%) и Cd (51–56%), для четвёртого сценария — только As (53%). Вклад грибов в суммарную дозу Hg выше, чем ягод, для второго, третьего и четвёртого сценариев (53–65%), Pb — для второго и четвёртого сценариев (51 и 58% соответственно), Cd — для четвёртого сценария (51%).

Значения HQ для всех тяжёлых металлов и по всем сценариям воздействия не превышали 1,0, что соответствует допустимому уровню риска. Для первого и третьего сценариев воздействия значения HQ расположились в следующем убывающем порядке: Cd → Pb → As → Hg. Для второго и четвёртого сценариев воздействия порядок расположения уровней HQ следующий: As → Pb → Cd → Hg. Это свидетельствует о том, что при среднем уровне загрязнения грибов и ягод тяжёлыми металлами наибольшую опасность для здоровья представляет Cd, а при верхней границе экспозиции на уровне P₉₀ — As (табл. 3).

Таблица 3. Дозы (мкг/кг/нед.) и коэффициенты опасности (ед.) тяжёлых металлов, поступающих в организм при потреблении грибов и ягод

Table 3. Doses (µg/kg/week) and hazard coefficients (units) of heavy metals entering the body through the consumption of mushrooms and berries.

Примечание. HQ ≤1,0 соответствует допустимому (приемлемому) риску, при HQ >1 вероятность возникновений вредных эффектов у человека возрастает пропорционально увеличению HQ.

Note. HQ ≤1.0 corresponds to the acceptable risk, when HQ >1, the the probability of occurrence of harmful effects in humans increases proportionally to the increase in HQ.

Анализ вклада отдельных блюд из ягод и грибов в суммарную дозу (рис. 1) тяжёлых металлов, независимо от сценария воздействия, показал, что употребление свежих ягод и морса вносит вклад 26,1 и 19,4% соответственно. Вклад супа из грибов и жареных грибов в дозовую нагрузку тяжёлыми металлами составил по 13,2%. Вклад солёных и маринованных грибов, икры грибной был 6,6, 4,8 и 5,3% соответственно. Доля вклада ягодной начинки, варенья и мочёных ягод незначительна и составляет 1,9, 4,8 и 5,5% соответственно.

Рис. 1. Вклад лесных грибов и ягод и блюд из них в суммарную дозу тяжёлых металлов, %.

Fig. 1. Contribution of wild mushrooms, berries, and dishes made from them to the total intake of heavy metals, %.

Значения HI для критических органов и систем при воздействии тяжёлых металлов, обладающих однонаправленным действием, для первого, второго и третьего сценариев воздействия не превышали 1,0, что соответствует допустимому риску (табл. 4).

Таблица 4. Индексы опасности для критических органов и систем при потреблении грибов и ягод, загрязнённых тяжёлыми металлами

Table 4. Hazard index for critical organs and systems associated with the consumption of mushrooms and berries contaminated with heavy metals

Примечание. HI ≤1,0 соответствует минимальному риску; HI=1,1–3,0 соответствует допустимому (приемлемому) риску.

Note. HI ≤1.0 corresponds to minimal risk; HI=1.1-3.0 corresponds to permissible (acceptable) risk.

Для четвёртого сценария значения HI, превышающие 1,0, установлены для эндокринной системы (2,27), органов кровообращения (2,00) и пищеварения (2,00), почек (1,25), нервной и иммунной систем (по 1,81). Основной вклад в HI для первого, второго и третьего сценариев воздействия вносят ягоды (50–64%), для четвёртого сценария — грибы (51–57%). Таким образом, при высоком потреблении грибов и высоком уровне их загрязнения тяжёлыми металлами формируется повышенный риск развития общетоксических эффектов со стороны эндокринной системы, органов кровообращения и пищеварения, почек и иммунной системы.

Таблица 5. Допустимые безопасные уровни потребления грибов и ягод (г/день) в зависимости от концентрации в них тяжёлых металлов

Table 5. Upper limits of recommended daily intake of mushrooms and berries (grams per day) by concentration of heavy metals.

Принимая во внимание фактические уровни загрязнения грибов и ягод, произрастающих на территории Архангельской области, рассчитали допустимое безопасное для здоровья населения их потребление (табл. 5). Установлено, что при среднем уровне загрязнения лесные грибы и ягоды можно употреблять без ограничений. При высоком уровне загрязнения грибов и ягод тяжёлыми металлами (P₉₀) не рекомендуется употреблять более чем 400 г лесных грибов и 650 г лесных ягод в день.

ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящем исследовании выполнена оценка опасности развития общетоксических эффектов для здоровья населения Архангельской области при воздействии тяжёлых металлов, содержащихся в дикорастущих грибах и ягодах. Значения HQ для всех тяжёлых металлов и по всем сценариям воздействия не превышали 1,0, что соответствует допустимому уровню риска. Установлен повышенный риск развития общетоксических эффектов со стороны критических органов и систем только при высоком потреблении дикорастущих грибов и ягод и верхней границе экспозиции тяжёлыми металлами, при этом основной вклад в HI для этого сценария воздействия принадлежит грибам.

