Pārtikas toksikoloģija analizē pārtikā esošās ķīmiskās toksiskās vielas un to potenciālo toksisko ietekmi uz cilvēka organismu. Tā identificē, novērš draudus un nodrošina drošas un nekaitīgas pārtikas pieejamību. Pārtikas toksikoloģijā izmanto dažādas metodes, kas izriet no analītiskās ķīmijas, biotestiem un lietišķās matemātikas, lai toksiskās vielas un to iedarbību varētu izmērīt un noteikt kvantitatīvi. Būtiska loma pārtikas nekaitīguma nodrošināšanā ir riska novērtēšanas pieejas piemērošanai attiecībā uz pārtikā potenciāli esošajām toksiskajām vielām. Toksiskie savienojumi ir gan mūsu ikdienas pārtikā, gan apkārtējā vidē – to klātbūtni var maksimāli samazināt, bet to nav iespējams novērst pilnībā. Patērētājs ik dienas ar uzturu uzņem noteiktu daudzumu toksisku vielu, taču visbiežāk ļoti nelielās devās, kas nespēj izraisīt tūlītēju negatīvu ietekmi uz pārtikas patērētāju veselību. Toksiskās vielas uzkrājas noteiktos dzīvā organisma audos un ilgtermiņā izraisa negatīvu ietekmi. Pārtikas toksikoloģijas galvenais uzdevums ir pārtikas produktos potenciāli esošo toksisko vielu ietekmes uz cilvēku veselību mazināšana un novēršana.
pārtikas toksikoloģija
Saistītie šķirkļi
Satura rādītājs
Pārtikas toksikoloģija ir zinātne par ķīmisko vielu nelabvēlīgo ietekmi uz dzīvajiem organismiem, un tā novērtē šīs nelabvēlīgās ietekmes izveidošanās varbūtību. Mūsdienu pārtikas toksikoloģija ir daudznozaru joma, kuras principi un metodes ir atvasinātas no bioloģijas un ķīmijas zinātnes nozarēm. Tā ir lietišķa zinātnes nozare, kuras mērķis ir rūpēties par cilvēku veselību un dzīves kvalitāti un apkārtējo vidi. Bioķīmiskās analīzes nodrošina metodes cilvēku vielmaiņas un toksisko vielu iedarbības veidu pētījumiem. Tāpat pārtikas toksikoloģijā izmanto arī imunoloģijas, biomatemātikas un ekoloģijas pētniecības metodes.
Pārtikas toksikoloģijas uzmanības centrā ir pārtikā sastopamo bioaktīvo toksisko vielu un to toksiskās iedarbības analīze. Toksiskās vielas ir vielas, kurām piemīt fizikāli ķīmiska aktivitāte, kas, mijiedarbojoties ar dzīvā organisma receptoriem, spēj izraisīt bioķīmiskas, fizioloģiskas un strukturālas izmaiņas organismā. Šajā analīzē ir jāņem vērā “dzīvā organisma iespējamā tolerance”, kas ir spēja neitralizēt un izvadīt no organisma noteiktu daudzumu toksisko vielu, un “toksisko vielu toksicitāte”, kas ir toksiskās vielas daudzums, kas izraisa dzīvā organisma audu un orgānu bojājumus. Pārtikas toksikoloģija novērtē uztura komplekso ietekmi un pēta dažādus apkārtējā vidē esošus vai pārtikas pārstrādes un uzglabāšanas laikā radušos pārtikas piesārņotājus, to akūtās un hroniskās toksiskās devas, modelē šo piesārņotāju maksimāli pieļaujamās dienas un nedēļas devas, izmantojot datus par pārtikas patēriņu dažādās iedzīvotāju kategorijās un īpašu vērību pievēršot jutīgajām patērētāju grupām – zīdaiņiem, maziem bērniem, grūtniecēm, kā arī dažu noteiktu pārtikas produktu intensīviem patērētājiem, piemēram, vegāniem un veģetāriešiem, kuriem noteiktu pārtikas piesārņotāju klātbūtne atsevišķos pārtikas produktos var radīt daudz lielāku toksisko efektu nekā sabiedrībai kopumā. Ievērojot zinātniski pamatotas konkrētu piesārņotāju maksimāli pieļaujamajās normas dažādos pārtikas produktos, kompetentās valstu iestādes veic pārtikas laboratorisko kontroli, nodrošinot nekaitīgas pārtikas esamību pārtikas apritē.
