Substancje rakotwórcze w żywności. Czego lepiej unikać

Pokarm jest nam niezbędny do życia, by dostarczać organizmowi energii. Oprócz składników odżywczych produkty spożywcze mogą nieść ze sobą substancje toksyczne, w tym kancerogenne. Związki te mogą naturalnie występować w żywności, ale częściej powstają w wyniku procesów kulinarnych bądź technologicznych, czy nieprawidłowego przechowywania żywności. Równie dobrze substancje rakotwórcze lub ich prekursory mogą być wchłonięte i skumulowane w roślinach z gleby i powietrza. Opakowania syntetyczne też stanowią ryzyko migracji związków toksycznych do żywności [1-3].

Skąd się biorą substancje rakotwórcze w diecie

Substancje rakotwórcze. Definicja i występowanie

Według definicji Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem (IARC – z ang. International Agency for Research on Cancer) przy Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) substancja rakotwórcza (inaczej: kancerogenna) to związek lub mieszanina związków chemicznych, inicjujących powstanie nowotworu złośliwego lub zwiększających częstotliwość jego nawrotu [4,5].

Substancje mutagenne, po aktywacji metabolicznej w organizmie, mogą wejść w interakcje z kwasami nukleinowymi DNA człowieka, prowadząc do zmian w kodzie genetycznym. Jeśli taki błąd nie zostanie naprawiony, dochodzi do mutacji, nadmiernej ekspresji genów i niekontrolowanych podziałów komórki rakowej, a w konsekwencji do rozwoju nowotworu.

Zaburzenia funkcji genów mogą być spowodowane także czynnikami fizycznymi (np. promieniowanie ultrafioletowe), związkami chemicznymi (skażenia środowiskowe, dym tytoniowy, zanieczyszczenia żywności) lub czynnikami biologicznymi (bakterie, wirusy, pasożyty) [1,4].

Szacuje się, że czynniki środowiskowe mogą odpowiadać za nawet 70-90% przypadków nowotworów, przy czym najbardziej istotnymi są: sposób odżywiania i palenie tytoniu [6].

Konsumpcja określonych rodzajów żywności, szczególnie wysoko przetworzonej, ma kluczowe znaczenie w powstawaniu nowotworów złośliwych. Warto być świadomym zagrożeń i starać się unikać spożywania produktów możliwie kancerogennych, przebywania wśród osób palących lub palenia oraz uwzględnić ryzyko zawodowe związane z pracą w przemyśle [4].

Substancje rakotwórcze – klasyfikacja IARC

Według klasyfikacji IARC podzielono czynniki i substancje rakotwórcze na 4 grupy [5]:

Grupa	Nazwa
1	czynniki rakotwórcze dla człowieka
2A	czynniki prawdopodobnie rakotwórcze dla człowieka (propably)
2B	czynniki możliwie rakotwórcze (possibly)
3	substancje niemożliwe do zaklasyfikowania (na obecnym etapie badań i wiedzy), jako rakotwórcze dla człowieka
4	substancje prawdopodobnie nierakotwórcze dla człowieka

Substancje rakotwórcze w żywności

Nitrozoaminy

Nitrozoaminy to związki azotowe powstające w wyniku endogennej syntezy z azotanów (III) i azotanów (V), występujących w żywności. Źródłem tych pochodnych są produkty mięsne, zwłaszcza wędzone i peklonowane, do których dodaje się azotany w celach konserwacji.

Mogą one także pochodzić z roślin jadalnych, pobierających azotany z nawożonej tymi związkami gleby. Ich źródłem mogą być również procesy przemian mikrobiologicznych i enzymatycznych w mięsie, rybach, serach, przetworach zbożowych, herbacie, winie itp. Nitrozoaminy powstają w wyniku reakcji chemicznej endogennych amin lub amidów z azotanami (III), które utworzone zostały uprzednio poprzez redukcję azotanów (V) w środowisku kwsowym żołądka lub dzięki udziałowi bakterii denitryfikacyjnych.

W normalnej przemianie azotanów (V) są one redukowane do azotanów (III), a następnie do jonów amonowych. Jednakże przy nadmiarze tych pierwszych, np. w wyniku wysokiej konsumpcji mięsa czerwonego (> 60 g/d), łączą się one z aminami, prowadząc do syntezy kancerogennych nitrozoamin. Do najczęściej spotykanych w żywności nitrozoamin, na które narażony jest człowiek, zaliczana jest N-nitrozodimetyloamina (NDMA).

