Ernährungsexposition gegenüber potenziell schädlichen Elementen in essbaren Pflanzen in Polen und die Gesundheitsrisikodynamik im Zusammenhang mit ihrer geochemischen Differenzierung

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 8521 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Es wurden Unterschiede in den Gesundheitsrisikowerten untersucht, die für Verbraucher potenziell schädlicher Elemente (PHEs) in essbaren Pflanzen berechnet wurden. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche wurden die höchsten PHE-Gehalte in Pflanzen in den südlichen und westlichen Regionen Polens identifiziert, die auch die höchste geochemische Anreicherung mit Zn, Pb, Cu, As, Cd und Tl aufwiesen. Die höchsten inakzeptablen nichtkanzerogenen Risikowerte (HQ) für den mittleren PHE-Gehalt in Polen wurden für Pb gefunden: Kleinkinder (2,80), Vorschulkinder (1,80) und Schulkinder (1,45) und für Cd für Kleinkinder (1,42). . Die höchsten inakzeptablen Werte für das krebserzeugende Risiko (CR) für den mittleren As-Gehalt wurden bei Erwachsenen beobachtet (5,9 × 10–5). Die höchsten nicht krebserzeugenden Risikowerte für Verbraucher wurden in Schlesien, Niederschlesien, Lublin, Kleinpolen und der Woiwodschaft Oppeln gemeldet, was auf den Einfluss geochemischer Variabilität auf die Risikowerte hinweist.

Essbare Landpflanzen waren schon immer ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung und liefern Energie und Nährstoffe für ein ausgewogenes Leben1. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt, dass Gemüse, Obst, Hülsenfrüchte, Nüsse und Vollkorn die Hauptbestandteile einer Mahlzeit sein sollten. Die ersten beiden sollten in einer Menge von mindestens 400 g täglich verzehrt werden2. Gemäß den Richtlinien der Healthy Eating Plate3 sollte jede Mahlzeit zu 30 % aus Gemüse, zu 25 % aus Vollkornprodukten, zu 25 % aus gesunden Proteinen und zu 20 % aus Früchten bestehen. Das Nationale Institut für öffentliche Gesundheit (PZH) in Polen empfiehlt ab 2020, dass Gemüse und Obst die Hälfte und Getreideprodukte ein Viertel jeder täglichen Mahlzeit ausmachen sollten4.

Gemüse und Obst sind eine ausgezeichnete Quelle für Mineralien, notwendige Fettsäuren und Ballaststoffe, aber auch eine einzigartige Quelle für Vitamine (C, E, K und Folsäure)5. Gleichzeitig sind ihr Brennwert, ihr Gehalt an gesättigten Fettsäuren und Natrium niedrig und sie enthalten kein Cholesterin6. Der Energiewert von Gemüse liegt zwischen 8,4 und 74 kcal pro 100 g, mit einem Durchschnittswert von nur 26 kcal pro 100 g7. Dies ist besonders wichtig, wenn man bedenkt, dass Übergewicht und Fettleibigkeit weltweit schwerwiegende Probleme der öffentlichen Gesundheit darstellen8. Zu den Nährstoffen, die Getreide liefert, gehören Kohlenhydrate/Stärke (Energie), Eiweiß, Ballaststoffe und eine Vielzahl von Vitaminen und Mineralstoffen, darunter Vitamine der Gruppe B (Folsäure, Thiamin, Riboflavin, Niacin), Vitamin E, Eisen, Zink, Magnesium und mehr Phosphor9,10. Der hohe Ballaststoffgehalt in Vollkorngetreide unterstützt zudem die Funktion des Verdauungssystems und kann Verstopfung vorbeugen11,12,13. Der Verzehr von Obst und Gemüse sowie Getreide ist stark mit einem verringerten Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, Diabetes, Alzheimer, Katarakte, Divertikelerkrankungen und altersbedingte Beeinträchtigungen der Körperfunktionen verbunden14,15,16,17,18 .

Potenziell schädliche Elemente (PHE) sind in der Umwelt weit verbreitet und verstreut. Ihre Anreicherung in Pflanzen ist besonders wichtig, da Nährstoffe von Pflanzen in die Nahrungskette gelangen und sich schließlich im Menschen anreichern können19. Aufgrund der hohen ernährungsphysiologischen Bedeutung essbarer Pflanzen und ihrer Schlüsselrolle in der Ernährung könnte der erhöhte Gehalt an PHEs ein erhebliches Gesundheitsrisiko für ihre Verbraucher darstellen. Die meisten PHEs, die über den Verzehrweg in den menschlichen Körper gelangen, stammen aus im Boden angebauten Pflanzenprodukten, die aufgrund geogener oder anthropogener Faktoren aufgrund der erhöhten Konzentration oder Mobilität die Gefahr einer Migration zu essbaren Pflanzen darstellen können19. Die meisten Forschungsarbeiten untersuchten die Funktionsweise der Elemente in lebenden Organismen, doch es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die Wechselwirkungen zwischen ihnen komplexer sind als ursprünglich angenommen20. Dies liegt an den möglichen synergistischen und/oder antagonistischen Wechselwirkungen zwischen ihnen, aber auch an den komplexen Stoffwechselreaktionen, die in den lebenden Organismen ablaufen, und den Wechselwirkungen mit dem menschlichen Mikrobiom21,22,23. Da Gesundheit für die Gesellschaft immer wichtiger wird, erfreut sich die Lebensmittelforschung, die enger mit der Präventivmedizin verknüpft ist, immer größerer Beliebtheit19,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33.

Das Vorkommen von PHEs in der Umwelt hat in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich zugenommen34. Das weitverbreitete Interesse an PHEs hat in den letzten 50 Jahren zu einem bedeutenden wissenschaftlichen Thema zugenommen, als klar wurde, dass einige Elemente für die menschliche Gesundheit unerlässlich sind (z. B. Cu, Fe und Zn), während andere toxisch sind (z. B. As). , Hg und Pb) und kann gesundheitsschädliche Auswirkungen haben35. Das Spektrum der durch PHEs verursachten toxischen Wirkungen ist sehr breit36,37. Die Exposition gegenüber Cd kann grippeähnliche Symptome hervorrufen und die Lunge schädigen38, kann Auswirkungen wie Lungenkrebs, proliferative Veränderungen der Prostata, Knochenbrüche, Nierenfunktionsstörungen und Bluthochdruck haben38,39. Häufigkeit und Auftreten neurotoxischer Wirkungen von Hg hängen von Expositionsfaktoren wie der geochemischen Form von Hg, dem Gesundheitszustand und den Expositionsmerkmalen ab40,41. Die schwerwiegendsten Auswirkungen der Hg-Exposition sind neurologische Schäden (Merkurialismus), asthenisch-vegetatives Syndrom und die Minamata-Krankheit42,43,44. Aufgrund seines Stoffwechselprozesses kann As jedes menschliche Körperorgan schädigen45,46. Die Exposition gegenüber Pb kann Blähungen, Anämie, Magen-Darm-Koliken und Störungen des Zentralnervensystems (ZNS) verursachen, wobei Kinder bei niedrigeren Dosen als Erwachsene Anzeichen einer schweren Pb-Toxizität zeigen47,48,49. Co stellt den zentralen Teil des Vitamin-B12-Moleküls50,51 dar, seine übermäßigen Dosen im Körper können jedoch eine Kardiomyopathie verursachen, die Funktion der Schilddrüse beeinträchtigen, die Funktion des Knochenmarks verbessern und die Absorption von Vitamin B1220,51,52 hemmen. Cu ist wichtig, um das ordnungsgemäße Wachstum des Fötus, die Gehirnfunktion und die Wundheilung zu unterstützen53. Die Exposition gegenüber Cu betrifft hauptsächlich den Magen-Darm-Trakt, die Leber, die Nieren, das hämatopoetische, kardiovaskuläre und zentrale Nervensystem53,54,55. Zn ist ein wesentliches Element für Prozesse wie Genexpression, enzymatische Reaktionen, Immunfunktion, Protein- und DNA-Synthese, Wundheilung, Wachstum und Entwicklung56,57. Überschüssiges Zn kann zu einer Schwächung des Immunsystems, einer Senkung des HDL-Cholesterins, Erbrechen und Übelkeit, Appetitlosigkeit, Durchfall, Fieber und Kopfschmerzen führen20,57. Hautkontakt mit Ni kann gesundheitsschädliche Auswirkungen wie Dermatitis, Herz-Kreislauf- und Nierenerkrankungen, Lungenfibrose, Lungen- und Nasenkrebs, Erbrechen und Übelkeit, Zyanose, Magen-Darm-Beschwerden, Schwäche, Ödeme und sogar den Tod verursachen20,58. Darüber hinaus wurden As, Cd, Cr, Co, Ni und Pb von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als krebserregend für den Menschen eingestuft59 und verursachen unter anderem Haut-, Lungen-, Blasen-, Nieren- und Leberkrebs60 .