Уровни риска зависят от количества потребляемых дикоросов и содержания в них металлов. Как показало настоящее исследование, потребление свежих ягод населением Архангельской области составляет 180 г в неделю, что сопоставимо с потребление лесных ягод населением в Финляндии (158 г в неделю) [20]. Потребление дикорастущих (отварных/жареных) грибов в Архангельской области составило 50 г в неделю, что в 2 раза меньше по сравнению с количеством потребляемых лесных грибов населением в Мурманской области (96 г в неделю) [21].

Содержание Hg, Cd, Pb в дикорастущих грибах южных стран по сравнению с нашим исследованием на 20–40% ниже. Средние концентрации As в дикоросах Архангельской области ниже на 16 и 38%, чем в дикорастущих грибах, исследованных в Китае (0,040 мг/кг) и Бангладеш (0,047 мг/кг) [22, 23].

Сравнительная характеристика вклада тяжёлых металлов в дозовую нагрузку при потреблении дикоросов Архангельской области выявила, что при стандартном сценарии основной вклад в дозу вносит Pb (51%), при наихудшем сценарии — As (46%). Исследование, выполненное в Печенгском районе Мурманской области, показало основной вклад грибов в поступление Pb (35%) и Cd (91%) с пищевым рационом [21]. В Польше грибы являются значимым источником Hg и Cd, вклад этих металлов в дозовую нагрузку составляет 43 и 28% соответственно [24].

Как и в нашем исследовании, так и в работах других авторов [22, 23, 25, 26], рассчитанные HI для взрослого населения на уровне среднего потребления дикоросов не превышали 1,0. В исследовании, выполненном в Польше [24], установлен повышенный риск развития заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем при регулярном потреблении взрослым населением дикорастущих грибов. В Румынии значения HI для детского населения при потреблении дикоросов, загрязнённых тяжёлыми металлами, составили 3,3–6,5 в возрастных группах 1–3 года и 6–10 лет, что соответствует повышенному уровню риска [27].

В Чукотском автономном округе установлено низкое содержание тяжёлых металлов в грибах, произрастающих на территории региона. Проанализированные пробы дикорастущих ягод содержали Cd в концентрациях, превышающих гигиенический норматив [28]. Установлено, что грибы, собранные в прибрежной зоне Берингова пролива, могут употребляться без ограничений, а потребление ягод не должно превышать 300 г/день [17]. В нашем исследовании допустимое безопасное потребление дикоросов, содержащих тяжёлые металлы на уровне верхней границы экспозиции (Р₉₀), выше и составило для грибов — 400 г/день, для ягод — 650 г/день.

Одним из ограничений настоящего исследования является преобладание женщин среди опрошенных (77%), что может повлиять при экстраполяции результатов исследования на популяцию, так как различие в частоте и количестве употребления дикорастущих грибов и ягод между мужчинами и женщинами могут быть существенными. Кроме того, исследование было проведено в ограниченный промежуток времени — с мая по октябрь 2021 г. Респонденты могли испытывать сложности при указании частоты употребления дикоросов в зимне-весенний сезон года, что могло отразиться на частоте их употребления в холодный период года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среднее потребление дикорастущих грибов и ягод, произрастающих на территории Архангельской области, при среднем уровне их загрязнения тяжёлыми металлами является безопасным для здоровья населения. При высоком уровне потребления грибов и ягод и высоком уровне загрязнения дикоросов тяжёлыми металлами существует повышенный риск развития общетоксических эффектов для эндокринной системы, органов кровообращения и пищеварения, почек, иммунной системы. При высоком уровне загрязнения грибов и ягод тяжёлыми металлами (P₉₀) не рекомендуется употреблять более 400 г лесных грибов и 650 г лесных ягод в день. Существующая система исследований содержания контаминантов в продовольственном сырье и продуктах питания в рамках надзорных мероприятий и производственного контроля не включает дикоросы. В этой связи целесообразно организовать мониторинг, который позволит систематически исследовать уровни химических веществ, включая тяжёлые металлы, в дикорастущих грибах и ягодах.

Дополнительная информация

Вклад авторов. Д.А. Степовая — получение, анализ и интерпретация данных, разработка первого варианта статьи; Т.Н. Унгуряну — существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, анализ и интерпретацию данных, написание текста, редактирование. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли значительный вклад в разработку концепции, исследование и подготовку статьи, прочитали и одобрили окончательный вариант перед публикацией).

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Additional information

Authors contribution. D.A. Stepovaia obtained, analyzed, interpreted the data and wrote the first draft of the article; T.N. Unguryany made a significant contribution to the concept and design of the study, obtained, analyzed, interpreted the data, wrote, and edited the text. All authors confirm that their authorship complies with the international ICMJE criteria. Both authors made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication.

Funding source. No external funding

Competing interests. The authors declare no competing interests.

Об авторах

Дарья Алексеевна Степовая

Email: stepovaia.d.a@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1512-9838
SPIN-код: 8759-1012
Россия, 163000, Архангельск, пр. Троицкий, 51

Татьяна Николаевна Унгуряну

Автор, ответственный за переписку.
Email: unguryanu_tn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8936-7324
SPIN-код: 7358-1674

доктор медицинских наук, доцент

Список литературы

Дополнительные файлы