Nitrozoaminy są odpowiedzialne za indukcję nowotworów wątroby, jelita grubego, płuc, trzustki, żołądka, nerek, pęcherza moczowego, przełyku i języka. Wykazują one właściwości genotoksyczne, mutagenne, teratogenne i kancerogenne, powodując m.in. alkilowanie DNA [2,7].

Heterocykliczne aminy aromatyczne (HAA)

Heterocykliczne aminy aromatyczne (HAA) powstają w wyniku pirolizy aminokwasów lub białek zawartych w żywności poddanej obróbce termicznej lub w reakcji aminokwasów wchodzących w skład białek mięsa z kreatyną i heksozami (reakcja Maillarda). Z tego względu największe ilości HAA występują w smażonych i pieczonych mięsach.

Również przetworzone produkty zbożowe i strączkowe (np. zamienniki mięsa), szczególnie, kiedy są nadmiernie wypieczone, mogą zawierać HAA. Ten rodzaj amin wykryto także w piwie, winie, kawie, dymie papierosowym i w dymie powstającym podczas obróbki mięsa.

HCA są aktywowne w wątrobie przez cytochrom P450 i metabolizowane za pośrednictwem enzymów I i II fazy metabolizmu ksenobiotyków. Powstałe w wyniku tych przemian reaktywne formy mogą wiązać się z DNA, tworząc addukty, które, jeśli nie zostaną usunięte w wyniku skutecznej naprawy, mogą być odpowiedzialne za mutagenność tych związków.

HCA u zwierząt laboratoryjnych indukują nowotwory w wielu narządach, m.in. w obrębie układu pokarmowego, piersi i płuc. Zaliczane są do grupy 2A wśród związków rakotwórczych [2,8].

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są wszechobecne w środowisku, jako zanieczyszczenie powietrza, gleby i żywności. Wysokie ilości WWA są emitowane w trakcie niecałkowitego spalania węgla lub materii organicznej (np. drewna, paliw kopalnych), w spalinach samochodowych czy dymie papierosowym.

Warzywa i owoce mogą być zanieczyszczone WWA zarówno poprzez powietrze, wodę, jak i glebę. Z drugiej jednak strony WWA mogą być obecne w żywności w wyniku poddania jej obróbce podczas procesów takich jak: wędzenie, ogrzewanie (grillowanie, pieczenie, smażenie), suszenie bezprzeponowe, palenie kawy czy ekstrakcja oleju.

Źródłem WWA jest również palenie tytoniu, Zarówno bierne, jak i czynne palenie jest istotnym czynnikiem ryzyka nowotworowego. Najczęściej występującymi węglowodorami aromatycznymi są: benzo(a)piren, benzo(a)antracen, benzo(b)fluoroanten i chryzen.

Ciężkie WWA są genotoksycznymi kancerogenami. Duża liczba WWA wykazuje także silne efekty mutacji biologicznych. Część związków, mimo nieudowodnionych właściwości kancerogennych, może wykazywać działanie synergistyczne. Po dostaniu się do wnętrza komórek ulegają one metabolicznej aktywacji do toksycznych reaktywnych pośrednich metabolitów, które mogą nieodwracalnie uszkadzać makrocząsteczki komórkowe (DNA, lipidy oraz białka).

Aktywowane głównie przez cytochrom P450 metabolity WWA tworzą addukty z DNA oraz albuminą i hemoglobiną. Poliareny reprezentuję klasę związków o zróżnicowanej toksyczności, które mogą wywoływać niebezpieczne efekty in vivo, w tym działanie cytotoksyczne, genotoksyczne, immunotoksyczne, teratogenne i kancerogenne. [9,10].

Skóra wchłania więcej wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych niż płuca podczas

Akrylamid

Akrylamid jest monomerem wykorzystywanym w przemyśle. Obecny jest również w żywności, szczególnie w produktach spożywczych bogatych w węglowodany, poddawanych obróbce cieplnej w temperaturze powyżej 120 °C w reakcji cukrów redukujących z aminokwasami (przede wszystkim asparaginą).

Największe ilości tego związku powstają podczas wytwarzania produktów ziemniaczanych (frytek, chipsów, chrupek) i zbożowych (chleba, pieczywa chrupkiego, ciastek, płatków zbożowych). Akrylamid i jego pochodne oraz produkty jego metabolizmu wykazują trzy rodzaje toksyczności: neurotoksyczność, genotoksyczność i kancerogenność.

Akrylamid zaliczany jest do grupy 2A, czyli związków prawdopodobnie kancerogennych dla ludzi. Tak samo, jak inne opisywane wcześniej związki, akrylamid jest metabolizowany w wątrobie do aktywnego metabolitu, które może się wiązać z DNA, prowadząc do mutacji [3,11].