Die südlichen und westlichen Regionen Polens waren und sind reich an Kohle- bzw. Braunkohlevorkommen61. Die südlichen und zentralen Regionen wurden bzw. werden noch immer stark für Cu in der Woiwodschaft Niederschlesien, für Fe in den Woiwodschaften Schlesien, Łódź, Heilig-Kreuz, Masowien und Niederschlesien sowie für Zn und Pb in den Woiwodschaften Kleinpolen und Schlesien62 ausgebeutet. Die Ausbeutung und Verarbeitung in diesen Gebieten hat zu schwerer Umweltverschmutzung und Landschaftsverwüstung geführt63,64,65 wobei Zn, Pb, Cu, Fe der Hauptgrund für die Ausbeutung sind und auch Begleitelemente wie Tl, Sb, Cd und As vorhanden sind . Natürliche Prozesse der geologischen Verwitterung von Gestein und Boden in diesen Regionen trugen ebenfalls zu den erhöhten Konzentrationen dieser Elemente in der Umwelt bei. In ihren Studien wiesen Lis und Pasieczna66 auf starke Unterschiede im Elementgehalt in Böden in verschiedenen Regionen hin, die mit ihrer geochemischen Variabilität zusammenhängen. Dies ist ein besonders wichtiger Gesichtspunkt bei der Schätzung des Verschmutzungsgrads, indem die Elementkonzentrationen in Umweltkompartimenten mit dem zulässigen Wert verglichen werden, der in Gesetzen oder Leitliniendokumenten definiert ist. Eine einfache Mittelung des Gehalts dieser Elemente aus Regionen mit geochemisch erhöhten Konzentrationen (Süd- und Westpolen) mit denen aus Regionen mit stabilen Gehalten (Ost- und Nordpolen) und die weitere Verwendung dieser Ergebnisse in den Risikoberechnungen könnte zu ungerechtfertigten Ergebnissen führen und zu falschen und vielleicht sogar gefährlichen Schlussfolgerungen.

Daher haben wir in unserer Forschung die Variation der berechneten Gesamtrisikowerte untersucht, je nachdem, ob durchschnittliche nationale oder regionale Konzentrationen von PHEs verwendet wurden. Dies führte uns zu der Hypothese, dass das Gesundheitsrisiko für Verbraucher in diesen Regionen ebenfalls höher sein sollte, da die PHE-Konzentrationen in essbaren Pflanzen in Regionen höher sein sollten, in denen auch die Konzentrationen in Böden erhöht sind. Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Studie darin, die Vielfalt der PHE-Konzentrationen in essbaren Pflanzen in Polen und seinen einzelnen Regionen auf der Grundlage einer wissenschaftlichen Literaturrecherche zu analysieren. Basierend auf den erhaltenen Daten wurden die Gesundheitsrisiken für Verbraucher für ganz Polen sowie für die einzelnen Regionen berechnet und verglichen, da der Trend zu gesunder Ernährung, einschließlich des Verzehrs von frischem Obst und Gemüse, das auf dem lokalen Markt gekauft wird, immer beliebter wird. Zu den detaillierten Zielen der Studie gehörten: (1) Eigenschaften des PHE-Gehalts (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sb, Tl und Zn) in Gemüse, Obst und Getreide, das in der Region angebaut wird verschiedene Regionen in Polen auf der Grundlage der Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung, die in den konsultierten Datenbanken verfügbar sind, (2) Bestimmung der Verzehrraten von essbaren Pflanzen in Polen in den untersuchten Teilpopulationen auf der Grundlage der empfohlenen Verzehrraten, (3) Bewertung des damit verbundenen Gesundheitsrisikos PHE-Verbrauch bei essbaren Pflanzen je nach Region Polens und den untersuchten Subpopulationen.

Um die Konzentrationen der untersuchten PHEs in in Polen angebauten essbaren Pflanzen zu erfassen, wurde von Februar bis März 2021 eine umfassende Literaturrecherche im Zeitraum 1968 bis 2021 in den folgenden Datenbanken durchgeführt: ScienceDirect, Google Scholar, Infona, EBSCOhost, Springer und Taylor & Francis. Für die Suche nach den Ergebnissen wurden Kombinationen der folgenden Schlüsselwörter verwendet: potenziell schädliche Elemente, Metalle, Schwermetalle, essbare Pflanzen, Lebensmittel, Obst, Gemüse, Getreide, Polen. Insgesamt wurden 5803 Datensätze gefunden, die alle nach folgenden Aspekten auf ihre weitere Verwendbarkeit überprüft wurden: (1) doppelte Artikel wurden entfernt; (2) nicht rezensierte Artikel wurden nicht berücksichtigt; (3) Untersuchungen zum Schwermetallgehalt in tierischen Lebensmitteln wurden nicht berücksichtigt; (4) Artikel über Forschungsarbeiten, die vor 1998 gemäß der vorherigen geografischen Verwaltungsaufteilung Polens in Provinzen durchgeführt wurden, wurden nicht berücksichtigt. Alle Details der Literaturrecherche wurden im PRISMA-Flussdiagramm67 in Abb. 1 dargestellt. Dabei wurden 86 Artikel ausgewählt, deren Abstracts auf Relevanz für unser wissenschaftliches Thema untersucht wurden. Basierend auf der Analyse der folgenden Informationen (1) kurze bibliografische Beschreibung (Autoren, Titel, Erscheinungsjahr); (2) essbare Pflanzen untersucht; (3) untersuchte PHEs; (4) Methoden zur PHEs-Extraktion und -Bestimmung; und (5) Lokalisierung des Forschungsgebiets einschließlich des Provinznamens; in der Hauptanalyse wurden 27 Artikel ausgewählt. Da einige Untersuchungen Daten für mehr als eine einzelne Provinz lieferten, ist in Abb. 2 eine bestimmte Anzahl der in unsere Studie einbezogenen Artikel dargestellt. Aufgrund der geringen Anzahl von Untersuchungen in einigen Provinzen wurden Daten für Masowien (n = 1) und Karpatenvorland vorgelegt (n = 2) Provinzen wurden nur zur Berechnung des nationalen PHEs-Gehalts herangezogen. Aufgrund einer geringen Anzahl von Referenzen in Pommern (n = 2) und Ermland-Masuren (n = 3) haben wir in unserer Forschung diese beiden Provinzen vor der weiteren Analyse als Nordpolen (n = 5) zusammengefasst. Die Arten essbarer Pflanzen, die in Forschungsartikeln für unsere Forschung untersucht wurden, wurden wie in Tabelle 1 dargestellt gruppiert. Die Anzahl der erhaltenen Referenzen für jeden PHE war wie folgt: As 6, Cd 23, Co 4, Cu 11, Hg 5, Ni 7, Pb 21 und Zn 11. Da die Artikel eine unterschiedliche Anzahl untersuchter Pflanzen und deren Standorte betrafen, wurde die unterschiedliche Anzahl tatsächlicher Quellen angegeben.

