Дослідження впливу акриламіду та акролеїну за допомогою харчового та людського біомоніторингу
1 Дослідження впливу акриламіду та акролеїну за допомогою харчового та людського біомоніторингу Дисертація D386, затверджена Кафедрою хімії Технічного університету Кайзерслаутерн для присудження вченого ступеня доктора природничих наук, представлена випускником харчового хіміка Мейке Рюнц. Керівництво роботою: проф. Д-р. Елке Річлінг Дата наукової дискусії:
3 Експериментальна частина цієї роботи проводилась з квітня 2013 р. По лютий 2017 р. На хімічному факультеті, що спеціалізувався на харчовій хімії та токсикології Технічного університету Кайзерслаутерна в групі професора Виступила Ельке Річлінг. Голова екзаменаційної комісії: проф. Гельмут Сітцманн 1-й доповідач: проф. Елке Річлінг 2. Доповідач: проф. Д-р. Лікар. Дітер Шренк
5 Зміст I Зміст Зміст. I Список скорочень. V реферат. Х короткий зміст. XI 1 Вступ Стан знань Загальні принципи Оцінка ризику Біомоніторинг навколишнього середовища та людини Тепло-індуковані харчові забруднення Акриламід Фізико-хімічні властивості Освіта Промисловий синтез Екзогенне утворення Ендогенне утворення Рівні в продуктах харчування Фактори, що впливають на рівні в їжі Токсикокінетика Всмоктування та розподіл Метаболізм Екскреція Токсикодинаміка токсичність токсичність токсичність токсичність токсичність токсичність токсичність токсичність токсичність токсичність Оцінка впливу Оцінка впливу за допомогою моніторингу навколишнього середовища Оцінка впливу за допомогою біомоніторингу людини Характеристика ризику та управління ризиками Acrolein Фізико-хімічні властивості Освіта Промисловий синтез Екзогенна освіта Ендогенна освіта Зміст у їжі Фактори, що впливають на вміст у їжі. 52
6 II Зміст Токсикокінетика Всмоктування та розподіл Метаболізм Екскреція Токсикодинаміка Гостра токсичність Субхронічна токсичність Хронічна токсичність Генотоксичність та мутагенність Канцерогенність Оцінка впливу Оцінка впливу за допомогою моніторингу навколишнього середовища Оцінка впливу за допомогою біомоніторингу людини Характеристика ризику Проблеми Результати та обговорення Розробка та затвердження MSLC-MSmi-MSla MSme-MSmi і пов'язані з акролеїном меркаптурні кислоти в сечі Дослідження людини I Аналіз розвитку ваги Аналіз журналів активності Аналіз їжі Акриламід Білок акролеїн Аспарагін Розрахунок денного споживання їжі Прийом акриламіду Вживання сильно нагрітих продуктів Вживання білка Вживання аспарагіну Вживання жирів Вживання жиру кімната повітря аналіз акролеїну сечі досліджуваних обсяги сечі креатинін акриламід асоційовані меркаптури кислотні акролеїн-асоційовані меркаптурні кислоти
7 Зміст III 4.3 Дослідження щодо вивільнення акролеїну, дослідження на людях II Розрахунок добових кількостей споживання сильно підігрітої їжі Визначення не дієтичних джерел екзогенного впливу акролеїну Аналіз сечі досліджуваних Обсяги сечі Креатинін Акролеїн-асоційовані меркаптурні кислоти Резюме Матеріали Пристрої Витратні матеріали Хімічні методи Визначення акриламіду в харчових пробах Розробка методу вимірювання зразка Валідація параметрів ВЕРХ та ESI параметри мс/мс Калібрувальні лінії Визначення акриламіду та асоційованих з акролеїном меркаптурних кислот у сечі Приготування зразків Розробка методу вимірювання зразків Валідація параметрів ВЕРХ та ESI не/мс/мс Калібрувальні лінії Оцінка рівнів поживних речовин та енергії у їжі з використанням Prodi 5.8 Експерт Визначення креатиніну в сечі Підготовка експерименту Виконання експерименту Синтез N-ацетил-S- (3-оксопропіл) -цистеїну Визначення акролеїв n-асоційовані меркаптурні кислоти в фосфатному буфері калію Підготовка проби Вимірювання проби Розрахунки та статистика Розрахунок AUC тесту Андерсона-Дарлінга Парний та непарний t-тест Тест Вількоксона
