La contaminación química es actualmente un grave problema de salud pública. La producción de sustancias químicas aumenta a un ritmo vertiginoso, y aunque los países desarrollados (OECD) producen la mayoría de las mismas, el crecimiento en países como Brasil, India, Indonesia, China o Sudáfrica (BRIICS) se produce con mayor velocidad.
Un porcentaje elevado de estas sustancias son potencialmente peligrosas para la salud, y el ser humano está expuesto a las mismas principalmente mediante ingestión, inhalación o por vía dérmica. Consecuentemente, es importante para la protección de la salud estudiar el grado de exposición de la población a las distintas sustancias químicas, ya sea mediante la monitorización ambiental, estudiando la presencia de contaminantes en los diferentes compartimentos ambientales (agua, alimentos, aire, suelo, etc…), o mediante la biomonitorización humana, determinando los niveles de biomarcadores de exposición en matrices biológicas (sangre, orina, leche materna, etc…). La biomonitorización humana nos proporciona datos sobre la exposición interna por lo que integra todas las vías de exposición. La presente tesis doctoral está centrada en el estudio de la biomoniotorización humana de contaminantes alimentarios mediante el desarrollo de metodologías analíticas basadas en cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas y la aplicación de las mismas en estudios poblacionales para conocer la exposición de la población y llevar a cabo la evaluación del riesgo.
La tesis está conformada por seis capítulos, que se corresponden con los artículos científicos que la sustentan. En general, se pueden agrupar en artículos de desarrollo de metodología analítica (capítulos 1, 2 y 3) y en artículos de niveles poblacionales (exposición) y de evaluación del riesgo (capítulos 4, 5 y 6).
Los capítulos 1 y 2 se centran en el análisis de muestras de orina para la determinación de plaguicidas mediante cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas de alta resolución. El primero está más enfocado a la identificación de nuevos metabolitos en orina, mientras que el segundo se centra en la optimización de un método analítico de cuantificación.
En el capítulo 3 se describe el desarrollo de una metodología analítica multiresiduo para la determinación de bisfenoles y parabenos en leche materna mediante cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas con analizador de triple cuadrupolo. La metodología desarrollada se empleó posteriormente en los capítulos 4 y 5 para determinar los niveles poblacionales de bisfenoles y parabenos, respectivamente, en madres lactantes y llevar a cabo la evaluación del riesgo para sus hijos.
Por último, en el capítulo 6 se determinan metabolitos de ftalatos en orina en madres lactantes y se lleva a cabo la correspondiente evaluación del riesgo.
Con respecto a los resultados, en el capítulo 1 se llevó a cabo con éxito un análisis retrospectivo mediante diferentes enfoques: análisis de sospechosos, análisis de desconocidos y análisis multivariante en diferentes poblaciones. El estudio permitió la identificación y confirmación de seis metabolitos de plaguicidas mediante búsqueda de sospechosos, la identificación de un metabolito mediante búsqueda de desconocidos, así como la diferenciación mediante análisis de componentes principales de las diferentes poblaciones estudiadas.
En el capítulo 2 se optimizaron los parametros espectroméricos de un método de cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas de alta resolución tipo Orbitrap. Como resultado, el poder de resolución (25.000 FWHM), el tipo de fragmentación (CID 40 eV) y el tipo de calibración de masas (cafeína como calibrante interno para ESI positivo), demostraron mejorar las prestaciones del análisis en términos de sensibilidad y exactitud.
En el capítulo 3, la utilización de la extracción mediante QuEChERS combinada con la determinación mediante espectrometría de masas en tándem y aplicando ionización en modo negativo, permitió el desarrollo de un método optimizado y validado para la determinación de tres bisfenoles y cuatro parabenos en leche materna con límites de cuantificación (LoQ) de entre 0,1 y 0,25 ng/mL.
En los capítulos 4 y 5 el bisfenol A y los parabenos se detectaron en más del 60% de las muestras analizadas, mientras que los bisfenoles F y S presentaron frecuencias de detección reducidas (<25%). Las concentraciones de bisfenoles y parabenos en leche se encontraron en un rango de entre <LoQ y 49 ng/mL. El estudio de evaluación del riesgo para bisfenol A y parabenos en recién nacidos lactantes concluyó que las ingestas diarias estimadas de estos compuestos a través de la lactancia no se consideran un riesgo para la salud de la población estudiada.
En el capítulo 6, nueve de los metabolitos de ftalatos estudiados se detectaron en más de un 80% de las muestras, mientras que los niveles de metabolitos oscilaron entre <LoQ y 1291 ng/mL. Los estudios de evaluación del riesgo determinaron que la exposición a ftalatos en la población de madres estudiada no superaba los valores límite y, por tanto, no se considera que hubiera un riesgo para su salud.
La cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas permite la determinación de biomarcadores de contaminantes alimentarios en los niveles presentes en las muestras biológicas. La combinación del uso de técnicas de cuantificación ‘target’ así como otros enfoques como la búsqueda de sospechosos o de desconocidos permite conocer el grado de exposición de la población a contaminantes y llevar a cabo estudios de evaluación del riesgo. En general, se observa que la presencia de contaminantes alimentarios fue elevada en las muestras biológicas analizadas, sin embargo, los niveles detectados no se consideran peligrosos para las poblaciones estudiadas.Chemical pollution is currently a paramount public health concern. Chemical production has spread rapidly and despite its production is mainly focused in OECD nations, in countries as Brazil, India, Indonesia, China or South Africa (BRIICS) the production is growing rapidly. A high ratio of these compounds are considered potentially life-threatening and human beings are exposed to them through ingestion, inhalation and dermal exposure mainly. Consequently, in order to ensure health safety, the exposure of population to chemicals must be assessed through environmental monitoring, studying the presence of contaminants in environmental compartments (water, food, air, soil, etc…), or through human biomonitoring, assessing the levels of exposure biomarkers in biological matrices (blood, urine, human milk, etc…), which informs about the internal exposure and integrates all the routes of exposure. The present doctoral thesis is focused in the study of human biomonitoring of food contaminants through the development of analytical methodologies fundamented on liquid chromatography coupled to mass spectrometry in order to assesss the exposure of the populantion and implement the risk assessment.
The thesis is composed of six chapters, which correspond with six scientific papers. In general they can be grouped as analitcal method development papers (chapters 1, 2 and 3) and papers focused on exposure and risk assessment (chapters 4, 5 and 6).
Chapters 1 and 2 are focused on the determination of pesticide biomarkers in urine samples through liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry. In the first chapter the objective is the identification of new metaoblites in urine, while the second is focused in the optimization of a quantification analytical method.
In chapter 3 the development of a multiresidue analytical methodology for the determination of bisphenols and phthalates in human milk is described. The method is based on liquid chromatography coupled to triple quadrupole mass spectrometry. This method is applied in chapters 4 and 5 for the determination of levels of bisphenols and parabens, respectively, in lactating mothers and the implementation of a risk assessment study in breastfed newborns.
Finally, in chapter 6 urinary phthalate metabolites are determined in urine of lactating mothers and a risk asssessment study is implemented.
Regarding results, in chapter 1 a retrospective analysis was implemented through different approaches: suspect screening, unkonwn analysis and multivariant analysis of different populations. The study allowed the identification and confirmation of six pesticide metabolites through suspect screening, the identification of one metabolite through unknonwn analysis, and the separation of the different studied populations through principal component analysis.
In chapter 2, the spectrometric parameters of a method of liquid chromatography coupled to an Orpitrap high resolution mass spectrometer were optimized. As a result, the resolving power (25,000 FWHM), the fragmentation (CID 40 eV) and the mass calibration in ESI positive with caffeine as lock mass were selected in order to improve the analytical performance in terms of sensitivity and accuracy.
In chapter 3, QhEChERS extraction combined with the determination using tandem mass spectrometry and negative ionization allowed the development of an analytical method for the determination of three bisphenols and four parabens in human milk with limits of quantification (LoQ) ranging from 0.1 to 0.25 ng/mL.
In chapter 4 and 5, bisphenol A and parabens were detected in more than 60% of the samples, while the bisphenols F and S showed reduced detection frequencies (<25%). The concentrations of bisphenols and parabens in human milk ranged from <LoQ and 49 ng/mL. The risk assessment study for bisphenol A and parabens concluded that the estimated daily intakes of these compounds through breasfeeding in newborns were not considered dangerous for the studied population.
In chapter 6, nine phthalate metabolites were detected in more than 80% of samples and the concentrations ranged from <LoQ to 1291 ng/mL. The risk assessment studies determined that the phthalate exposure of the mother population studied did not exceeded the threshold values and, therefore, a health risk derived from the exposure to phthalates was discarded.
Liquid chromatography coupled to mass spectrometry allows the determination of food contaminant biomarkers at concentrations usually present in biological matrices. The use of quantification approaches (target) combined with other approaches such as suspect screening or unkonwn analysis allows to study the exposure of the population to contaminants and to implement risk assessment studies. In general, the presence of food contaminants was elevated in the samples analyzed, however, the levels detected were not considered dangerous for the populations studied
