Exposición a bisfenol a y análogos con actividad disruptora endocrina en niños/as en edad escolar y su relación con la obesidad

Abstract

La presente Memoria de Tesis Doctoral se centra en la determinación del bisfenol A (BPA) y sus análogos en muestras de alimentos, de consumo habitual en la población española, y matrices biológicas, obtenidas de una población infantil, mediante cromatografía de líquidos de ultra alta resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem triple cuadrupolo (UHPLC-MS/MS). En este trabajo de investigación se investiga principalmente el posible impacto de la exposición dietética al BPA y sus análogos con actividad disruptora endocrina y valora su posible asociación con el sobrepeso/obesidad en una población escolar española. Por otro lado, dado que en algunos de los trabajos presentados en esta Tesis Doctoral se han utilizado métodos multirresiduos, se ha aprovechado la ocasión para estudiar varios parabenos por su analogía en estructura con los bisfenoles. En las últimas tres décadas, hemos sido testigos de un marcado aumento en la prevalencia y la incidencia global del sobrepeso y la obesidad, planteando un grave desafío de salud pública. Recientemente, entre otros factores, se está vinculando este aumento con la exposición a contaminantes químicos con actividad disruptora endocrina y obesogénica, como los bisfenoles presentes en los envases plásticos de alimentos u otras fuentes. Algunas teorías, como las de los obesógenos, postulan que ciertos compuestos químicos ambientales pueden desencadenar cambios en las vías metabólicas relacionadas con la acumulación de grasa y el equilibrio energético promoviendo la diferenciación de los adipocitos. Estudios previos han insinuado que la exposición al BPA y sus análogos pueden alterar la fisiología del tejido adiposo mediante los mecanismos mencionados anteriormente. Investigar estos efectos, especialmente durante las primeras etapas de la vida debido a una mayor vulnerabilidad, es crucial, ya que la exposición a estas sustancias químicas durante la infancia puede tener efectos más intensos y pronunciados incluso a dosis más bajas. A fin de estudiar los posibles efectos de los bisfenoles sobre el sobrepeso/obesidad en etapas de la vida más vulnerables, como la infancia, se han fijado un total de cuatro objetivos. Con el propósito de alcanzar los objetivos fijados para la presente Tesis, se han reclutado un total de 128 casos y 194 controles, con un tamaño total de muestra de 322 niños/as de 3 a 12 años. De los cuales se obtuvieron datos dietéticos, antropométricos, sociodemográficos y estilos de vida, además de muestras de orina, saliva, uña y pelo. El primer objetivo se basa en determinar cuantitativamente la presencia de bisfenoles y parabenos en alimentos de consumo habitual en España. Con la ayuda de encuestas nutricionales y análisis estadístico (regresión lineal stepwise) se pudo obtener los principales grupos de alimentos que aportan el 95% de la ingesta energética y de nutrientes. Posteriormente, se compraron un total de 98 muestras de alimentos en diferentes supermercados nacionales. Para detectar la presencia de los disruptores endocrinos (DEs) en alimentos se utilizó un metodo multirresiduos optimizado previamente por el grupo de investigación con algunas modificaciones, utilizando como técnica de análisis la UHPLCMS/ MS. De los 98 alimentos analizados, se obtuvo que el 52% de las muestras presentaban concentraciones detectables de bisfenoles. El BPA fue el bisfenol detectado con mayor frecuencia en las muestras de alimentos analizadas, seguido del bisfenol S (BPS) y el bisfenol E (BPE). El bisfenol AF (BPAF), el bisfenol B (BPB) y el bisfenol P (BPP) no se encontraron en ninguna de las muestras analizadas. En relación a los parabenos, se detectaron en un 57% de los 98 alimentos analizados, siendo metilparabeno (MetPB) el parabeno detectado con mayor frecuencia (49%), seguido de etilparabeno (EthPB, 16%) y propilparabeno (PropPB, 10%), mientras que butilparabeno (ButPB) presento una frecuencia de detección menor que la del resto (8%). El segundo objetivo se centró en identificar otras posibles fuentes de exposición alimentaria a los bisfenoles. La determinación del BPA y sus análogos en los alimentos permitió evaluar la exposición dietética a los mismos, centrándose en los alimentos previamente analizados. Para evaluar la exposición dietética al BPA y al BPS se utilizó un cuestionario