* Автора за кореспонденция:

Резюме

Ключови думи

Биоакумулация; Рискове за човешкото здраве; Ledermanniella schlechteri; Замърсяване на растенията; Замърсяване на реките; Токсични метали

ГРАФИЧЕН РЕЗЮМЕ

метали

ВЪВЕДЕНИЕ

Наличието на токсични метали в хранителната верига е от световно значение за човешкото здраве поради неговата токсичност, повсеместност, устойчивост, неразградимост и биоакумулация. Консумацията на храна, замърсена с токсични метали, води до натрупването им в бъбреците и черния дроб на хората и може да причини няколко заболявания, включително рак, анемия, безплодие при мъжете, сърдечно-съдови, нервни, бъбречни и белодробни заболявания [1-3]. Зеленчуците са жизненоважни и осигуряват основни хранителни вещества за здравословното хранене на човека, за да поддържат нормални физиологични функции, антиоксиданти, метаболити на диетичните фибри и профилактика на няколко заболявания [4-7]. Излагането на токсични метали от консумацията на замърсени зеленчуци обаче може да доведе до сериозни рискове за здравето на хората [3,8,9]. Ето защо е много важно и препоръчително да се консумират незамърсените зеленчуци от органични и неорганични замърсители (като токсични тежки метали), за да се избегнат рисковете за човешкото здраве [1,2,4,10].

Река Конго е най-важната река на ДРК. Речният басейн е вторият по големина дренажен басейн в света след Амазонка и има голямо икономическо значение [11]. Той има важни по-разнообразни видове от която и да е друга сладководна система в Африка, като осигурява ползи за хората както пряко, например чрез препитание от риболов, така и косвено чрез услуги като пречистване на вода за пиене [11,12]. Според неговото икономическо положение са проведени някои изследвания за оценка на качеството на водата и утайките в басейна на река Конго [11,13-15] и натрупването на токсични метали във видовете риби от реката [16]. Тези изследвания настоятелно препоръчват допълнителни изследвания за оценка на качеството на тази важна река; напр. натрупването на токсични метали в консумиращите се водни растения. Доколкото ни е известно, няма налични данни за натрупването на токсични метали във водни растения на река Конго в близост до град Киншаса.

Ledermanniella schlechteri е род от растение семейство Podostemaceae. Растението расте естествено и фиксирано в скалите на тропическите сладководни водопади, главно в африканските реки. В река Конго в близост до Киншаса е известно, че Ледерманиела е свързана изключително с бързи води в участъка Кинсука и расте по време на средно-сухия (март) и сухия сезон [17]. LDMSC няма голяма икономическа стойност и се консумира най-вече от най-бедното население, установено в западната част на град Киншаса. Не е проведено обаче проучване за оценка на нивото на токсични метали във това водно растение. Следователно целта на това проучване е да се оцени концентрацията на токсични метали, включително Cr, Cu, Zn, As, Cd, Pb и Hg в LDMSC, събрани от 7 обекта в река Конго, и да се оценят рисковете за здравето на потребителите.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Място на изследване и процедура за вземане на проби

Това изследване е проведено в река Конго, участък Кинсука в близост до Киншаса, столицата на ДРК (Фигура 1). Река Конго в участъка Кинсука се характеризира с големи водопади и наличие на скали. Обектът е добре известен със занаятчийската експлоатация на пясък и развалини за строеж на къщи и както за събиране, така и за продажба на LDMSC по време на слабоводния период. Растението е потопено изцяло или частично и се разбърква от силно речно течение (Фигура 2А).

Фигура 1: Адаптирана карта, показваща (а) Демократична република Конго (ДРК) в картата на африканския континент, (б) град Киншаса в ДРК и (в) места за вземане на проби в река Конго в раздел Кинсука-Мимоза.

Фигура 2: Снимки, направени от Хенри Мата, през март 2019 г., показващи (A) Ledermanniella schlechteri в река Конго; (Б) процедура за вземане на проби от растенията; (C и D) Растителни проби, измити в река преди съхранение в ледена кутия и транспортиране до лабораторията.