Pārtikas toksikoloģija ir veterinārmedicīnas zinātnes pārtikas higiēnas apakšnozares daļa. Starp citām veterinārmedicīnas zinātnes apakšnozarēm pārtikas toksikoloģijai ir visciešākā saikne ar bioķīmiju, farmakoloģiju, pārtikas higiēnu un pārtikas mikrobioloģiju. Pārtikas toksikoloģija ir arī svarīga sabiedrības veselības zinātņu daļa, kas pēta cilvēka dzīves kvalitātes nodrošināšanu. Pārtikas toksikoloģijas sastāvelementi ir vispārējā toksikoloģija, kas pēta toksiskās vielas toksikokinētiku (nokļūšanas ceļus organismā, izplatīšanos organismā, metabolismu un izdalīšanās ceļus no cilvēka organisma), un speciālā toksikoloģija, kurā apskata pārtikā esošo ķīmisko piesārņotāju veidošanos, kā arī šo toksikantu un cilvēka organisma savstarpējās mijiedarbības vispārīgos mehānismus.
Jau senatnē cilvēki saprata, ka ir augi un dzīvnieki, kuru lietošana uzturā nav droša un spēj izraisīt slimības. Šīs augu un dzīvnieku sugas cilvēki neizvēlējās domestificēšanai. Cilvēki vēstures gaitā iemācījās klasificēt pārtiku “drošā” vai “kaitīgā”. Tomēr šāda klasifikācija nav zinātniski pamatota, jo nepastāv stingra robežšķirtne, kā atdalīt labvēlīgas un kaitīgas ķīmiskās vielas. Pirmās rakstītās ziņas par saindēšanos ar pārtiku ir atrodamas senās Ēģiptes papirusos (aptuveni 1500 g. p.m.ē.) un indiešu vēdās (aptuveni 5000 g. p.m.ē.). Nopietnāki apraksti par saindēšanos ar pārtiku atrodami Hipokrāta (Ἱπποκράτης ὁ Κῷος, Hippokrátēs ho Kṓos) un Aristoteļa (Ἀριστοτέλης, Aristotelēs) darbos laika posmā no 400. līdz 250. g. p.m.ē. Romas imperators Nerons (Nero Claudius Caesar Augustus Germanicus) mūsu ēras 50. gadā ieteica veikt augu klasifikāciju “veselīgajos” un “indīgajos”. Par toksikoloģijas kā objektīvas zinātnes dibinātāju tiek uzskatīts Paracelzs (latīņu Paracelsus, vācu Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim). Viņš uzskatīja, ka vielu toksicitāte ir jāskata no riska novērtēšanas pieejas viedokļa. Vēlajos viduslaikos Paracelzs izveidoja zinātnes nozari, kuru mūsdienās dēvējam par toksikoloģiju. Viņš deklarēja, ka toksiska viela ir ķīmiska viela, un pētīja toksisko vielu devas un organisma atbildes reakcijas.
Par mūsdienu toksikoloģijas pamatlicēju tiek uzskatīts toksikologs un ķīmiķis Matjē Orfila (Mathieu Joseph Bonaventure Orfila), kura pirmais nozīmīgais darbs "Traktāts par indēm, kas iegūtas no minerālu, dārzeņu un dzīvnieku valstīm; vai vispārējā toksikoloģija" (Traité des poisons tirés des règnes minéral, végétal et animal; ou, Toxicologie générale) tika publicēts 1814. gadā. Viņš bija pirmais, ka sistematizēja ķīmisko un bioloģisko informāciju par tolaik labi zināmām toksiskām vielām. M. Orfila uzsvēra ķīmisko analīžu lomu saindēšanās cēloņu noskaidrošanā. Dažas no M. Orfila izstrādātajām analīžu metodēm tiek izmantotas joprojām.
