Согласно новому исследованию, проведённому на мышах, мельчайшие частицы диоксида титана, которые обычно используются для того, чтобы конфеты, печенье и другие продукты ультрапереработки выглядели ярче и привлекательнее, особенно для детей, могут повышать уровень сахара в крови и ухудшать усвоение глюкозы организмом, а также наносить другой вред здоровью.
Наиболее часто используемый наноматериал в пищевой промышленности
Исследование, опубликованное в мае в журнале «Пищевая и химическая токсикология», усиливает растущую обеспокоенность по поводу безопасности диоксида титана, широко используемой пищевой добавки, которая запрещена в Европейском союзе, но широко применяется в США и других странах.
Оно также подчёркивает растущее использование пищевой промышленностью микроскопических материалов для сохранения или улучшения качества продуктов.
«Эти результаты поднимают важные вопросы о потенциальном риске использования наночастиц диоксида титана в пищевых продуктах, особенно в связи с нарушениями обмена веществ, такими как ожирение и диабет второго типа», — говорят исследователи.
Быстрое развитие современной пищевой промышленности открыло широкие возможности для применения микро- и наноматериалов (Мохаммад и др., 2022). Использование наночастиц в качестве пищевых добавок представляет собой важнейший аспект нанотехнологий, поскольку они интегрированы в пищевую промышленность (Сахани и Шарма, 2021).
Диоксид титана (TiO2) является наиболее часто используемым наноматериалом в пищевой промышленности, в основном в качестве пищевой добавки для придания белого цвета и повышения непрозрачности (Бутилье и др., 2022). Обработанные пищевые продукты, такие как конфеты, печенье, выпечка и напитки, часто содержат большое количество пищевых добавок TiO2 (Йованович, 2014). Растущее число доказательств указывает на то, что пищевые добавки могут быть связаны с ростом распространённости метаболического синдрома, в то время как роль пищевых добавок TiO2 остаётся неясной (Беседин и др., 2024; Сингх и др., 2024).
Используемые в настоящее время пищевые добавки TiO2 по всему миру значительно различаются из-за отсутствия ограничений на размер частиц TiO2 в этой добавке (Йованович, 2014; Винклер и др., 2018). Распределение частиц по размерам в пищевых добавках TiO2 варьируется от 20 до 300 нм, при этом 10–36 % частиц относятся к наноразмерным, что является неизбежным побочным продуктом производственных процессов (Ян и др., 2014). Наноразмерные материалы обладают уникальными свойствами, включая большую площадь поверхности по отношению к объёму, повышенную электропроводность, изменённые термические свойства и более длительный период полураспада в организме (Мохаммад и др., 2022). Таким образом, частицы TiO2 с различными характеристиками размера неизбежно будут влиять на их биологическую активность.
Эти результаты были получены через несколько месяцев после того, как Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) запретило краситель под названием красный краситель № 3 в рамках нескольких общенациональных кампаний по запрету пищевых химикатов, особенно в школьных столовых.
Министерство здравоохранения и социальных служб США также заявило, что оно обяжет производителей продуктов питания постепенно отказаться от восьми пищевых красителей на нефтяной основе, которые содержатся в сотнях продуктов.
Эти красители являются лишь некоторыми из примерно 10 000 «органических» (то есть на основе нефтяного углерода) соединений, разрешенных FDA для включения в продукты питания США и в мире.
Те, кто следит за этим, могут вспомнить, что в начале 1900-х годов Джон Д. Рокфеллер реструктурировал американскую медицину (с помощью доклада Флекснера), сосредоточившись на использовании синтетических лекарств на нефтяной основе, что Рокфеллер рассматривал как шанс монополизировать нефтяную, химическую и медицинскую промышленность одновременно.
В это же время преимущественно происходило развитие и использование синтетических красителей и других соединений в продуктах питания. Примерно в тот же период, в 1906 году, началась современная эра FDA с принятием Федерального закона о пищевых продуктах и лекарствах.
Спустя столетие и перемены американская общественность регулярно потребляет огромное количество пищевых добавок и лекарств на нефтяной основе, которые FDA сочло безопасными на основании ограниченных (часто устаревших) исследований.