Вземането на проби се извършва през март 2019 г. по време на нисководния период, считан за малък сух сезон. Избрани са седем места за събиране на растителни проби. Обектите са обозначени като S1-S7 и координатите на местата за вземане на проби са представени в таблица 1. От всеки обект са събрани около 800-900 g ядлива растителна част (n = 5, биологични копия) на разстояние около 60-100 cm между точки за вземане на проби. Растителните проби бяха събрани ръчно на дълбочина на водата по-малка от 1 m (Фигура 2B). След събирането пробите се измиват с речна вода (Фигура 2 (C, D)), съхраняват се в ледена кутия и се транспортират до лабораторията за различни обработки в рамките на 24 часа. След предварителни обработки (измиване с дейонизирана вода и претегляне), пробите бяха замразени и изпратени в отдел F.-A. Форел от Женевския университет за анализ.

Координати

Кр

Ni

Cu

Zn

Като

Cd

Pb

Hg

Маса 1: Координати на мястото за вземане на проби и диапазон на концентрация (mg kg -1) на токсични метали в Ledermanniella schlechteri.

Разграждане на растителни проби

Разграждането на растителни проби се извършва, както е описано от Larras et al. [18], но с известна модификация. Накратко, растителните проби се измиват с дейонизирана вода, претеглят се, лиофилизират се и се изчислява водното съдържание. Около 0,5 g проби от смлени растения (с течен азот) се усвояват с 8 ml HNO3 (65%, Suprapur®, Merck KGaA, Дармщат, Германия) и 2 ml H2O2 (30%, Merck KGaA, Дармщат, Германия) в тефлонови бомби нагрява се в продължение на 16 часа при 105 ° C в лаборатория на Salvis Lab (Salvis AG, Luzern, Швейцария). След това усвоеният разтвор се центрофугира при 20 ° С в продължение на 15 минути при 4000 об/мин. Храносмилателната течност (супернатант) се разрежда 50 пъти с 1% HNO3 (Suprapur®, Merck KGaA, Дармщат Германия) и след това се анализира от ICP-MS.

Анализ на метали в растителни проби от ICP-MS

Токсичните метали (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd и Pb) в усвоени растителни проби бяха измерени с помощта на ICP-MS (модел 7700 серия, Agilent, Санта Клара, Калифорния, САЩ). Стандартните разтвори при различни концентрации (0, 0.2, 1, 5, 10, 20, 50 и 100 μg L -1) се приготвят от ICP многоелементен стандартен разтвор Merck IV, 1000 mg L -1 (Merck IV, KGaA, Дармщад Германия) и моноелементен разтвор (As, Merck KGaA, Дармщат Германия) за ICP-MS анализ и бяха използвани за калибриране. Използвани са сблъсък/реакционна клетка (режим на хелий) и уравнения за смущения за отстраняване на спектрални смущения, които иначе биха могли да доведат до отклонения. Границата на откриване (LOD) беше изчислена като 3xSD (стандартно отклонение) на заготовките и беше по-малка от 0,001 µg L -1 за всички анализирани елементи. Резултатите са изразени в mg kg -1 мокро тегло, изчислено със стойности на водното съдържание в растителни проби.

Растителни проби за анализ на живак

Анализът на общия Hg в растителни проби се извършва с помощта на атомно-абсорбционен спектрофотометър (AAS) за определяне на живак (Advanced Mercury Analyzer; AMA 254, Altecs.r.l., Чехия), следвайки метода, описан от Larras et al. и Roos-Barraclough et al. [18,19]. Методът се основава на изгаряне на проби, обединяване на злато и AAS. Резултатите са изразени в mg kg -1 мокро тегло, изчислено със стойности на водното съдържание в растителни проби.

Контрол на качеството и статистически анализ

Точността на метода беше проверена чрез анализ на сертифициран референтен материал (BCR ® -414, за водни растения, Комисия на ЕС-JRC, Гел, Белгия), подготвен и анализиран при същите условия като растителните проби, както за ICP- MS и AMA анализи. За всички анализи бяха направени трикратни измервания. Статистическата обработка на данните (Pearson Correlation Matrix) беше извършена с помощта на Sigma Stat 12.5 (Systat Software, Inc., САЩ).

