Estrategias dietéticas para disminuir la biodisponibilidad de mercurio desde alimentos

Abstract

Mercury (Hg) is a toxic metal widely distributed in the environment. The main route of exposure for humans is the diet, where it is presented in inorganic form [Hg(II)] or as methylmercury (CH3Hg). Seafood products, especially large marine predators, and mushrooms are the foods with the highest concentrations of this metal. The need to reduce Hg exposure of the population, especially those living in contaminated areas or those in which seafood products are an important basis of their diets, is a priority. However, it is not an easy task to avoid food contamination or to eliminate the contaminant prior to its consumption. It is therefore necessary to search for alternative ways to reduce exposure to Hg without eliminating from the diet these food products with a high nutritional value. One of these possible ways of action is to reduce selectively the arrival of Hg into the bloodstream after oral intake, without compromising the arrival of other essential elements and using for that purpose compounds whose food safety have been proven. This has been the main objective of this PhD thesis. An initial characterization of the bioaccessible fraction of foods with high Hg contents was carried out to determine the risk associated with their intake. The data show that the amount of Hg that is released during the digestion of the food is lower than the initial content of Hg in the sample and that it is especially affected by the gastric pH and, in the case of seafood products, also by the pepsin and pancreatic lipase concentrations. The evaluation of the molar ratio selenium (Se)/Hg shows that in the bioaccessible fractions, there is usually a molar excess of Se, which according to some studies indicates a lower risk associated to the exposure. Thus, although a significant proportion of these matrices exceed the maximum level for Hg and their intake would exceed the recommended weekly intake, the associated risk may not be so high if, as it has observed in vitro, the arrival of Hg in the systemic circulation is lower than expected and the contribution of Se and its absorption are high. The attempt to decrease the bioavailability of Hg has been addressed by the search for food components or food-grade microorganisms capable of decreasing the bioaccessibility of Hg after digestion or of diminishing its transport through the intestinal wall. Initial approaches have been carried out in vitro using simulated gastrointestinal digestion and cellular models of intestinal epithelium. It has been evidenced that certain types of cellulose, tannic acid, pectin and lignin are food compounds with a high binding capacity to both mercurial forms, which is maintained during gastrointestinal digestion and they are even effective in reducing the bioaccessibility of Hg from seafood products and mushrooms. These treatments do not modify the initial chemical form of Hg; however, they have the disadvantage that in some cases they reduce the bioaccessibility of essential elements. It has also been shown that digestion in the presence of lactic acid bacteria of the genus Lactobacillus and Saccharomyces cerevisiae also results in a high reduction of the bioaccessibility of Hg in aqueous solution and of Hg present in mushrooms; however, these strategies are not effective reducing the bioaccessibility of Hg present in seafood products. The analysis of the factors that could influence the inefficiency of these microorganisms in seafood products indicates that possibly the form in which Hg is released from the food matrix prevents this metal from being uptaked by bacteria and yeasts. On the other hand, it has been shown that there are dietary components, especially those with thiol groups (cysteine, GSH and homocysteine) and supplements rich in these components, as well as strains of Lactobacillus and S. cerevisiae that can reduce the transport of Hg(II) and CH3Hg through the monolayer of intestinal cells, thus affecting directly the absorption of Hg. ...

El mercurio (Hg) es un metal tóxico ampliamente distribuido en el medio ambiente. La principal vía de exposición para el ser humano la constituye la dieta, donde se presenta en forma inorgánica [Hg(II)] o como metilmercurio (CH3Hg). Dentro de los alimentos que presentan elevados contenidos de este metal destacan los productos pesqueros, especialmente los grandes depredadores marinos, y las setas. La necesidad de reducir la exposición a Hg de la población, especialmente de aquellos grupos que viven en zonas contaminadas o aquellas poblaciones en las que los productos pesqueros son una base importante de sus dietas es una prioridad. Sin embargo, no es una tarea fácil evitar la contaminación del alimento o eliminar el contaminante previo a su consumo. Es por tanto necesario buscar vías alternativas para disminuir la exposición a Hg sin eliminar de la dieta alimentos con un alto valor nutritivo. Entre estas posibles vías de actuación está la de reducir selectivamente la llegada del tóxico a la circulación sanguínea tras su ingesta oral, sin comprometer la llegada de otros elementos esenciales y empleando para tal fin, compuestos cuya seguridad alimentaria esté probada. Este ha sido el objetivo principal de la presente tesis doctoral. Se ha llevado a cabo una caracterización inicial de la fracción bioaccesible de los alimentos con mayores contenidos de Hg para determinar el riesgo asociado a su ingesta. Los datos han mostrado que la cantidad de Hg que se libera durante la digestión del alimento es inferior al contenido inicial de la muestra y que ésta se ve especialmente afectada por el pH de la digestión gástrica y, en el caso de productos pesqueros, por la concentración de pepsina y lipasa pancreática. La evaluación del ratio molar selenio (Se)/Hg muestra que en las fracciones bioaccesibles hay por lo general, un exceso molar de Se, lo que según algunos estudios indica un menor riesgo asociado. Así, aunque una parte importante de estas matrices superan el límite legislado para Hg y su ingesta superaría la ingesta semanal recomendada, puede que el riesgo asociado no sea tan elevado si tal y como se observa in vitro la llegada de Hg a la circulación sistémica es menor de la esperada y el aporte de Se y su absorción son elevados. El intento de disminuir la biodisponibilidad de Hg se ha abordado mediante la búsqueda de componentes alimentarios o microrganismos de grado alimentario capaces de disminuir la bioaccesibilidad del Hg tras la digestión o de disminuir su transporte a través de la pared intestinal. Las aproximaciones iniciales se han llevado a cabo in vitro empleando una digestión gastrointestinal simulada y modelos celulares de epitelio intestinal. Se ha evidenciado que determinados tipos de celulosa, el ácido tánico, la pectina y la lignina son compuestos alimentarios con una elevada capacidad de unión a ambas formas mercuriales, la cual se mantiene durante la digestión gastrointestinal, incluso se muestran eficaces reduciendo la bioaccesibilidad de Hg desde productos pesqueros y setas. Estos tratamientos no modifican la forma química inicial del Hg, sin embargo, presentan el inconveniente de que en algunos casos reducen la bioaccesibilidad de elementos esenciales. Asimismo, se ha puesto de manifiesto que la digestión en presencia de bacterias lácticas del género Lactobacillus y de Saccharomyces cerevisiae también produce una elevada reducción de la bioaccesibilidad del Hg en disolución acuosa y del Hg presente en setas; sin embargo, estas estrategias no son efectivas reduciendo la bioaccesibilidad del Hg presente en productos pesqueros. El análisis de los posibles factores que influyen en la ineficacia de estos microrganismos en productos pesqueros indica que posiblemente la forma en que se libera el Hg de la matriz alimentaria impide que este metal pueda ser captado por bacterias y levaduras. Por otro lado, se ha puesto de manifiesto que existen componentes de la dieta,

