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La FDA s'apprête à réglementer l'arsenic et le cadmium dans les aliments pour bébés

Le riz et les épinards sont des aliments de base pour les bébés et les jeunes enfants, mais les métaux et métalloïdes toxiques présents dans ces aliments peuvent avoir de graves conséquences sur la santé.

En particulier, les métaux lourds tels que le cadmium, le plomb, le mercure et l’arsenic métalloïde pourraient retarder le développement du cerveau chez les bébés et les jeunes enfants.

Dans une nouvelle recherche publiée dans la revue universitaire Géochimie environnementale et santé, Des scientifiques de l'Université du Delaware ont découvert que les rizières inondées tendent à contenir des quantités plus élevées d'arsenic et des quantités plus faibles de cadmium. Plus ces rizières sont sèches, plus les quantités d'arsenic sont faibles et plus les quantités de cadmium sont élevées. Cependant, plus le cadmium est élevé, plus le seuil existant pour les effets nocifs sur la santé est bas.

Ces résultats pourraient aider à établir un plan d'action pour réduire les niveaux de ces contaminants dans les aliments généralement consommés par les nourrissons et les enfants. Plus tôt cette année, la Food and Drug Administration (FDA) américaine a publié un projet de directive sur la quantité de plomb autorisée dans les aliments pour bébés. Elle est sur le point d'établir de nouvelles réglementations sur le seuil d'arsenic, de cadmium et de mercure qui peut être autorisé dans les aliments pour nourrissons dans le cadre de son plan d'action Closer to Zero.

Inondation des rizières

Les cultures telles que le maïs, le soja et le blé poussent dans des sols qui ne sont pas très humides. Les agriculteurs les arrosent donc pour s'assurer que les plantes reçoivent les nutriments dont elles ont besoin pour pousser, mais jamais suffisamment pour les inonder complètement.

En revanche, le riz est souvent cultivé dans des sols très humides et inondés. L'oxygène qui se trouve normalement dans les minuscules pores du sol se perd très rapidement et est remplacé par de l'eau. L'oxygène limité déplace les micro-organismes du sol, et ces derniers commencent à respirer avec des minéraux d'oxyde de fer qui donnent au sol une couleur orange rouille.

L'arsenic a tendance à se coller très étroitement à ces oxydes de fer. Lorsque ces organismes utilisent ces oxydes pour respirer, ils passent d'une phase minérale solide à une phase de solution. En fait, vous les dissolvez et, lorsque vous les dissolvez, l'arsenic qui y est collé se retrouve dans l'eau.

Angelia Seyfferth, co-auteure de l'étude et professeure au Département des sciences végétales et des sols de l'Université du Delaware

Seyfferth a déclaré qu’une fois l’arsenic dans l’eau, il peut facilement être absorbé par les racines du riz et transporté dans le grain.

Seyfferth et son associé de recherche Matt Limmer ont cultivé du riz dans 18 petits champs de la ferme UD Newark, exposant les rizières à différentes conditions d'inondation et d'humidité.

« Nous espérions trouver une gestion optimale de l'irrigation qui minimiserait simultanément l'arsenic et le cadmium », a déclaré Limmer, « mais nous n'en avons pas trouvé dans ce sol. »

Après avoir récolté les grains et analysé la quantité d'arsenic et de cadmium qu'ils contenaient, les chercheurs ont constaté que plus le champ était inondé, plus l'arsenic s'accumulait dans le riz et moins le cadmium s'accumulait. En revanche, plus le champ était sec, plus le cadmium s'accumulait et moins l'arsenic s'accumulait.

« Mais, même dans ces conditions plus sèches où il y avait plus de cadmium, les concentrations de cadmium dans les céréales n'étaient pas préoccupantes pour la santé humaine », a déclaré Seyfferth.

Lorsque les rizières ont été inondées et que l'arsenic a été absorbé, les chercheurs ont observé une méthanogénèse, c'est-à-dire que les organismes du sol produisent un puissant gaz à effet de serre, le méthane, et l'émettent dans l'atmosphère. Pendant ce temps, l'excès d'eau a réduit le sulfate du sol en sulfure, ce qui a entraîné la précipitation du cadmium avec le sulfure.

En séchant le sol, les chercheurs ont réduit les niveaux d'arsenic et de méthane. Le sulfure du sol s'est oxydé et est devenu du sulfate, qui n'est plus une phase solide, ce qui permet au cadmium de s'infiltrer facilement et de s'échapper dans la plante.

« En asséchant le sol, nous freinons en quelque sorte les micro-organismes qui respirent avec les oxydes de fer et l'arsenic », explique Seyfferth. « Nous augmentons alors la quantité de cadmium en oxydant le sulfure en sulfate. Lorsqu'il devient sulfate, il n'est plus en phase solide avec le cadmium, et le cadmium peut alors être libre. »

Selon Seyfferth, l'assèchement du sol a introduit de l'oxygène dans les pores du sol, ce qui a ralenti les micro-organismes qui dissolvent les oxydes de fer et créent du méthane et modifié la chimie.

