Επιδημιολογική διερεύνηση περιβαλλοντικής υποβάθμισης και επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία από τη χρόνια και εντατική χρήση φυτοφαρμάκων

Abstract

The present study was designed to investigate the degree of environmental deterioration through the detection of pesticides residues in agricultural products and biological samples (human hair and urine), in order to explain the negative effects on human health by chronic and widespread use of pesticides in the primary agricultural sector, especially in the area of Ierapetra. The increase in health problems and in particular the increasing trend in several types of cancer in the region and in other European countries that follow intensive agricultural practices show an urgent need to investigate the deterioration in public health.This study tries to answers questions such as: the degree of contamination of human population affected by the chronic and intensive use of pesticides (by detecting organophosphate metabolites in biological samples, hair and urine) and the consumption of agricultural products (by detecting common pesticides used in agriculture). Also, the possible correlation between the detected levels in biological samples of hair and urine was examined.The main steps of this thesis was a)the detection of non-specific metabolites of organophosphorus pesticides in hair and urine samples of rural and professionally exposed population of Crete and b) the investigation of residual levels of pesticides in fresh agricultural products. The results were analyzed and a total assessment of the hazard exposure, on the population of Crete and especially in the area of Ierapetra, was estimated. The detection of pesticides in agricultural products was focused mainly on plant protection substances that are widely used in the area.For the implementation of this study, hair and urine samples of sprayers and residents of Ierapetra were collected. The sprayers involved in this study were employed in greenhouse cultivations but they also involved themselves in sprays throughout the year (n=34). The residents of the area of Ierapetra were people who lived in the area, but not involved in agricultural activities (n=86). Because of the high rate of organophosphates pesticides in the area of Ierapetra, the samples that were collected, were analyzed by the technique of gas chromatography – mass spectrometry for the detection of non-specific metabolites of organophosphates (dialkylofosfines, dialkylphosphates DAPs). For the isolation of analytes from biological samples of hair, the technique of solid-liquid extraction with methanol in an ultrasonic bath was followed, while for the isolation of analytes from biological samples of urine the technique of liquid-liquid extraction with a mixture of diethylether:acetonitrile was followed. The combined organic solvent from each sample was collected and evaporated to dryness under a nitrogen blander after added 15mg K2CO3. The resulting precipitate was followed by the derivatization procedure with 2, 3,4,5,6 pentafluorobenzyl bromide (PFBBr). To control methods for both hair and urine samples various analytical parameters were calculated and found satisfactory. Differences were observed between the detected concentration of metabolites and the percentages of positive samples for both hair and urine samples between the two studies groups (sprayers and residents of the rural area of Ierapetra).As far as it concerns the results of the detected levels of non-specific organophosphates pesticides differences were observed between the samples of sprayers and the residents of the rural area of Ierapetra. Statistically significant difference was observed for the metabolite DMP (p<0,001) and DETP (p=0,007). This could be the result of the extensive past use of application of plant protection substances of sprayers. The levels of metabolites DEP & DEDTP were higher for the sprayers than that of the residents of the area but the differences were not statistically significant (p>0, 05). The frequency of detection for the metabolites DMP, DEP and DETP was quite high for both sprayers (91-100%) and the residents (93-100%). In contrast, the frequency of detection for DEDTP was lower for both studies groups. For all the detected metabolites, hair samples of sprayers gave significantly higher levels than that of the residents (p<0,001).Mean detected concentration of DAPs metabolites of urine samples of sprayers were higher than that of the residents (p<0,001). A statistically significant difference was observed between the two studied groups for DEP (p=0,005) and DETP (p=0,001). The difference between the 2 groups for DMP & DEDTP was not statistically significant (p=0,244 & p=0,193 respectively). The major difference shown in the first dialkylfosfines in urine samples of sprayers can be attributed to the fact that the urine of the participants were taken during spraying period. These facts makes them more exposed at that time. This is confirmed by the analysis of the urine. The detection rates of positive samples ranged from 90% to 100% for sprayers while for the residents ranged from 83% to 100%.Furthermore, representative samples of fresh agricultural products grown in the area of Ierapetra were collected in order to analyze for the determination of residual quantities of pesticides. Specifically, 45 tomatoes, 50 cucumbers, 60 peppers and 45 aubergines were collected and analyzed. For extraction, the samples followed the QuEChERs method. The analysis was obtained by the technique of gas chromatography – mass spectrometry GC-MS. None of the samples analyzed exceeded the maximum residue levels (MRLs). Pesticide detection ranged from 11.1% (Carbendazim και Benomyl) to 22.2% (Oxamyl και Oxamyl-Oxine) for tomatoes, from 6% (Tolyfluanid) to 24.0% (Spinosad A + D) for cucumbers, from 3.3% (Endosulfan a, Endosulfan b, Endosulfan sulfate) to 18.3% (Thiacloprid) for peppers and from 8.9% (Cyprodinil και Thiacloprid) to 24.4% (Carbendazim και Benomyl) for aubergines.In summary, the management and control of the application of plant protection substances is a necessary step by the actors as well as the producers. The biomonitoring of sprayers, residents and consumers in general is a useful tool for estimating the cost of using such products. The compliance with regulations is necessary as well as with the basic safety standards but is not enough. Information and awareness of all inputs is necessary and required by today’s society through control, specialization and continuing education of those involved in agriculture.

