Βιοσυσσώρευση βαρέων μετάλλων σε λαχανοκομικά είδη.

Abstract

Η κατανάλωση λαχανοκομικών προϊόντων είναι απαραίτητη για μια ισορροπημένη διατροφή καθώς περιέχουν πλήθος θρεπτικών συστατικών που συμμετέχουν καθοριστικά στη σωστή λειτουργία του μεταβολισμού και στη διατήρηση της υγείας. Πρόσφατα ερευνητικά αποτελέσματα έχουν δείξει σημαντική μείωση της ποσότητας και υποβάθμιση της ποιότητας των λαχανικών εξαιτίας της τοξικότητας που προκαλεί η συσσώρευση βαρέων μετάλλων. Τα βαρέα μέταλλα μεταξύ των ρύπων θεωρούνται από τα πλέον τοξικά και επικίνδυνα επειδή δεν διασπώνται εύκολα και παραμένουν για μεγάλο χρονικά διαστήματα στο περιβάλλον. Ακόμη συσσωρεύονται στους οργανισμούς και μέσω της τροφικής αλυσίδας ή/και του αέρα στον άνθρωπο. Η βιοσυσσώρευσή τους στον ανθρώπινο οργανισμό έχει συσχετιστεί µε πολύ σοβαρά νοσήματα όπως καρκίνος, καρδιακές και αναπαραγωγικές τοξικότητες, τερατογένεση και γενοτοξικότητα χωρίς να γνωρίζουμε επαρκώς όλες τις μακροπρόθεσμα βλαβερές επιδράσεις τους. Οι μέχρι σήμερα δημοσιευμένες μελέτες παρουσιάζουν την ιδιότητά της εκλεκτικής τους συσσώρευσης σε διάφορα όργανα όπως στο συκώτι ή τα νεφρά. Σαν μια ακόμη τρομακτική αλήθεια υποστηρίζεται ότι γίνεται μεταφορά στα έμβρυα μέσω της κύησης ή/και του θηλασμού ενώ συνδέονται και με την σωστή λειτουργία του εγκεφάλου των παιδιών. Η συσσώρευση βαρέων μετάλλων στους φυτικούς ιστούς μπορεί να προκαλέσει παρεμπόδιση βασικών φυσιολογικών λειτουργιών των φυτών με ή χωρίς μορφολογικές αλλοιώσεις, βιοχημικές αλλαγές και διαφοροποιήσεις των μεταβολιτών και της έκφρασης γόνων. Η είσοδος στους φυτικούς ιστούς γίνεται με απορρόφηση από το ριζικό σύστημα, συνήθως μετά από συμπλοκοποίησή τους με άλλα στοιχεία στο εδαφικό διάλυμα, ή/και από τα στομάτια των φυτών, ως υδρατμοί ή αιωρούμενα σωματίδια. Η συνεχιζόμενη ανθρωπογενής ρύπανση από τη βιομηχανική δραστηριότητα και την μη ορθολογική χρήση φυτοφαρμάκων και λιπασμάτων στη γεωργία, αυξάνει την ανησυχία επιστημόνων και καταναλωτών για τη συσσώρευση βαρέων μετάλλων σε γεωργικά εδάφη και τη μεταφορά τους στα παραγόμενα τρόφιμα. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις μετάλλων το φυτικό κύτταρο καταφεύγει σε μηχανισμούς αποφυγής της τοξικότητας όπως αποκλεισμό μετάλλων, μετατόπιση και συμπλοκοποίησή τους στο κυτταρόπλασμα. Μέταλλα όπως Fe, Cu, Cr, V και Co συμμετέχουν άμεσα στην παραγωγή ενεργών ριζών οξυγόνου (ROS). Σε άλλη ομάδα όπως τα Hg, Cd και Ni το αρχικό μονοπάτι της τοξικότητάς τους είναι η ποσοτική μείωση του γλουταθείου και η δημιουργία δεσμών με τις σουλφυδρικές ομάδες των πρωτεϊνών. Το μεταλλοειδές As θεωρείται ότι δεσμεύεται απευθείας με κρίσιμης σημασίας θειόλες παρόλο που έχουν προταθεί και άλλοι μηχανισμοί συμπεριλαμβανομένης της δημιουργίας H2O2. Οι ζημιές που έχουν καταγραφεί στον φωτοσυνθετικό μηχανισμό αποδίδονται, επιπλέον των προαναφερθέντων, σε άμεσες αντιδράσεις των μετάλλων με τη φωτοσυνθετική πρωτεΐνη Rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase). Ενδιαφέρον ακόμη παρουσιάζουν η υπεροξείδωση λιπιδίων των θυλακοειδών μεμβρανών, η απώλεια φωτοσυνθετικών χρωστικών και η αποικοδόμηση πρωτεϊνών που συχνά προκαλείται. Τα μεταλλικά κατιόντα τροποποιούν τη δομική οργάνωση και τις φωτοχημικές αντιδράσεις των χλωροπλαστών ενώ παράλληλα ευνοείται ο σχηματισμός ROS. Η ποσότητα των μετάλλων που προσλαμβάνει ένα φυτό έχει συσχετιστεί με το είδος, τη μορφή και την κινητικότητα του μετάλλου, τη σύσταση του εδαφικού διαλύματος, όσον αφορά και την παρουσία άλλων στοιχείων, το pH, την περιεκτικότητα σε οργανική ουσία και την εδαφική υγρασία. Τα καλλιεργούμενα είδη παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές στον τρόπο που απορροφούν βαρέα μέταλλα εξαιτίας της διαφοροποίησης των χαρακτηριστικών ανάπτυξης των φυτών, των γενετικών χαρακτηριστικών, των φυσιολογικών ιδιοτήτων, των μορφολογικών-ανατομικών χαρακτηριστικών και των μηχανισμών μεταφοράς των διαφορετικών ιόντων. Όμως υπάρχουν και κάποιοι ερευνητές οι οποίοι διαφοροποιούν τη μεταφορά στους καρπούς με τις ιδιότητες του εδάφους όπως pH, οργανική ουσία ή δομή. Οι καλλιεργητικές τεχνικές που υιοθετούνται είναι πιθανόν να οξύνουν ή να αμβλύνουν τη βιοσυσσώρευση των βαρέων μετάλλων στα καταναλισκόμενα μέρη των φυτών. Για αυτό τον σκοπό αγρονομικές πρακτικές όπως το σύστημα διαχείρισης λιπασμάτων και νερού, η χρήση μικροοργανισμών, ο εμβολιασμός και η αμειψισπορά μπορούν να επηρεάσουν τη βιοδιαθεσιμότητα και τη συσσώρευση βαρέων μετάλλων στα λαχανικά. Απαιτούνται περαιτέρω έρευνες για να διαπιστωθούν οι διακυμάνσεις της πρόσληψης μετάλλων σε περισσότερα είδη λαχανικών και οι κατευθυντήριες γραμμές για την εκτίμηση επικινδυνότητας, ώστε να επισημανθούν και να ελαχιστοποιηθούν οι δυνητικοί κίνδυνοι για την υγεία από την βρώση λαχανικών που περιέχουν υψηλά επίπεδα βαρέων μετάλλων.

