Le chlorméquat est unrégulateur de croissance des plantesL'utilisation du chlorméquat dans les cultures céréalières est en augmentation en Amérique du Nord. Des études toxicologiques ont montré qu'une exposition au chlorméquat peut réduire la fertilité et nuire au développement du fœtus, même à des doses inférieures à la dose journalière autorisée fixée par les autorités réglementaires. Nous rapportons ici la présence de chlorméquat dans des échantillons d'urine prélevés auprès de la population américaine, avec des taux de détection de 69 %, 74 % et 90 % respectivement pour les échantillons prélevés en 2017, 2018-2022 et 2023. De 2017 à 2022, de faibles concentrations de chlorméquat ont été détectées dans les échantillons, tandis qu'à partir de 2023, ces concentrations ont augmenté significativement. Nous avons également constaté une présence plus fréquente de chlorméquat dans les produits à base d'avoine. Ces résultats, ainsi que les données de toxicité relatives au chlorméquat, soulèvent des inquiétudes quant aux niveaux d'exposition actuels et appellent à des tests de toxicité plus approfondis, à une surveillance alimentaire renforcée et à des études épidémiologiques afin d'évaluer l'impact de l'exposition au chlorméquat sur la santé humaine.
Cette étude rapporte la première détection de chlorméquat, un produit agrochimique toxique pour le développement et la reproduction, au sein de la population et dans l'alimentation aux États-Unis. Si des concentrations similaires de cette substance ont été retrouvées dans les échantillons d'urine entre 2017 et 2022, des niveaux significativement plus élevés ont été observés dans l'échantillon de 2023. Ces résultats soulignent la nécessité d'une surveillance accrue du chlorméquat dans les aliments et les échantillons humains aux États-Unis, ainsi que d'études toxicologiques et épidémiologiques. Le chlorméquat est un contaminant émergent dont les effets néfastes sur la santé, même à faibles doses, ont été documentés lors d'études animales.
Le chlorméquat est un produit agrochimique homologué pour la première fois aux États-Unis en 1962 comme régulateur de croissance des plantes. Bien que son utilisation soit actuellement autorisée uniquement sur les plantes ornementales aux États-Unis, une décision de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) de 2018 a autorisé l'importation de produits alimentaires (principalement des céréales) traités au chlorméquat [1]. Dans l'UE, au Royaume-Uni et au Canada, le chlorméquat est autorisé pour une utilisation sur les cultures vivrières, principalement le blé, l'avoine et l'orge. Le chlorméquat peut réduire la hauteur de la tige, diminuant ainsi le risque de torsion de la culture et facilitant la récolte. Au Royaume-Uni et dans l'UE, le chlorméquat est généralement le résidu de pesticide le plus fréquemment détecté dans les céréales, comme l'ont démontré des études de surveillance à long terme [2, 3].
Bien que le chlorméquat soit autorisé pour une utilisation sur les cultures dans certaines régions d'Europe et d'Amérique du Nord, il présente des propriétés toxicologiques, mises en évidence par des études animales expérimentales, anciennes et récentes. Les effets du chlorméquat sur la reproduction et la fertilité ont été décrits pour la première fois au début des années 1980 par des éleveurs de porcs danois qui ont observé une baisse des performances reproductives chez les porcs nourris avec des céréales traitées au chlorméquat. Ces observations ont ensuite été étudiées lors d'expériences contrôlées en laboratoire sur des porcs et des souris. Les truies nourries avec des céréales traitées au chlorméquat ont présenté des perturbations de leurs cycles œstraux et de leur accouplement, comparativement aux animaux témoins nourris avec un régime sans chlorméquat. De plus, les souris mâles exposées au chlorméquat par l'alimentation ou l'eau de boisson pendant leur développement ont montré une diminution de leur capacité à féconder les spermatozoïdes in vitro. Des études récentes sur la toxicité reproductive du chlorméquat ont montré que l'exposition de rats à cette substance pendant des périodes sensibles de leur développement, notamment la gestation et la petite enfance, entraînait un retard pubertaire, une diminution de la mobilité des spermatozoïdes, une diminution du poids des organes reproducteurs mâles et une baisse du taux de testostérone. Les études de toxicité sur le développement indiquent également qu'une exposition au chlorméquat pendant la grossesse peut entraîner des anomalies de croissance et métaboliques chez le fœtus. D'autres études n'ont mis en évidence aucun effet du chlorméquat sur la fonction de reproduction chez les souris femelles et les porcs mâles, et aucune étude ultérieure n'a révélé d'effet du chlorméquat sur la fertilité des souris mâles exposées à cette substance pendant leur développement et après la naissance. Les données contradictoires concernant le chlorméquat dans la littérature toxicologique pourraient être dues à des différences dans les doses et les méthodes de mesure utilisées, ainsi qu'au choix des organismes modèles et au sexe des animaux d'expérience. Par conséquent, des recherches supplémentaires sont nécessaires.
