Пищевые микотоксикозы

Микотоксины — это органические природные соединения сложной химической структуры (кумарины, алкалоиды, пепти­ды), являющиеся вторичными метаболитами почвенных микро­скопических грибов, паразитирующих на разных растениях. При попадании микотоксинов в организм млекопитающих, включая человека, они оказывают токсическое действие. Микотоксины влияют на обмен веществ человека на клеточном и молекуляр­ном уровнях, проявляя в том числе и мутагенную активность. Некоторые микотоксины имеют канцерогенную направленность действия: афлатоксин, зеараленон, патулин, охратоксин и фуманизин.

Эти соединения относятся к неизбежным контаминантам про­довольственного сырья — их присутствие в соответствующем про­довольствии полностью исключить нельзя, а можно лишь ограни­чить. При этом практически не существует надежных методов их удаления из пищевых продуктов в процессе технологической и кулинарной переработки. Микотоксины относятся к чрезвычайно термостабильным соединениям, выдерживающим температуру 100⁰ С и более.

Микотоксины способны аккумулироваться в кукурузе, зерно­вых, соевых бобах, арахисе, орехах, масличных растениях, бобах какао, зернах кофе и другом сырье, а также в кормовых культурах. Токсинообразование может происходить как при выращивании растений, так и при последующем обороте продовольственного сырья (транспортировке и хранении) в условиях, благоприятных для развития грибов. В сопряженной эволюции злаковых культур и различных видов плесневых грибов под влиянием применяемых пестицидов наиболее быстрому прогрессивному отбору у грибов подвергаются признаки протеолитической и амилолитической активности и связанное с ними токсинообразование. К усугубля­ющим факторам следует также отнести общее потепление клима­та на планете, расширяющее ареал распространения токсигенных грибов.

Заболевания животных и человека, развивающиеся в результа­те потребления продукции, содержащей микотоксины, называют микотоксикозами. В группу микотоксикозов у человека включаются афлатоксикозы, фузариотоксикозы, эрготизм и ряд других па­тологических состояний. Три генерации микроскопических гри­бов — Asspergillus, Penicillium и Fusarium являются наиболее час­тыми контаминантами кукурузы, зерновых, соевых бобов, арахи­са, масличных и орехов.

Афлатоксины и афлатоксикозы. Микроскопические грибы рода A. flavus и другие аспергиллы продуцируют афлатоксины типа В_2, В₂, G₁, G₂ в крахмальных зерновых культурах (кукурузе, пшени­це, сорго, овсе, ячмене, просе и рисе), в соевых бобах, орехах, специях, арахисе и масличных культурах. Наличие грибов в расте­ниях не всегда напрямую связано с высокой концентрацией ток­синов — для токсинообразования должны быть созданы благо­приятные условия. Влажность зерновых культур, составляющая 18 % (при водной активности 0,85), соевых бобов — 15 и арахиса — 8...9 %, является оптимальной для формирования токсина. Темпе­ратурный оптимум продукции токсина составляет 24... 35 ºС. В усло­виях температурного оптимума продукция токсина продолжается 24 ч и биологически значимая его концентрация образуется в те­чение нескольких дней. При влажности продукта более 30 % обра­зование токсина прекращается, как и при температуре ниже 12 и выше 42 ºС.

Поступая в организм сельскохозяйственных животных с за­грязненными кормами, афлатоксины типа В трансформируются в аналогичные соединения типа М, которые накапливаются во внут­ренней среде и выделяются с молоком. Количество выделяемого с молоком афлатоксина М₁, составляет в среднем I...2 % суммы по­ступивших с кормами афлатоксинов типа В.

Афлатоксины в организме человека подвергаются внутрикле­точному гидроксилированию монооксигеназной системой с обра­зованием вторичных метаболитов (включая афлотоксин М₁, и эпо­ксидные соединения). При недостаточности клеточной защиты, к которой относится конъюгация с восстановленным глутатионом и взаимодействие с витаминами-антиоксидантами (ретинолом, аскорбиновой кислотой и токоферолом), не связанные вторич­ные электрофильные продукты способны повреждать белковые и нуклеиновые соединения, вызывая сенсибилизацию организма, нарушая функции мембран, повреждая наследственную инфор­мацию и инициируя канцерогенез. Наибольшей токсичностью обладает афлатоксин В₁.