Mykotoksyny

Mykotoksyny to wtórne metabolity pleśni, takich jak: Aspergillus, Fusarium i Penicillium, o działaniu toksycznym i rakotwórczym. Do najczęściej występujących mykotoksyn należą: aflatoksyna, ochratoksyna A, patulina, fumonizyny, deoksyniwalenol i zearanlenol.

Aflatoksyny i ochratoksyna znalazły się na liście IARC jako potencjalne kancerogeny u ludzi. Wszystkie mogą być one przyczyną zatruć o ostrym przebiegu, przebiegającym nawet z uszkodzeniem narządów wewnętrznych (wątroba, nerki). Również te wymienione narządy są najbardziej narażone ryzykiem mutacji i nowotworzenia.

Mykotoksyny mają właściwości mutagenne, teratogenne, kancerogenne i estrogenne. Ich powstawanie wynika zazwyczaj z nieprawidłowego przechowywania żywności, a do produktów najczęściej zanieczyszczonych należą kukurydza i orzeszki ziemne, czy inne orzechy. Mogą one występować także w wielu innych produktach rolno-spożywczych, takich jak: zboża i ich przetwory, orzechy, przyprawy, kawa, kakao, herbata, suszone owoce, piwo, wino, mleko w proszku. Ochratoksyna jest głównym zanieczyszczeniem biologicznym zbóż, zaś patulina – jabłek i innych owoców [12].

Substancje przenikające z gleby i powietrza do żywności

Roślinne produkty spożywcze, pozyskując składniki odżywcze i wodę z gleby, mogą absorbować także szkodliwe dla zdrowia człowieka substancje, takie jak: metale ciężkie, dioksyny, polichlorowane difenyle czy pierwiastki radiotwórcze.

Zwierzęta hodowlane, karmiące się na pastwiskach także mogą kumulować w tkankach miękkich związki toksyczne. Dioksyny powstają w wyniku procesu spalania lub ogrzewania surowców organicznych (np. odpadów przemysłowych, węgla kamiennego itp.), a później osadzają się na roślinach. Ekspozycja na te związki może powodować wzrost ryzyka nowotworów układu krwiotwórczego i limfatycznego oraz raka piersi u kobiet [4].

Oprócz silnego działania rakotwórczego, dioksyny mogą być przyczyną wad rozwojowych oraz uszkodzeń DNA i systemu odpornościowego. Głównym źródłem dioksyn są produkty zawierające tłuszcz zwierzęcy: mięso i jego przetwory, drób, ryby, mleko i produkty mleczne oraz jaja. Polichlorowane bifenyle mają budowę zbliżoną do dioksyn i również wykazują działanie toksyczne. Dostają się do środowiska na skutek uszkodzeń i niewłaściwej utylizacji urządzeń elektrycznych [3]. Dioksyny i polichlorowane difenyle należą do grupy ksenoestrogenów, mogących naśladować działanie estrogenów i zwiększyć ryzyko wystąpienia hormonozależnych nowotworów piersi [6].

Substancje, mogące przenikać do żywności z opakowań

Składniki opakowań mogą w niesprzyjających warunkach migrować do produktu spożywczego. Potwierdzono, że stosowany m.in. do wyściełania metalowych puszek, organiczny związek chemiczny z grupy fenoli – bisfenol A (BPA) wykazuje właściwości kancerogenne oraz powoduje zaburzenia endokrynologiczne, przyczyniając się do powstawania raka piersi czy jajników.

Związek ten jest związany również z rozwojem niepłodności, cukrzycy i otyłości. Dlatego, kupując opakowaną żywność czy pojemniki przeznaczone do jej przechowywania, warto wybierać te z oznaczeniem bez BPA [4].

Polichlorek winylu (PCV) to polimer wykorzystywany do produkcji m.in. opakowań. Jego monomer – chlorek winylu przypuszczalnie jest kancerogenny dla człowieka. Obecność chlorku winylu w żywności spowodowana jest jego migracją z naczyń, opakowań i innych produktów, mających kontakt z żywnością. Po utlenieniu w wątrobie wykazuje on silne właściwości mutagenne i genotoksyczne, wiążąc się z kwasami nukleinowymi.

Ftalany – powszechnie używane jako plastyfikatory, także mogą przenikać z opakować do żywności, lecz nie wykazują one działania rakotwórczego u człowieka [3]. Do innych substancji pochodzących z opakowań, które mogą zanieczyszczać żywność, należą: semikarbazyd (SEM) pochodzący z nakrętek, fotoinicjatory farb drukarskich (izopropylotioksanton (ITX) i związki benzofenonu), pierwszorzędowe aminy aromatyczne (PAAs) i formaldehyd.