8 IV Зміст U-тест Манна-Уїтні Інформація про дослідження на людях Дослідження на людях I Юридичне схвалення Набір суб’єктів Попередній медичний огляд Відбір продуктів харчування (рівні акриламіду) Додаткова інформація Дослідження на людях II Юридичний добір Набір суб’єктів Попередній медичний огляд Бібліографія Додаток CV. i список публікацій. iii Подяка. v пояснення. vii
9 Список абревіатур V Список абревіатур 8-OHdG AA AA-Hb AAMA AAMA-SO AC Ade AGE AKR ALARA ALDH AO AUC BfR BHA BHT BMDL BMI BSO BVL CA CAD CE CEMA CEP CHO cll c max CO 2 c preose CRP CUR c промивний 8-гидроксидекси Акриламід Аддукт акриламід-гемоглобіну N-ацетил-S- (2-карбамоїлетил) -L-цистеїн N-ацетил-S- (2-карбамоїлетил) -L-цистеїн-S-оксид акролеїн аденін Поширені кінцеві продукти глікування Альдо-кето-редуктаза Настільки низький, наскільки розумно досяжний Настільки низький, наскільки розумно досяжний Область альдегіддегідрогенази амінооксидази під кривою під кривою Федеральний інститут оцінки ризику Бутилгідроксианізол Бутилгідрокситолуол Нижня межа довіри базової дози контрольна доза нижча межа довіри Межа маси тіла Індекс маси тіла Buthioninsulfoximimosos Активний захист харчових продуктів дисоціація газ енергія зіткнення енергія зіткнення N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L-цистеїнова клітина потенціал потенційного входу в клітину Яєчники китайського хом'яка карликового хом'ячка яєчник хронічного лімфоцитарного лейкозу максимальна концентрація діоксид вуглецю початкова концентрація C-реактивний білок завіса газова завіса концентрація газу після фази змиву
17 Вступ 2 недостатньо даних про відсоток виведення експозиційних біомаркерів. Залежно від передбачуваного відсотка виведення акролеїну у вигляді ГПМА протягом 24 годин, визначали середньодобову експозицію акролеїну 2,1-24 мкг/кг маси тіла (SKLM, 2012). Експозиція, оцінена за допомогою біомоніторингу людини, відображає не тільки споживання харчового акролеїну, але також вплив ендогенного утворення та інших екзогенних джерел акролеїну. Необхідно уточнити, наскільки продукти сприяють виведенню біомаркерів експозиції акролеїну порівняно з іншими екзогенними джерелами акролеїну та/або ендогенним утворенням.
32 17 Стан знань Рисунок 13: Метаболізм акриламіду, AA: акриламід, AAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоїлетил) -L-цистеїн, AAMA-SO: N-ацетил-S- (2-карбамоїлетил) -L- цистеїн-S-оксид, аде: аденин, DHPA: 2,3-дигідроксипропанамід, DHPS: 2,3-дигідроксипропанова кислота, ДНК: дезоксирибонуклеїнова кислота, EH: епоксид гідролаза, GA: гліцидамід, GAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоїл -2-гідроксиетил) -L-цистеїн, GSH: глутатіон, GST: глутатіон-S-трансфераза, гуа: гуанін, Hb: гемоглобін, ізогама: N-ацетил-S- (1-карбамоїл-2-гідроксиетил) - L-цистеїн [змінено за (EFSA, 2015a), доповнене (Sumner et al., 2003; Doerge et al., 2005a; Tareke et al., 2006)]