de frecuencia de consumo de alimentos (FFQ). Entre los varones se obtuvieron los siguientes resultados, los casos tuvieron una mayor exposición al BPA procedente de alimentos procesados y legumbres, mientras que los controles tuvieron una mayor exposición al BPS procedente de frutas. En las niñas, los casos tuvieron una mayor exposición al BPA procedente de la carne y huevos y las legumbres, mientras que los controles tuvieron una mayor exposición al BPS y a los bisfenoles totales procedentes de los lácteos. Para el resto de los alimentos no se hayaron diferencias estadísticamente significativas. El tercer objetivo, se focalizó en analizar el BPA y análogos en muestras de saliva, orina, uña y pelo obtenidas de la población de estudio. Al igual que con los alimentos los métodos empleados fueron optimizados previamente por el grupo de investigación. Se detectaron al BPA y el BPAF en las cuatro matrices, seguidos del BPF que se detectó en uña, orina y pelo, el BPS en orina, saliva y pelo, y el BPAP en uña y saliva. Uno de los principales hallazgos fue que el pelo y la uña presentaron las concentraciones más elevadas del BPA y sus análogos en la población de estudio. En saliva y uña, los niveles más altos del BPA y los bisfenoles totales se dieron en los casos. Mientras que en la orina el pelo, el grupo de control presentó la concentración más alta al BPA y los bisfenoles totales, sin diferencias estadísticamente significativas. Por otro lado, en el cabello se analizaron los niveles de parabenos presentando éstos concentraciones mucho más elevadas que los bisfenoles, siendo el MetPB seguido del EthPB los principales parabenos detectados. Asimismo, se hallaron las concentraciones más altas el grupo de los casos. El último y cuarto objetivo se centró en establecer la posible relación entre la exposición al BPA y análogos y el sobrepeso/obesidad infantil, así como entre los parabenos presentes en el cabello y la ganacia de peso. Una vez se determinó la exposición dietética a los bisfenoles y su presencia en las muestras biológica, se utilizaron modelos de regresión logística binaria para analizar la influencia de la exposición dietética y la presencia en muestras biológicas de los DEs sobre el sobrepeso/obesidad de la población de estudio. Con relación a la exposición dietética, los hallazgos revelaron una mayor probabilidad de sobrepeso u obesidad en las niñas expuestas a niveles elevados del BPA proveniente de carne y huevos. Sin embargo, no se observaron asociaciones consistentes en los chicos. En el caso de las muestras biológicas, los resultados sugieren que la presencia del BPF en uñas está asociado con sobrepeso/obesidad en los escolares (OR:4,87; p=0,020). Asimismo, se mostró que las concentraciones más altas del PropPB presentaron una probabilidad 4,67 veces mayor de tener sobrepeso u obesidad (p= 0,039) en los varones, pero no en las chicas. Con respecto a los demás DEs los hallazgos no fueron relevantes. Para concluir, los resultados obtenidos durante la realización de la presente Tesis Doctoral indican una asociación estadísticamente significativa entre la exposición dietética al BPA presente en carne y huevos y la presencia de sobrepeso y obesidad en niñas. Por otro lado, los resultados sugieren una asociación positiva entre la presencia del BPF en las uñas de los escolares y el ProPB en el pelo de los chicos con el sobrepeso u obesidad. Con respecto a los demás DEs los hallazgos no fueron estadísticamente significativos. Aunque el BPA sigue siendo el principal bisfenol hallado en muestras de alimentos, el presente trabajo de investigación observa que la ingesta diaria total del BPS en la dieta de los escolares supera a la del BPA. La ausencia de límites toxicológicos para los análogos está contribuyendo al aumento de la detección de estos, tanto en alimentos, como en muestras biológicas. Por otro lado, pese a que los parabenos no han sido los DEs objeto de estudio los hallazgos encontrados en dos de los trabajos de la Tesis Doctoral subrayan la necesidad de revisar la regulación y uso de parabenos (MetPB y EthPB junto con sus sales) en productos de consumo como conservantes alimentarios, así como de promover investigaciones adicionales para comprender mejor sus efectos en la salud infantil. Los hallazgos obtenidos durante la realización de la presente tesis han permitido la publicación 3 artículos en revistas científicas de alto impacto, y otros 2 que se encuentran actualmente en fase de publicación. Además, a través de la colaboración en 5 proyectos de investigación con el grupo EXPODIET, se ha trabajado en otras investigaciones que han derivado en la publicación de otros 14 artículos científicos. En resumen, durante el periodo de formación predoctoral se han publicado un total de 19 artículos científicos, todos ellos en revistas Q1, en su mayoría, y Q2 indexadas en el Journal Citation Reports (JCR). A continuación, se muestran las referencias bibliográficas de estos trabajos.