Bien que des études toxicologiques récentes aient mis en évidence les effets du chlorméquat sur le développement, la reproduction et le système endocrinien, les mécanismes sous-jacents restent inconnus. Certaines études suggèrent que le chlorméquat n'agirait pas par les mécanismes bien définis des perturbateurs endocriniens, tels que les récepteurs aux œstrogènes ou aux androgènes, et qu'il ne modifierait pas l'activité de l'aromatase. D'autres données indiquent que le chlorméquat pourrait induire des effets indésirables en altérant la biosynthèse des stéroïdes et en provoquant un stress du réticulum endoplasmique.
Bien que le chlorméquat soit omniprésent dans les aliments courants européens, le nombre d'études de biosurveillance évaluant l'exposition humaine à cette substance reste relativement faible. Le chlorméquat a une demi-vie courte dans l'organisme, d'environ 2 à 3 heures, et dans les études menées sur des volontaires humains, la plupart des doses expérimentales ont été éliminées en moins de 24 heures. Dans des échantillons prélevés auprès de la population générale au Royaume-Uni et en Suède, le chlorméquat a été détecté dans l'urine de la quasi-totalité des participants, à des fréquences et des concentrations significativement plus élevées que d'autres pesticides tels que le chlorpyrifos, les pyréthroïdes, le thiabendazole et les métabolites du mancozèbe. Des études chez le porc ont montré que le chlorméquat peut également être présent dans le sérum et passer dans le lait, mais ces matrices n'ont pas été étudiées chez l'homme ni chez d'autres modèles animaux, bien que sa présence dans le sérum et le lait puisse être associée à des effets néfastes sur la reproduction. L'exposition pendant la grossesse et chez le nourrisson a des effets importants.
En avril 2018, l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) a annoncé des seuils de tolérance alimentaire acceptables pour le chlorméquat dans l'avoine, le blé, l'orge et certains produits animaux importés, autorisant ainsi son intégration dans le circuit alimentaire américain. La teneur autorisée en chlorméquat dans l'avoine a ensuite été augmentée en 2020. Afin de caractériser l'impact de ces décisions sur la présence et la prévalence du chlorméquat chez la population adulte américaine, cette étude pilote a mesuré la concentration de chlorméquat dans les urines de personnes issues de trois régions géographiques des États-Unis, de 2017 à 2023, puis à nouveau en 2022, ainsi que la teneur en chlorméquat des produits à base d'avoine et de blé achetés aux États-Unis en 2023.