Афлатоксикоз относится к пищевым отравлениям и может про­являться в двух формах: острой интоксикации и хроническом суб­клиническом отравлении.

Острая интоксикация возникает при поступлении больших доз афлатоксина и проявляется в виде геморрагического некроза пе­чени, отека, летаргии. Летальный исход, составляющий около 25 % всех случаев, наступает от прямого поражения печени.

При хроническом субклиническом отравлении воздействие осу­ществляется на алиментарный и иммунологический статус. При этом все поступающие дозы афлатоксинов кумулируются, усили­вая риск развития рака печени. Увеличение риска развития гепатомы связано с разблокированием гена-супрессора Р53 и актива­цией доминантных онкогенов. В силу этого афлатоксины отнесены к 1-му классу канцерогенов и имеют очень жесткие нормативы остаточных количеств в продовольствии: 5 мкг/кг в растительных продуктах и 0,5 мкг/кг в молоке (норматив Российской Федера­ции). Выявление афлатоксинов в пище и кормах производится с помощью иммуноферментного анализа и хроматографических ме­тодов.

Опасность развития рака печени также увеличивается в 25...30 раз при сочетании экспозиции афлатоксинами и персистенцией в организме вирусов гепатита В и С за счет подавления афла­токсинами механизмов репарации ДНК, поврежденной вирусами гепатита. В 2000 г. на долю рака печени пришлось около 9 % всех смертей от новообразований в мире, что составило около 500 тыс. случаев. Развитие вторичного иммунодефицита в условиях хрони­ческой субклинической нагрузки афлатоксинами связано с апла­зией тимуса, уменьшением количества и функциональной актив­ности лимфоцитов, подавлением фагоцитарной активности и сни­жением активности комплимента. Нагрузка афлатоксинами сни­жает также иммунный ответ на вакцинацию.

Основным результатом влияния афлатоксинов на пищевой ста­тус является снижение массы тела у взрослых и замедление роста у детей. Это связано с блокировкой синтеза белка за счет ковалентной связи афлатоксина с ДНК. Антиалиментарное действие афла­токсина особенно проявляется в условиях белковой недостаточ­ности. Для оценки степени хронической нагрузки афлатоксинами в крови определяется афлатоксин-альбуминовый комплекс, цир­кулирующий 30... 60 дней после поступления токсинов в организм. Учитывая множественные пути биотрансформации и кинетики аф­латоксинов, в качестве биомаркера используется также концент­рация его вторичных метаболитов (включая афлатоксин М₁) в моче.

Наибольшее распространение афлатоксикозов регистрируется в странах, расположенных между 40° северной и южной широты. Около 4,5 млрд. людей, проживающих в развивающихся странах в этом географическом регионе, испытывают хроническую нагруз­ку афлатоксинами, которая зачастую количественно не контро­лируется. Однако, учитывая интенсивный поток продовольствия в рамках мирового торгового пространства, опасность перерасп­ределения нагрузки афлатоксинами с вовлечением других стран становится с каждым годом все более актуальной. Профилактика афлатоксикозов связана с комплексом мероприятий, направленных на снижение концентраций афлатоксинов в пищевой про­дукции и кормах для сельскохозяйственных животных.

Размножению аспергилл в растениях и накоплению афлатоксина способствуют ряд факторов, в том числе тип почвы, актив­ность насекомых вредителей, стадия развития растения. Делают­ся попытки распространения в качестве биологического сред­ства защиты неафлатоксигенных видов грибков, вытесняющих токсигенные. Показано также, что использование генетически модифицированных растений с устойчивостью к насекомым обес­печивает снижение накопления афлатоксинов в культурных рас­тениях, таких как кукуруза. Этот факт объясняется, по-видимо­му, уменьшением общего числа повреждений растения насеко­мыми и ухудшением за счет этого условий размножения грибов. С генетической модификацией также связывают возможность полу­чения растений, непосредственно устойчивых к контаминации грибами или обладающих способностью инактивировать токсин. Используемые для борьбы с сорняками и грибами пестициды способствовали значительному полиморфизму плесеней, в ряде случаев расширив их адаптивные возможности и повысив токсигенный потенциал.