Η παρούσα διατριβή είχε ως σκοπό τη διερεύνηση του βαθμού επιβάρυνσης του περιβάλλοντος μέσω της ανίχνευσης υπολειμματικών ποσοτήτων φυτοφαρμάκων σε αγροτικά προϊόντα και των επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία (συσσώρευση φυτοφαρμάκων στον ανθρώπινο οργανισμό), από τη χρόνια και ευρεία χρήση φυτοφαρμάκων στον πρωτογενή αγροτικό τομέα (εντατικές θερμοκηπιακές καλλιέργειες) και ειδικά στην περιοχή της Ιεράπετρας.Η αύξηση των προβλημάτων υγείας και ειδικότερα η αυξητική τάση εμφάνισης διαφόρων ειδών καρκίνου στην περιοχή καθώς και σε άλλες Ευρωπαϊκές χώρες που εφαρμόζουν εντατικές θερμοκηπιακές καλλιέργειες ή χρησιμοποιούν φυτοφάρμακα, καθιστούν επιτακτική την ανάγκη διερεύνησης της υποβάθμισης της Δημόσιας Υγείας στην ευρύτερη περιοχή της Ιεράπετρας. Η συγκεκριμένη εργασία προσπαθεί να απαντήσει σε διάφορα ερωτήματα όπως: βαθμός επιμόλυνσης παραγομένων γεωργικών προϊόντων, επιβάρυνση της ανθρώπινης υγείας από την χρόνια και εντατική χρήση των φυτοφαρμάκων μέσω της ανίχνευσης μεταβολιτών των οργανοφωσφορικών φυτοφαρμάκων σε βιολογικά δείγματα (τρίχα και ούρα). Επίσης έγινε διερεύνηση της πιθανής συσχέτισης μεταξύ των ανιχνευόμενων επιπέδων στα βιολογικά δείγματα των ούρων και της τρίχας.Tα βασικά στάδια της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η ανίχνευση των μη-ειδικών μεταβολιτών των οργανοφωσφορικών φυτοφαρμάκων σε δείγματα τριχών και ούρων αγροτικού και επαγγελματικά εκτεθειμένου πληθυσμού της Κρήτης και η διερεύνηση υπολειμματικών επιπέδων φυτοφαρμάκων σε νωπά αγροτικά προϊόντα παραγωγών της Κρήτης. Από τις παραπάνω επιμέρους μελέτες τα αποτελέσματα συγκεντρώθηκαν και αφού μελετήθηκαν μεμονωμένα, πραγματοποιήθηκε συνολική εκτίμηση της επιβάρυνσης του πληθυσμού της Κρήτης και ειδικότερα της Ιεράπετρας, ο οποίος αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα συνδυασμού εκτεθειμένων λόγω είτε επαγγελματικής χρήσης είτε λόγω εγγύτητας της οικίας τους σε αγροτικές εγκαταστάσεις. Η ανίχνευση των φυτοφαρμάκων στα νωπά αγροτικά προϊόντα επικεντρώθηκε κυρίως στις φυτοπροστατευτικές ουσίες οι οποίες βρίσκουν ευρεία εφαρμογή στις καλλιέργιες της περιοχής.Για την υλοποίηση της μελέτης αρχικά συλλέχθησαν δείγματα τριχών και ούρων από ψεκαστές αλλά και κατοίκους της ευρύτερης περιοχής της Ιεράπετρας. Οι ψεκαστές της Ιεράπετρας που συμμετείχαν στη μελέτη, ήταν εργαζόμενοι σε θερμοκηπιακές καλλιέργιες αλλά ταυτόχρονα συμμετείχαν οι ίδιοι και σε ψεκασμούς κατά την διάρκεια του έτους (n=34). Οι κάτοικοι της ευρύτερης περιοχής της Ιεράπετρας ήταν κάτοικοι που διέμεναν στην περιοχή, χωρίς όμως να εμπλέκονται στις αγροτικές δραστηριότητες τόσο της καλλιέργιας όσο και της εφαρμογής φυτοφαρμάκων (n=86). Λόγω του μεγάλου ποσοστού εφαρμογής οργανοφωσφορικών φυτοφαρμάκων στην περιοχή της Ιεράπετρας (κυρίως