Des échantillons prélevés dans trois régions géographiques entre 2017 et 2023 ont servi à mesurer les concentrations urinaires de chlorméquat chez des résidents américains. Vingt et un échantillons d'urine ont été recueillis auprès de femmes enceintes anonymisées ayant donné leur consentement au moment de l'accouchement, conformément à un protocole approuvé en 2017 par le Comité d'éthique de la recherche (CER) de l'Université médicale de Caroline du Sud (MUSC, Charleston, Caroline du Sud, États-Unis). Les échantillons ont été conservés à 4 °C pendant 4 heures maximum, puis aliquotés et congelés à -80 °C. Vingt-cinq échantillons d'urine d'adultes ont été achetés auprès de Lee Biosolutions, Inc. (Maryland Heights, Missouri, États-Unis) en novembre 2022. Ces échantillons, représentant un seul prélèvement effectué entre octobre 2017 et septembre 2022, provenaient de volontaires (13 hommes et 12 femmes). Ces échantillons ont été prêtés à la collection de Maryland Heights, Missouri. Ils ont été immédiatement conservés à -20 °C après leur prélèvement. De plus, 50 échantillons d'urine prélevés auprès de volontaires floridiens (25 hommes et 25 femmes) en juin 2023 ont été achetés auprès de BioIVT, LLC (Westbury, NY, États-Unis). Les échantillons ont été conservés à 4 °C jusqu'à leur prélèvement complet, puis aliquotés et congelés à -20 °C. Le fournisseur a obtenu l'approbation du comité d'éthique de la recherche (CER) pour le traitement des échantillons humains et le consentement éclairé pour leur prélèvement. Aucune information personnelle n'était associée aux échantillons analysés. Tous les échantillons ont été envoyés congelés pour analyse. Des informations détaillées sur les échantillons sont disponibles dans le tableau S1 des informations complémentaires.
Le dosage du chlorméquat dans les échantillons d'urine humaine a été réalisé par LC-MS/MS au laboratoire de recherche du HSE (Buxton, Royaume-Uni), selon la méthode publiée par Lindh et al., légèrement modifiée en 2011. Brièvement, les échantillons ont été préparés en mélangeant 200 µl d'urine non filtrée avec 1,8 ml d'acétate d'ammonium 0,01 M contenant un étalon interne. L'échantillon a ensuite été extrait sur une colonne HCX-Q, conditionnée successivement avec du méthanol, puis avec de l'acétate d'ammonium 0,01 M, lavée avec de l'acétate d'ammonium 0,01 M et éluée avec une solution d'acide formique à 1 % dans du méthanol. Les échantillons ont ensuite été chargés sur une colonne LC C18 (Synergi 4 µ Hydro-RP 150 × 2 mm ; Phenomenex, Royaume-Uni) et séparés par une phase mobile isocratique composée d'acide formique à 0,1 % et de méthanol (80:20) à un débit de 0,2 ml/min. Les transitions de réaction sélectionnées par spectrométrie de masse ont été décrites par Lindh et al. 2011. La limite de détection était de 0,1 μg/L comme indiqué dans d'autres études.
Les concentrations urinaires de chlorméquat sont exprimées en μmol de chlorméquat/mol de créatinine et converties en μg de chlorméquat/g de créatinine comme indiqué dans des études précédentes (multiplier par 1,08).
Anresco Laboratories, LLC a analysé des échantillons d'avoine (25 conventionnels et 8 biologiques) et de blé (9 conventionnels) afin de détecter la présence de chlorméquat (San Francisco, Californie, États-Unis). Les analyses ont été réalisées selon une méthode publiée [19], avec quelques modifications. Les limites de détection (LOD) et de quantification (LOQ) ont été fixées à 10/100 ppb pour les échantillons d'avoine en 2022 et à 3/40 ppb pour l'ensemble des échantillons de blé et d'avoine en 2023. Des informations détaillées sur les échantillons sont disponibles dans le tableau S2 des informations complémentaires.
Les concentrations urinaires de chlorméquat ont été regroupées par localisation géographique et année de prélèvement, à l'exception de deux échantillons prélevés en 2017 à Maryland Heights (Missouri), qui ont été regroupés avec d'autres échantillons prélevés la même année à Charleston (Caroline du Sud). Les concentrations inférieures au seuil de détection du chlorméquat ont été exprimées en pourcentage de détection divisé par la racine carrée de 2. Les données ne suivant pas une distribution normale, les tests non paramétriques de Kruskal-Wallis et de comparaisons multiples de Dunn ont été utilisés pour comparer les médianes entre les groupes. Tous les calculs ont été effectués avec le logiciel GraphPad Prism (Boston, MA).
