Гигиеническая оценка риска здоровью населения при комбинированном пероральном поступлении тяжелых металлов

Проблема качества продуктов питания в последние годы становится все более актуальной в связи с интеграцией Российской Федерации в мировую экономику, увеличением количества экспортных продуктов, развитием сельского хозяйства, освоением современных методов ведения растениеводства и животноводства [1, 2]. Правительством

Российской Федерации утверждены «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения до 2020 года» (№ 1873-р от 25 октября 2010 г.)1, в которых определены приоритетные направления политики государства в области обеспечения населения здоровым питанием в соответствии с требованиями

• © Боев В.М., Кряжева Е.А., Бегун Д.Н., Борщук Е.Л., Кряжев Д.А., 2019

• ¹    Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения до 2020 года / утв. распоряжением Правительства Российской Федерации № 1873-р от 25 октября 2010 г. [Электронный ресурс] // Правительство Российской Федерации. – URL: http://government.ru/docs/29017/ (дата обращения: 05.02.2019).

современной медицинской науки. При этом гигиеническая оценка контаминантов в продуктах питания, оценка приоритетности контаминантов, ранжирование групп продуктов по вкладу в общую экспозицию является, несомненно, важной и актуальной задачей2 [3].

Качество и безопасность продуктов питания определяется, в том числе, отсутствием в них чужеродных химических веществ (контаминантов). В связи с широким распространением в окружающей среде тяжелых металлов особенно актуальной и своевременной является задача по гигиенической оценке тяжелых металлов как в продуктах питания, так и в питьевой воде [4–7]. Определение экспозиции от контаминантов в продуктах питания и питьевой воде позволяет не только выявить возможные последствия для здоровья населения, но и косвенно отследить путь миграции исследуемых чужеродных химических веществ в окружающей среде [8–11]. Ранее проведенные исследования по гигиенической оценке тяжелых металлов и микроэлементов в объектах окружающей среды обусловливают концепцию биогеохимических провинций и создают необходимость изучения особенностей и характера межсредовой миграции с учетом региональных особенностей [12–15]. В связи с этим оценка комбинированного поступления тяжелых металлов с продуктами и питьевой водой позволит определить риск здоровью населения от перорального поступления тяжелых металлов и снизить неопределенность [6, 16–19].

Цель исследования – оценка риска для здоровья населения комбинированного перорального поступления тяжелых металлов с питьевой водой и продуктами питания.

Материалы и методы. В научном исследовании изучены данные Территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Оренбургской области по потреблению населением области основных групп пищевых продуктов; данные исследований продуктов питания, за которыми ведется многолетнее наблюдение в рамках социаль- но-гигиенического мониторинга (2008–2013 гг.); данные государственных докладов «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Оренбургской области» за 2005–2013 гг.3 Всего изучено более 3000 исследований различных групп пищевых продуктов, структура и объем потребления продуктов. Гигиеническая оценка была проведена по содержанию в продуктах тяжелых металлов (кадмий, свинец, ртуть, мышьяк) на соответствие требований ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»4. В работе оценивали пищевые продукты как местного производства, так и привозные, а также те продукты, которые были произведены на сельскохозяйственных полях и приусадебных участках Оренбургской области.

Гигиеническая оценка питьевой воды из разводящей сети г. Оренбурга проведена по четырем тяжелым металлам в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения»5 (с изменениями на 2 апреля 2018 г.).

Оценка риска здоровью населения от продуктов питания и питьевой воды проведена в соответствии с МУ 2.3.7.2519-09 «Определение экспозиции и оценка риска воздействия химических контами-нантов пищевых продуктов на население»6 и Р 2.1.10.1920–04 «Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду»7. При ранжировании продуктов питания была рассчитана доля вклада в общее значение экспозиции по каждому исследуемому веществу с определением ранга. Для расчета экспозиции были взяты значения среднемноголетнего потребления продуктов и значения медианы и 90-го перцентиля. Расчет канцерогенных рисков проведен по трем исследуемым веществам (кадмий, мышьяк и свинец). Оценка неканцерогенного риска проведена по четырем исследуемым веществам (кадмий, мышьяк и свинец, ртуть).

Статистическую обработку данных осуществляли при помощи программ Statistica R.10, StatSoftInc MS Office Exсel-2010.