19. un 20. gs., strauji attīstoties tādām zinātņu nozarēm kā analītiskā ķīmija un bioķīmija, ievērojami pieauga arī zinātnieku izpratne par pārtikas toksikoloģijas aspektiem. Karls Vogtlins (Carl Voegtlin) izpētīja smago metālu, tostarp arsēna, toksisko iedarbību. Šveiciešu zinātnieks Pauls Millers (Paul Hermann Müller) 1948. gadā ieguva Nobela prēmiju par insekticīdiem pētījumiem – īpaši dihlordifeniltrihloretānu (DDT). Gerhards Šrēders (Gerhard Schrader) izpētīja fosfororganisko savienojumu iedarbības mehānismu.
Paracelzs toksikoloģijā ieviesa četrus principus, kas ir nozīmīgi arī mūsdienās:
- eksperimentiem ir būtiska nozīme, lai noteiktu dzīvo organismu reakciju uz ķīmiskajām vielām;
- jānošķir ķīmisko vielu terapeitiskās un toksiskās īpašības;
- ķīmiskās vielas toksicitāti nosaka tās deva;
- svarīgi ir noskaidrot, kāda ir ķīmiskas vielas terapeitiskā un kāda ir toksiskā deva un iedarbība.
Toksikoloģijas galvenā teorija ir par vielas iedarbību uz dzīvajiem organismiem atkarībā no tās devas. Paracelzs uzsvēra, ka visas vielas ir indes, nav tādu, kas nav inde, un tikai deva atšķir indi no zālēm. Tādējādi pārtikas toksikoloģijas pamatuzdevumi ir kvantitatīvi noteikt pārtikā sastopamās toksiskās vielas un pareizi interpretēt to toksiskumu. Saindēšanās risks ar pārtiku cilvēkiem ir atkarīgs gan no toksiskās vielas toksicitātes un devas, gan no toksiskās vielas iedarbības ilguma, toksisko vielu iespējamās sinerģiskās iedarbības, gan arī no cilvēka vecuma (zīdaiņi un mazi bērni ir jutīgāki pret toksisko vielu iedarbību nekā pieaugušie) un cilvēka vispārējā veselības stāvokļa.
Attīstoties bioķīmiskajām, molekulāri bioloģiskajām un šūnu kultūru metodēm, datorzinātnei un bioinformātikai, ir kļuvis iespējams identificēt un raksturot potenciālās toksiskās vielas pārtikā, kā arī noteikt to risku cilvēkam. Pārtikas toksikoloģijas pētniecības metožu attīstība mūsdienās ir devusi iespēju būtiski uzlabot pārtikas nekaitīgumu.
Pārtikas toksikoloģijā izmanto dažādas pētniecības metodes, kas izriet no analītiskās ķīmijas, biotestiem un lietišķās matemātikas, lai toksiskās vielas un to iedarbību varētu izmērīt un noteikt kvantitatīvi. Plaši tiek izmantota analītiskā toksikoloģija, kas ir analītiskās ķīmijas nozare, kura attiecas uz identifikācijas metodēm un toksisko ķīmisko vielu un to metabolītu noteikšanas metodēm bioloģiskajā vidē. Toksisko vielu toksicitātes pārbaude ietver dzīvo organismu izmantošanu dažādu ķīmisko vielu toksiskās iedarbības novērtēšanai. Tā aptver plašu pētniecisko spektru no īslaicīgiem genotoksicitātes testiem, tādiem kā šūnu kultūru metodes un dzīvu dzīvnieku izmantošana akūtās toksicitātes testos, līdz dzīves laika vai daudzpaaudžu hroniskās toksicitātes testiem. Pārtikas toksikoloģijā plaši izmanto biometrijas un statistiskās metodes, kuras izmanto datu analīzei, nozīmīguma noteikšanai, riska formulēšanai un prognozējošo modeļu izstrādei. Toksikoloģiskās patoloģijas metodes izmanto, lai noteiktu toksisko vielu radīto iedarbību uz šūnām, audiem vai dzīvā organisma orgāniem.