Du chlorméquat a été détecté dans 77 des 96 échantillons d'urine, soit 80 % de l'ensemble des échantillons. Comparé aux années 2017 et 2018-2022, le chlorméquat a été détecté plus fréquemment dans les échantillons de 2023 : 16 échantillons sur 23 (soit 69 %) et 17 sur 23 (soit 74 %), respectivement, et 45 échantillons sur 50 (soit 90 %). Les concentrations de chlorméquat détectées dans les deux groupes étaient équivalentes avant 2023, tandis que celles détectées dans les échantillons de 2023 étaient significativement plus élevées que celles des années précédentes (figures 1A et 1B). Les concentrations détectables de chlorméquat par gramme de créatinine dans les échantillons de 2017, 2018-2022 et 2023 étaient respectivement de 0,22 à 5,4, de 0,11 à 4,3 et de 0,27 à 52,8 microgrammes par gramme de créatinine. Les valeurs médianes pour l'ensemble des échantillons de ces années étaient respectivement de 0,46, 0,30 et 1,4. Ces données suggèrent que l'exposition pourrait se poursuivre compte tenu de la courte demi-vie du chlorméquat dans l'organisme, avec des niveaux d'exposition plus faibles entre 2017 et 2022 et plus élevés en 2023.
La concentration de chlorméquat dans chaque échantillon d'urine est représentée par un point unique, les barres au-dessus de la moyenne et les barres d'erreur indiquant l'erreur standard (±). Les concentrations urinaires de chlorméquat sont exprimées en µg de chlorméquat par gramme de créatinine, sur une échelle linéaire et une échelle logarithmique. Une analyse de variance non paramétrique de Kruskal-Wallis, complétée par le test de comparaisons multiples de Dunn, a été utilisée pour évaluer la significativité statistique.
Des échantillons alimentaires achetés aux États-Unis en 2022 et 2023 ont révélé des niveaux détectables de chlorméquat dans 25 des 25 produits d'avoine traditionnels, à l'exception de deux. Les concentrations variaient de non détectables à 291 µg/kg, indiquant la présence de chlorméquat dans l'avoine. Le végétarisme est très répandu aux États-Unis. Les échantillons prélevés en 2022 et 2023 présentaient des niveaux moyens similaires : respectivement 90 µg/kg et 114 µg/kg. Un seul échantillon parmi les huit produits d'avoine biologique contenait du chlorméquat (17 µg/kg). Nous avons également observé des concentrations plus faibles de chlorméquat dans deux des neuf produits à base de blé testés : respectivement 3,5 et 12,6 µg/kg.
Il s'agit du premier rapport sur la mesure du chlorméquat urinaire chez les adultes vivant aux États-Unis et dans des populations hors du Royaume-Uni et de la Suède. En Suède, la biosurveillance des pesticides menée auprès de plus de 1 000 adolescents a révélé un taux de détection de 100 % pour le chlorméquat entre 2000 et 2017. La concentration moyenne en 2017 était de 0,86 microgramme de chlorméquat par gramme de créatinine et semble avoir diminué au fil du temps, le niveau moyen le plus élevé ayant été de 2,77 en 2009. Au Royaume-Uni, la biosurveillance a mis en évidence une concentration moyenne de chlorméquat beaucoup plus élevée, de 15,1 microgrammes par gramme de créatinine, entre 2011 et 2012, bien que ces échantillons aient été prélevés chez des personnes vivant en zones agricoles. Aucune différence d'exposition n'a été observée. Incident de pulvérisation [15]. Notre étude de l'échantillon américain de 2017 à 2022 a révélé des niveaux médians inférieurs à ceux des études précédentes en Europe, tandis que dans l'échantillon de 2023, les niveaux médians étaient comparables à ceux de l'échantillon suédois mais inférieurs à ceux de l'échantillon britannique.
