Dietary exposure to neurotoxic and endocrine disruptive effects: The mercury case

Abstract

Mercury is a strong neurotoxin. It has adverse effects on the nervous and cardiovascular systems, it is also deleterious for several organs, and may act as immunotoxic and hormonal disruptor. This compound is released to the environment by several processes which have generated a widespread contamination throughout the whole planet. However, because of the physical-chemical properties of this metal, semi-volatility and water insolubility, the sink of most of it are the sediments of water bodies, namely marine and lacustrine systems. Bacterial processes transform mercury into methylmercury which is much more deleterious for the organisms and human beings. Methylmercury enters into the food chain and accumulates in fish and from fish into humans. Fish consumption is the main source of mercury for the general population. The Mediterranean Sea is a hot spot of mercury pollution, but the origin of this metal has not been elucidated. The present PhD dissertation is devoted assessing what is the origin of this metal and which human pollution burden is involved in fish consumption. To assess the impact of a chlor-alkali plant on a confined environment, fish, sediment and a mammal were collected downstream from the location of a chlor-alkali plant that used a technology that directly releases mercury. Mercury and other metals were examined in the area surrounding the Ebro River and in the marine area located near the mouth of this river. The study has shown that the effects of metal contamination are visible nearby the industrial complex, downriver and in the fish of the Mediterranean area located nearby the Ebro mouth, more than 110 kilometres downriver. This study has also allowed to characterize the specific mercury isotopic composition of chlor-alkali plants. Subsequently, the study of the fish devoted to human consumption in L’Ampolla, Ametlla de Mar, Alacant, Mallorca, Menorca, Eivissa, Marseille, Genoa, Civitavecchia and Alghero has allowed the contribution characterization of the atmospheric deposition plus the background level and chlor-alkali plants in the fish from Western Mediterranean. The inputs from the chlor-alkali plants represented about 63-100% of total mercury while the inputs from background + atmospheric fallout ranged between 0% and 37%. The study of 1345 specimens of commercial value sold for human consumption in the above- mentioned locations allowed the characterization of the mercury concentrations in 58 species of lean and cartilaginous fish. 316 samples (23.5% of the total) showed Hg concentrations above the EU recommended limits for human consumption, 0.5 mg kg-1 wet weight (ww) or 1 mg kg-1 ww.

The extrapolation of the mercury concentrations observed in Mediterranean fish to the tolerable provisional weekly intakes of methylmercury showed intakes above the thresholds recommended by EFSA for the three countries where the fish was collected, 152%, 151% and 144% for the populations of Spain, France and Italy, respectively. Comparison of the mercury content in the different species allowed to define one group of twelve species whose specimens always fulfilled the EU recommended values for human consumption: sardine, anchovie, squid, surmullet, painted comber, blackspot seabream, blue whiting, salema, brown meagre, picarel, pearly razorfish and common dolphinfish. On the contrary, the species showing a high percentage of individuals not fulfilling the EU recommendations were dusky grouper, european barracuda, common dentex, norway lobster, greater forkbeard, common seabream, porbeagle and thornback ray.

El mercurio es un contaminante potente que se libera tanto a partir de fuentes industriales como naturales. Se encuentra en todas partes pero tiende a acumularse en los sistemas acuáticos debido a sus propiedades fisicoquímicas. La fuente principal de mercurio en los seres humanos es el consumo de pescado y marisco. La ingesta de dicho metal da lugar a efectos adversos a nivel neuronal, endocrino e inmunológico. Este contaminante es particularmente abundante en los organismos marinos del Mediterráneo occidental, desconociendose las causas que han dado lugar a las concentraciones elevadas y su distribución en dicha cuenca marina. Por ello, en la presente memoria de tesis se ha tomado esta cuenca como referencia y se ha investigado cuál es el origen y distribución de dicho contaminante y su posible acumulación en humanos mediante los temas siguientes: • descripción de la distribución de mercurio y su acumulación en sedimentos y organismos de un ambiente fluvial altamente contaminado por las emisiones de una planta cloro-álcali que utilizaba tecnología de mercurio en el cátodo. • composición isotópica del mercurio en diferentes tipos de muestras contaminadas por emisiones de plantas de cloro-álcali. • rastreo de la extensión geográfica de la contaminación utilizando las composiciones de los isótopos de mercurio de las diversas muestras contaminadas. • rastreo del origen del mercurio en muestras de pescado en el Mediterráneo occidental utilizando la composición isotópica del mercurio, discriminando entre diferentes fuentes y, específicamente, entre los aportes de plantas cloro-álcali, la deposición atmosférica y otras contribuciones. • desarrollo de un método para estimar la contribución de mercurio de diferentes fuentes. • descripción de la cantidad total de mercurio en el pescado del Mediterráneo occidental. • cálculo de las estimaciones de la ingesta semanal provisional tolerable de metilmercurio en las poblaciones de España, Francia e Italia. Estas estimaciones proporcionarán información preliminar para una evaluación futura de los riesgos para la salud asociados al consumo de pescado local. • evaluación de qué especies de peces comestibles en el mar Mediterráneo representan un riesgo o no para el consumo humano debido al mercurio. • identificación de las especies que tienen un nivel alto de mercurio en una región mediterránea específica.

Il mercurio è un potente inquinante rilasciato sia da fonti industriali che naturali. Si trova ovunque, ma tende ad accumularsi nei sistemi acquatici a causa delle sue proprietà fisico-chimiche. La fonte primaria di mercurio nell'uomo è il consumo di pesce e frutti di mare. La maggiore preoccupazione per l'assorbimento del mercurio è dovuta agli effetti neuronali, endocrini e immunologici avversi che provoca. Nonostante le informazioni disponibili in letteratura, è necessario colmare diverse lacune in termini di valutazione dell'entità degli effetti di questo neuroinquinante, di previsione del contributo delle sorgenti che lo rilasciano e di considerazione della situazione del mercurio in un contesto come quello occidentale Mediterraneo perché si trova in grande abbondanza. Quindi in questa dissertazione si è cercato di colmare queste lacune trattando diverse tematiche che, nella fattispecie, sono: • la descrizione della distribuzione e l’estensione del mercurio in un ambiente altamente contaminato a causa del rilascio di questo inquinante da un impianto di produzione di cloro- alcali che utilizza una tecnologia a rilascio di mercurio. • la composizione isotopica del mercurio in diversi tipi di campioni contaminati dalle emissioni di impianti cloro-alcali. • il tracciamento dell'estensione geografica della contaminazione utilizzando le firme degli isotopi di mercurio dei diversi esemplari contaminati. • Il tracciamento dell'origine del mercurio in campioni di pesce nel Mar Mediterraneo occidentale utilizzando la composizione isotopica del mercurio, discriminando tra fonti diverse e, nello specifico, tra input di impianti cloro-alcalini e deposizione atmosferica più background. • lo sviluppo di un metodo per la stima del contributo del mercurio da diverse fonti. • la descrizione del quantitativo complessivo di mercurio nei pesci del Mediterraneo occidentale. • il calcolo delle stime di assunzione settimanale provvisoria tollerabile di metilmercurio nelle popolazioni di Spagna, Francia e Italia. Queste stime forniscono informazioni preliminari per una futura valutazione dei rischi per la salute associati al consumo locale di pesce. • la valutazione di specie ittiche edibili del Mar Mediterraneo che possono essere rischiose o sicure per il consumo umano. • identificare le specie che hanno un alto livello di mercurio in una specifica regione.