Pārtikas toksikoloģijā veic toksisko vielu iedarbības mērījumus, sākot no in vitro metodēm šūnu un bioķīmiskajās sistēmās līdz pētījumiem ar dzīvniekiem in vivo. Šeit iegūtie dati kopā ar pārtikas patēriņa datiem tiek izmantoti toksisko vielu un to radītā riska novērtēšanā, nosakot toksisko vielu augstāko nekaitīgo devu NOEL (no observed effect level), pieļaujamo dienas devu (tolerable daily intake), pieļaujamo nedēļas devu (tolerable weekly intake) un maksimāli pieļaujamo līmeni pārtikā (maximum permitted level).
Interese gan sabiedrībā, gan zinātnieku vidū par pārtikas toksikoloģiju šobrīd ir acīmredzama, jo uztura nekaitīgums ir vitāli svarīgs cilvēces dzīves kvalitātes nodrošināšanā un vairāki pēdējo gadu incidenti ar pārtikas izraisītu saindēšanos ir stiprinājuši šīs jomas aktualitāti. Izmantojot mūsdienu bioķīmiju, molekulāro un šūnu bioloģiju, datorzinātni, bioinformātiku, kā arī augstas precizitātes laboratoriskās skrīninga tehnoloģijas, ir bijis iespējams identificēt kaitīgās sekas un raksturot tādas potenciālās toksiskās vielas pārtikā, kas līdz šim ar zemākas jutības laboratoriskajām iekārtām un analīžu metodēm nebija iespējams. Zinātniskās atziņas, kas iegūtas, novērtējot pārtikā esošas toksiskās vielas un izmantojot dažādas pētniecības metodes – gan in vitro bioķīmiskos un šūnu kultūru testus, gan in vivo testus ar laboratorijas dzīvniekiem, ir uzlabojušas pārtikas nekaitīgumu.
Mūsdienās aizvien lielāka vērība visā pasaulē tiek pievērsta noteiktos pārtikas produktos potenciāli esošu dažādu toksisku vielu savstarpējās mijiedarbības izpētei. Dažādu pārtikā potenciāli esošu toksisko vielu darbības mehānismi ir daudzveidīgi, taču daudzi toksiskie efekti var veidot sinerģiju, salīdzinoši nelielās devās izraisot kancerogēnu, mutagēnu vai teratogēnu efektu cilvēka organismā. Šādu mehānismu izpēte un novēršana ir viens no svarīgākajiem pārtikas toksikoloģijas uzdevumiem mūsdienās. Pētījumi pārtikas toksikoloģijā balstās uz veikto pārtikas analīžu rezultātiem, līdz ar to šīs zinātnes jomas attīstību tiešā mērā iespaido laboratorisko iekārtu un pielietoto diagnostisko metožu jutības tālāka attīstība. Būtiska loma pārtikas nekaitīguma nodrošināšanā ir riska novērtēšanas pieejas piemērošanai attiecībā uz pārtikā potenciāli esošajām toksiskajām vielām.
