Transfer of dioxins (PCDD), furans (PCDF) and polychlorianted biphenyls (PCB) from feed into selected tissues produced from growing sheep

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat im Jahre 2018 das Ergebnis früherer Bewertungen bestätigt, dass sowohl die fütterungsbedingte Exposition von Lebensmittel liefernden Tieren als auch die ernährungsbedingte Exposition des Verbrauchers gegenüber polychlorierten Dibenzo-p-Dioxinen (PCDD), Dibenzofuranen (PCDF) und polychlorierten Biphenylen (PCB) ein Gesundheitsrisiko darstellen kann. Bei Dioxinen, Furanen und PCB handelt es sich um persistente toxische Chemikalien, die sich in geringen Mengen in der Lebensmittelkette – in der Regel im Fettgewebe von Tieren – anreichern. Der Transfer (Carry over) von PCDD, PCDF und PCB aus dem Futter in Lebensmittel tierischen Ursprungs (Leber, Niere, Muskel- und Fettgewebe) wurde an wachsenden Schafen mit dem Ziel untersucht, Erkenntnisse zur Toxikokinetik von PCDD, PCDF und PCB unter besonderer Berücksichtigung ausgewählter Einzelkongenere und in Abhängigkeit vom Wachstum junger Schafe zu gewinnen. Die Untersuchungen waren Teil eines EUForschungsprojektes (QSAFFE) und wurden am Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), Berlin, in Kooperation mit dem RIKILT Institut, Universität Wageningen (Niederlande) durchgeführt. Insgesamt 48 Lämmer der Rasse Schwarzkopf wurden im Alter von 8 bis 10 Wochen mit einer mittleren Lebendmasse von 22,13 kg zufällig auf drei (3) Fütterungsgruppen aufgeteilt. Zwei Gruppen erhielten über einen Zeitraum von insgesamt 113 Tagen entweder kontaminierte Graspellets, die im Mittel Gehalte von 1,71 ng PCDD/F TEQ/kg, 0,32 ng dl-PCB TEQ/kg und 2328 ng ndl-PCB/kg (88% TM) aufwiesen (kontamGP, n=4) oder eine Graspellet-Kontrolldiät mit mittleren Gehalten an 0,27 ng TEQPCDD/F/kg; 0,06 ng TEQdl-PCB/kg; 454 ng ndl-PCB/kg (KoGP, n=12). Die dritte Gruppe (VG55/57, n=32) wurde zunächst über einen Zeitraum von 55 Tagen mit kontaminierten Graspellets (kontamGP) gefüttert und anschließend erhielten die Tiere über einen Zeitraum von 57 Tagen unbelastete Kontroll-Graspellets (KoGP). Die Tiere wurden auf Stroh gehalten, von dem sie im Mittel 239 g TM pro Tier und Tag verzehrten. Zum Versuchsbeginn wurden vier zufällig ausgewählte Lämmer mit dem Ziel getötet, Basisdaten über die Konzentrationen an Dioxinen, Furanen und PCB in Leber, Nieren, Rückenmuskulatur (M. longissimus dorsi) sowie Nierenfettgewebe zu ermitteln (Nulltiere, KON VT1). In der VG 55/57 wurden jeweils vier Tiere gestaffelt an den Versuchstagen (VT) 8, 17, 29, 56, 64, 71, 92 und 113 geschlachtet. In der Gruppe KON wurden jeweils vier Tiere an den VT 56 und 113 geschlachtet. Die vier Tiere der VG 112 wurden am VT 113 geschlachtet. Die chemische Analyse der Proben erfolgte nach den Bestimmungen der Verordnung (EU) Nr. 2017/644 und Verordnung (EU) Nr. 2017/771 mittels HRGC-HRMS sowohl am RIKILT Institut Wageningen als auch in den Laboratorien des BfR. Bei den Nulltieren wurden in allen untersuchten Geweben Konzentrationen an Dioxinen, Furanen und PCB detektiert, als deren Ursache ein Transfer über die Milch aus dem mütterlichen Organismus während der Säugeperiode angenommen werden kann. Mit der Aufnahme an kontamGP erhöhten sich die TEQ-Gehalte in den untersuchten Körpergeweben in Abhängigkeit von der Zeit mit unterschiedlichen Gewichtungen; zudem zeigten sich Veränderungen in Anteilen der Einzelkongenere in den Körpergeweben verglichen mit dem Kongenerenmuster bei den Nulltieren. Je länger die Fütterung mit kontamGP erfolgte, desto höher war die Anreicherung der PCDD/F am TEQ in der Leber (KON: 61,4 %; VG 112: 70,5 %), während im Muskelgewebe ein solcher Effekt bei den Tieren der Gruppen KON und VG 112 nicht auftrat. Während in der VG 112 am Versuchsende erwartungsgemäß die höchsten