Результаты и их обсуждение. Экспозиция тяжелыми металлами на население напрямую зависит от контаминации и количества употребляемых в пищу продуктов питания. При сравнительном анализе удельного потребления (кг/чел.) установлено, что по исследуемым группам продуктов в Оренбургской области населением потребляется в целом большее количество продуктов на 93 кг в год, овощей и бахчевых – на 45 кг, молока и молочных продуктов – на 60 кг, в то время как сахара и кондитерских изделий, фруктов и картофеля население Оренбургской области потребляет меньше (табл. 1).

Все исследуемые группы продуктов по содержанию тяжелых металлов соответствуют гигиеническим требованиям ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»4.

На следующем этапе исследования был проведен расчет величин медианы и 90-го процентиля с целью определения экспозиции, так как рассчитанное среднее значение величин может быть завышено или занижено по сравнению с медианным значением

(табл. 2). Стоит отметить, что рассчитанные значения медианы и 90-го процентиля не превышают требования ТР ТС 021/20114. В группе продуктов «Картофель» тяжелые металлы не обнаружены.

При сравнительной оценке полученных данных с ранее проведенными исследованиями установлено, что в целом контаминация продуктов питания характеризуется общим снижением концентраций тяжелых металлов в исследуемых продуктах. Содержание свинца в продуктах питания снизилось в 1,4–1,6 раза, кадмия в 1,5–2,0 раза, ртути в 2,0–2,5 раза, мышьяка в 2,5–3,0 раза [13].

Установлено, что первое ранговое место по вкладу в общее значение экспозиции свинцом, кадмием и мышьяком занимают молоко и молочные продукты (табл. 3). Второе и третье места по вкладу в общее значение экспозиции свинцом, кадмием и мышьяком занимают овощи и бахчевые и хлебные продукты соответственно. Первое ранговое место по вкладу в общее значение экспозиции ртутью занимают овощи и бахчевые, второе – хлебные продукты, третье – молоко и молочные продукты. Особый интерес представляет тот факт, что свинец, мышьяк и кадмий являются канцерогенными веществами,

Таблица 1

Потребление продуктов питания на душу населения (кг/год)

Группа продуктов	Оренбургская область	Российская Федерация
Хлебные продукты	121,6 ± 5,7	118,8 ± 1,9
Овощи и бахчевые	150 ± 9,6*	105 ± 1,9
Картофель	96,6 ± 6,3*	109,6 ± 2,3
Фрукты и ягоды	53,0 ± 2,3	59,6 ± 1,6
Мясо и мясопродукты	69,3 ± 3,1	65 ± 1,8
Молоко и молочные продукты	307,7 ± 8,5*	247 ± 3,4
Яйца (штук)	310,7 ± 7,6*	269 ± 5,4
Рыба и рыбопродукты	24,2 ± 1,9	24,2 ± 1,1
Сахар и кондитерские изделия	34,3 ± 2,1	39,2 ± 1,4
Масло растительное и другие жиры	18,3 ± 1,6	13,5 ± 1,1

П р и м е ч а н и е : * – достоверность различия групп р < 0,05.

Таблица 2

Концентрации контаминантов в продуктах питания для расчета экспозиции (мг/кг, M ± m )

Группа продуктов		Свинец	Мышьяк	Кадмий	Ртуть
Хлебные продукты	med	0,01 ± 0,0012	0,01 ± 0,0012	0,01 ± 0,0011	0,005 ± 0,0001
	90 %	0,01 ± 0,001	0,01 ± 0,0011	0,014 ± ± 0,0001	0,005 ± 0,0001
Овощи и бахчевые	med	0,01 ± 0,0013	0,01 ± 0,0019	0,01 ± ± 0,0001	0,005 ± 0,0001
	90 %	0,01 ± 0,0017	0,01 ± 0,0018	0,01 ± ± 0,0001	0,005 ± 0,0001
Фрукты и ягоды	med	0,01 ± 0,0011	0,01 ± 0,0011	0,01 ± 0,001	0,005 ± 0,0001
	90 %	0,01 ± 0,0012	0,01 ± 0,0014	0,01 ± 0,0011	0,005 ± 0,0001
Мясо и мясопродукты	med	0	0	0	0
	90 %	0,01 ± 0,0013	0,01 ± 0,0013	0,01 ± 0,0001	0,005 ± 0,0001
Молоко и молочные продукты	med	0,01 ± 0,0012	0,01 ± 0,0012	0,01 ± 0,0001	0,001 ± 0,0001
	90 %	0,01 ± 0,0011	0,01 ± 0,001	0,01 ± 0,0001	0,005 ± 0,0001
Рыба и рыбопродукты	med	0,01 ± 0,0011	0,024 ± 0,001	0	0,012 ± 0,001
	90 %	0,07 ± 0,0018	0,256 ± 0,01	0,022 ± 0,0001	0,05 ± 0,001
Сахар и кондитерские изделия	med	0,01 ± 0,0018	0,005 ± 0,0001	0,01 ± 0,0001	0,001 ± 0,0001
	90 %	0,01 ± 0,0018	0,01 ± 0,0014	0,01 ± 0,0001	0,005 ± 0,0001
Масло растительное и другие жиры	med	0	0	0	0
	90 %	0,01 ± 0,0015	0	0	0