Mūsdienīgu pārtikas toksikoloģijas pētniecības metožu izstrāde un izmantošana ir ļoti aktuāla gan pasaulē, gan Eiropas Savienībā (ES). Galvenā nozīme zinātniskā darba koordinēšanā, informācijas analīzē, kā arī zinātnisko atzinumu izstrādē par pārtikas toksikoloģijas jautājumiem ir Eiropas Pārtikas nekaitīguma iestādei (European Food Safety Authority), Kopīgajam pētniecības centram (Joint Research Centre), kas ir Eiropas Komisijas iekšējais zinātniskais dienests, un tāpat arī specializētām noteiktu jomu ES references laboratorijām. Zinātniskie institūti un laboratorijas ES mūsdienās specializējas noteiktu pārtikas toksisko vielu pētniecībā. Par smagajiem metāliem, slāpekļa savienojumiem un pārtikas piesārņotājiem, kas izveidojas pārtikas pārstrādes procesā (policikliskie aromātiskie ogļūdeņraži, akrilamīds, glicidilesteri), un pesticīdu atliekām graudaugos ir specializējies Dānijas Tehniskās universitātes Nacionālais pārtikas institūts (National Food Institute – Danmarks Tekniske Universitet). Ar pesticīdu atlieku pētniecību pārtikā strādā arī Almērijas Universitāte (Universidad de Almería) Spānijā un Ķīmisko un veterināro analīžu valsts institūts (Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA)) Štutgartē, Vācijā. Halogenēto noturīgo organisko piesārņotāju jomā nopietnu pētniecības darbu veic Ķīmisko un veterināro analīžu valsts institūts Freiburgā, Vācijā. Savukārt Vageningenas Universitātes Pārtikas drošības pētījumu institūts Nīderlandē (Wageningen Universiteit, Food Safety Research) veic pētījumus par mikotoksīniem un augu toksīniem pārtikā, bet jūras biotoksīnus pēta Jūras biotoksīnu laboratorija (Laboratorio de Biotoxinas Marinas) Vigo, Spānijā.
Arī citur pasaulē zinātniskie institūti un laboratorijas mūsdienās specializējas noteiktu pārtikas toksisko vielu pētniecībā. Apvienoto Nāciju Organizācijas Pārtikas un lauksaimniecības organizācijas (Food and Agriculture Organization of the United Nations) un Pasaules Veselības organizācijas (World Health Organization) Apvienotā pārtikas piedevu ekspertu komiteja (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA) ir starptautiska ekspertu zinātniskā komiteja, kuras kompetencē ir pārtikas toksikoloģijas jautājumi, jo īpaši – pārtikas piedevu, aromatizētāju, zāļu atliekvielu, augu toksīnu riska izvērtējums. Indijas Toksikoloģijas pētījumu institūts (Indian Institute of Toxicology Research CSIR) specializējas nanomateriālu, augu toksīnu un ģenētiski modificētās pārtikas toksikoloģijā. Amerikas Savienoto Valstu (ASV) Veselības un cilvēku pakalpojumu departamenta (United States Department of Health and Human Services) Nacionālā Toksikoloģijas programma (National Toxicology program) realizē daudzveidīgu pārtikas toksikoloģijas pētniecības programmu ar uzsvaru uz sintētiskajām rūpnieciskajām ķīmiskajām vielām, pesticīdiem, metāliem un pārtikas piedevām.
Pētījumi par pārtikas toksikoloģiju tiek publicēti pārtikas, medicīnas un veterinārmedicīnas zinātniskajos izdevumos, jo skar gan sabiedrības veselības, gan pārtikas nekaitīguma jautājumus. Kopumā zinātniskajās datu bāzēs ir vairāk nekā 20 citējamu žurnālu. Starptautiski pazīstamais žurnāls Food and Chemical Toxicology (kopš 1963. gada; Elsevier) publicē oriģinālus pētījumus un pārskatus par dabisko vai sintētisko ķīmisko vielu toksisko ietekmi uz dzīvniekiem un cilvēkiem, īpašu uzmanību pievēršot pārtikas nekaitīgumam. Žurnāls The Journal of Nutrition & Food Sciences (kopš 1947. gada; Longdom Group SA) aptver augstas kvalitātes manuskriptus, tajā skaitā par pārtikas toksikoloģiju, kuri ir gan būtiski, gan piemērojami plašajai pārtikas un uztura zinātnes jomai. Žurnāla mērķis ir atspoguļot jaunākos atklājumus par pārtiku, lai nozares profesionāļi varētu sekot līdzi attīstībai uztura zinātņu jomā. Journal of Food Science and Toxicology (kopš 1964. gada; iMedPub LTD) ir zinātnisks žurnāls, kas publicē inovatīvus zinātniskos rakstus par pētījumiem pārtikas drošības un pārtikas tehnoloģiju jomā, tajā skaitā par pārtikas ķīmiju, pārtikas biotehnoloģijām, pārtikas toksikoloģiju, pārtikas mikrobioloģiju un uztura zinātni. Environmental Toxicology and Chemistry (kopš 1982. gada, Wiley-Blackwell) ir zinātnisks žurnāls, kas publicē pētījumus par apkārtējā vidē sastopamajām toksiskajām vielām.
