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 серии статей я поделюсь новым взглядом на тяжелые металлы, как на совершенно независимый механизм старения и развития патологий. Последние научные данные показывают, что даже при уровне тяжелых металлов ниже официально допустимого их влияние негативно. Расскажу откуда действительно появляются тяжелые металлы у современного человека в организма и исследую, что может быть сделано в быту и в индустрии.

Прежде чем перейти к самому вопросу, логично определиться что такое “тяжелые металлы”, очень тут меня выручил автор Троицкого Варианта Захар Слуковский [1], который пишет о своих мытарствах при подаче статьи, в которой использовал сочетание heavy metals. Процитирую из статьи

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/см3, 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.
Я осознанно выбрал всего о четыре "тяжелых металла": мышьяк (arsenic), свинец (lead) и кадмий (cadmium) и ртуть (mercury). Они наиболее показательны по путям загрязнения и путям выведения из организма, многие другие тяжелые металлы будут похожи на эти, но встречаться чуть реже. Основным документом, на который я ориентировался это американский план "Closer to Zero" по снижению "toxic elements" в детском питании. Дальше в статье буду использовать термин Toxis Elements (TE), а "тяжелые металлы" оставлю.
Toxic elements и здоровье
Теперь зайду на шаткую почву интерпретации статистики. Вопрос, который меня интересует "Видим ли мы ухудшение здоровья при повышении уровня тяжелых металлов в организме?"
Что бы показать важность этих TE, я посмотрел 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, человечество 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 люди. У одних высокий уровень, а у других низкий.

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.
Дальше беглый 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 умеют разделять 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].

До этого момента я понял, что токсичные элементы (кадмий, ртуть, мышьяк и свинец) влияют на здоровье, потенциально сокращают жизнь и появляются в организме из окружающей среды. Интересно, что является основным источником?

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 mg/kg, 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 репорта конгресса.

"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].

  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?

  Порассуждаем об эволюции, так как “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, e.g. то же самое железо в молекуле гемоглобина связывает кислород и углекислый газ для транспортировки к легким. Другие металлы жизнь не встречала (тяжелые) 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. 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]) и сумасшедшего шляпника (отравление ртутью [14] ) 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 или даже не начинали. 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.
  
  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 43мкг/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.
  
  Ссылки

  1 - https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435976/Ne_slomalos_ne_chini_Proshloe_nastoyashchee_i_budushchee_termina_heavy_metals_v_nauchnoy_literature

  2 - 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

  7 - https://oversight.house.gov/sites/democrats.oversight.house.gov/files/2021-02-04%20ECP%20Baby%20Food%20Staff%20Report.pdf

  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/

  18 - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7238532/

  19 - https://www.researchgate.net/publication/271853357_Heavy_Metal_Content_and_Health_Risk_of_Potato_and_Corn_Chips_Being_Sold_in_Jordanian_Market/figures

  20 - https://oversight.house.gov/sites/democrats.oversight.house.gov/files/ECP%20Second%20Baby%20Food%20Report%209.29.21%20FINAL.pdf