Оценка на потенциалните рискове за здравето за консумация на Ledermanniella schlechteri

Рисковете за човешкото здраве за консумация на LDMSC са извършени чрез сравняване на концентрациите на метали в LDMSC с допустимите нива за консумация от човека, определени от Организацията за прехрана и земеделие и Световната здравна организация [5]. Освен това се изчислява целевият коефициент на риска (THQ) [16,20-22], за да се оценят рисковете за здравето, свързани с консумацията на LDMSC от местното население.

РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ

Контрол на качеството и сертифицирани референтни стойности на металните концентрации

Получените стойности на анализираните метали чрез ICP-MS за референтния материал BCR ® -414 са в сертифицирания диапазон. Резултатите са представени в таблица 2. Стойностите на възстановяване варират от 86,8 до 96,8% за ICP-MS анализ и 95,8% за Hg анализ от AMA. Доброто извличане на метални концентрации от сертифициран референтен материал BCR ® -414 демонстрира точността на използвания протокол за анализ на растителни проби.

Метал

Сертифицирана стойност

Измерена стойност (n = 3)

Възстановяване (%)

Таблица 2: Сертифицирани и наблюдавани стойности на метална концентрация на еталонния материал BCR®-414 (в mg kg -1 сухо тегло).

Концентрация на метали в Ledermanniella schlechteri

Концентрацията на токсични метали, включително Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb и Hg в LDMSC, е отчетена в таблица 1. Концентрациите на токсични метали в LDMSC варират значително според местата за вземане на проби (P? 0,05). Стойностите (в mg kg -1) варират от 0,44-9,10 (Cr), 0,14-4,52 (Ni), 5,5-78,4 (Cu), 336,14-1520,91 (Zn), 0,08-0,49 (As), 0,21-0,78 ( Cd), 0,44-11,81 (Pb) и 0,02-0,07 (Hg).

Фигура 3: Средна концентрация (в ppm (mg kg -1 сухо тегло)) на Zn, As, Cd и Pb в Ledermanniella schlechteri в сравнение с разпоредбите за консумация от човека, определени от Организацията за прехрана и земеделие (FAO) и Световната здравна организация (WHO) (FAO/СЗО, 2007).

Фигура 4: Средна концентрация (в ppm (mg kg -1 сухо тегло)) на Hg, Cu, Cr и Ni в Ledermanniella schlechteri в сравнение с регламента за консумация от човека, определен от Организацията за прехрана и земеделие (FAO) и Световната здравна организация (WHO) (FAO/СЗО, 2007).

Оценка на потенциалния риск за здравето при консумацията на Ledermanniella schlechteri

Средната концентрация на токсични метали в LDMSC от всеки обект е сравнена с международното регулиране за консумация от човека, установено от FAO/WHO [5]. Максимално допустимото ниво на ФАО/СЗО (mg kg -1) са 1,3 (Cr), 66,9 (Ni), 40 (Cu), 60 (Zn), 0,1 (As), 0,2 (Cd), 0,3 (Pb) и 0,001 (Hg). Резултатите показват, че средните концентрации (mg kg -1) на Zn, As, Cd, Pb и Hg надвишават съответно, около 6-25, 1-5, 1-4, 1-39, 20-70 пъти максималното ниво препоръчано от Съвместния експертен комитет по хранителни добавки на ФАО/СЗО [5]. Средните концентрации на Cr, Ni и Cu в LDMSC от всички места за вземане на проби бяха под допустимите нива за консумация от човека, определени от FAO/WHO, с изключение на мястото S1 (Cr: 2,6 mg kg -1) и мястото S3 (Cu: 44,9 mg kg -1). В допълнение бяха извършени целевите коефициенти на опасност (THQ) за оценка на рисковете за човешкото здраве, свързани със замърсяването с LDMSC от избрани токсични метали. Резултатите са представени в таблица 3. Резултатите показват, че с изключение на Zn (в местата S1-S6) и As (в S1 и S2), получените стойности на THQ за отделен метал са по-малко от 1, което показва пренебрежимо малък риск за човешкото здраве прием чрез консумация на LDMSC.

Метали

Референтна доза

(mg/bw kg ден)

Целеви коефициент на опасност (THQ) *