PRISMA-Diagramm der Literaturübersicht über Konzentrationen potenziell schädlicher Elemente in essbaren Pflanzen in Polen.

Die Lokalisierung der Forschung zu PHE-Gehalten in essbaren Pflanzen in Polen (Esri ArcMap 10.8.0.12790; http://esri.com).

Die untersuchten Methoden sollten idealerweise dieselben sein, um die Ergebnisse mehrerer Forschungsstudien vergleichen zu können. Da für diese Art der Analyse jedoch keine zwingende Methodik erforderlich/empfohlen ist, haben wir vor der weiteren Verwendung der erhaltenen Ergebnisse die Methoden der PHE-Extraktion verglichen, um zu prüfen, ob die Ergebnisse miteinander vergleichbar sind, um eine zuverlässige Aussage zu treffen Risikobewertung weiter im Projekt. Die Liste der Artikel, die wir während der Literaturrecherche in unsere Forschung einbezogen haben, sowie die in diesen Studien verwendeten Methoden sind in der Ergänzungstabelle S1 aufgeführt. Wie zu beobachten ist, werden Extraktionsmethoden üblicherweise zur Bestimmung der Gesamt- oder Pseudogesamt-PHE-Konzentrationen in essbaren Pflanzen verwendet. Daher wurden die Ergebnisse der mit diesen Methoden durchgeführten Analysen in unseren Studien weiterverwendet. Darüber hinaus wurde die Bestimmung des PHE-Gehalts in den Extraktionsmitteln mit zwei der gängigsten instrumentellen Methoden durchgeführt: der Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) im Fall von 19 Publikationen und der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie im Fall von 11 der 27 analysierten Publikationen Artikel.

In der Studie wurde die Risikobewertung für die menschliche Gesundheit gemäß der von USEPA68 entwickelten Punktschätzungsmethode durchgeführt. In unserer Forschung wurden in den Berechnungen (1) für ganz Polen und (2) für einzelne Provinzen Mittelwerte und P95-Konzentrationswerte der untersuchten PHEs verwendet, basierend auf den Werten aus der entsprechenden Literaturrecherche.

Das untersuchte Risiko für die menschliche Gesundheit stand im Zusammenhang mit dem Gehalt an PHEs, nämlich As, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb und Zn, in drei Gruppen essbarer Pflanzen, die in Polen konsumiert werden: Gemüse, Obst und Getreide. Die PHE-Gehalte wurden aus in Polen durchgeführten Studien ermittelt, die darauf abzielten, die Konzentrationen von Spurenelementen in essbaren Pflanzen zu untersuchen. Diese Ergebnisse wurden zunächst einer statistischen Charakterisierung unterzogen, und zwar wurden sowohl für Polen als auch für einzelne Provinzen Min-, Max-, Mittel-, P95- und SD-Werte ermittelt (je nachdem, ob die Forschung zuvor in diesen Regionen durchgeführt wurde). Aufgrund der zu geringen Anzahl an Referenzen aus den Woiwodschaften Pommern und Ermland-Masuren wurden die Ergebnisse aus diesen beiden Regionen in unseren Studien vor der weiteren Analyse als Nordpolen zusammengefasst. Bei den Risikobewertungsberechnungen wurden Mittel- und P95-Werte für einzelne PHEs verwendet.

Unsere Studie untersuchte das Expositionsszenario für Anwohner auf der Grundlage des Trends, dass essbare Pflanzen möglichst lokal verkauft und verzehrt werden sollten, um ihre Frische und Nährwerteigenschaften zu erhalten. Da die Polen zudem nur ungern umziehen und stattdessen den größten Teil ihres Lebens an einem Ort verbringen69, gingen unsere Untersuchungen davon aus, dass sie ihr ganzes Leben an einem einzigen geografischen Ort verbrachten. Bei essbaren Pflanzen ging der untersuchte Expositionspfad von einem Verzehr durch die Bewohner aus. In diesem Fall haben wir neben der Allgemeinbevölkerung auch andere Teilpopulationen basierend auf Alter und Geschlecht berücksichtigt. Die Aufteilung dieser Subpopulationen hing streng von den statistischen Konsummustern ab, die aus den entsprechenden Studien verfügbar waren, nämlich Noscka70, Łopaciuk14, Gheribi71, Murawska72, Janowska-Miasik et al.73, Wolnicka et al.74, Zalewska et al.75 und Dietary Richtlinien für Amerikaner76 sowie der empfohlene tägliche Verzehr: WHO2, Healthy Eating Plate3, Nationales Institut für öffentliche Gesundheit (PZH) in Polen4 und australische Ernährungsrichtlinien77. So wurden in unserer Untersuchung anhand der verfügbaren Daten zum statistischen Verzehr von essbaren Pflanzen in Polen folgende Teilpopulationen unterschieden: Mädchen (7–12 Jahre), Jungen (7–12 Jahre), Frauen 18–35 Jahre, Männer 18–35 Jahre, Frauen 36–55 Jahre, Männer 36–55 Jahre, Frauen 56–65 Jahre, Männer 56–65 Jahre und Rentner (> 65 Jahre). Da für Polen keine statistischen Daten für Kleinkinder (1–3 Jahre), Vorschulkinder (4–6 Jahre) und Jugendliche (13–18 Jahre) verfügbar waren, wurden die im obigen Abschnitt beschriebenen empfohlenen Verzehrwerte verwendet Dies ist bei diesen Subpopulationen der Fall. Darüber hinaus wurden in unserer Studie auch die empfohlenen Verzehrwerte für Kinder im schulpflichtigen Alter (7–12 Jahre) und Erwachsene (> 18 Jahre) verwendet. Es sollte auch hinzugefügt werden, dass Kartoffeln in unseren Untersuchungen aufgrund ihrer ernährungsphysiologischen Eigenschaften laut Healthy Eating Plate3 vom Gesamtverzehr von Gemüse ausgeschlossen wurden. Darüber hinaus ist in Polen die Kartoffel das Grundgemüse, das verzehrt wird, und es sind detaillierte Merkmale ihres Verzehrs verfügbar.

