Истражувања за изложеност на акриламид и акролеин со помош на храна и био-мониторинг на луѓе
1 Студии за изложеност на акриламиди и акролеини со помош на храна и биомониторинг на човечки дисертации Д386 одобрени од Хемискиот оддел на Техничкиот универзитет во Кајзерслаутерн за доделување на академска диплома доктор на природни науки презентирани од дипломиран хемичар за храна Меике Рунц Надзор на работата: Проф. Елке Ричлинг Датум на научна дебата:
3 Експерименталниот дел од оваа работа беше спроведен од април 2013 година до февруари 2017 година во одделот за хемија, специјализиран за хемија на храна и токсикологија на Техничкиот универзитет во Кајзерслаутерн во работната група на проф. Настапи Елке Ричлинг. Претседател на комисијата за испит: проф. Д-р. Хелмут Сицман Прв известувач: проф. Елке Ричлинг 2. Известувач: проф. Д-р. Д-р Дитер Шренк
5 Содржина I Содржина Содржина. I Список на кратенки. V апстракт. X кратко резиме. XI 1 Вовед Состојба на знаење Општи принципи Проценка на ризик Биомониторинг на животната средина и човекот Загадувачи на храна предизвикани од топлина Акриламид Физичко-хемиски својства Образование Индустриска синтеза Егзогено формирање Ендогено формирање Нивоа во храна Фактори кои влијаат на нивоата во храната Токсикокинетика Апсорпција и дистрибуција Метаболизам Екскреција Токсикодинамика Акутна токсичност Неротоксичност Много-токсичност Развој на производ Проценка на експозиција Проценка на експозиција со користење на мониторинг на животна средина Проценка на експозиција со употреба на човечко биомониторирање Осочување на ризикот и управување со ризик Акролеин Физичко-хемиски својства Образование Индустриска синтеза Егзогено образование Ендогено образование Содржина во храната Фактори кои влијаат на содржината во храната. 52
6 II Содржина Токсикокинетика Апсорпција и дистрибуција Метаболизам Екскреција Токсикодинамика Акутна токсичност Субхронична токсичност Хронична токсичност Генотоксичност и мутагеност Канцерогеност Проценка на експозиција Проценка на експозиција со користење на мониторинг на животна средина Проценка на експозиција со употреба на човечки биомониторинг Проекти за карактеризирање на ризик Резултати и дискусија Развој и валидација на HPLry-MS и акролеин поврзани меркаптурни киселини во урината Студија за човекот I Анализа на развојот на телесната тежина Анализа на дневниците на активности Анализа на храна Акриламид Акролеин протеин Аспарагин Пресметка на дневен внес на диета Внес на акриламиди Внес на високо загреана храна Внес на протеини Внес на аспарагин Внес на јаглени хидрати Внес на маснотии Анализа на внес на енергија анализа на акролеин во собата во воздухот на испитаниците, количини на урина, количини на креатинин акриламид, поврзани со меркаптури кисели меркаптурни киселини поврзани со акролеин
7 Содржина III 4.3 Студии за ослободување на акролеин, студија за луѓе II Пресметување на количините на дневно внесување на високо загреана храна Определување на не-диетални егзогени извори на изложеност на акролеин Анализа на урината на испитаниците Волумени на урина Креатинин акролеин поврзан со меркаптурни киселини Мерење на примерок Развој на методот Валидација на методот HPLC и ESI параметри на MS-MS/линии за калибрација Определување на акриламид и акролеин-асоцирани меркаптурни киселини во урината Подготовка на примерок Пример за мерење Развој на методот Валидација на HPLC и ESI neg-ms/ms Параметри Калибрациски линии Проценка на нивото на хранливите материи и енергијата во храна со употреба на Проди 5.8 Експертско утврдување на креатинин во урина Подготовка на експериментот Извршување на експериментот Синтеза на N-ацетил-S- (3-оксопропил) -цистеин Определување на акролеи n-асоцирани меркаптурни киселини во пуфер на калиум фосфат Подготовка на примерок Мерење на примерок Пресметки и статистика Пресметка на тест AUC Андерсон-Дарлинг Спарен и непарен t-тест Вилкоксон тест
8 IV Содржина Ман-Витни У-тест Информации за човековите студии Човечка студија I Законско одобрување Регрутирање на предмети Медицински прелиминарен преглед Скрининг на храна (содржина на акриламид) Дополнителни информации Човечка студија II Законско овластување Вработување на предмети Медицински прелиминарен преглед Библиографија Додаток CV список на публикации. iii Благодарници. v објаснување. vii
9 список со кратенки V список на кратенки Акриламид Акриламид-хемоглобин додаток на N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин-S-оксид акролеин аденин напредни гликации, продукти на алдо-кето-редукција Ниско, разумно остварливо, исто толку разумно, возможно, Алдехид дехидрогеназа аминооксидаза Површина под кривата под крива Федерален институт за проценка на ризик Бутилхидроксианизол Бутил хидрокситолуен Долна граница на доверба на референтната доза резна доза помала граница на доверба Тело-индекс на бутионсулсуфилсоксимонимон аромид дисоцијација на судир на гас енергија енергија судир енергија N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L-цистеинска клетка потенцијален потенцијал за влез во клетките Јајници на кинески џуџе хрчак кинески хрчак јајници хронична лимфоцитна леукемија максимална концентрација јаглерод диоксид почетна концентрација Ц-реактивен протеин завеса гас завеса концентрација на гас по фаза на миење
17 Вовед 2 недоволни податоци за процентната екскреција на изложеност на биомаркери. Во зависност од претпоставениот процент на екскреција на акролеин како HPMA во текот на 24 часа, беше утврдена просечна дневна изложеност на акролеин од 2,1-24 μg/kg телесна тежина (SKLM, 2012). Изложеноста проценета со помош на био-мониторинг на човекот не го одразува само внесувањето на акролеин во исхраната, туку и изложеноста од ендогена формација и од други извори на егзогени акролеин. Неопходно е да се разјасни до кој степен храната придонесува за излачување на био-маркерите на изложеност на акролеин во споредба со другите егзогени извори на акролеин и/или ендогена формација.