В большинстве случаев, исторически сложилось так, что после того, как правительственные бюрократы признали эти соединения безопасными (часто на основе краткосрочных исследований токсичности для животных), FDA практически не проводит систематического контроля, чтобы убедиться, что долгосрочные кумулятивные токсичности не развиваются у людей. Как будто этого недостаточно, потенциальные токсические взаимодействия между этими нефтехимическими продуктами исследуются редко, если вообще исследуются.
Это говорит о том, что нынешние нормативные нормы глубоко устарели, в значительной степени потому, что они были разработаны в более простое время. Проще в смысле меньшего количества «движущихся частей», когда люди подвергались воздействию меньшего количества синтетических наркотиков, вакцин, пищевых добавок и других потенциальных токсинов окружающей среды.
Наночастицы диоксида титана
Наночастицы диоксида титана — это ультратонкие частицы размером от одного до 100 нанометров. Для сравнения: толщина листа бумаги составляет около 1000 нанометров.
В отличие от более крупных микрочастиц диоксида титана, наночастицы могут действовать как эндокринные разрушители в кишечнике, предполагают исследователи.
Гомеостаз глюкозы — это точная регуляция уровня глюкозы в крови, которая жизненно важна для общего состояния здоровья (Холст и др., 2016). Физиологическая основа гомеостаза глюкозы в первую очередь зависит от синергетического действия различных гормонов и ферментов (Бани Бакар и др., 2023; Друкер, 2007). Накопленные данные свидетельствуют о том, что воздействие микро- и наночастиц может нарушать метаболизм глюкозы, потенциально приводя к метаболическим заболеваниям, таким как ожирение и сахарный диабет 2-го типа (Chen et al., 2018; Liu et al., 2014; Shin et al., 2019).
Сообщалось, что магнитные наночастицы, покрытые диоксидом кремния, вызывают пагубные изменения в метаболизме глюкозы, которые связаны с увеличением количества активных форм кислорода (Shin et al., 2019). Введение наночастиц золота внутрибрюшинно мышам с ожирением привело к снижению массы тела, а также к улучшению метаболизма глюкозы (Chen et al., 2018). Воздействие концентрированных частиц окружающей среды (диаметром менее 2,5 мкм) на генетически предрасположенных животных может ухудшить поддержание гомеостаза глюкозы, что указывает на повышенный риск развития сахарного диабета 2-го типа (Liu et al., 2014).
Несколько исследований на мышах также показали, что частицы TiO2 повышают уровень провоспалительных белков, таких как TNF-α, IL-6 и IL-1, которые, как известно, способствуют резистентности к инсулину, связанной с диабетом 2-го типа и ожирением (Cui et al., 2011; Nov et al., 2010; Park et al., 2009). Однако воздействию частиц TiO2 разных размеров в пищевых добавках TiO2 на гомеостаз глюкозы уделяется мало внимания.
Кишечник не только поглощает питательные вещества, но и распознаёт их и вырабатывает гормоны, которые играют важнейшую роль в регулировании уровня глюкозы в плазме крови, насыщении и потреблении пищи (Мерфи и Блум, 2006).
Стволовые клетки кишечника находятся в эпителиальных криптах кишечника, которые служат основой для развития структуры кишечника (Баркер, 2014). Будучи взрослыми стволовыми клетками, стволовые клетки кишечника непрерывно самовоспроизводятся и дифференцируются во все остальные типы клеток кишечного эпителия (Бьюмер и Клеверс, 2016).
Среди специализированных типов клеток в эпителии кишечника энтероэндокринные клетки играют важнейшую роль в регулировании потребления энергии и гомеостаза глюкозы, выделяя гормоны, подавляющие аппетит, в том числе глюкагоноподобный пептид-1 (GLP-1) и пептид YY (PYY) (Zeve и др., 2020). Дифференциация энтероэндокринных клеток — это развивающийся процесс, который тщательно контролируется в кишечнике с помощью сложного набора регуляторных механизмов (Gribble и Reimann, 2019).