Таблица 3

Ранжирование продуктов по вкладу в общее значение экспозиции, % (ранг)

Продукт Свинец Мышьяк Кадмий Ртуть Хлебные продукты 17,6 (3) 17,2 (3) 18,2 (3) 27,0 (2) Овощи и бахчевые 21,7 (2) 21,2 (2) 22,5 (2) 33,3 (1) Фрукты и ягоды 7,7 (4) 7,5 (5) 8,0 (4) 11,7 (5) Мясо и мясопродукты 0 0 0 0 Молоко и молочные продукты 44,5 (1) 43,5 (1) 46,2 (1) 13,6 (3) Рыба и рыбопродукты 3,5 (6) 8,2 (4) 0 12,9 (4) Сахар и кондитерские изделия 5,0 (5) 2,4 (6) 5,1 (5) 1,5 (6) и продукты, обусловливающие основной вклад в общую экспозицию, занимают одни и те же ранговые места. При оценке исследуемых групп продуктов было установлено, что именно хлебные продукты, овощи и бахчевые, мясо, молоко и молочные продукты являются в большей своей части продуктами местного происхождения, выращенными на полях Оренбургской области. Ранжирование продуктов по вкладу в общее значение экспозиции проводили по значению медианы (табл. 3).

Установлено, что более 70 % вклада, создаваемого контаминацией пищевых продуктов свинцом, кадмием, ртутью и мышьяком, определяется потреблением продуктов местного производства.

Особый интерес представляет изучение групп продуктов, которые обусловливают основной вклад в экспозицию. Для углубленного изучения хлебные продукты были разделены на следующие группы: «Хлеб», «Мучные кондитерские изделия», «Макаронные изделия», «Мука», «Крупы» и «Прочее». Самая низкая концентрация свинца (0,004 ± 0,0002 мг/кг; p ≤ 0,05), мышьяка (0,004 ± 0,0001 мг/кг; p ≤ 0,05), кадмия (0,004 ± 0,0003 мг/кг; p ≤ 0,05) и ртути (0,001 ± 0,0001 мг/кг; p ≤ 0,05) отмечается в группе «Макаронные изделия». Самые высокие концентрации свинца установлены для групп «Мука» (0,009 ± 0,0006 мг/кг; p ≤ 0,05) и «Крупы» (0,008 ± 0,0003 мг/кг; p ≤ 0,05). Самые высокие концентрации мышьяка характерны для «Муки» (0,008 ± 0,0007 мг/кг; p ≤ 0,05). Наиболее высокие концентрации кадмия установлены в «Муке» (0,009 ± 0,0006 мг/кг; p ≤ 0,05) и «Крупе» (0,009 ± 0,0005 мг/кг; p ≤ 0,05). Наиболее высокая концентрация ртути установлена в группе продуктов «Хлеб» (0,004 ± 0,0003 мг/кг; p ≤ 0,05). В целом можно сделать вывод о том, что более контаминированными хлебными продуктами являются «Мука» и «Крупы», большая доля которых является продуктами регионального производства (рисунок).

Исследуемые мясные продукты были разделены на следующие группы: «Колбасные изделия», «Мясо», «Мясо птицы» и «Изделия из фарша». Установлено, что по исследуемым веществам наименее контаминированными продуктами является «мясо» (свинец – 0,001 ± 0,0005 мг/кг; p ≤ 0,05; мышьяк – 0,001 ± 0,0009 мг/кг; p ≤ 0,05; кадмий – 0,001 ± 0,0005 мг/кг; p ≤ 0,05; ртуть – 0,0004 ± ± 0,00001 мг/кг; p ≤ 0,05). Наиболее высокие кон- центрации зафиксированы для свинца (0,008 ± ± 0,0005 мг/кг; p ≤ 0,05), мышьяка (0,008 ± 0,0003 мг/кг; p ≤ 0,05), кадмия (0,008 ± 0,0009 мг/кг; p ≤ 0,05), ртути (0,004 ± 0,0001 мг/кг; p ≤ 0,05). Исследуемыми «изделиями из фарша» являются в основном замороженные полуфабрикаты (котлеты, пельмени, тефтели и другие), при этом большая их часть являются продуктами привозными, поставляемыми из других регионов. В то время как большая часть «мяса» и «мяса птицы» произведена в регионе.

