Предисловие
В прошлом году компания Longevica предложила мне поработать со своим продуктом, не смотря на свое образование и опыт работы в том числе и со старением, мне пришлось пройти большой путь чтения и глубоких интервью, что бы разобраться с концепцией. Концепция продления жизни у компании включает в том числе и снижение уровня тяжелых металлов: в клетках, в питании, в организме - во всем, что окружает нас. В серии статей на Хабр я решил показать свой путь скептика и обсудить открытые вопросы, как в научной области, так и в области техники и инженерии.
Само словосочетание "тяжелые металлы" у меня, как у обывателя, вызывает ассоциации с грибами растущими у шоссе или всплесками радиоактивности, но о продуктах в магазине, а уж тем более о риске для собственного здоровья я не задумываюсь. Точнее не задумывался.
В этой статье я приведу поразившие меня факты о тяжелых металлах. Последние научные данные показывают, что даже при уровне тяжелых металлов ниже официально допустимого (т.е. в пределах нормы) их влияние негативно. Попытаюсь разобраться откуда действительно появляются тяжелые металлы у современного человека в организма, и расскажу про всемирные инициативы по снижению их уровня.
Что такое "тяжелые металлы"?
Прежде чем перейти к самому вопросу, логично определиться, что такое “тяжелые металлы”, оказалось это очень плохой термин, так как он не научный и у него нет определения. Очень тут меня выручил автор Троицкого Варианта Захар Слуковский [1], который написал о своих мытарствах при подаче научной статьи с термином "heavy metals" . Процитирую из его текста.
В 2002 году Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) выпустил технический отчет, готовившийся в течение 1999–2001 годов, где, ссылаясь на все предшествующие работы по критике термина heavy metals, было сказано, что данный термин является бессмысленным и вводящим в заблуждение, так как за почти 60 лет его использования он не получил четкого определения, основанного на химии (Duffus, 2002).
С точки зрения науки словосочетание "тяжелые металлы" некорректно, и, как увидим в комментариях к этой статье, спорить об этом можно бесконечно.
Оказывается само словосочетание бытовое, как и слово микроб, например. Да, оно пришло из науки, но из той науки, где не было систем и классификаций.
Изначально тяжелыми металлами считались элементы с плотностью выше 4,5 г/см, но по мере движения к систематизации с 1817 до нашего термин расплодил более 30 определений, а эксперты начали бороться с ним еще с конца 1980-х.
Что же выбрать как термин?
Основным документом, на который я ориентировался это американский план "Closer to Zero" по снижению "toxic elements" в детском питании принятый в 2021 году. Это самый современный документ, касающийся каких-либо планов по снижению уровня химических элементов из списка тяжелых металлов, в самом плане говорят не "тяжелые металлы", а "токсичные элементы", дальше в статье буду использовать термин "Toxis Elements" (TE), а "тяжелые металлы" оставлю лишь в заголовке для привлечения внимания к вопросу.
Американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов выбрало четыре "тяжелых металла" для снижения в первую очередь: мышьяк (англ. arsenic), свинец (англ. lead) и кадмий (англ. cadmium) и ртуть (англ. mercury). Они наиболее распространены и оказывают, по-видимому, самый существенный эффект с точки зрения массового здравоохранения.
Toxic elements и здоровье
Следующий вопрос это уровень доказательности во влиянии TE на здоровье. Вопрос, который меня интересует "Видим ли мы ухудшение здоровья при повышении уровня тяжелых металлов в организме и в каком диапазоне концентраций?"
Я искал связь смертности от всех причин (all cause mortality) и уровня выбранных TE в крови. Оказывается ученые не часто измеряют тяжелые металлы в крови или моче в эпидемиологических исследованиях, и хороших наборов данных не много. Нас выручает серия регулярных американских исследований диет и здоровья NHANES (National Health and Nutrition Examination Survey) [5], проводимых с 80х годов каждые 3-5 лет с числом участников от 10 до 40 тыс человек. В этой серии исследований TE измеряют.