θερμοκηπιακές καλλιέργιες οπωροκηπευτικών), τα δείγματα που συλλέχθησαν αναλύθηκαν με τεχνική της αέριας χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας για την ανίχνευση των μη ειδικών μεταβολιτών των οργανοφωσφορικών (διαλκυλοοφωσφίνες, dialkylphosphates, DAPs). Για την απομόνωση των αναλυόμενων ουσιών από τα βιολογικά δείγματα της τρίχας, ακολουθήθηκε στερεή-υγρή εκχύλιση με μεθανόλη σε λουτρό υπερήχων, ενώ από τα βιολογικά δείγματα των ούρων υγρή-υγρή εκχύλιση με μίγμα διαιθυλαιθέρα:ακετονιτριλίου. Το σύνολο των οργανικών διαλυτών που συλλέχθηκε από κάθε δείγμα εξατμίστηκε έως ξηρού υπό στρώμα αζώτου αφού πρώτα προστέθηκαν 15mg K2CO3, και το ίζημα που προέκυψε ακολούθησε τη διαδικασία παραγωγοποίησης με 2,3,4,5,6-pentafluorobenzylbromide (PFBBr). Για τον έλεγχο των μεθόδων που εφαρμόστηκαν τόσο για τα δείγματα των τριχών όσο και των ούρων, διάφοροι αναλυτικοί παράμετροι υπολογίστηκαν (γραμμικότητα, ανάκτηση, ακρίβεια, πιστότητα, όρια ανίχνευσης, όρια ποσοτικοποίησης) και βρέθηκαν ικανοποιητικοί. Στα επίπεδα των DAPs που μετρήθηκαν, παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ των ανιχνευομένων συγκεντρώσεων των μεταβολιτών αλλά και των ποσοστών των θετικών δειγμάτων τόσο για τα δείγματα των ούρων όσο και τα δείγματα των τριχών μεταξύ των δύο μελετούμενων ομάδων (ψεκαστών και των κατοίκων της αγροτικής περιοχής-ΚΑΠ). Σχετικά με τα ανιχνευόμενα επίπεδα των μη ειδικών μεταβολιτών των οργανοφωσφορικών φυτοφαρμάκων (DMP, DEP, DETP, DEDTP), παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ των δειγμάτων που προέρχονταν από ψεκαστές και από τους ΚΑΠ. Στατιστικά σημαντική διαφορά όμως παρατηρήθηκε για τον μεταβολίτη DMP (p<0.001) και το DETP (p=0.007). Αυτό θα μπορούσε κάλλιστα να αποδοθεί στην εκτεταμένη παρελθοντική χρήση και εφαρμογή φυτοπροστατευτικών σκευασμάτων, από την ομάδα των ψεκαστών, που δίνουν τους συγκεκριμένους μεταβολίτες. Υψηλότερα ήταν και τα επίπεδα για τους μεταβολίτες DEP και DEDTP για τους ψεκαστές σε σχέση με τους ΚΑΠ, χωρίς ωστόσο οι διαφορές να είναι στατιστικά σημαντικές (p>0.05). Η συχνότητα ανίχνευσης όμως για τους μεταβολίτες DMP, DEP και DETP ήταν αρκετά υψηλή, τόσο για τους ψεκαστές (91-100%) όσο και για τους κατοίκους (93-100%). Αντιθέτως για το DEDTP, η συχνότητα ανίχνευσης ήταν αρκετά χαμηλότερη και για τις δύο πληθυσμιακές ομάδες (3% ανίχνευση για τους ψεκαστές, 0% για τους κατοίκους). Για το σύνολο των ανιχνευόμενων μεταβολιτών (DMP, DEP, DETP, DEDTP) τα δείγματα τριχών των ψεκαστών έδωσαν σημαντικά υψηλότερα επίπεδα από αυτά των ΚΑΠ (p<0.001).