Die Werte der täglichen Aufnahmerate (DIR) für einzelne PHEs wurden als Gesamtmenge der verzehrten essbaren Pflanzen aus den drei essbaren Pflanzengruppen, nämlich Gemüse, Obst und Getreide, gemäß Gleichung berechnet. (1)78:

wobei C die Konzentration des einzelnen PHE in der Gruppe essbarer Pflanzen ist (mg/kg Nassgewicht; weiter ww.); IR ist die Aufnahmerate einer bestimmten Gruppe von Nahrungspflanzen in Gramm pro Person und Tag (g/Personentag); BW ist das Körpergewicht (kg)78,79,80,81. Die Aufnahmeratenwerte (IR) der essbaren Pflanzengruppen, die für Risikoberechnungen für die untersuchten Subpopulationen verwendet wurden, sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die für Risikoberechnungen verwendeten Körpergewichtswerte sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Die ADD-Werte (Average Daily Dose) einzelner PHEs, die sich aus dem täglichen Verzehr essbarer Pflanzengruppen ergeben (mg/kg KG-Tag), wurden unter Verwendung der Gleichung berechnet. (2)68:

wobei C die PHE-Konzentration in der untersuchten Gruppe essbarer Pflanzen ist (mg/kg KG); IR ist die Aufnahmerate essbarer Pflanzen (g WW/Personentag); EF ist die Expositionshäufigkeit: 365 Tage/Jahr; ED ist die Expositionsdauer: Anzahl der Lebensjahre in der einzelnen Teilpopulation; AT ist die Durchschnittszeit in Tagen: ED × 365 für nicht krebserregende Stoffe und 70 Jahre × 365 für krebserregende Stoffe; BW ist das Körpergewicht (kg) und 10–3 ist der Einheitenumrechnungsfaktor68,82.

Die in den Studien verwendeten IR-Werte umfassten sowohl die empfohlene als auch die statistische Tagesdosis, allerdings nicht für alle Teilpopulationen, da beide Arten von Daten nicht verfügbar waren. Für die am stärksten gefährdeten Gruppen, also Kleinkinder, Vorschulkinder und Jugendliche, die sich ebenfalls in der entscheidenden Entwicklungsphase ihres Lebens befinden, lagen beispielsweise keine statistischen Werte vor. Um die Konsumdaten für eine einzelne Altersgruppe zu erhalten, waren mindestens vier verschiedene Literaturquellen erforderlich, was das Risiko einer Verzerrung erhöhte. Die meisten Studien zum Verzehr essbarer Pflanzen konzentrierten sich nur auf deren Einteilung in Gemüse, Obst und Getreide und beschränkten unsere Forschung größtenteils auf diese Gruppen. Die von uns überprüften Studien unterschieden sich auch hinsichtlich des Zeitpunkts ihrer Durchführung, der Region, der Größe der untersuchten Population und der Analysemethode zur Bestimmung des PHE-Gehalts. Unabhängig davon, ob die Methode die Menge der gekauften Lebensmittel oder den von den Befragten angegebenen Verzehr berücksichtigt, sind diese Daten weder vollständig zuverlässig noch direkt vergleichbar. Darüber hinaus war es nicht möglich, alle Datenpunkte zu schätzen. Es lagen keine Daten zum Getreidekonsum von Jungen und Mädchen vor, daher ist das berechnete Risiko für diese Gruppen wahrscheinlich niedriger als in der Realität.

Das nicht krebserzeugende Risiko wurde anhand der Berechnung der Hazard Quotient (HQ)-Werte (ohne Einheit) gemäß Gl. (3):

Dabei ist ADD die durchschnittliche Tagesdosis (mg/kg KG-Tag) und RfD die Referenzdosis (mg/kg KG-Tag)68.

Der Gesamtwert des nicht karzinogenen Risikos (HQt) für die untersuchten PHEs wurde unter Verwendung der Gleichung berechnet. (4):

Dabei sind HQs die Hazard-Quotientenwerte für 1−n PHEs, die in der Studie untersucht wurden.

Das krebserzeugende Risiko wurde auf der Grundlage der Berechnungen der Krebsrisikowerte (CR) (ohne Einheiten) unter Verwendung von Gl. (5):

Dabei ist CR das krebserzeugende Risiko und SFo der orale Steigungsfaktor ((mg/kg KG-Tag)−1) für einen einzelnen PHE. In unseren Studien wurde aufgrund fehlender SF-Werte in den toxikologischen Datenbanken für andere Spurenelemente nur As als krebserregendes PHE angesehen. Der Gesamtwert des karzinogenen Risikos als Summe der partiellen CR-Werte wurde nicht berechnet, da As der einzige karzinogene PHE war, der in dieser Studie berücksichtigt wurde.

Da in unserer Forschung keine Einigkeit über die RfD-Werte im Fall von Pb besteht, haben wir in Übereinstimmung mit den Empfehlungen der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit83 und entsprechend dem daraus resultierenden Risiko auch die Methode der Expositionsspanne (Margin of Exposure, MOE) verwendet Pb-Exposition in verzehrten essbaren Pflanzen basierend auf Gl. (6):

wobei MOE die Marge des Expositionswerts ist; BMDL ist die Benchmark-Dosis (untere Vertrauensgrenze) und DIR ist die Gesamtmenge an essbaren Pflanzen, die täglich in den untersuchten Subpopulationen verzehrt werden.

Basierend auf den in den toxikologischen Datenbanken verfügbaren Informationen wurde in unserer Forschung für As, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb und Zn das nichtkanzerogene Risiko (HQ) hinsichtlich des toxikologischen Einflusses dieser Elemente auf Organismen berechnet . Basierend auf den verfügbaren Informationen zur krebserzeugenden Wirkung wurde das krebserzeugende Risiko (CR) in der Studie nur für As berechnet. Die folgenden Referenzdosiswerte (RfD) (mg/kg KG-Tag) wurden für die Berechnungen des nichtkanzerogenen Risikos (HQ) verwendet: As 3,0 × 10–4, Cd 1,0 × 10–4, Co 3,0 × 10–4, Cu 4,0 × 10–2, Hg 3,0 × 10–4, Ni 2,0 × 10–2, Pb 1,5 × 10–3 und Zn 3,0 × 10–184. Für As betrug der Wert des oralen Steigungsfaktors (SFo) 1,5 (mg/kg KG-Tag)−184. Im Fall von Pb, für das hinsichtlich des RfD-Werts keine Einigkeit besteht, wurden auch die Berechnungen auf Basis von BMDL verwendet, die auf 1,2 μg/kg Körpergewicht und Tag für Erwachsene und 0,6 μg/kg Körpergewicht und Tag für Kinder geschätzt wurden83.

Eine Risikocharakterisierung wurde anhand des PHE-Gehalts durchgeführt, der aus der Literaturrecherche für Polen und für einzelne Provinzen auf Basis der empfohlenen Esspflanzen-Verzehrsdosen in den untersuchten Subpopulationen ermittelt wurde. Als akzeptables nichtkanzerogenes Risiko wurden die Werte des berechneten Gefährdungsquotienten ≤ 1 (HQ ≤ 1) sowohl für einzelne PHEs (HQs) als auch für den Gesamtgefährdungsquotienten (HQtotal), definiert als Summe von, festgelegt Teil-HQ-Werte für einzelne PHEs68,85,86. Für das krebserzeugende Risiko (CR) wurde das akzeptable Risikoniveau auf der Grundlage der Verordnung des Umweltministers vom 1. September 2016 über die Methode zur Bewertung der Verschmutzung der Erdoberfläche86 auf einen Wert von unter 1 × 10–5 festgelegt.