32 17 Состојба на знаење Слика 13: Метаболизам на акриламид, АА: акриламид, ААМА: N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин, AAMA-SO: N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L- цистеин-С-оксид, Аде: аденин, DHPA: 2,3-дихидроксипропанамид, DHPS: 2,3-дихидроксипропаноична киселина, ДНК: деоксирибонуклеинска киселина, EH: епоксид хидролаза, GA: глицидамид, GAMA: N-ацетил-S- (2-карбам) -2-хидроксиетил) -L-цистеин, GSH: глутатион, GST: глутатион-S-трансфераза, Gua: гванин, Hb: хемоглобин, изо-гама: N-ацетил-S- (1-карбамоил-2-хидроксиетил) - Л-цистеин [модифициран од (EFSA, 2015a), дополнет со (Sumner et al., 2003; Doerge et al., 2005a; Tareke et al., 2006)]
35 Состојба на знаење 20 Претставување на ослободување на CO 2. Точни студии што ќе го докажат овој пат на деградација сè уште не постојат. Конјугација на акриламид и глицидамид со глутатион и деградација на меркаптурни киселини Покрај хидролиза на епоксид, детоксикација на акриламид и глицидамид, исто така, се одвива преку реакција со глутатион и последователен метаболизам на соодветните меркаптурни киселини (види слика 14). Слика 14: Формирање на AAMA и AAMA-SO од акриламид и на GAMA и изо-гама од глицидамид, AA: акриламид, AAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин, AAMA-SO: N- Ацетил-С- (2-карбамоилетил) -цистеин-С-оксид, ДиП: дипептидаза, GA: глицидамид, ГАМА: N-ацетил-С- (2-карбамоил-2-хидроксиетил) -Л-цистеин, GGT: -глутазил транспе, Глу: глутаминска киселина, Гли: глицин, GSH: глутатион, ГСТ: глутатион-С-трансфераза, изо-гама: N-ацетил-S- (1-карбамоил-2-хидроксиетил) -л-цистеин, НАТ: N-ацетилтрансфераза [изменето од (Дуда-Чодак и сор., 2016)]
62 47 Состојба на знаење Слика 19: Постулирани патеки на формирање на акролеин од глукоза [модифицирано од (Стивенс и Мејер, 2008)] Формирање од аминокиселини и други амино соединенија Формација од метионин Формирање на акролеин предизвикано од топлина е исто така опишано во контекст на деградацијата на стрекер на амино киселина метионин ( видете слика 20). Во текот на реакцијата на Мејлард, метионин и дикарбонил соединение може да се претворат во база на Шиф, што преку хидролиза станува Метјонски алдехид на Стрекер. Метионал може да реагира понатаму на метанетиол и акролеин преку деколтето на ретро-Мајкл (Стивенс и Маер, 2008) Слика 20: Претпоставена патека на формирање на акролеин од метионин, R1 и R2: алкил или алкенил група [модифицирана од (Стивенс и Маер, 2008)]
70 55 Состојба на знаење Слика 24: Метаболизам на акролеин. AC: акролеин, AC-GSH: AKR: алдо-кето-редуктаза, ALDH: алдехид дехидрогеназа, CEMA: N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L-цистеин, ДНК: деоксирибонуклеинска киселина, EH: епоксид хидролаза, FMO: flavin- зависна монооксигеназа, глицидалдехид-МА: N-ацетил-S- (2-карбокси-2-хидроксиетил) -L-цистеин, GSH: глутатион, GST: глутатион-S-трансфераза, HPMA: N-ацетил-S- (3- хидроксипропил) -Л-цистеин, ОПМА: N-ацетил-S- (3-оксопропил) -L-цистеин, OPMA-SO: N-ацетил-S- (3-оксопропил) -L-цистеин-S-оксид, α -oh-pdg: α-хидрокси-1н 2-пропано-2-деоксигуанозин, -OH-PdG, -Хидрокси-1N 2-пропано-2`-деоксигванозин, Δ: детектиран ин виво [модифициран од (Родител и сор., 1998; Стивенс и Маер, 2008)]
72 57 Поглавје за состојбата на знаењето). Механизмот на формирање на глицидалдехид-меркаптурна киселина од глицидалдехид е прикажан на Слика 25, аналогно на механизмот заснован на акролеин. Слика 25: Формирање на HPMA и CEMA од акролеин и на глицидалдехид-МА од глицидалдехид, AC: акролеин, AKR: алдо-кето-редуктаза, ALDH: алдехид дехидрогеназа, CEMA: N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L- цистеин, ДиП: дипептидаза, ФМО: флавин-зависна монооксигеназа, глицидалдехид-МА: Н-ацетил-С- (2-карбокси-2-хидроксиетил) -Л-цистеин, ГГТ: -глутамил транспептидаза, Глум: глутаминска киселина, гли: GSH: глутатион, GST: глутатион-S-трансфераза, HPMA: N-ацетил-S- (3-хидроксипропил) -L-цистеин, NAT: N-ацетилтрансфераза, OPMA: N-ацетил-S- (3-оксопропил) - Л-цистеин, ОПМА-СО: Н-ацетил-С- (3-оксопропил) -Л-цистеин-С-оксид [модифициран од (Хорват и сор., 1992; Стивенс и Меиер, 2008)]