При хранении потенциально опасного продовольственного сырья необходимо соблюдать такие условия, при которых не про­исходит рост грибов и не интенсифицируется токсинообразование: влажность не должна превышать 10%, а температура 10 °С. При этом должны проводиться регулярные дезинсекционные и дератизационные мероприятия, поскольку наличие насекомых и грызунов способствует повышению влажности продукции. Це­лесообразно также использовать инертную атмосферу в храни­лищах.

Промышленная переработка загрязненного грибами и токси­нами сырья способна уменьшить опасность продукта в результате разбавления, деконтаминации и сепарации. Прием разбавления заключается в перемешивании продукции, содержащей высокие концентрации афлатоксина, с более чистыми партиями, с обяза­тельным контролем средней пробы после получения смеси.

Деконтаминационные приемы связаны с возможностью дена­турации афлатоксинов в продукции при обработке ее щелочами, аммонийными солями или озоном. При этом, однако, существует опасность реформирования афлатоксинов в кислой среде желудка. Метод сепарации основан на удалении загрязненных зерен, бо­бов или орехов из общей массы продукта. Установлено, что рас­пределение афлатоксина, например в арахисе, связано с накоп­лением его основного количества (80 %) в наименьших по разме­ру и сморщенных семенах.

Профилактические мероприятия по предупреждению поступ­ления афлатоксинов в организм сельскохозяйственных животных, которые трансформируются и накапливаются в животном продо­вольственном сырье, должны быть направлены в первую очередь на контроль безопасности кормов и строгого выполнения регла­ментации их получения и оборота. Предлагается также использо­вать специальные добавки к корму, с одной стороны, усилива­ющие детоксикацию образовавшихся афлатоксинов, а с другой, — способствующие их энтеросорбции в желудочно-кишечном трак­те животных. Подтверждено детоксикационное действие глюкаманозных эфиров, а также других дрожжевых экстрактов и сорбционная эффективность активированного древесного угля и Na-Ca-алюмосиликатов (глин).

К мерам алиментарной профилактики афлатоксикозов отно­сится обеспечение полноценного питания, в первую очередь до­статочное поступление белка, витаминов А, Е, С, β-каротина, биофлавоноидов, кальция и пищевых волокон. Именно эти нутриенты снижают степень инкорпорации токсинов из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду и обеспечивают работу II фазы трансформации ксенобиотиков, в рамках которой детоксицируются продукты метаболической активации афлатоксинов и осуществляется защита специфических белков, липидов и нук­леиновых кислот. Установлено также, что хлорофилл, поступа­ющий в составе овощей и зелени, способствует снижению степе­ни токсического эффекта афлатоксинов.

Фузариотоксины и фузариотоксикозы. Почвенные микроско­пические грибы рода Fusarium (Gibberella) способны продуциро­вать целый ряд микотоксинов класса трихотиценов. К типу А трихотиценов относятся Т-2 токсин и НТ-2 токсин, а к типу В — дезоксиниваленол (ДОН), 3-ацетил ДОН, 15-ацетил ДОН, ниваленол, фузаренон X, зеараленон и фумонизины (В₁, В₂, В₃). Тип доминантно продуцируемого микотоксина зависит не только от вида гриба, но и от внешних условий, главным образом от влажности продукта и температуры воздуха. Несколько различных микотоксинов могу продуцировать один и тот же гриб, в то же время аналогичные типы трихотиценов способны накапливать разные виды грибов. Например, F. moniliforme может синтезиро­вать как зеараленон, так и фумонизины, a F. graminiarum отлича­ется способностью к образованию токсинов практически любого типа (ДОН, зеараленон, Т-2).