This Doctoral Thesis is based on the determination of bisphenol A (BPA) and analogues in food samples, commonly consumed in the Spanish population, and biological matrices, from a child population, by ultra high-performance liquid chromatography coupled to triple quadrupole tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS). This research work has mainly focused on investigating the possible impact of dietary exposure to BPA and analogues with endocrine disrupting activity and assessing its possible association with overweight/obesity in a Spanish school population. On the other hand, since in some of the works presented in this Thesis Report multi-residue methods have been used, the opportunity has been taken to study several parabens due to their analogy with bisphenols. On the other hand, since in some of the works presented in this Doctoral Thesis multi-residue methods have been used, the opportunity has been taken to study several parabens due to their analogy with bisphenols. Over the past three decades, we have witnessed a marked increase in the global prevalence and incidence of overweight and obesity, posing a serious public health challenge. Recently, among other factors, this increase is being linked to exposure to chemical contaminants with endocrine disrupting and obesogenic activity, such as bisphenols in plastic food packaging or other sources. Some theories, such as those of obesogens, postulate that certain environmental chemical compounds may trigger changes in metabolic pathways related to fat accumulation and energy balance and promote adipocyte differentiation. Previous studies have suggested that exposure to BPA and its analogues may alter adipose tissue physiology through the mechanisms mentioned above. Investigating these effects, especially during the early stages of life due to increased vulnerability, is crucial, as exposure to these chemicals during childhood can have stronger and more pronounced effects even at lower doses. In order to study the possible effects of bisphenols on overweight/obesity at more vulnerable life stages, such as infancy, a total of four targets have been set. In purpose to achieve the objectives set for this Thesis, a total of 128 cases and 194 controls were recruited, with a total sample size of 322 children aged 3 to 12 years. Dietary, anthropometric, sociodemographic and lifestyle data were obtained, as well as urine, saliva, nail and hair samples. The first objective is based on quantitatively determining the presence of bisphenols and parabens in commonly consumed foods in Spain. With the help of nutritional surveys and statistical analysis (stepwise linear regression), the main food groups providing 95% of the energy and nutrient intake could be obtained. Subsequently, a total of 98 food samples were purchased in different national supermarkets. To detect the presence of endocrine disruptors (DEs) in food, a multi-residue method previously optimised by the research group was used with some modifications, using UHPLC-MS/MS as the analysis technique. Of the 98 foods analysed, 52% of the samples showed detectable concentrations of bisphenols. BPA was the most frequently detected bisphenol in the analysed food samples, followed by bisphenol S (BPS) and bisphenol E (BPE). Bisphenol AF (BPAF), bisphenol B (BPB) and bisphenol P (BPP) were not found in any of the samples analysed. Parabens were detected in 57% of the 98 foods analyzed, with methylparaben (MetPB) being the most frequently detected paraben (49%), followed by ethylparaben (EthPB, 16%) and propylparaben (PropPB, 10%), while butylparaben (ButPB) had a lower frequency of detection than the rest (8%). The second objective focused on identifying other possible sources of dietary exposure to bisphenols. The determination of BPA and analogues in food allowed the assessment of dietary exposure to BPA and analogues, focusing on the foods previously