С целью детального изучения молочных продуктов было выделено три группы: «Молоко», «Кисломолочные продукты» и «Другие молочные продукты» (сыворотка, пахта и пр.). Установлено, что наиболее контаминированными по свинцу (0,006 ± ± 0,0002 мг/кг), мышьяку (0,006 ± 0,0001 мг/кг) и кадмию (0,006 ± 0,0006 мг/кг) являются «Кисломолочные продукты». В «молоке» концентрация свинца составляет 0,005 ± 0,0009 мг/кг, мышьяка – 0,005 ± 0,0008 мг/кг и кадмия – 0,005 ± 0,0007 мг/кг. Содержание ртути в «молоке» и «кисломолочных продуктах» является примерно одинаковым (0,002 ± 0,0001 мг/кг).

При определении коэффициентов неканцерогенной опасности были использованы значения условно переносимого недельного поступления (УПНП) вещества контаминантов, обладающих выраженной способностью к кумуляции (МУ 2.3.7.2519-096), с расчетом недельной экспозиции. Установлено, что как по медиане, так и по 90-му процентилю коэффициенты опасности не превышают допустимого значения (табл. 4). Общий индекс опасности на уровне медианы и 90-го процентиля не превышает допустимого значения.

Анализ риска по органам и системам показал, что самые высокие риски установлены для гормональной системы, ЦНС, почек и иммунной системы, тем не менее все они соответствуют гигиеническим требованиям как по медиане, так и по 90-му процентилю (табл. 5).

Расчет канцерогенных рисков был проведен по трем веществам: кадмий, мышьяк и свинец. При этом мышьяк и кадмий относятся к первой группе канцерогенов по классификации Международного агентства по изучению рака (МАИР). Оценка канцерогенного риска показала, что риск, обусловленный воздействием мышьяка в продуктах питания, можно

■ Свинец ■ Мышьяк Кадмий ■ Ртуть

Рис. Структура контаминации тяжелыми металлами (мг/кг): а – хлебных продуктов; б – мясных продуктов; в – молочных продуктов

Таблица 4

Таблица 5

Коэффициенты опасности развития неканцерогенных эффектов

Суммарный индекс опасности для критических органов и систем организма

Химическое вещество		Экспозиция (мг/кг/неделя)	УПНП мг/кг массы тела/неделя	Коэффициент опасности ( HQ )
Свинец	med	0,002	0,025	0,08
	90 %	0,003		0,10
Мышьяк	med	0,002	0,015	0,13
	90 %	0,003		0,25
Кадмий	med	0,002	0,007	0,26
	90 %	0,002		0,33
Ртуть	med	0,001	0,005	0,12
	90 %	0,001		0,27
HI общий	med			0,59
	90 %			0,95

Органы и системы	Индекс опасности, HI med	Индекс опасности, HI 90 %
Центральная нервная система	0,33	0,62
Нервная система	0,21	0,35
Кровь	0,08	0,10
Гормональная система	0,59	0,95
Репродуктивная система	0,20	0,37
Кожа	0,21	0,35
Иммунная система	0,25	0,52
Желудочно-кишечный тракт	0,13	0,25
Сердечно-сосудистая система	0,13	0,25
Почки	0,39	0,60

Таблица 6

Канцерогенный риск в связи с пищевой экспозицией

Химическое вещество	CAS*	MAИP**	EPA***	SF O ****	***** SF I	ICR med ******	ICR 90 %
Кадмий	7440-43-9	1	В1	0	6,3	9,94E-05	1,25E-04
Мышьяк	7440-38-2	1	А	1,5	15	4,17E-04	7,98E-04
Свинец	7439-92-1	2А	В2	0	0,042	1,27E-05	5,4E-04
Сумма CRfо	–					5,29E-04	1,5E-03

П р и м е ч а н и е : *Chemical Abstracts Service; **Международное агентство по изучению рака; ***United States Environmental Protection Agency; EPA; ****Slope Factor для перорального SFO пути поступления токсиканта в организм; *****Slope Factor для ингаляционного SFI пути поступления токсиканта в организм; ******индивидуальный канцерогенный риск.