35 Стан знань 20 Відображення викиду CO 2. Точних досліджень, які б підтвердили цей шлях деградації, ще не існує. Кон'югація акриламіду та гліцидаміду з глутатіоном і розпад на меркаптурні кислоти.Окрім гідролізу епоксиду, детоксикація акриламіду та гліцидаміду також відбувається за допомогою реакції з глутатіоном та подальшого метаболізму до відповідних меркаптурових кислот (див. Малюнок 14). Малюнок 14: Утворення AAMA та AAMA-SO з акриламіду та GAMA та ізо-гами з гліцидаміду, AA: акриламід, AAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоїлетил) -L-цистеїн, AAMA-SO: N- Ацетил-S- (2-карбамоїлетил) -цистеїн-S-оксид, DiP: дипептидаза, GA: гліцидамід, GAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоїл-2-гідроксиетил) -L-цистеїн, GGT: -глутаміл транспептидаза, Glu: глутамінова кислота, Gly: гліцин, GSH: глутатіон, GST: глутатіон-S-трансфераза, ізогама: N-ацетил-S- (1-карбамоїл-2-гідроксиетил) -l-цистеїн, NAT: N-ацетилтрансфераза [змінено з (Duda-Chodak et al., 2016)]
62 47 Стан знань Рисунок 19: Постульовані шляхи утворення акролеїну з глюкози [модифіковано (Stevens and Maier, 2008)] Утворення з амінокислот та інших аміносполук Утворення з метіоніну Тепло-індуковане утворення акролеїну також описано в контексті деструкції стрекера амінокислоти метіоніну див. малюнок 20). В ході реакції Майяра метіонін та дикарбонільна сполука можуть утворювати основу Шиффа, яка гідролізується з утворенням метіона альдегіду Стрекера. Метіонал може далі реагувати на метантіол та акролеїн через розщеплення ретро-Майкла (Stevens and Maier, 2008). Рисунок 20: Постульований шлях утворення акролеїну з метіоніну, R1 та R2: алкільна або алкенільна група [змінено за (Stevens and Maier, 2008)]
70 55 Стан знань Рисунок 24: Метаболізм акролеїну. AC: акролеїн, AC-GSH: AKR: альдо-кето-редуктаза, ALDH: альдегіддегідрогеназа, CEMA: N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L-цистеїн, ДНК: дезоксирибонуклеїнова кислота, EH: епоксидна гідролаза, FMO: флавін- залежна монооксигеназа, гліцидальдегід-MA: N-ацетил-S- (2-карбокси-2-гідроксиетил) -L-цистеїн, GSH: глутатіон, GST: глутатіон-S-трансфераза, HPMA: N-ацетил-S- (3- гідроксипропіл) -L-цистеїн, OPMA: N-ацетил-S- (3-оксопропіл) -L-цистеїн, OPMA-SO: N-ацетил-S- (3-оксопропіл) -L-цистеїн-S-оксид, α -oh-pdg: α-гідрокси-1n 2 -пропано-2-дезоксигуанозин, -OH-PdG, -гідрокси-1N 2-пропано-2`-дезоксигуанозин, Δ: виявлено in vivo [змінено з (Parent et al., 1998; Стівенс і Майер, 2008)]
72 57 Розділ про стан знань). Механізм утворення гліцидальдегід-меркаптурової кислоти з гліцидальдегіду показаний на малюнку 25, аналогічно механізму на основі акролеїну. Рисунок 25: Утворення HPMA та CEMA з акролеїну та гліцидальдегіду-MA з гліцидальдегіду, AC: акролеїн, AKR: альдо-кето-редуктаза, ALDH: альдегіддегідрогеназа, CEMA: N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L цистеїн, DiP: дипептидаза, FMO: флавінзалежна монооксигеназа, гліцидальдегід-МА: N-ацетил-S- (2-карбокси-2-гідроксиетил) -L-цистеїн, GGT: -глутамілова транспептидаза, Glu: глутамінова кислота, Gly: гліцин GSH: глутатіон, GST: глутатіон-S-трансфераза, HPMA: N-ацетил-S- (3-гідроксипропіл) -L-цистеїн, NAT: N-ацетилтрансфераза, OPMA: N-ацетил-S- (3-оксопропіл) - L-цистеїн, OPMA-SO: N-ацетил-S- (3-оксопропіл) -L-цистеїн-S-оксид [змінено за (Horvath et al., 1992; Stevens and Maier, 2008)]