Basierend auf den geografischen Standorten der Forschung in den analysierten 27 Artikeln wurde beobachtet, dass die meisten Studien im Süden Polens durchgeführt wurden (Abb. 2). Diese Region Polens wurde in der Vergangenheit aufgrund der Ausbeutung und Verarbeitung von Kohle und Metallerzen87,88 intensiv genutzt, was zu einer Kontamination der Umwelt der südpolnischen Region mit Metallen wie Pb, Zn, Cu, As, Tl und Cd89,90 führte. 91,92,93, was zu einer intensiven Untersuchung der Metallgehalte im System Wasser-Boden-Pflanze führte. In den anderen Regionen Polens, in denen keine intensive Industrietätigkeit betrieben wurde, war die Zahl der Untersuchungen hingegen deutlich geringer. Die zusammenfassende Statistik der Ergebnisse der PHEs-Gehalte in essbaren Pflanzen aus der Literaturrecherche für ganz Polen ist in Tabelle 4 dargestellt. Für die einzelnen Provinzen ist eine ähnliche Zusammenfassung in der Ergänzungstabelle S2 dargestellt. Aufgrund der geringen Datenverfügbarkeit und ihres geringen Gehalts in essbaren Pflanzen wurden Sb und Tl von der weiteren Analyse in der Studie ausgeschlossen. Die gesammelten Ergebnisse zeigten, dass die Konzentration der untersuchten PHEs in essbaren Pflanzen von unterhalb der Nachweisgrenze (LOD) bis zu einem signifikanten Niveau schwankte, was insbesondere bei Blattpflanzen und essbaren Wurzeln beobachtet wurde. Unter Berücksichtigung der mittleren PHE-Gehalte wurde beobachtet, dass die Konzentration der Elemente in allen essbaren Pflanzen in der folgenden absteigenden Reihenfolge auftrat: Zn > Pb > Cu > Ni > Cd > Hg > As > Co. Für Gemüse, Obst und Getreide gilt: Die Konzentration der Elemente erfolgte in der folgenden absteigenden Reihenfolge: Zn > Cu > Pb > Cd > Ni > Hg > As > Co, Zn > Cu > Ni > Pb > Cd > Co und Pb > Cd > Hg.

Vorläufige tolerierbare tägliche Aufnahmewerte (PTDI) und empfohlene Verzehrmengen auf Lebensmitteln sind lediglich Empfehlungen und beziehen sich auf die tägliche Aufnahme ohne Berücksichtigung der Gesamternährung und der langfristigen Auswirkungen auf die Gesundheit. Daher haben wir in unseren Studien einen Risikobewertungsansatz angewendet, um zu bewerten, ob der in essbaren Pflanzen vorhandene PHE-Gehalt und die konsumierten Pflanzenmengen auf der Grundlage von Verzehrfragebögen eine Gefahr für die Gesundheit polnischer Verbraucher darstellen könnten. Für alle untersuchten PHEs (As, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb und Zn) wurden die nichtkanzerogenen Risikowerte berechnet, da sie alle toxische Eigenschaften aufweisen. Einige von ihnen gelten auch als krebserregend. Aufgrund des Mangels an erforderlichen Informationen aus den toxikologischen Datenbanken wurde die Bewertung des kanzerogenen Risikos jedoch nur für As durchgeführt. Wie bereits erwähnt, wurden diese beiden PHEs von den Risikoanalysen ausgeschlossen, da die meisten Ergebnisse unterhalb der Nachweisgrenze für Sb und Tl lagen.

Um die Werte des Gefährdungsquotienten (HQ) zu berechnen, die das nicht krebserzeugende Risiko beschreiben, wurden zunächst die Werte der durchschnittlichen Tagesdosis (ADD) auf der Grundlage der empfohlenen Aufnahme einzelner essbarer Pflanzen in Abhängigkeit von Alter und Geschlecht der Subpopulationen berechnet. Außerdem wurden die ADD-Werte in Bezug auf die Mittel- und P95-Konzentrationen in essbaren Pflanzen sowie für Polen und verschiedene Provinzen separat berechnet. Anschließend wurden die Ergebnisse der ADD-Werte zur Berechnung der Hazard Quotient (HQ)-Werte sowie des gesamten nicht krebserzeugenden Risikos als Summe der einzelnen HQ-Werte verwendet. Die für die Mittel- und P95-Werte für PHEs in Polen berechneten HQ-Werte sind in Abb. 3 und für einzelne Provinzen in der ergänzenden Abb. S1 dargestellt.

Gesamtwerte des nicht krebserzeugenden Risikos (HQtotal) für verzehrte essbare Pflanzen in Polen basierend auf den mittleren und P95-Konzentrationen von PHEs; P95 – 95. Perzentil.

In Bezug auf die aus den verfügbaren Ergebnissen für ganz Polen berechneten mittleren Konzentrationen wurden die höchsten inakzeptablen, nicht krebserzeugenden Risikowerte für mittlere PHE-Gehalte für Pb für Kleinkinder (2,80), Vorschulkinder (1,80) und Kinder im schulpflichtigen Alter (1,45) gefunden ), während bei Jugendlichen und Erwachsenen der Risikowert nahezu auf dem Niveau von 1 lag. Bei Cd wurde der Wert von 1 bei Kleinkindern überschritten (1,42), bei Vorschulkindern lag er nahe am Akzeptablen Ebene. Bei den 95. Perzentildaten (P95) wurde der akzeptable nichtkanzerogene Risikowert nur für Ni für alle untersuchten Untergruppen nicht überschritten. Für P95-Pb-Gehalte wurde das nichtkanzerogene Risiko überschritten für Kleinkinder: As (2,40), Co (2,80), Cu (1,35), Hg (2,40), Zn (1,10), Vorschulkinder: As (1,60), Co (1,10), Hg (1,60), Schulkinder: As (1,20) und Hg (1,20). Für Cd und Pb wurde das akzeptable Risiko für alle Teilpopulationen überschritten und die höchsten HQ-Werte wurden für Kleinkinder gefunden (Cd 12,0 und Pb 12,5).

Bei allen analysierten PHEs wurde der allgemeine Trend beobachtet, dass die Subpopulationen von Kindern unterschiedlichen Alters am anfälligsten waren. Für den 95. Perzentilgehalt (P95) von PHEs in essbaren Pflanzen unterschied sich ihr Anteil am Risikowert wie folgt. Wie bei der tatsächlichen Aufnahme für Mädchen, Jungen, Frauen und Männer im Alter von 18–35 Jahren, Frauen und Männern im Alter von 36–55 Jahren, Frauen und Männern im Alter von 56–65 Jahren und Rentnern hatten andere essbare Wurzeln einen höheren Beitrag als Kartoffeln. Bei Co hatten Kernobst, nichtwurzelnde Pflanzen und Kartoffeln den höchsten Beitrag. Für Cu, Hg, Pb und Zn stieg der Beitrag der Wurzelpflanzen im Vergleich zu ihren Mittelwerten in diesen Pflanzen deutlich an.

Bezogen auf die einzelnen Bundesländer (Ergänzende Abbildung S1) wurden die höchsten Risikowerte in der Woiwodschaft Schlesien für Kleinkinder > Vorschulkinder > schulpflichtige Kinder > Erwachsene > Jugendliche > Jungen > Mädchen > Frauen 56–65 > Frauen 36–55 beobachtet > Männer 56–65 > Rentner > Männer 18–35 > Männer 36–55 > Frauen 18–35 für Cd > Pb > Cu > As > Hg > Zn > Ni > Co. Das höchste Risiko betrug 4,44 für den Mittelwert und 19,74 für P95 Cd-Konzentrationen für Kleinkinder. In den folgenden Provinzen wurde das akzeptable Risiko ebenfalls überschritten: Niederschlesien für Pb, Lublin für Cd, Cu, Pb, Zn, Kleinpolen für As, Cd, Co, Cu, Hg, Pb, Oppeln für Hg, Pb und Nordpolen für Pb. Die niedrigsten Risikowerte waren in Nordpolen zu verzeichnen, wo das höchste Risiko und nur eine Überschreitung (0,295) für Kleinkinder für P95 des Pb-Gehalts beobachtet wurden. Die folgende absteigende Reihenfolge für die untersuchten PHEs, die zum Gesamtrisiko beitragen, wurde gefunden: Pb > Cd > Cu > Zn > Co > Ni. In den meisten untersuchten Provinzen war die absteigende Reihenfolge der Risikowerte für Pb wie folgt: Kleinkinder > Vorschulkinder > Kinder im schulpflichtigen Alter > Jugendliche und Erwachsene > Jungen und Mädchen > andere untersuchte Subpopulationen. Nur in Nordpolen überstiegen die Risiken für Jungen und Mädchen die von Jugendlichen und Erwachsenen.