Трихотицены накапливаются в разнообразных зерновых (пше­нице, ячмене, овсе, рисе, кукурузе), произрастающих в жарких регионах всех континентов. Интенсивность их продукции зависит от климатических условий, применяемых сельскохозяйственных технологий и условий хранения зерновой продукции. Оптималь­ный рост и способность к продукции токсина наблюдаются при температуре выше 15°С и влажности продукта от 17 до 30 %. При этом имеются индивидуальные оптимумы у всех видов Fusarium.

Например, Fusarium sporotrichoides способны вырабатывать ток­син Т-2, начиная с температуры 7 ºС. Трихотиценовые токсины не разрушаются при высоких температурах, выдерживая нагрева­ние до 120... 180°С, устойчивы к действию кислот, но инактивируются в щелочной среде. Так, при кулинарной обработке кукуру­зы с использованием щелочных компонентов (что является осо­бенностью в некоторых регионах) количество токсина снижается на 72….88%.

Различные способы технологической и кулинарной обработки зернового сырья и продуктов по-разному влияют на содержание фузариотоксинов в готовом блюде (изделии). При переработке кукурузы методом влажного помола содержащиеся в сырье фузариотоксины, относящиеся к водорастворимым соединениям, пе­реходят в основном в жидкую фракцию с минимальными оста­точными количествами в крахмале и фруктоолигосахаридах. При сухом помоле кукурузы и других зерновых наибольшие уровни токсина определяются в зародышевой части и отрубях, а наи­меньшие — в муке и крупах. Так, в пшеничной муке содержание трихотиценов не превышает 50 % их количества в зерне. При вар­ке макаронных изделий в воду выходят до 80 % трихотиценов. Ис­пользование экструзионных технологий не ведет к снижению оста­точных количеств микотоксинов, что связано с их устойчивостью к высоким температурам и гипербарии. Не снижается уровень три­хотиценов при выпечке хлеба и в процессе пивного производства.

В организме животных при содержании их на кормах, загряз­ненных фузариотоксинами, накопление токсических метаболитов не происходит в отличие от афлатоксинов.

При поступлении в организм трихотицены оказывают разно­образное отрицательное воздействие на здоровье как человека, так и сельскохозяйственных животных. Они вызывают расстрой­ства питания (анорексию, снижение массы тела), некрозы в же­лудочно-кишечном тракте, костном мозге и лимфоидной ткани и оказывают нейротоксическое, гематотоксическое, кардиотоксическое, тератогенное и иммуномодулирующее действие, снижа­ют устойчивость к инфекциям и стрессу.

Патогенез действия фузариотоксинов на клеточном уровне свя­зан с нарушением синтеза белка (за счет трансляционного блока и ингибирования элонгации пептидной цепи) и индукцией апоптоза. Относительно низкие дозы трихотиценов вызывают стиму­ляцию иммунной системы: повышение уровня IgA, цитокининов, интерлейкина-6.

В наблюдениях на животных показано, что поступление в орга­низм с пищей ДОН и ниваленола сопровождается повышенным образованием иммунных комплексов с IgA, которые накаплива­ются в почках и вызывают патологию, сходную с гломерулонефритом у человека.

Напротив, высокие дозы фузариотоксинов подавляют иммун­ную активность, действуя непосредственно на уровне костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, тимуса и интестинальной лимфатической системы. Например, ДОН, проникая в лей­коциты, последовательно индуцирует фосфорилирование митогенактивирующих протеинкиназ, активирует транскрипционный фактор и экспрессирует циклооксигеназу-2, ускоряя тем самым апоптоз. В результате иммуносупрессия проявляется в снижении числа лейкоцитов, а также сывороточных IgM и IgG.

Острое токсическое действие фузариотоксинов характеризует­ся радиомиметическими эффектами, такими как диарея, рвота, геморрагии, коллапс, лейкоцитоз. При длительной хронической нагрузке небольшими дозами трихотиценов (ДОН, ниваленол) развивается анорексия, атаксия, нейроэндокринные нарушения и иммуннодефицит, наблюдаются явления истощения. Количе­ство ДОН регламентируется в продовольственном зерне, изолятах растительных белков, крупе и муке на уровне 0,7... 1 мг/кг (норматив Российской Федерации).