El mercuri (Hg) és un metall tòxic àmpliament distribuït en el medi ambient. La principal via d'exposició per a l'ésser humà la constitueix la dieta, on es presenta en forma inorgànica [Hg(II)] o com a metilmercuri (CH3Hg). Dins dels aliments que presenten elevats continguts d'aquest metall destaquen els productes pesquers, especialment els grans depredadors marins, i els bolets. La necessitat de reduir l'exposició a Hg de la població, especialment d'aquells grups que viuen en zones contaminades o aquelles poblacions en les quals els productes pesquers són una base important de les seves dietes és una prioritat. No obstant això, no és una tasca fàcil evitar la contaminació de l'aliment o eliminar el contaminant previ al seu consum. És per tant necessari buscar vies alternatives per disminuir l'exposició a Hg sense eliminar de la dieta aliments amb un alt valor nutritiu. Entre les possibles vies d'actuació està la de reduir selectivament l'arribada del tòxic a la circulació sanguínia després de la seua ingesta oral, sense comprometre l'arribada d'altres elements essencials i emprant per a tal fi, composts amb seguretat alimentària provada. Est ha estat l'objectiu principal de la present tesi doctoral. S'ha dut a terme una caracterització inicial de la fracció bioaccesible dels aliments amb majors continguts de Hg per determinar el risc associat a la seua ingesta. Les dades han mostrat que la quantitat de Hg que s'allibera durant la digestió de l'aliment és inferior al contingut inicial de la mostra i que aquesta es veu especialment afectada pel pH de la digestió gàstrica i, en el cas de productes pesquers, per la concentració de pepsina i lipasa pancreàtica. L'avaluació del ràtio molar seleni (Se)/Hg mostra que en les fraccions bioaccesibles hi ha en general, un excés molar de Se, la qual cosa segons alguns estudis indica un menor risc associat. Així, encara que una part important d'aquestes matrius alimentaries superen el límit legislat per Hg i la seua ingesta superaria la ingesta setmanal recomanada, pot ser que el risc associat no sigui tan elevat si tal com s'observa in vitro l'arribada de Hg a la circulació sistémica és menor de l'esperada i l'aportació de Se i la seua absorció són elevades. S'ha evidenciat que determinats tipus de cel·lulosa, l'àcid tànic, la pectina i la lignina són compostos alimentaris amb una elevada capacitat d'unió a les formes mercurials, la qual es manté durant la digestió gastrointestinal, fins i tot es mostren eficaces reduint la bioaccesibilitat de Hg des de productes pesquers i bolets. Aquests tractaments no modifiquen la forma química inicial del Hg, però presenten l'inconvenient que en alguns casos redueixen la bioaccesibilitat d'elements essencials. Així mateix s'ha posat de manifest que la digestió en presència de bacteris làctics del gènere Lactobacillus i Saccharomyces cerevisiae també produeix una elevada reducció de la bioaccesibilitat del Hg en dissolució aquosa i del Hg present en bolets; no obstant això aquestes estratègies no són efectives reduint la bioaccesibilitat del Hg present en productes pesquers. L'anàlisi dels possibles factors que influeixen en la ineficàcia d'aquests microrganismos en productes pesquers indica que possiblement la forma en que s'allibera el Hg de la matriu alimentaria impedeix que aquest metall pugui ser captat per bacteris i llevats. D'altra banda, s'ha posat de manifest que existeixen components de la dieta, principalment els que presenten grups tiol (cisteïna, GSH i homocisteïna) i suplements rics en aquests components, així com soques de Lactobacillus i S. cerevisiae que poden reduir el transport de Hg(II) i CH3Hg a través de la monocapa de cèl·lules intestinals, afectant d'aquesta forma directament l'absorció de Hg. Aquest efecte també s'observa quan s'avalua el transport del Hg present en la fracció bioaccesible de productes pesquers. L'eficàcia d'alguns compostos i microo