Im Falle des kanzerogenen Risikos wurden auch ADD-Werte zur Berechnung der CR-Werte herangezogen. Die berechneten CR-Werte für Mittel- und P95-Werte für PHE-Gehalte für ganz Polen und in einzelnen Provinzen sind in Abb. 4 dargestellt. Die berechneten Werte für das krebserzeugende Risiko für ganz Polen zeigten ein nicht akzeptables Risiko für alle untersuchten Teilpopulationen sowohl für den Mittelwert als auch für die einzelnen Provinzen P95-Werte von As in essbaren Pflanzen, mit Ausnahme der Subpopulationen Frauen und Männer im Alter von 56–65 Jahren und Mädchen. Diese Werte näherten sich jedoch dem akzeptablen Niveau von 1 × 10–5. Die höchsten Risikowerte wurden bei Erwachsenen für den mittleren (5,9 × 10–5) und P95 (1,8 × 10–4) As-Gehalt beobachtet. Die absteigende Reihenfolge des CR-Risikos durch As-Verzehr bei bestimmten Pflanzenarten war wie folgt: Wurzel > Blatt > Frucht > Blütenstand.

Gesamtwerte des krebserzeugenden Risikos (CRtotal) für verzehrte essbare Pflanzen in Polen und einzelnen Provinzen basierend auf den mittleren und P95-Konzentrationen von As; P95 – 95. Perzentil.

Betrachtet man einzelne Provinzen, wurde festgestellt, dass in der Woiwodschaft Lublin das akzeptable krebserzeugende Risikoniveau für Erwachsene bei mittleren As-Inhalten und bei Kleinkindern und Schulkindern bei P95-As-Inhalten überschritten wurde. In der Woiwodschaft Kleinpolen wurde das CR-Risikoniveau für Erwachsene, Rentner, Männer 36–55, Frauen und Männer 18–35, Frauen und Männer 36–55 für den mittleren As-Gehalt und für P95 As-Gehalt für alle Subpopulationen im Folgenden überschritten absteigende Reihenfolge: Erwachsene > Männer 36–55 > Frauen 36–55 > Männer 18–35, Kleinkinder > schulpflichtige Kinder > Rentner > Vorschulkinder > Jugendliche > Jungen > Mädchen > Männer 56–65 > Frauen 56–65. In der Woiwodschaft Schlesien wurde das CR-Risiko für Erwachsene, Kleinkinder und Schulpflichtige für den mittleren As-Gehalt sowie für P95-As-Gehalte für alle Teilpopulationen mit der folgenden absteigenden Reihenfolge überschritten: Erwachsene > Kleinkinder > Kinder im schulpflichtigen Alter > vor -Schüler > Jugendliche > Frauen 36–55 > Rentner > Männer 36–55 > Männer 18–35 > Frauen 18–35 > Jungen > Mädchen > Frauen 56–65 > Männer 56–65.

Der Margin of Exposure (MOE)-Ansatz wurde in unserer Studie für Pb sowie für andere toxikologische Werte verwendet, die in den Datenbanken nicht verfügbar waren. Die MOE-Werte wurden für die mittlere und P95-Konzentration von Pb in Polen berechnet und sind in Tabelle 5 und für einzelne Provinzen in der Ergänzungstabelle S3 dargestellt.

Unter Berücksichtigung der MOE-Werte für ganz Polen wurde ein hohes Gesundheitsrisiko (MOE-Werte < 1) für den mittleren Pb-Gehalt beim Verzehr von Blatt- und Wurzelpflanzen bei Kleinkindern und beim Verzehr von Wurzelpflanzen bei Schul- und Vorschulkindern angezeigt. Für den Pb-Gehalt von Pb lagen die MOE-Werte für alle untersuchten Subpopulationen mit Ausnahme von Frauen im Alter von 18–35 Jahren, Männern im Alter von 36–55 Jahren und Rentnern bei < 1, wobei das höchste Risiko beim Verzehr von Wurzel-, Stein-, Kern- und Blattpflanzen beobachtet wurde.

Betrachtet man die einzelnen Bundesländer, so wurde in der Woiwodschaft Niederschlesien ein inakzeptables Risiko für den Verzehr von Blattpflanzen durch Kleinkinder, Vorschulkinder, Kinder im schulpflichtigen Alter und Erwachsene sowohl für die Mittel- als auch für die P95-Pb-Werte sowie für Jugendliche für den P95-Pb-Gehalt festgestellt . In der Woiwodschaft Lublin wurde das inakzeptable Risiko für den mittleren Pb-Gehalt von Wurzelpflanzen für Vorschulkinder, Kinder im schulpflichtigen Alter, Erwachsene und Jugendliche und für P95-Pb-Werte für Wurzel-, Blatt- und Fruchtpflanzen für Kleinkinder angegeben und Vorschulkinder, für Wurzel- und Blattpflanzen für Schulkinder, Erwachsene und Jugendliche und für Wurzelpflanzen für Mädchen und Jungen. In der Woiwodschaft Kleinpolen wurde das inakzeptable Risiko für den mittleren Pb-Gehalt von Blatt- und Steinpflanzen für Kleinkinder und Vorschulkinder, für Blattpflanzen für Kinder und Erwachsene im schulpflichtigen Alter und für den P95-Pb-Gehalt von Blatt-, Stein- und Obstpflanzen ermittelt für Kleinkinder, Vorschulkinder und Schulkinder, für Stein- und Blattpflanzen für Jugendliche, Mädchen und Jungen und für Blatt- und Obstpflanzen für Erwachsene. In der Woiwodschaft Oppeln wurde nur für den P95-Pb-Gehalt in Beerenpflanzen für Kleinkinder, Vorschulkinder und Kinder im schulpflichtigen Alter ein inakzeptables Risikoniveau festgestellt. In der Woiwodschaft Schlesien wurde ein inakzeptables Risikoniveau für P95-Pb-Gehalte in Wurzel- und Kernpflanzen für Kleinkinder sowie in Wurzelpflanzen für Vorschulkinder, Kinder im schulpflichtigen Alter, Erwachsene, Jugendliche, Jungen und Mädchen festgestellt. In Nordpolen lagen die berechneten MOE-Werte bei > 1, was darauf hindeutet, dass der Pb-Gehalt kein Risiko für Verbraucher darstellt.