Для 26 000 американцев (1999-2014 гг.) общий уровень TE в крови (свинец, кадмий и ртуть) и в моче (10 разных токсичных элементов) показал связь с риском смертности. Относительный риск был в диапазоне 1.22 до 1.94, то есть если сравнить людей с низким и высоким уровнем суммарным риск смертности может быть в полтора раза выше. Простыми словами: "почти в полтора раза можно снизить риск смертности, снизив общий уровень ТE до низкого". Из всего, что я прочитал это самое сильное утверждение вытекающее из статистики.
В том же исследовании было показано, что именно кадмий и в крови и в моче оказывает самое существенное влияние.
И это данные для людей без отравления. Обычных людей. У одних высокий уровень, а у других низкий. Более того, именно после этой статьи стало понятно, что снижать тяжелые металлы имеет смысл в любом диапазоне.
Кадмий отдельно ученые смотрели на том же наборе данных NHANES, используя выборку 1999-2004 годов. Для восьмидесятого процентиля, то есть для тех, у кого уровень кадмия на уровне верхних 80% среди всех американцев (из 9000 человек в исследовании) уровень кадмия давал вклад 7 процентов в общий риск смертности и 9 в риск сердечно сосудистых.
Поиск позволяет найти десятки подобных публикаций (почти все они на тех же данных) и похожий уровень ассоциации с различными причинами смертности от почек и диабета до сердечно сосудистых осложнений.
Стоит сказать, что поскольку одним из основных факторов повышения кадмия обычно считается курение, при статистическом анализе обязательным образом разделяют вклад кадмия и курения как отдельных факторов. Дело не просто в дыме, а как мы увидим дальше и вообще не в нем.
Именно для кадмия изначально сигаретный дым был основным источником, но борьба с курением с 80х годов практически убрала этот фактор в западном мире.
На графике снижение кадмия с 80х годов произошло именно благодаря снижению сигаретного дыма (пассивного и активного) как утверждают авторы статьи [6].
Предварительный вывод такой: токсичные элементы (кадмий, ртуть, мышьяк и свинец) влияют на здоровье, потенциально значимо сокращают жизнь во всем диапазоне и появляются в организме из окружающей среды. Интересно, что является основным источником?
Токсичные элементы в детском питании
Если просто начать искать тему "heavy metals food", на первые места поиска выходят статьи от 2021 года с заголовками "Heavy metals in baby food". 4 февраля 2021 года производители детского питания проснулись в холодном поту. Конгресс США опубликовал данные по уровню "тяжелых металлов в детской еде", в котором выявлены превышения уровней всех четырех наших TE в детском питании, более того, расследование обнаружило отсутсвие внутренного контроля на одних фабриках, а на других пренебрежение собственными стандартами [7].
Привожу ниже результаты отчета по свинцу, но прежде скажу, что разрешенные нормы свинца в детском питании в Европе [9] 20 ppb (частей на миллиард), что равно 0,020 мг/кг, в США по детям нашел максимум для конфет 100 ppb и для 50 ppb для сока [8]. Отчет конгресса показывает содержание TE выше этих норм.
А теперь выдержка из отчета конгресса США.
"Свинец присутствовал в продуктах детского питания всех ответивших компаний.
Компания Nurture (HappyBABY) продавала готовые продукты детского питания, содержание свинца достигает 641 ppb. Почти 20% готовой продукции детского питания, протестированного компанией питания содержало более 10 частей на миллиард свинца.
Beech-Nut использовала ингредиенты, содержащие до 886,9 частей на миллиард свинца. Он использовал многие ингредиенты с высоким содержанием свинца, в том числе 483 ингредиента, которые содержали свинца более 5 частей на миллиард, 89 содержащих свинец более 15 частей на миллиард и 57 с содержанием более 20 частей на миллиард.
Hain (Earth’s Best Organic) использует ингредиенты, содержащие 352 ppb свинца. Хейн использовал много ингредиентов с высоким содержанием свинца, в том числе 88, в которых было протестировано содержание свинца более 20 частей на миллиард, и шесть, в которых было установлено содержание свинца более 200 частей на миллиард.