Описанным случаем острого фузариотоксикоза является али­ментарно-токсическая алейкия. Данное заболевание связано с упо­треблением в пищу хлеба, произведенного из перезимовавшего на поле зерна. В процессе длительного пребывания в поле зерно подвергается массивному заражению грибами Fusarium sporo­trichoides, которые вырабатывают токсины Т-2 и НТ-2 и облада­ют выраженным (в большей степени, чем у ДОН и других трихо­тиценов) гематотоксическим (миелотоксическим) эффектом. Гематотоксический эффект фузариотоксинов характеризуется тром-, лейкопенией, нарушением свертываемости кро­ви и снижением устойчивости к инфекциям. Основными клини­ческими проявлениями алиментарно-токсической алейкии яв­ляются: септическая ангина (воспалительное поражение минда­лин, мягкого нёба, задней стенки глотки), геморрагическая сыпь и подкожные кровоизлияния на туловище и конечностях, мел­кие серозно-кровянистые высыпания на слизистой оболочке рта и языка, высокая лихорадка. Возможны также носовые, кишечные и маточные кровотечения. Летальность может достигать 60 % и более. Количество токсина Т-2 регламентируется в продовольственном зерне на уровне 1 мг/кг, а в крупе и муке на уровне 0,1 мг/кг (норматив Российской Федерации).

При попадании в организм значимых количеств зеараленона возникает так называемый эстрогенный синдром, характеризу­ющийся увеличением концентрации эстрогенов в крови, что приводит к целому ряду симптомов в рамках гиперэстрогенизма, в частности набуханию молочных желез или гинекомастии. Количество зеараленона регламентируется в продовольственном зерне и изолятах растительных белков на уровне 0,1... 1,0 мг/кг,

а в крупе и муке на уровне 0,2 мг/кг (норматив Российской Федерации).

Высокой нейротоксичностью и канцерогенной активностью отличаются фумонизины. Этот тип трихотиценов накапливается главным образом в кукурузе и его продуцируют F. moniliforme. При поступлении фумонизинов в организм кроме общих для трихотиценовой нагрузки последствий может развиться лейкоэнцефало-маляция, а в качестве отдаленного последствия — рак различ­ных локализаций, в частности пищевода. Рекомендуемые без­опасные уровни суммы фумонизинов в продовольствии состав­ляют 2...4 мг/кг (норматив США, Европейского Союза).

Общие принципы профилактических мероприятий по сниже­нию нагрузки фузариотоксинами практически аналогичны тако­вым для афлатоксикозов. Комплекс превентивных мер следует проводить, выделяя критические контрольные точки.

1. Селекция (в том числе с использованием генно-инженер­ных приемов) сельскохозяйственных культур с выбором устойчи­вых к Fusarium растений.

2. Применение оптимальной агротехнологии: недопущение ротации кукурузы с другими зерновыми, использование селек­тивных фунгицидов и биологических средств защиты растений, мелиорирование.

3. Строгое соблюдение установленного регламента уборки уро­жая (календарные сроки, климатические условия, технология неконтаминирующей уборки).

4. Строгое соблюдение установленного регламента послеубо­рочной обработки зерновых (высушивание всего зерна до 15% влажности в течение 24...48 ч после сбора урожая).

5. Охлаждение зерна после сушки до температуры не выше 15 "С.

6. Удаление из продукции всех пораженных зерен. (Поражен­ные Fusarium зерна кукурузы имеют вид гнилых или сморщенных с измененным цветом. Признаком поражения Fusarium у других мелких зерновых является наличие «ржавых» зерен. Пораженные зерна по цвету делят на красные, продуцирующие трихотицены, и розовые, продуцирующие токсины других типов.) При количе­стве пораженных зерен, превышающем 1...3% всей партии, зер­но подлежит проверке на наличие и количество микотоксинов и очистке от пораженных зерен.

7. Хранение зерна в водонепроницаемых хранилищах при про­ ведении периодических проветриваний (если нет постоянного кондиционирования), дезинсекционных и дератизационных ме­роприятий.

8. Зерно при хранении (периодически) и перед отправкой на пищевую переработку должно подвергаться визуальной ревизии и лабораторному контролю над остаточными количествами мико­токсинов (иммуноферментные и хроматографические методы).