Die Ergebnisse anderer Forschungsstudien zum gesundheitlichen Risiko für Verbraucher im Zusammenhang mit dem Verzehr von essbaren Pflanzen stimmen mit unseren Erkenntnissen überein. In Bezug auf die verfügbaren Veröffentlichungen aus Europa zu Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit PHEs in Nahrungspflanzen, in der in Rumänien durchgeführten Studie94, die ebenfalls auf inakzeptable Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit der Aufnahme von Schwermetallen durch den Verzehr von Gemüse hinweist. Da die Karpaten eine reichhaltige Schwermetallquelle für osteuropäische Länder darstellen, kann diese Studie bestätigen, dass in einer Region mit ähnlicher Geochemie, Geologie und Bergbaugeschichte wie Südpolen das Risiko auch inakzeptabel sein kann, wenn Pb in Wurzelgemüse enthalten ist Hauptverantwortlich dafür. Auch für Pb und Cd in Blattgemüse wurden hohe Risikowerte festgestellt, was ebenfalls mit unseren Ergebnissen übereinstimmt. Da sich diese Studie jedoch auf einzelne Gemüsesorten konzentriert, wird das gesamte Ernährungsrisiko nicht dargestellt und kann daher nicht verglichen werden. Die Studie zu Schwermetallen in landwirtschaftlichen Böden der EU95 liefert einige besorgniserregende Ergebnisse bei der Betrachtung unserer Studie. Konkret ergab die Studie, dass die Schwermetallgehalte in den meisten Regionen West- und Südeuropas höher waren als in Polen. Die Bewertung des Gesundheitsrisikos war jedoch nicht Teil dieser Studie und daher liegen keine Informationen zu Risikowerten vor. Das von Wang et al.96 berechnete Gesamtgesundheitsrisiko betrug in der EU28 für den Verzehr von Mais 3,74 × 10–6 für Erwachsene und 2,08 × 10–6 für Kinder und für den Verzehr von Weizen 5,80 × 10–5 für Erwachsene und 4,30 × 10–5 für Kinder96. Für den Schwermetallgehalt in Gemüse liegen Daten für lettische Zwiebeln und Karotten vor97, mit höheren Gehalten an Ni (0,25 mg/kg bzw. 0,28 mg/kg) und Pb (0,09 mg/kg bzw. 0,12 mg/kg). unserer Studie (Mittelwerte: 0,05 mg/kg bzw. 0,06 mg/kg). Der in Lettland gemeldete Cd-Gehalt (0,05 mg/kg und 0,12 mg/kg) war deutlich höher als in Polen (0,66 mg/kg). Allerdings berücksichtigte die oben genannte Studie nur Zwiebeln und Karotten, während unsere Ergebnisse aus der Gruppe der Wurzelgemüse stammten.

In Nigeria durchgeführte Studien zum Verzehr von essbaren Pflanzen, die auf Ackerböden in der Nähe von Blei- und Zinkminen angebaut wurden, ergaben, dass der Gesamtgefährdungsquotient beim Verzehr von essbaren Pflanzen bei Kindern höher ist als bei Erwachsenen26. Das Risiko war für Cd, Cr und Pb höher als akzeptabel, wobei das Risiko für Pb bei Kindern am höchsten war (2,04) und vergleichbar mit dem Risiko für Kinder war, die die empfohlene Anzahl an Pflanzen verzehrten (Mittelwert für Kleinkinder, Vorschulkinder usw.). HQ für Kinder im schulpflichtigen Alter) für mittlere Pb-Werte in Polen (2,07). Für die P95-Pb-Werte, die wir hier für den Pflanzenkonsum bei Jungen (2,77) und Mädchen (2,63) angeben, übertreffen die HQ-Werte die in Nigeria beobachteten. Untersuchungen zu den Gesundheitsrisiken des Verzehrs von Nahrungspflanzen, die in der Nähe einer Mülldeponie in Thailand angebaut wurden98, zeigten einen sehr hohen HQ für As (47,28), während der höchste HQ für P95 As-Werte in Polen für Kleinkinder bei 2,43 lag und für keine der Subpopulationen von Erwachsenen der Das Risiko hat die akzeptable Grenze überschritten. Ebenso war das krebserzeugende Risiko in der Studie von Ruchuwararak et al.98 viel höher. Die in Thailand beobachteten HQ-Werte für Cd waren ebenfalls höher als die in Polen beobachteten Werte, obwohl dieser Unterschied weniger ausgeprägt war. Allerdings waren die Risikowerte für Pb und Zn deutlich niedriger als für Polen. Der höchste in Thailand festgestellte HQ-Wert lag bei 0,255 und lag damit deutlich unter dem niedrigsten Risiko für mittlere Pb-Werte, die wir hier für Rentner melden (0,37). Andere Studien zeigten hohe HQ-Werte für As in allen Altersgruppen99,100,101, während in dieser Studie HQ > 1 nur für Kinder beobachtet wurde. Auch andere Forschungsstudien wiesen darauf hin, dass je höher die Umweltverschmutzung, desto höher der PHE-Gehalt in essbaren Pflanzen und damit auch das Risiko durch den Verzehr102,103,104. Am deutlichsten wird dies in der Studie von Cai et al.105, in der ein durch eine große Cu-Schmelzanlage in Zentralchina verschmutztes Gebiet mit einem nicht verschmutzten Referenzgebiet verglichen wurde. Der Gehalt an Cd, Cu, Pb und As in essbaren Pflanzen war im verschmutzten Gebiet deutlich höher, und der HQ-Gehalt war im betroffenen Gebiet höher als im Referenzgebiet und reichte von 237 % für Pb bis 2747 % für Cd. Wir stellen fest, dass in dieser Studie nicht nur essbare Pflanzen, sondern auch Fische und Trinkwasser berücksichtigt wurden, die Aufnahme von Pflanzen jedoch eine Quelle von 78 % der gefährlichen Elemente war. In ähnlicher Weise waren in der Studie von Yang et al.99 sowohl die Kontamination von Gemüse als auch das Gesundheitsrisiko für den Referenzstandort deutlich geringer als für das verschmutzte Gebiet.

Generell wurde beobachtet, dass ein höherer Verzehr von essbaren Pflanzen zu höheren Risikowerten führte und der Verzehr von Gemüse, Obst und Getreide geringer war als für eine gesunde Lebensweise empfohlen. Obwohl eine höhere Aufnahme mit höheren Risikowerten verbunden war, muss berücksichtigt werden, dass eine geringere Aufnahme auch aus ernährungsphysiologischer Sicht als ungesund angesehen werden kann. Basierend auf dem Trend, dass das Risiko bei Berücksichtigung der empfohlenen Tagesdosis höher war, wäre es wertvoll, belastbare Daten für die Gruppen mit dem höchsten Risiko (Kleinkinder und Vorschulkinder) zu generieren, um sicher zu schließen, ob das Risiko für diese Gruppen besteht niedrig genug, um als akzeptabel angesehen zu werden. Dennoch wurde der Großteil unserer Forschung an der allgemeinen menschlichen Bevölkerung durchgeführt, und es gibt kaum einen Unterschied zwischen Erwachsenen und Kindern, und andere Subpopulationen werden in den Studien selten berücksichtigt. Auch wenn Daten von Männern, Frauen und Kindern erhoben werden, werden diese alle in Gruppen zusammengefasst und die verwendeten zusammenfassenden Statistiken unterscheiden nicht zwischen diesen Teilpopulationen. Abgesehen davon, dass ein solcher Ansatz nicht repräsentative Ergebnisse liefert, führen die zugrunde liegenden Annahmen bei der Gruppierung der Daten zu äußerst unsicheren Risikocharakterisierungen. Darüber hinaus ergab der Ansatz der Risikoberechnung auf Basis der empfohlenen Verzehrmengen das Worst-Case-Szenario hinsichtlich der täglichen Aufnahmemenge. Ein Vergleich der PHE-Gehalte mit den vorläufigen PMDTI-Werten (Maximum Tolerable Daily Intake) bezieht sich auf den täglichen Verzehr und konzentriert sich eher auf die Nährstoffe in Lebensmitteln. Bei Elementen, die gesundheitsschädliche Auswirkungen haben, ist neben der Dosis das Risikobewertungsverfahren ein entscheidendes Instrument zur Bewertung der Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Auf dieser Grundlage wurden die Werte der nicht krebserzeugenden (HQ) und kanzerogenen (CR) Risiken für die Mittel- und P95-Werte von PHEs in Polen berechnet, die aus unserer Literaturrecherche ermittelt wurden.