Substancje te mogą być szkodliwe dla zdrowia człowieka, zwłaszcza dla niemowląt, wykazując m.in. działanie genotoksyczne i rakotwórcze. Ich stężenie w żywności jest monitorowane przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) i w przypadku przekroczenia dopuszczalnych limitów zanieczyszczeń, informacja taka jest rozsyłana w ramach działania systemu RASFF [13,14].

Grupy produktów spożywczych zaliczanych do kancerogennych

Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem w klasyfikacji czynników i substancji rakotwórczych, oprócz kancerogennych związków chemicznych zawartych w żywności, umieściła także kilka grup produktów spożywczych, przyczyniających się do powstawania nowotworów. Należą do nich: mięso czerwone oraz przetworzone, alkohol i bardzo gorące napoje > 65 st. C. Mięso przetworzone i alkohol zaliczone są do grupy 1 – rakotwórczych dla człowieka, zaś czerwone mięso i napoje gorące do grupy 2A – prawdopodobnie rakotwórczego [15].

Mięso czerwone i przetworzone

Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC) sklasyfikowała czerwone mięso i przetworzone mięso odpowiednio jako prawdopodobnie rakotwórcze i rakotwórcze dla ludzi. Wnioski te opierały się głównie na badaniach dotyczących raka jelita grubego, ale potwierdzono także zwiększoną kancerogenność ogólną i wyższe występowanie raka piersi i raka prostaty przy najwyższym kwintylu spożycia czerwonego i przetworzonego mięsa.

Potencjalne czynniki rakotwórcze zawarte w produktach mięsnych obejmują składniki naturalnie w nim występujące, ale również powstające przy obróbce cieplnej mięsa. Należą do nich: żelazo, azotany i azotyny, aminy heterocykliczne oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Z tego względu rekomendowane jest obniżenie spożycia mięsa czerwonego do 500 g tygodniowo, a mięsa przetworzonego do 50 g dziennie [16].

Alkohol

Napoje alkoholowe spożywane często, w dużych ilościach i przez dłuższy czas są niebezpieczną używką, mogącą powodować negatywne zmiany w organizmie. Etanol w największym stopniu dotyka wątroby, niszcząc jej komórki, może prowadzić do marskości (pojawia się u 10% alkoholików). Poza tym nadużywanie etanolu zwiększa ryzyko wystąpienia raka jamy ustnej, raka gardła, krtani, przełyku, płuc, żołądka, trzustki, okrężnicy i piersi.

Spożywany przez kobiety podczas ciąży może prowadzić do wystąpienia u dzieci alkoholowego zespołu płodowego [3]. Mechanizmy, dzięki którym spożywanie alkoholu wywiera działanie rakotwórcze, nie zostały w pełni zdefiniowane, chociaż prawdopodobne obejmują: genotoksyczny wpływ aldehydu octowego – głównego metabolitu etanolu, wzrost stężenia estrogenu, rolę etanolu jako rozpuszczalnika substancji rakotwórczych tytoniu, produkcję reaktywnych form tlenu i azotu oraz zmiany w metabolizmie kwasu foliowego [17]. Aldehyd może generować błędy replikacji genów. Interferuje on w wielu miejscach z syntezą DNA, wpływa na zdolności systemów naprawczych DNA oraz wiążąc się z białkami komórkowymi, powoduje zaburzenia funkcjonowania komórek. Reaktywne formy tlenu mogą wpływać bezpośrednio na DNA lub przez utlenianie lipidów, powodować powstawanie przerw w łańcuchu DNA [18]. Zaleca się nieprzekraczanie ilości spożycia alkoholu do 2 porcji dla mężczyzn i 1 dla kobiet dziennie [17].

Gorące napoje

Zaoberwowano zwiększoną częstość występowania guzów przełyku wywołanych nitrozoaminą po podawaniu gorącej wody (65-70 st. C) szczurom i myszom. Wskazuje to na rolę gorących płynów w promocji nowotworowej. Badania u ludzi wykazały również zwiększone ryzyko raka przełyku podczas częstego picia gorącej herbaty i innych napojów, w porównaniu do tych o niższej temperaturze. Dowody właściwości kancerogennych napojów o wysokiej temperaturze są ograniczone. Wskazuje się m.in. na uszkodzenie mechaniczne komórek przełyku i następstwa, które mogą prowadzić do raka [19]. Z tego powodu należy spożywać ciepłe napoje po przestudzeniu.