Ces différences d'exposition entre les régions et les périodes peuvent refléter des variations dans les pratiques agricoles et le statut réglementaire du chlorméquat, ce qui influe en fin de compte sur les concentrations de chlorméquat dans les produits alimentaires. Par exemple, les concentrations de chlorméquat dans les échantillons d'urine étaient significativement plus élevées en 2023 qu'au cours des années précédentes, ce qui pourrait refléter des changements liés aux mesures réglementaires de l'EPA concernant le chlorméquat (notamment les limites de chlorméquat dans les aliments en 2018). L'approvisionnement alimentaire américain devrait être impacté prochainement. Les normes de consommation d'avoine devraient être relevées d'ici 2020. Ces mesures autorisent l'importation et la vente de produits agricoles traités au chlorméquat, par exemple, en provenance du Canada. Le décalage entre les modifications réglementaires de l'EPA et les concentrations élevées de chlorméquat observées dans les échantillons d'urine en 2023 peut s'expliquer par plusieurs facteurs, tels que des retards dans l'adoption de pratiques agricoles utilisant le chlorméquat, des retards dans la négociation d'accords commerciaux par les entreprises américaines et des difficultés d'approvisionnement rencontrées par les particuliers en raison de l'épuisement des stocks et/ou de la durée de conservation plus longue des produits à base d'avoine.
Afin de déterminer si les concentrations observées dans les échantillons d'urine américains reflètent une exposition alimentaire potentielle au chlorméquat, nous avons mesuré sa présence dans des produits à base d'avoine et de blé achetés aux États-Unis en 2022 et 2023. Les produits à base d'avoine contiennent plus fréquemment du chlorméquat que ceux à base de blé, et sa concentration varie selon les produits, avec un niveau moyen de 104 ppb. Cette variation pourrait être due à l'approvisionnement entre les États-Unis et le Canada, ce qui pourrait refléter des différences d'utilisation, voire de non-utilisation, du chlorméquat dans les produits issus d'avoine traitée. En revanche, au Royaume-Uni, le chlorméquat est plus abondant dans les produits à base de blé, comme le pain. Il a été détecté dans 90 % des échantillons prélevés entre juillet et septembre 2022, avec une concentration moyenne de 60 ppb. De même, le chlorméquat a également été détecté dans 82 % des échantillons d’avoine du Royaume-Uni à une concentration moyenne de 1650 ppb, soit plus de 15 fois supérieure à celle des échantillons américains, ce qui pourrait expliquer les concentrations urinaires plus élevées observées dans les échantillons du Royaume-Uni.
Nos résultats de biosurveillance indiquent une exposition au chlorméquat antérieure à 2018, bien que la tolérance alimentaire à cette substance n'ait pas été établie. Le chlorméquat n'est pas réglementé dans les aliments aux États-Unis, et aucune donnée historique n'est disponible sur ses concentrations dans les aliments vendus aux États-Unis. Cependant, compte tenu de sa courte demi-vie, nous suspectons une exposition d'origine alimentaire. De plus, les précurseurs de choline présents dans les produits à base de blé et les poudres d'œufs forment naturellement du chlorméquat à haute température, comme celles utilisées dans la transformation et la fabrication des aliments, ce qui entraîne des concentrations de chlorméquat allant de 5 à 40 ng/g. Nos analyses alimentaires indiquent que certains échantillons, notamment le produit à base d'avoine biologique, contenaient du chlorméquat à des niveaux similaires à ceux rapportés dans les études sur le chlorméquat naturel, tandis que de nombreux autres échantillons présentaient des niveaux plus élevés. Ainsi, les concentrations observées dans les urines jusqu'en 2023 étaient probablement dues à une exposition alimentaire au chlorméquat généré lors de la transformation et de la fabrication des aliments. Les concentrations observées en 2023 sont probablement dues à l'exposition alimentaire au chlorméquat produit spontanément et aux produits importés traités au chlorméquat en agriculture. Les différences d'exposition au chlorméquat entre nos échantillons peuvent également être liées à la situation géographique, aux habitudes alimentaires ou à l'exposition professionnelle au chlorméquat lors de son utilisation en serres et en pépinières.