Гербер использовал ингредиенты, содержание свинца в которых достигало 48 частей на миллиард; и использовал много ингредиентов, содержащие более 20 частей на миллиард свинца. "
Слова Best и Organic особенно меня улыбнули в этом контексте. Может быть здоровая еда это не органическая, а что-то другое.
Несколько производителей не ответили на первый запрос конгресса. По итогам расследования почти во всех 50 штатах были поданы иски на производителей, по-видимому, родители получат возмещение по сделке, если у ребенка проявились расстройства, такие как Аутизм или СДВГ. Пример типичной американской конторы, которая помогает родителям получить возмещение по ссылке [10].Механизмы поражения токсичными элементами
В чем проблема с этими тяжелыми металлами?
1 - они реакционно способны и будут вступать в реакции там, где их не ждут. И хотя в организме много возможно более реактивных натрия или кальция, но в физиологических концентрациях наш организм знает, что с ними делать.
2 - они 2-х валентные и могут с большей константой связывания заменять Цинк и Магний в реакционных центрах ферментов. хотя есть другие двухвалентные редкие металлы (хром, марганец и медь), они не так необратимо связываются, пожалуй самым сильным по связи с местами посадки магния является кадмий. Концентрация кадмия на порядки меньше, а связывание на порядки выше, возможно дефицит магния может усугублять последствия TE. Один только магний поддерживает более 300 известных реакций в организме.
Не углубляясь в Биохимию в этой статье, хочу процитировать вводную часть научной статьи о механизмах действия тяжелых металлов [11].
Острые или хронические отравления могут возникать при контакте с водой, воздухом и пищей. Бионакопление этих тяжелых металлов приводит к разнообразному токсическому воздействию на самые разные ткани и органы организма. Тяжелые металлы нарушают клеточные процессы, включая рост, пролиферацию, дифференцировку, процессы восстановления повреждений и апоптоз. Сравнение механизмов действия показывает сходные пути для этих металлов, чтобы вызвать токсичность, включая образование ROS (активных форм кислорода), ослабление антиоксидантной защиты, инактивацию ферментов и окислительный стресс. С другой стороны, некоторые из них обладают избирательным связыванием со специфическими макромолекулами. Некоторые токсичные металлы, включая хром, кадмий и мышьяк, вызывают нестабильность генома. Дефекты репарации ДНК после индукции окислительного стресса и повреждения ДНК тремя металлами считаются причиной их канцерогенности. Даже при современных знаниях об опасности тяжелых металлов частота отравлений остается значительной и требует профилактического и эффективного лечения.
Неслабо, да?Эволюция живого и история использования токсичных элементов
Мне как биологу интересно рассуждать об эволюции живого и проблеме, следую за Добжанским: “ничего не имеет смысла, кроме как в свете эволюции” [12]. Понятно, что большинство металлов “не намазано ровным слоем” по земле, скорее наоборот, они концентрируются в местах, где земная мантия выходит к поверхности. В других (в большинстве) местах их сильно меньше. Жизнь научилась использовать некоторые металлы, например железо, в своих целях и приспособила к этому свою машинерию, например то же самое железо в молекуле гемоглобина связывает кислород и углекислый газ для транспортировки к легким. Другие металлы жизнь не встречала (токсичные элементы) в больших количествах и научилась их выводить из организма неспешно. Так продолжалось миллионы лет.
Потом пришел человек и начал ковырять застывшую мантию земной коры и доставать оттуда разные интересные штуки, например пигменты для красок. Доставать и добавлять их во всякое: краски, бензин, зубные импланты, средства для производства шляп. Таким образом в клетках была достигнута “быстрая” отравляющая доза, когда эффект виден очень быстро
И у Ван-Гога (отравление свинцом [13] из-за красок) и у сумасшедшего шляпника (отравление ртутью [14] использовавшейся для производства шляп) психопатологические отклонения были на лицо.Мартовский Заяц:… Нужно всегда говорить то, что думаешь.