Konzentrationen in den Geweben gemessen wurden (Leber TEQPCDD/F: 58,86 pg/g Fett; TEQdl-PCB: 24,61 pg/g Fett; ndl-PCB: 98,45 ng/g Fett), zeigte sich bei den Tieren der VG 55/57, dass nach einem Futterwechsel von kontaminierten Graspellets (kontamGP) am 55. Versuchstag auf ein dioxin-, furan- und PCB-freies Kontroll-Futter (KoGP) im Verlauf der sich anschließenden 57 Tage bis zum Versuchsende die Konzentrationen sowohl in Bezug auf den TEQPCDD/F+dl-PCB (Leber VT56: 76,48 pg/g Fett, VT113: 32,82 pg/g Fett) als auch in Bezug auf die meisten Einzelkongenere kontinuierlich abnahmen. Die Effekte spiegeln die Folge des Massezuwachses der Tiere im zeitlichen Verlauf des Versuches. Ebenso wurden bei den Tieren der Kontrolle (KON) im Vergleich zu den Nulltieren abnehmende Konzentrationen der PCDD/F (2,3,7,8 TCDD Leber, VT56: 0,22 pg/g Fett; VT 113: 0,15 pg/g Fett) detektiert, während einige dl-PCB (PCB 126, PCB 169) und ndl-PCB Kongenere (PCB 153, PCB 138, PCB 180), als deren Eintragquelle die Aufnahme von Stroh aus der Einstreu identifiziert wurde, sich in den untersuchten Geweben kontinuierlich anreicherten. In der Leber wurden, unabhängig vom Fütterungsregime, immer deutlich höhere Konzentrationen an Dioxinen (PCDD/F) und PCB analysiert als in Muskelgewebe oder dem Nierenfett. Während in der Leber der Übergang der PCDD/F aus dem Futter dominierte, zeigten sich in den Fettgeweben die dl-PCB als die am stärksten akkumulierenden Substanzen. Die Analyse verschiedener Fettgewebe (Nierenfett, Netzfett, Unterhautfett, Muskelfett) von Tieren der Kontrolle bzw. Tieren der VG 112 zeigte, dass sich die TEQ-Gehalte in den untersuchten Geweben der Tiere innerhalb einer Gruppe nicht signifikant voneinander unterschieden. Die vergleichsweise leicht zu gewinnenden Proben subkutanen Fettgewebes können bei wachsenden Schafen somit als ein Indikator für den Umfang der Kontamination von Muskelgewebe dienen. Und die Gehalte an Dioxinen, Furanen und PCB im Nierenfett kleiner Wiederkäuer erwiesen sich - unabhängig von der Dauer der Exposition der Tiere gegenüber PCDD/F und PCB - als ein geeigneter Indikator zur Vorhersage einer zu erwartenden Konzentration an PCDD/F und PCB in der Leber und im Fett des Muskelgewebes.In 2018, the European Food Safety Authority (EFSA) confirmed the results of previous assessments that both feed-related exposure of food-producing animals and dietary exposure of consumers to polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDD), dibenzofurans (PCDF) and polychlorinated biphenyls (PCB) may pose a health risk. Dioxins, furans and PCBs are persistent toxic chemicals that accumulate in small amounts in the food chain, usually in the fatty tissue of animals. The carryover of PCBs from feed into food of animal origin (liver, kidney, muscle and fat tissue) was investigated in growing sheep. The aim was the gaining of insights into the toxicokinetics of PCDDs, PCDFs and PCBs. Especially the consideration of selected individual congeners and as a function of the growth of young sheep was the point of interest. The investigations were part of an EU research project (QSAFFE) and were carried out at the Federal Institute for Risk Assessment (BfR), Berlin, in cooperation with the RIKILT Institute, Wageningen University (Netherlands). A total of 48 lambs of Scottish blackface were randomly allocated to three (3) feeding groups at 8 to 10 weeks of age with a mean live weight of 22.13 kg. For 113 consecutive days one group (VG 112, n=4) was either fed contaminated grass pellets (kontamGP) with mean levels of 1.71 ng PCDD/F TEQ/kg, 0.32 ng dl-PCB TEQ/kg and 2328 ng ndl-PCB/kg (88% DM). The control group (KON, n=12) was fed a grass pellet control diet (KoGP) with mean levels of 0.27 ng TEQPCDD/F/kg; 0.06 ng TEQdl-PCB/kg; 454 ng ndl-PCB/kg (KoGP, n=12). The