Consumption of vegetable products is essential for a balanced diet and they are decisively involved in the proper functioning of metabolism and in maintaining health. Recent research results have shown a significant reduction in the quantity and degradation of the quality of vegetables due to the toxicity caused by the accumulation of heavy metals. Heavy metals amoung pollutants are considered to be the most toxic and dangerous because they are not easily decomposed and remain for long periods of time in the environment. They also accumulate in organisms through the food chain or the air in humans. Their bioaccumulation in the human body has been associated with very serious diseases such as cancer, cardiac and reproductive toxicities, teratogenicity and genotoxicity without knowing sufficiently all their long-term harmful effects. Up to now published studies show their selective accumulation in various organs such as the liver or kidneys. As another frightening truth it is argued that it is transported to the embryos through pregnancy and/or breastfeeding while they are also associated with the proper functioning of the children's brain. Accumulation of heavy metals in plant tissues can cause inhibition of basic physiological functions of plants with or without morphological alterations, biochemical changes, and differentiation of metabolites and germ expression. Entry into plant tissues is by absorption from the root system, usually after complexation with other elements in the soil solution and/or from plant stems such as water vapor or suspended particles. Continued anthropogenic pollution from industrial activity and the unusual use of pesticides and fertilizers in agriculture raises the concern of scientists and consumers about the accumulation of heavy metals in agricultural soils and their transport to manufactured foods. At low metal concentrations the plant cell resorts to mechanisms to avoid toxicity such as metal blocking, displacement and complexation in the cytoplasm. Metals such as Fe, Cu, Cr, V and Co are directly involved in the production of active oxygen radicals (ROS). In another group such as Hg, Cd and Ni their initial pathway of toxicity is the quantitative reduction of glutathione and the formation of bonds with the sulfhydric groups of the proteins. As metalloid is believed to be directly bound to critical thiols, although other mechanisms including the formation of H2O2 have been proposed. The damage recorded in the photosynthetic mechanism is attributed, in addition to the above, to direct reactions of the metals with Rubisco's photosynthetic protein (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase). Also an interesting fact is that they may cause lipid peroxidation of follicular membranes, loss of photosynthetic pigments and protein degradation. Metallic cations modify the structure and photochemical reactions of chloroplasts while favoring ROS formation. The amount of metals involved in a plant has been associated with the species, shape and mobility of the metal, the composition of the soil solution, and the presence of other elements, pH, organic matter content and soil moisture. Cultivated species exhibit significant differences in the way they absorb heavy metals due to the differentiation of plant growth characteristics, genetic characteristics, physiological properties, morphological-anatomical characteristics and mechanisms of transport of different ions. But there are also some researchers who differentiate the transfer to fruit with soil properties such as pH, organic substance or structure. Cultivation techniques adopted are likely to exacerbate or mitigate the bioaccumulation of heavy metals in the consumed parts of plants. For this purpose, agronomic practices such as the fertilizer and water management system, the use of micro-organisms, vaccination and crop rotation can affect the bioavailability and accumulation of heavy metals in vegetables. Further research is needed to detect variations in the intake of metals in more vegetables and the risk assessment guidelines to highlight and minimize the potential health risks of eating vegetables containing high levels of heavy metals.