analysed. A food frequency questionnaire (FFQ) was used to assess dietary exposure to BPA and BPS. Among males, the following results were obtained: cases had a higher exposure to BPA from processed foods and legumes, while controls had a higher exposure to BPS from fruits. In girls, cases had higher exposure to BPA from meat and eggs and legumes, while controls had higher exposure to BPS and total bisphenols from dairy. For all other foods no statistically significant differences were found. The third objective focused on analysing BPA and analogues in saliva, urine, nail and hair samples obtained from the study population. As with food, the methods used were previously optimised by the research group. BPA and BPAF were detected in all four matrices, followed by BPF which was detected in nail, urine and hair, BPS in urine, saliva and hair, and BPAP in nail and saliva. One of the main findings was that hair and nail had the highest concentrations of BPA and analogues in the study population. In saliva and nail, the highest levels of BPA and total bisphenols were found in the cases. While in urine and hair, the control group had the highest concentration of BPA and total bisphenols, with no statistically significant differences. On the other hand, the levels of parabens in the hair were analyzed, presenting much higher concentrations than bisphenols, with MetPB followed by EthPB as the main parabens detected. Likewise, the highest concentrations were found in the group of cases. The last and fourth objective focused on establishing the possible relationship between exposure to BPA and analogues and childhood overweight/obesity, as well as between parabens present in hair and weight gain. Once dietary exposure to bisphenols and their presence in biological samples were determined, binary logistic regression models were used to analyse the influence of dietary exposure and the presence of DEs in biological samples on overweight/obesity in the study population. In relation to dietary exposure, the findings revealed an increased likelihood of overweight or obesity in girls exposed to high levels of BPA from meat and eggs. However, no consistent associations were observed in boys. In the case of biological samples, the results suggest that the presence of BPF in nails is associated with overweight/obesity in schoolchildren (OR:4.87; p=0.020). Likewise, it was shown that the highest concentrations of PropPB presented a 4.67 times greater probability of being overweight or obese (p= 0.039) in boys, but not in girls. With respect to the other DEs the findings were not relevant. To conclude, the results obtained during this Doctoral Thesis indicate a statistically significant association between dietary exposure to BPA present in meat and eggs and the presence of overweight and obesity in girls. On the other hand, the results suggest a positive association between the presence of BPF in the nail of schoolchildren and ProPB in the hair of boys with overweight or obesity. With respect to the other DEs the findings were not statistically significant. Although BPA remains the main bisphenol found in food samples, the present research work shows that the total daily intake of BPS in the diet of schoolchildren exceeds that of BPA. The absence of toxicological limits for analogues is contributing to the increased detection of analogues in both food and biological samples. On the other hand, despite the fact that parabens have not been the DEs under study, the findings found in two of the works of the Doctoral Thesis underline the need to review the regulation and use of parabens (MetPB and EthPB together with their salts) in consumer products as food preservatives, as well as to promote additional research to better understand their effects on children's health. The findings obtained during this thesis have led to the publication of 3 articles in high-impact scientific journals, and another 2 are currently in the publication phase. In addition, through the collaboration in 5 research projects with the EXPODIET group, we have collaborated in other research that has led to the publication of another 14 scientific articles. In summary, during the pre-doctoral training period, a total of 19 scientific articles have been published, all of them in Q1 journals, mostly Q1, and Q2 journals indexed in the Journal Citation Reports (JCR). The bibliographical references of these works are shown below.