third group (VG55/57, n=32) was first fed contaminated grass pellets (kontamGP) for a period of 55 days and then uncontaminated control grass pellets (KoGP) for a period of 57 days. All animals were kept on straw, of which they consumed an average of 239 g DM per animal per day. At the start of the trial, four randomly selected lambs were killed to establish baseline data on the concentrations of dioxins, furans and PCBs in the liver, kidneys, back muscles (M. longissimus dorsi) and kidney fat tissue (baseline animals, KON VT1). In the VG 55/57, four animals each were slaughtered staggered on the test days (VT) 8, 17, 29, 56, 64, 71, 92 and 113. In the control group, four animals each were slaughtered on VT 56 and 113. The four animals of VG 112 were slaughtered on VT 113. The chemical analysis of the samples was carried out in accordance with the provisions of Regulation (EU) No 2017/644 and Regulation (EU) No 2017/771 using HRGC-HRMS both at the RIKILT Institute Wageningen and in the laboratories of BfR. In the baseline animals, concentrations of dioxins, furans and PCBs were detected in all analysed tissues. As the cause of this a transfer via milk from the maternal organism during the suckling period can be assumed. With the intake of kontamGP, the TEQ levels in the body analysed tissues increased with different weights depending on the time; in addition, changes in the proportions of the individual congeners in the body tissues were found, compared to the congener pattern in the baseline animals. The longer the feeding with kontamGP was, the higher was the accumulation of PCDD/F at TEQ in the liver (KON: 61.4 %; VG 112: 70.5 %), while in the muscle tissue such an effect did not occur in the animals of the groups KON and VG112. While in VG112 the highest concentrations were measured, as expected, in the tissues at the end of the experiment (liver TEQPCDD/F: 58.86 pg/g fat; TEQdl-PCB: 24.61 pg/g fat; ndl-PCBs: 98.45 ng/g fat), it was shown in the animals of VG 55/57 that after a change of feed from contaminated grass pellets (kontamGP) on the 55th day of the experiment to control grass pellets (KoGP), no such effect was observed. The concentrations of TEQPCDD/F+dl-PCB (liver VT56: 76.48 pg/g fat, VT113: 32.82 pg/g fat) as well as of most of the individual congeners decreased continuously over the following 57 days until the end of the experiment. The effectsere a consequence of the animals’ weigt gain over the time course of the experiment. Similarly decreasing concentrations of PCDD/F (2,3,7,8 TCDD liver, VT56: 0.22 pg/g fat; VT 113: 0.15 pg/g fat) were detected, while some dl-PCB (PCB 126, PCB 169) and ndl-PCB congeners (PCB 153, PCB 138, PCB 180), whose source of entry was identified as ingestion of straw from the litter, continuously accumulated in the tissues studied. The concentrations of dioxins (PCDD/Fs) and PCBs were always significantly higher in the liver than in muscle tissue or kidney fat. While in the liver PCDD/Fs from the feed were predominantly present, in the fat tissues dl-PCBs proved to be the most accumulating substances. The analysis of different adipose tissues (kidney fat, omental fat, subcutaneous fat, muscle fat) from control and VG112 animals, respectively, showed that the TEQ levels in the examined tissues of animals within a group did not differ significantly from each other. Therefore, the comparatively easy-to-obtain samples of subcutaneous fat tissue could serve as an indicator of the extent muscle tissue contamination in growing sheep. The levels of dioxins, furans and PCBs in the kidney fat of small ruminants proved to be a suitable indicator for predicting an expected concentration of PCDD/Fs and PCBs in the liver and fat of the muscle tissue – regardless of the duration of the animals’ exposure to PCDD/Fs and PCBs