Da Polen hinsichtlich seines geochemischen Hintergrunds und seiner anthropogenen Aktivitäten diversifiziert ist, gelten einfache Mittelwerte der PHE-Konzentrationen aus allen Regionen Polens nicht als der beste Ansatz und wurden hauptsächlich aus Vergleichsgründen als erster Schritt in unserem Ansatz verwendet. Um die Auswirkungen der sich ändernden Natur der geochemischen Hintergrundkonzentrationen sowie Unterschiede in den Konzentrationen von PHEs in essbaren Pflanzen je nach polnischer Region einzubeziehen, wurden in unserer Risikobewertung auch die für die einzelnen Provinzen berechneten Mittel- und P95-Werte verwendet. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verwendung nur von Mittelwerten zu falschen Schlussfolgerungen führen kann, was äußerst wichtig ist, wenn auf der Grundlage dieser Ergebnisse Verwaltungsentscheidungen (d. h. Risikomanagement) getroffen werden, beispielsweise über Sanierungsmaßnahmen. Beim Vergleich der Ergebnisse für einzelne Bundesländer wurden die höchsten Risikowerte dort beobachtet, wo auch die höchsten Gehalte in Pflanzen auftraten. Daher könnte die Berechnung des Risikos für die breitere Region durch Mittelung der Ergebnisse aus Gebieten mit niedrigeren und höheren PHE-Gehalten die Ergebnisse verzerren. Allerdings haben wir von einem identischen Verbrauchsniveau in allen Regionen ausgegangen, was nicht realistisch ist. Daher werden weitere Untersuchungen empfohlen, um die Variabilität des Konsums zwischen den Subpopulationen in verschiedenen Regionen des Landes zu berücksichtigen.

Derzeit wird die Lebensmittelsicherheit in der EU durch eine Reihe von Rechtsakten geregelt, wobei die Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 der Kommission vom 19. Dezember 2006 zur Festlegung von Höchstgehalten für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln106 für unsere Forschung besonders wichtig ist. Darüber hinaus wird die Lebensmittelsicherheit stark von der EU-Agenda Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) unterstützt, die durch die Verordnung (EG) Nr. 178/2002 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 28. Januar 2002 zur Festlegung der allgemeinen Grundsätze und Anforderungen an Lebensmittel eingerichtet wurde Gesetz107. Darüber hinaus wird die Lebensmittelsicherheit in Polen von der Obersten Gesundheitsinspektion kontrolliert108. Im Hinblick auf die Verbrauchersicherheit wurden die in unserer Untersuchung ermittelten Risikowerte auf Basis der in der Untersuchung verwendeten Aufnahmemengen überschätzt. Dennoch wird aufgrund der fortschreitenden Umweltverschmutzung und der zunehmenden Zahl von Studien, die über das Vorhandensein von PHE in verzehrten essbaren Pflanzen berichten, empfohlen, den PHE-Gehalt in essbaren Pflanzen zu überwachen, da diese in naher Zukunft auf ein großes Gesundheitsproblem für ihre Verbraucher hinweisen könnten. In unseren Studien haben wir versucht, einen zuverlässigeren Ansatz zu erreichen, indem wir mehr Verbrauchergruppen einbezogen und die Konsumergebnisse aus Fragebogenbefragungen genutzt haben. Da für die zuverlässigsten Ergebnisse jedoch Variabilitäts- und Unsicherheitsanalysen erforderlich sind, wird für die weitere Analyse eine statistische Modellierung empfohlen, insbesondere da unsere vorläufigen Ergebnisse darauf hinweisen, dass der PHE-Gehalt in essbaren Pflanzen ein potenzielles Risiko für Verbraucher darstellt.

Wir haben eine Risikobewertung für die Gesundheit der Verbraucher durchgeführt, die auf einer umfassenden Literaturrecherche zum PHE-Gehalt in essbaren Pflanzen in Polen basiert. Für ganz Polen wurde unter Berücksichtigung der mittleren PHE-Gehalte der akzeptable nicht krebserzeugende Risikowert von 1 für Pb für Kleinkinder, Vorschulkinder und Kinder im schulpflichtigen Alter überschritten. Für Cd wurde das akzeptable Risiko für Kleinkinder überschritten und näherte sich dem akzeptablen Wert für Vorschulkinder. Beim 95. Perzentil des PHE-Gehalts wurde der akzeptable nichtkanzerogene Risikowert nur bei Ni für alle untersuchten Teilpopulationen nicht überschritten. Die krebserzeugenden Risikowerte für ganz Polen zeigten ein nicht akzeptables Risiko für alle untersuchten Subpopulationen, sowohl für den mittleren als auch für den P95-Gehalt von As in essbaren Pflanzen, mit Ausnahme der Frauen und Männer im Alter von 56–65 Jahren und der Subpopulationen für Mädchen. Das akzeptable Niveau des nicht krebserzeugenden Risikos für Verbraucher wurde in den Woiwodschaften Schlesien, Niederschlesien, Lublin, Kleinpolen und Opole und das krebserzeugende Risiko in den Woiwodschaften Kleinpolen, Lublin und Schlesien überschritten, was auf die Auswirkungen der geochemischen Variabilität hinweist Ergebnisse der Risikobewertung. Es wird empfohlen, das Risiko regional zu berechnen, da nationale Durchschnittswerte nicht unbedingt die Realität widerspiegeln und zu fehlerhaften Risikocharakterisierungen führen können, was besonders schädlich sein kann, wenn Risikomanagemententscheidungen auf der Grundlage einer Risikobewertung getroffen werden.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor AG-K erhältlich.

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Wir danken Dr. Antonis Ampatzoglou für die Unterstützung bei der Verbesserung der Sprachqualität und dem Korrekturlesen der endgültigen Fassung des Manuskripts.

Das Forschungsprojekt wurde durch das Programm „Exzellenzinitiative – Forschungsuniversität“ der AGH University of Science and Technology und Grant No. 16.16.140.7998.

Abteilung für Umweltschutz, Fakultät für Geologie, Geophysik und Umweltschutz, AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059, Krakau, Polen

Agata Wódkowska & Agnieszka Gruszecka-Kosowska

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Konzeptualisierung, AW und AG-K.; Analyse, AW und AG-K.; Ressourcen AW und AG-K.; Schreiben – ursprüngliche Entwurfsvorbereitung, AW und AG-K.; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, AW und AG-K.; Visualisierung (Abbildungs- und Tabellenaufbereitung), AW; Aufsicht, AG-K.; Fördermittelakquise, AG-K.; Datenkuration, AW und AG-K. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondentin ist Agnieszka Gruszecka-Kosowska.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wódkowska, A., Gruszecka-Kosowska, A. Ernährungsexposition gegenüber potenziell schädlichen Elementen in essbaren Pflanzen in Polen und die Gesundheitsrisikodynamik im Zusammenhang mit ihrer geochemischen Differenzierung. Sci Rep 13, 8521 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35647-x

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Eingegangen: 10. Januar 2023

Angenommen: 22. Mai 2023

Veröffentlicht: 25. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35647-x

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