Podsumowanie

Rozwój cywilizacji (powszechnie występujące zanieczyszczenia środowiskowe) i przetwórstwo żywności przyczyniły się powstania wielu zagrożeń toksykologicznych, które mogą niekorzystnie wpływać na zdrowie człowieka. Nawet żywność może nieść wiele kancerogennych substancji chemicznych, dlatego warto znać ich potencjalne źródła i starać się ograniczać ich spożycie.

Zasadnym wydaje się zmniejszenie konsumpcji żywności przetworzonej, zwłaszcza produktów z czerwonego mięsa (wędzonego, smażonego), obniżenie spożycia alkoholu oraz dbanie o właściwe przechowywanie żywności.

Piśmiennictwo:

1. Stachelska, A. (2006). Obecność mutagenów i kancerogenów w żywności oraz ich wpływ na organizm człowieka. Żywność: nauka-technologia-jakość, 1(46), 21-29.
2. Majewska, E., Kozłowska, M., & Łobacz, M. (2011). Kancerogeny chemiczne w żywności Część
3. I. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 1, 71-75.
4. Kozłowska, M., Majewska, E., & Łobacz, M. (2011). Kancerogeny chemiczne w żywności. Część II. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 2, 65-71.
5. Olędzki, R. (2017). Substancje niebezpieczne w żywności wykazujące działanie rakotwórcze i mutagenne. [W:] Maciąg, M., Maciąg. K. Zagrożenia i problemy cywilizacyjne XXI w.–przegląd i badania (s. 30-48). Lublin: Wydawnictwo Naukowe Tygiel.
6. Dobrzański, Z., Buszewski, B., Opaliński, S., Kołacz, R., & Koziel, J. A. (2017). Ksenobiotyki, substancje toksyczne, mutagenne i kancerogenne: klasyfikacja i aspekty prawne. Przemysł Chemiczny, 96(1), 76-84.
7. Bartoszek-Pączkowska, Agnieszka. (2007). Mutagenne, rakotwórcze i przeciwrakotwórcze składniki żywności. [W:] Sikorski, Z.E. (red.) Chemia żywności – Odżywcze i zdrowowotne właściwości składników żywności. (t. 3, s. 114-148). Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne
8. Nowak, A., & Libudzisz, Z. (2008). Karcynogeny w przewodzie pokarmowym czlowieka. Żywność Nauka Technologia Jakość, 15(4), 9-25.
9. Woziwoda, A., & Piosik, J. (2009). Heterocykliczne aminy aromatyczne: charakterystyka i znaczenie w indukcji procesow nowotworowych. Biotechnologia, 4, 133-151.
10. Zachara, A., & Juszczak, L. (2016). Zanieczyszczenie żywności wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi-wymagania prawne i monitoring. Żywność Nauka Technologia Jakość, 23(3), 5-20.
11. Kubiak, M. S. (2013). Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)–ich występowanie w środowisku iw żywności. Problemy Higieny i Epidemiologii, 94(1), 31-36.
12. Jankowska, J., Helbin, J., & Potocki, A. (2009). Akryloamid jako substancja obca w żywności. Problemy Higieny i Epidemiologii, 90(2), 171-174.
13. Miśniakiewicz, M. (2008). Biologiczne zanieczyszczenia żywności: mikotoksyny. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie, 781, 113-129.
14. Ćwiek-Ludwicka, K. (2010). Zagrożenia dla zdrowia związane z migracją substancji z opakowań do żywności. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny, 61(4), 341-347.
15. Ćwiek-Ludwicka, K., Stelmach, A., & Półtorak, H. (2007). Bezpieczeństwo wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością w systemie RASFF. Roczn. PZH, 58(4), 599-607.
16. IARC MONOGRAPHS ON THE IDENTIFICATION OF CARCINOGENIC HAZARDS TO HUMANS https://monographs.iarc.fr/list-of-classifications
17. Diallo, A., Deschasaux, M., Latino‐Martel, P., Hercberg, S., Galan, P., Fassier, P., … & Touvier, M. (2018). Red and processed meat intake and cancer risk: results from the prospective NutriNet‐Santé cohort study. International Journal of Cancer, 142(2), 230-237.
18. Boffetta, P., & Hashibe, M. (2006). Alcohol and cancer. The lancet oncology, 7(2), 149-156.
19. Dyr, W. (2017). Metabolism of ethyl alcohol and the development of cancer. Alcoholism and Drug Addiction/Alkoholizm i Narkomania, 30(4), 295-306.
20. Loomis, D., Guyton, K. Z., Grosse, Y., Lauby-Secretan, B., El Ghissassi, F., Bouvard, V., … & Straif, K. (2016). Carcinogenicity of drinking coffee, mate, and very hot beverages. Lancet Oncology, 17(7), 877.