Οι μέσες ανιχνευόμενες συγκεντρώσεις των μεταβολιτών DAPs που ανιχνεύθηκαν στα δείγματα ούρων των ψεκαστών ήταν υψηλότερα από αυτά των ΚΑΠ (p<0.001). Στατιστικά σημαντική διαφορά παρατηρήθηκε μεταξύ των δύο μελετούμενων πληθυσμιακών ομάδων για το DEP (p=0.005) και το DETP (p=0.001). Η διαφορά μεταξύ των δυο ομάδων για το DMP και το DEDTP δεν βρέθηκε στατιστικά σημαντική (p=0.244 και p=0.193, αντίστοιχα). Η σημαντικά παρουσιαζόμενη διαφορά των πρώτων διαλκυλοφωσφινών στα δείγματα ούρων των ψεκαστών μπορεί να αποδοθεί στο γεγονός ότι τα ούρα των συμμετέχοντων πάρθηκαν κατά την περίοδο ψεκασμών. Γεγονός που τους καθιστά ακόμα περισσότερο εκτεθειμένους εκείνη τη περίοδο, και επιβεβαιώνεται ξεκάθαρα από την ανάλυση των ούρων τους. Τα ποσοστά ανίχνευσης θετικών δειγμάτων κυμαίνονταν από 90% (για το DEDTP) έως 100% (για τα υπόλοιπα DAPs) για τους ψεκαστές, ενώ τα αντίστοιχα ποσοστά ανίχνευσης για τους ΚΑΠ κυμαίνονταν μόλις από 83% (για το DEDTP) έως 100% (για το DMP και το DETP). Επιπλέον, συλλέχθησαν αντιπροσωπευτικά δείγματα αγροτικών προϊόντων που καλλιεργούνται στη περιοχή της Ιεράπετρας με σκοπό να αναλυθούν για το προσδιορισμό υπολειμματικών ποσοτήτων φυτοφαρμάκων. Συγκεκριμένα, συλλέχθησαν και αναλύθηκαν 45 ντομάτες, 50 αγγούρια, 60 πιπεριές και 45 μελιτζάνες. Για την εκχύλιση των δειγμάτων αυτών ακολουθήθηκε η μέθοδος QuEChERs, ενώ αναλύθηκαν με σύστημα αέριας χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας (GC-MS). Σε γενικές γραμμές κανένα από τα 200 δείγματα αγροτικών προϊόντων που αναλύθηκαν δεν υπερέβαινε τα Maximum Residue Levels (MRLs). Τα ποσοστά ανίχνευσης φυτοφαρμάκων κυμαίνονταν από 11.1% (Carbendazim και Benomyl) έως 22.2% (Oxamyl και Oxamyl-Oxine) για τις ντομάτες, από 6% (Tolyfluanid) έως 24.0% (Spinosad A + D) για τα αγγούρια, από 3.3% (Endosulfan a, Endosulfan b, Endosulfan sulfate) έως 18.3% (Thiacloprid) για τις πιπεριές και από 8.9% (Cyprodinil και Thiacloprid) έως 24.4% (Carbendazim και Benomyl) για τις μελιτζάνες.Συνοψίζοντας, η διαχείριση και ο έλεγχος της εφαρμογής φυτοπροστατευτικών ουσιών είναι μια απαραίτητη ενέργεια όχι μόνο από φορείς, αλλά και από τους ίδιους τους παραγωγούς. Η βιοπαρακολούθηση των άμεσα εμπλεκόμενων (ψεκαστές, αγρότες κτλ), των κατοίκων που διαμένουν σε τοποθεσίες παρακείμενες των αγροτικών εγκαταστάσεων αλλά και των καταναλωτών γενικότερα, είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για την εκτίμηση της επιβάρυνσης αυτών από τα χημικά αυτά. Η εναρμόνιση με τους κανονισμούς αλλά και η τήρηση βασικών κανόνων ασφαλείας, αποδεικνύεται μέσα από τη παρούσα διατριβή ότι δεν επαρκεί αφού αφενός ανιχνεύσιμα επίπεδα βρέθηκαν σε αγροτικά προϊόντα – χωρίς να υπερβαίνουν βέβαια τα επιτρεπόμενα όρια και αφετέρου πιστοποιήθηκε η βαρύτερη έκθεση των ψεκαστών έναντι του αγροτικού πληθυσμού. Η ενημέρωση και η ευαισθητοποίηση όλων των συντελεστών παραγωγής είναι κάτι που συνεπάγεται και απαιτείται από τη σημερινή κοινωνία μέσω του ελέγχου, της εξειδίκευσης και της συνεχούς εκπαίδευσης των εμπλεκομένων με τη γεωργία.