оценить как неприемлемый для населения в целом (индивидуальный риск в течение всей жизни более 1 ⋅ 10^–4) как по медиане, так и 90-му процентилю. Индивидуальный канцерогенный риск от воздействия свинца и кадмия, рассчитанный по 90-му процентилю находится также на неприемлемом для населения уровне (табл. 6).

Расчет популяционного канцерогенного риска для всего населения Оренбурга (553 763 человека) в целом показал, что вероятность возникновения онкологических заболеваний максимальна от контаминации мышьяком (441,9 новых случаев заболеваний), минимальна от контаминации свинцом (9,4 новых случаев), от контаминации кадмием 69,2 новых случаев. В целом при употреблении продуктов питания число дополнительных случаев онкологических заболеваний при наихудшем сценарии воздействия (90-й перцентиль) может достигать 520,5 в течение 70 лет.

Анализ поступления тяжелых металлов с питьевой водой установил, что средние концентрации исследуемых веществ не превышали допустимых значений, при этом концентрация свинца составила 0,14 ПДК, мышьяка 0,2 ПДК, кадмия 0,48 ПДК и ртути 0,04 ПДК.

Суточная поглощенная доза составила для свинца 5,58E-05, мышьяка – 3,96E-05, кадмия – 1,38E-05 и ртути – 6,14E-07. Расчет неканцерогенного риска от исследуемых веществ показал, что самым высоким коэффициентом опасности в питьевой воде обладает мышьяк ( HQ – 0,13). По кадмию ртути и свинцу коэффициент опасности ( HQ ) менее 0,01.

Оценка канцерогенного риска выявила, что индивидуальный канцерогенный риск от содержания в питьевой воде мышьяка составляет 5,94Е-05, свинца 2,62Е-06, кадмия 5,25Е-06. При этом возможное дополнительное количество онкологических заболеваний от перорального поступления мышьяка с питьевой водой составляет 32,8; свинца – 1,5; кадмия – 2,9 в течение 70 лет.

Оценка комбинированного действия тяжелых металлов, содержащихся в продуктах питания и питьевой воде, при пероральном поступлении на основании индекса опасности (HI) показала, что для продуктов питания HI составляет 0,44 (исполь- зован 90-й перцентиль), для питьевой воды – 0,18. Таким образом, суммарный индекс опасности (THI) составил 0,62.

Оценка суммарного канцерогенного риска от комбинированного перорального поступления показала, что для продуктов питания CR составляет 9,4Е-04 (использован 90-й перцентиль), для питьевой воды 1,47Е-03. Таким образом, общий канцерогенный риск ( TCR ) составил 1,5Е-03.

Основной источник неопределенностей в данной работе связан с неполной информацией о параметрах для оценки экспозиции, зависящей от более детального изучения количественного потребления пищевых продуктов различными группами населения. Максимально достоверные результаты по оценке влияния комбинированного перорального поступления тяжелых металлов на здоровье могут быть реально установлены в целенаправленно и верно спланированных исследованиях, снижающих уровни вариабельности и неопределенности, с использованием специально полученных данных, и определения сценариев, приближенных к существующим условиям жизни.

Выводы. Установлено, что в Оренбургской области по исследуемым группам продуктов в целом на душу населения потребляется большее их количество (на 93 кг в год).

Рассчитанные значения медианы и 90-го процентиля концентраций тяжелых металлов (кадмий, свинец, ртуть, мышьяк) в исследуемых группах продуктов питания соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»4. Среднегодовые концентрации тяжелых металлов в питьевой воде не превышают гигиенических нормативов.

Установлено, что первое ранговое место по вкладу в общую экспозицию свинцом, кадмием и мышьяком занимают молоко и молочные продукты, которые в основном являются продуктами регионального производства. Первое ранговое место по вкладу в общее значение экспозиции ртутью занимают овощи и бахчевые. Более 70 % вклада, создаваемого контаминацией пищевых продуктов свинцом, кадмием, ртутью и мышьяком, определяется потреблением продуктов преимущественно регионального производства.

Коэффициенты опасности развития неканцерогенных эффектов, а также индексы опасности для критических органов и систем от тяжелых металлов как в питьевой воде, так и в продуктах питания не превышают допустимого уровня.

При оценке суммарного канцерогенного риска от комбинированного перорального поступления тяжелых металлов установлен неприемлемый уровень канцерогенного риска (общий риск (TCR), ко- торый составил 1,5Е-03, по 90-му перцентилю). Вероятность возникновения дополнительных случаев онкологических заболеваний при наихудшем сценарии воздействия может достигать 557 случаев.

Финансирование . Исследование не имело спонсорской поддержки.