Некоторые исследования уже показали, что определённые природные вещества могут влиять на дифференцировку энтероэндокринных клеток и регулировать уровень кишечных гормонов (Casanova-Martí и др., 2020; Нойя Леал и др., 2023; Рипкен и др., 2014; ван дер Вилен и др., 2016). Ребаудиозид А из стевии ребаудианы, некалорийный подсластитель, стимулирует высвобождение GLP-1 и PYY, увеличивая дифференцировку энтероэндокринных клеток в кишечнике (Noya Leal и др., 2023; Ripken и др., 2014; van der Wielen и др., 2016). Экстракт проантоцианидина из виноградных косточек может усиливать секрецию GLP-1 и PYY в кишечнике, способствуя регулированию аппетита и поддержанию баланса глюкозы (Casanova-Martí и др., 2020).
С другой стороны, Филиппелло и др. обнаружили, что воздействие высоких уровней глюкозы препятствует дифференциации энтероэндокринных клеток и изменяет гормональную пластичность кишечника, что связано с нарушением функции стволовых клеток кишечника (Filippello и др., 2021). Ричардс и др.
Также было обнаружено, что диета с высоким содержанием жиров нарушает функцию энтероэндокринных клеток, препятствуя секреции гормонов кишечника и нормальной передаче сигналов после приёма пищи (Ричардс и др., 2016). Эти результаты позволяют предположить, что факторы питания могут влиять на дифференцировку энтероэндокринных клеток и уровень гормонов кишечника, тем самым воздействуя на общий гомеостаз глюкозы.
По оценкам, среднестатистический человек может ежедневно проглатывать триллионы частиц TiO2 (Йованович, 2014). В качестве первой внутренней защиты от этих частиц кишечник будет напрямую контактировать с ними (Витуло и др., 2022). Более того, исследования показали, что судьба стволовых клеток кишечника во многом определяется факторами окружающей среды, а не внутренними характеристиками самих клеток (Бьюмер и Клеверс, 2016). Однако, насколько нам известно, лишь в нескольких исследованиях изучалась роль частиц TiO2 различных размеров в гомеостазе глюкозы, связанном со стволовыми клетками кишечника, как потенциального эндокринного разрушителя кишечника.
Наночастицы, по-видимому, влияют на то, как кишечник воспринимает питательные вещества из пищи в организме, а также на выработку и высвобождение ключевых гормонов, участвующих в пищеварении и регулирующих уровень сахара в крови (гомеостаз глюкозы).
Если организм не может должным образом контролировать уровень сахара в крови, это может привести к диабету 2-го типа и ожирению, поскольку ему становится сложнее использовать инсулин и легче накапливать жир.
Результаты исследования
Исследование показало, что наночастицы диоксида титана у мышей вызывали ослабление гормональной реакции на сигналы, связанные с пищей. Это также привело к:
- Нарушенная регуляция уровня глюкозы в крови: Мыши, которым давали пищу, содержащую 1% наночастиц диоксида титана, имели гораздо более высокий уровень сахара в крови и больше признаков плохого контроля уровня сахара в крови по сравнению с теми, кому давали более крупные частицы с 1% диоксидом титана, а другим вообще не давали диоксида титана.
- Изменения в кишечнике: наночастицы значительно повлияли на развитие слизистой оболочки кишечника, не вызывая видимых повреждений тканей и не замедляя рост клеток.
- Снижение уровня гормонов кишечника, в том числе GLP-1 (регулирует уровень сахара в крови), PYY (способствует ощущению сытости) и холецистокинина или CCK (способствует пищеварению).
- Значительное снижение количества энтероэндокринных клеток, что приводит к проблемам с выработкой кишечных гормонов, таких как GLP-1, что может повысить риск ожирения, диабета второго типа и других симптомов метаболического синдрома.
В заключение отметим, что наши результаты показывают, что воздействие наночастиц TiO2 привело к повышению уровня глюкозы в крови и ухудшению толерантности к глюкозе у мышей, в отличие от воздействия микрочастиц TiO2. Негативное воздействие наночастиц TiO2 может быть связано с их влиянием на дифференцировку энтероэндокринных клеток и секрецию гормонов кишечника. Это исследование подчёркивает негативное воздействие наночастиц TiO2 как потенциального эндокринного разрушителя кишечника и указывает на необходимость оптимизации размера их частиц для безопасного использования в пищевой промышленности.