9. При поступлении на пищевое производство вся продукция, потенциально опасная по наличию микотоксинов, подлежит до­кументальному контролю (наличие сертификата качества произ­водителя, подтверждающего ее безопасность) или лабораторно­му исследованию.

10. Поддержка механизмов алиментарной адаптации за счет
сбалансированного питания (в том числе достаточное поступле­ние нутриентов, участвующих в клеточных защитных процессах, —полноценного белка, витаминов антиоксидантов, кальция).

Эрготизм. При употреблении в пищу хлеба и других зерновых изделий, содержащих остатки спорыньи (грибной ткани) микро­скопического гриба Claviceps purpurea, развивается заболевание эрготизм. Он отличается от других микотоксикозов тем, что обу­словлен попаданием в организм не только микотоксинов, но и самой грибной ткани. Claviceps purpurea поражает главным обра­зом рожь и реже пшеницу. Рожки спорыньи имеют темно-фиоле­товый цвет и длину до 4 см. В спорынье сосредоточены эргопептины и алкалоиды (эрготоксин, эрготамин и др.), обладающие силь­ным биологическим эффектом. Все токсины спорыньи выдержи­вают высокие температуры и сохраняются при выпечке хлеба.

В зависимости от количества поступивших микотоксинов эрго­тизм может протекать в нескольких формах. Судорожная форма характеризуется генерализованным мышечным гипертонусом, поражением нервной системы (расстройством сознания, галлю­цинациями), тошнотой, рвотой, кишечной коликой. При гангре­нозной форме эрготизма ведущие симптомы относятся к расстрой­ству периферического кровообращения (особенно в области ниж­них конечностей), напоминающему облитерирующие сосудистые поражения с последовательным развитием ишемии, некроза и гангрены. Может также наблюдаться смешанная форма отравле­ния. Содержание спорыньи в продовольственном зерне регламен­тируется на уровне не более 5 мг в 100 кг зерна (норматив Рос­сийской Федерации).

Микотоксикозы, вызываемые другими токсинами. Грибы рода Penicillium при паразитировании на зерновых, плодах и фруктах обусловливают (иногда в содружестве с другими грибами) накоп­ление ряда опасных микотоксинов. К ним в первую очередь отно­сятся патулин и охратоксин А. Их общей особенностью по сравне­нию с афлатоксинами является высокая значимость присутствия в продуктах питания, производимых в развитых европейских и североамериканских странах из собственного продовольственного сырья.

Патулин может накапливаться в яблоках, томатах, облепихе и других поврежденных и подгнивших плодах и ягодах и, обладая высокой тепловой устойчивостью, переходит в продукты их пере­работки (джемы, соки, консервы). Особенно часто значимые количества патулина определяются вяблочном соке. Патулин выра­батывают: Penicillium expansum, служащий причиной коричневой гнили в яблоках, грушах, айве, абрикосах, персиках и томатах; Byssochlamisnivea — термоустойчивый гриб, выделенный из фрук­товых соков. Патулин может вызывать геморрагические отеки мозга, почек, легких и инициировать канцерогенез. Содержание патули­на в указанных продуктах нормируется на уровне 0,05 мг/кг (нор­матив Российской Федерации).

Охратоксин А продуцируют грибы рода Penicillium и Aspergillus. Он относится к нефротоксичным соединениям, вызывая при зна­чительном поступлении поражения почек. Находясь в составе мно­гих зерновых (кукурузы, ячменя, пшеницы и овса) и арахиса (за­плесневелого), грибы начинают синтезировать охратоксин А только при влажности продукта не меньше 22 %. Попадая в рацион чело­века, охратоксин А циркулирует в крови и может выделяться с грудным молоком. Данный микотоксин вызывает иммунодефицитные состояния и обладает канцерогенным эффектом (подтвер­жденным для лабораторных животных). Нормативы безопасного поступления охратоксина А в организм человека не установлены. У животных токсические проявления отмечаются при регулярном поступлении нескольких сотен микрограммов охратоксина А.