Алиса: Я так и делаю, по крайней мере… По крайней мере я всегда думаю то, что говорю… а это одно и то же…
Шляпник: Совсем не одно и то же. Так ты еще чего доброго скажешь, будто ``Я вижу то, что ем`` и ``Я ем то, что вижу``, - одно и то же!Мы то с вами в 21-м веке и бензин у нас unleaded (неэтилированный – это бензин который не содержит тетраэтилсвинца в своем составе). Мы скоро уберем свинцовую краску в старых домах. Перешли на новые пломбы. Бросили курить. Не разбиваем электронные градусники. При чем тут тогда история с отравлениями?
Моя гипотеза для вас, гипотеза имеющая целую цепочку проверяемых фактов, что в небольших количествах яд продолжает работать так же как и в больших, но медленнее. Мы не сойдем с ума и не отрежем себе уши, мы просто сократим время жизни на 5-15% в зависимости от того, насколько нам повезет с местом производства нашей ежедневной еды.
Именно еда, вода и воздух стали сегодня самыми важными источниками тяжелых металлов, и судя по эпидемиологическим исследованиям (как те, что в начале статьи) есть коэффициент наклона кривой, который отражает влияние нашего текущего уровня тяжелых металлов на продолжительность жизни. Больше металлов, короче жизнь.
Оценка эффекта TE в питании
Если сравнивать эффект курения и еды на показатели кадмия, например, то много не найдешь. Но некоторые исследования современных продуктов питания показывают высокое количество кадмия приходящего именно из еды, так у женщин курящих уровень кадмия в моче был 0,43 мг/г, а у женщин не курящих 0,30 мг/г. Некурящие женщины, которые ели тофу поднимали свой уровень до 0,41 мг/г. [15]. В другом исследовании наблюдали за грудным молоком у Курящих и Некурящих австрийских мам. Курение повышало уровень кадмия вдвое, а употребление пшеничных хлопьев на 30% [16].
Самые плохие новости похоже ждут вегетарианцев - в исследовании сравнили уровень кадмия у вегетарианцев и мясоедов, и уровень кадмия у вегетарианцев превышал уровень у мясоедов втрое [17].
Оно и понятно, кадмий очень хорошо всасывается растениями и депонируется в разных участках: у одних растений в корне, а у других в плодах и листьях. Оказывается кадмий очень любит прилипать к крахмалистым поверхностям и липким белкам, именно их и мы полюбили за чувство сытости, и вывели сорта богатой глютеном пшеницы и толстобокой картошки. Уровень кадмия в пшенице около 100 ppb [18], а уровень кадмия в снеках будет уже 200 ppb [19].
Переносимая доза (без последствий) для взрослого 4,1 мкг в день.
Если пересчитать на пшеницу - не больше 40 грамм, а снеков - всего 20.
Второй отчет по конгресса США [20] показал, что в детской еде может содержаться до 43 ppb, то есть 43 мкг/кг, кадмия. Значит 100 грамм такой еды уже превышают взрослую дозу.
За пределами этой статьи остались механизмы нашего организма для борьбы с кадмием, проверка американскими лабораториями добавок на предмет содержания тяжелых металлов и возможности технологий в производстве и выращивании еды.
Я пиарюсь в этой части статьи
Обо всем этом я рассказываю в своем канале и напишу вторую и третью часть для этой серии здесь. Как всегда рад вдумчивым комментариям.
Ссылки2 - https://www.fda.gov/food/chemicals-metals-pesticides-food/metals-and-your-food
3 - https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22472185/
4 - https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33618481/
5 - https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/index.htm
6 - https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-007-4470-7_10
8 - https://www.fda.gov/food/metals-and-your-food/lead-food-foodwares-and-dietary-supplements
9- https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:02006R1881-20150521
10 - https://www.millerandzois.com/baby-food-lawsuits.html
11 - https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2021.643972/full
12 -https://en.wikipedia.org/wiki/Nothing_in_Biology_Makes_Sense_Except_in_the_Light_of_Evolution
13 - https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9428166/
14 - https://vegan.ru/info/detail.php?ID=3696
15 - https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004896971100074X
16 - https://www.nature.com/articles/7500518
17 - https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17152224/