Использование диоксида титана, несмотря на проблемы со здоровьем
Широко используемый в пищевых продуктах глубокой переработки, особенно в тех, которые предназначены для детей, диоксид титана является отбеливающим пигментом, который не приносит никакой пользы с точки зрения питания или консервации — только косметическую.
Популярные продукты, содержащие диоксид титана (с маркировкой E171), включают Skittles, Starburst, мятную жевательную резинку Trident White, сливочно-ванильную глазурь Duncan Hines и печенье Nabisco Chips Ahoy!
Несмотря на широкое распространение, диоксид титана связывают с многочисленными серьёзными негативными последствиями для здоровья, которые в основном изучались на животных и клеточных моделях. К ним относятся:
- Повреждение ДНК, потенциально способное вызвать рак.
- Воспаление кишечника.
- Нарушения обмена веществ, связанные с ожирением.
- Возможное воздействие на нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера.
Международное агентство по изучению рака классифицирует диоксид титана как «возможно канцерогенное вещество для человека» на основании исследований на животных.
В 2021 году Европейское агентство по безопасности продуктов питания пришло к выводу, что диоксид титана больше нельзя считать безопасным для использования в продуктах питания. Франция запретила эту добавку в 2020 году, а Европейский союз — в 2022 году.
Тем не менее, он по-прежнему разрешён для использования в пищевой промышленности в США и в других странах, где он может указываться на этикетках ингредиентов как «искусственный краситель» или «окрашено диоксидом титана», хотя маркировка не всегда обязательна.
В настоящее время FDA классифицирует диоксид титана в качестве пищевой добавки как GRAS, или “общепризнанный безопасный”, хотя допускается содержание в пище не более 1% по весу. Размер его частиц не регулируется.
Законодатели Нью-Йорка в марте представили законопроект, запрещающий использование диоксида титана и шести других веществ в продуктах питания, производимых, распространяемых или продаваемых в штате. Другой законопроект потребует от компаний раскрывать информацию о том, когда они добавляют химические вещества в продукты питания и напитки, признанные безопасными.
Наночастицы могут быть более вредными, чем более крупные частицы
В новом исследовании учёные в течение 12 недель наблюдали за 5-недельными мышами мужского пола, чтобы выяснить, как размер частиц диоксида титана влияет на здоровье, в частности на гормоны кишечника и уровень сахара в крови.
Они использовали разрешенное FDA максимальное содержание диоксида титана в пищевых продуктах в размере 1%. Вес тела каждого животного и уровень глюкозы в крови контролировались еженедельно, а потребление пищи отслеживалось ежедневно в течение последней недели.
Затем исследователи провели эксперименты с выращенными в лаборатории кишечными органоидами — миниатюрными трёхмерными моделями кишечника человека, созданными из стволовых клеток.
Полученные результаты подтверждают более ранние исследования, которые показали, что наночастицы диоксида титана могут представлять собой иной — а в некоторых случаях и более серьёзный — риск для здоровья, чем микрочастицы. Микрочастицы примерно в 10 раз крупнее, но всё равно размером с песчинку.
Из-за своего чрезвычайно малого размера наночастицы имеют большую площадь поверхности по отношению к объёму, а значит, они быстрее разрушаются или растворяются и могут легче проникать в клетки и ткани.
Они также, как правило, дольше задерживаются в организме, что может объяснять их более сильное воздействие на нормальные биологические функции, отмечают исследователи.
По словам исследователей, 12-недельного эксперимента было достаточно, чтобы выявить краткосрочные нарушения обмена веществ, но для изучения долгосрочных последствий необходимы дополнительные исследования.
По их словам, будущие исследования могут показать, возвращаются ли гормональная и метаболическая системы организма в норму после исключения наночастиц диоксида титана из рациона.
Первоначально опубликовано издательством U.S. Right to Know.