Notre étude suggère que des échantillons plus importants et plus diversifiés d'aliments traités au chlorméquat sont nécessaires pour évaluer pleinement les sources alimentaires potentielles de chlorméquat chez les personnes faiblement exposées. De futures études, incluant l'analyse d'échantillons d'urine et d'aliments antérieurs, des questionnaires alimentaires et professionnels, une surveillance continue du chlorméquat dans les aliments conventionnels et biologiques aux États-Unis, ainsi que des prélèvements de biosurveillance, contribueront à élucider les facteurs communs d'exposition au chlorméquat au sein de la population américaine.
Il reste à déterminer la probabilité d'une augmentation des concentrations de chlorméquat dans les échantillons d'urine et d'aliments aux États-Unis au cours des prochaines années. Aux États-Unis, le chlorméquat est actuellement autorisé uniquement dans les produits importés à base d'avoine et de blé, mais l'Agence de protection de l'environnement (EPA) examine actuellement son utilisation agricole dans les cultures non biologiques nationales. Si cette utilisation nationale est approuvée, compte tenu de la pratique agricole courante du chlorméquat à l'étranger et aux États-Unis, les concentrations de chlorméquat dans l'avoine, le blé et d'autres céréales pourraient continuer d'augmenter, entraînant une exposition accrue au chlorméquat. Population totale des États-Unis.
Les concentrations urinaires actuelles de chlorméquat, mesurées dans cette étude et d'autres, indiquent que les donneurs d'échantillons ont été exposés à des niveaux de chlorméquat inférieurs à la dose de référence (RfD) publiée par l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) (0,05 mg/kg de poids corporel par jour), et sont donc acceptables. L'apport journalier est plusieurs ordres de grandeur inférieur à la valeur d'apport publiée par l'Autorité européenne de sécurité des aliments (AJR) (0,04 mg/kg de poids corporel/jour). Cependant, il convient de noter que des études toxicologiques publiées sur le chlorméquat suggèrent qu'une réévaluation de ces seuils de sécurité pourrait s'avérer nécessaire. Par exemple, des souris et des porcs exposés à des doses inférieures à la RfD et à l'AJR actuelles (0,024 et 0,0023 mg/kg de poids corporel/jour, respectivement) ont présenté une diminution de la fertilité. Dans une autre étude toxicologique, l'exposition pendant la grossesse à des doses équivalentes à une dose sans effet nocif observé (DSENO) de 5 mg/kg (utilisée pour calculer la dose de référence de l'EPA) a entraîné des modifications de la croissance et du métabolisme fœtaux, ainsi que des changements de la composition corporelle. Souris nouveau-nées. De plus, les seuils réglementaires ne tiennent pas compte des effets néfastes des mélanges de substances chimiques susceptibles d'affecter le système reproducteur. Or, il a été démontré que ces mélanges ont des effets additifs ou synergiques à des doses inférieures à celles de l'exposition à chaque substance chimique prise individuellement, ce qui peut entraîner des problèmes de santé reproductive. Les conséquences associées aux niveaux d'exposition actuels suscitent des inquiétudes, notamment pour les personnes les plus exposées au sein de la population générale en Europe et aux États-Unis.
Cette étude pilote sur l'exposition à de nouveaux produits chimiques aux États-Unis révèle la présence de chlorméquat dans les aliments américains, principalement dans les produits à base d'avoine, ainsi que dans la majorité des échantillons d'urine prélevés auprès de près de 100 personnes aux États-Unis, indiquant une exposition continue à cette substance. De plus, les tendances observées dans ces données suggèrent une augmentation des niveaux d'exposition, qui pourrait se poursuivre. Compte tenu des préoccupations toxicologiques liées à l'exposition au chlorméquat observée lors d'études animales, et de l'exposition généralisée de la population à cette substance dans les pays européens (et probablement désormais aux États-Unis), sans oublier les études épidémiologiques et animales, il est urgent de mettre en place une surveillance du chlorméquat dans l'alimentation et chez l'humain. Il est essentiel de comprendre les risques potentiels pour la santé liés à l'utilisation de ce produit chimique agricole à des niveaux d'exposition significatifs pour l'environnement, notamment pendant la grossesse.
Date de publication : 4 juin 2024