ES pazīstamākie pētnieki pārtikas toksikoloģijas jomā ir specializējušies noteiktās šīs zinātnes jomās. Dīters Šrenks (Dieter Schrenk) no Kaizerslauternas Tehniskās Universitātes (Technische Universität Kaiserslautern) Vācijā ir publicējis vairāk nekā 300 zinātnisko rakstu par mikotoksīniem un augu toksīniem, kā arī dioksīniem pārtikā. Kristers Hogstrands (Christer Hogstrand) no Londonas Karaliskās koledžas (King’s College) pēta jautājumus par piesārņotājiem apkārtējā vidē un jūras biotoksīniem. Hetere Volesa (Heather Wallace) no Aberdīnas Universitātes (University of Aberdeen) Lielbritānijā ir veikusi daudzus pētījumus un publicējusi zinātniskos rakstus par faktoriem, tostarp pārtikā esošajām toksiskajām vielām, kas spēj izraisīt ļaundabīgos audzējus. Anete Petersena (Annette Petersen) no Dānijas Tehniskās Universitātes specializējas pētījumos par pesticīdu atliekvielām un endokrīnās sistēmas grāvējvielām, taču viņas zinātniskās intereses saistās arī ar mikotoksīniem un policikliskajiem aromātiskajiem ogļūdeņražiem. Margerita Biņjami (Margherita Bignami) no Itālijas Veselības pārraudzības institūta (Istituto Superiore di Sanità) aktīvi veic pētījumus un publicē zinātniskos rakstus par augu toksīniem un dioksīniem pārtikā un to toksisko ietekmi.
Līdzīga specializācija ir vērojama arī pasaules zinātnieku vidū. Nozīmīgi zinātniski pētījumi tiek veikti ASV. Ričards Pītersons (Richard Peterson) no Viskonsinas-Medisonas Universitātes (University of Wisconsin-Madison) vairāk nekā 30 gadus ir veltījis dioksīnu un polihlordifenilu pētījumiem. Višals Vaidja (Vishal Vaidya) no Hārvardas medicīnas skolas (Harvard Medical School) veic fundamentālus pētījumus toksisko vielu darbības mehānismu izpētē. Džons Tomass (John Thomas) no Indiānas Universitātes (Indiana University) ir devis būtisku ieguldījumu pārtikas toksikoloģijā, pētot toksisko vielu toksisko iedarbību izraisošās devas. Arī citur pasaulē zinātnieki risina aktuālas pārtikas toksikoloģijas problēmas. Globālā sasilšana aizvien būtiskāk izraisa mikotoksīnu problēmu augu izcelsmes pārtikā. Dienvidāfrikas zinātnieks Venzels Gelderblūms (Wentzel Gelderblom) no Raga Pussalas Tehnoloģiju Universitātes (Cape Peninsula University of Technology) Dienvidāfrikas Republikā ir devis nopietnu ieguldījumu mikotoksīnu pētniecībā, Ķīnā aflatoksīnu pētniecībā aktīvi strādā Huili Čangs (张惠丽, Huili Zhang) no Šeņjaņas Lauksaimniecības Universitātes (瀋陽農業大學, Shenyang Agricultural University).