« Une fois que vous introduisez de l'oxygène, les oxydes de fer dissous redeviennent solides », explique Seyfferth. « Ils fonctionnent comme un filtre Brita. L'arsenic se fixe sur les oxydes de fer et ne se retrouve pas dans l'eau, de sorte que les racines des plantes ne peuvent pas vraiment l'absorber. »

Ce qu'ils ont découvert – un métal ou un métalloïde augmentant tandis que l'autre diminuait en fonction du niveau d'humidité du sol – constitue une sorte d'énigme.

« Il y a un défi », a déclaré Seyfferth. « Il s'agit essentiellement de déterminer quel est ce nombre magique ou ce statut magique de l'eau dans le sol pour essayer de minimiser les deux. Il n'y en a pas vraiment qui soit universel pour tous les sols. »

Grâce à une subvention de recherche du National Institute of Food and Agriculture du ministère de l'Agriculture des États-Unis, les chercheurs étudient l'arsenic dans le riz dans le cadre de travaux de terrain en Arkansas. Ils travailleront directement avec les agriculteurs pour développer des outils qui les aideront à gérer les inondations dans leurs rizières.

Parallèlement, la FDA pourrait publier d’ici la fin de l’année de nouvelles réglementations sur l’arsenic et le cadmium dans les aliments pour nourrissons, dans le cadre de son plan d’action Closer to Zero mentionné plus haut. L’agence a consacré du temps à étudier les effets de l’arsenic et du cadmium et de deux autres toxines, le mercure et le plomb, sur le développement de l’enfant. La FDA a également évalué de nouvelles technologies ou interventions qui pourraient limiter l’exposition à ces toxines.

« Notre travail pourrait, espérons-le, contribuer à façonner les politiques », a déclaré Seyfferth.

Les membres du laboratoire Seyfferth (Matt Limmer, Angelia Seyfferth et les étudiants diplômés Bekah Hanrahand et Frank Linam) récoltent du riz dans l'installation UD RICE.

Impliquer les agriculteurs

Les chercheurs de l’UD ont également découvert, grâce à un article de synthèse publié dans la revue universitaire GeoHealth, que les producteurs sont prêts à prendre toutes les mesures nécessaires pour réduire les niveaux de métaux dans leurs cultures, mais ils ont besoin d’incitations, de tests et d’éducation pour y parvenir.

C'est le cas notamment de l'industrie des épinards dans cinq États – producteurs, emballeurs, transformateurs et commerçants – que les chercheurs ont interrogés. Les épinards peuvent contenir des quantités de cadmium et de plomb qu'ils absorbent par le sol.

« Il est vraiment important d'obtenir les commentaires des parties prenantes pour voir ce qui est faisable pour les agriculteurs », a déclaré Seyfferth, « et que cela ne représenterait pas un fardeau trop lourd pour quelque chose qu'ils font déjà, ou pour changer une pratique qu'ils ont en place, qu'ils doivent faire pour respecter une autre norme, comme une norme de sécurité alimentaire différente. »

Les chercheurs ont étudié les interactions entre les plantes et les métaux et métalloïdes, en comparant et en contrastant la façon dont le cadmium et le plomb se déplacent dans les sols et affectent les légumes à feuilles vertes. Ils proposent également des solutions aux agriculteurs pour réduire la quantité de métaux et de métalloïdes dans les aliments qu'ils cultivent.

« Les agriculteurs travaillent souvent avec des marges très faibles pour des produits comme les épinards », a déclaré Seyfferth. « Si les organismes de réglementation rendaient vraiment difficile l'atteinte d'un certain niveau de cadmium ou de plomb, ils pourraient tout simplement changer de culture et cultiver autre chose. »

Pour compliquer les choses, l'un des problèmes liés au cadmium dans les épinards est que l'eau est chlorée pour désinfecter les épinards. Mais l'ajout de chlorure facilite en fait l'infiltration du cadmium dans les racines d'une plante, ce qui le transfère dans les tissus verts feuillus.

« Nous pourrions aggraver le problème du cadmium en utilisant de l'eau d'irrigation chlorée pour les légumes à feuilles vertes », a déclaré Seyfferth. « Peut-être devrions-nous réfléchir à d'autres moyens de désinfecter l'eau d'irrigation qui n'impliquent pas de chlorure. »

Selon Seyfferth, une solution pour réduire les niveaux de métaux et de métalloïdes toxiques dans les aliments consiste à offrir des subventions aux agriculteurs pour qu'ils mettent en œuvre certaines stratégies visant à réduire ces niveaux par eux-mêmes. Le cadmium, qui peut s'accumuler dans les feuilles d'épinards, pourrait être réduit en rendant les sols moins acides et en lavant les feuilles d'épinards après la récolte. Le plomb est plus difficile à éliminer, mais le lavage des feuilles d'épinards avec de l'extrait de jus de citron pourrait éliminer jusqu'à 26 % du plomb présent dans les feuilles, selon les chercheurs.

« Les solutions ne sont pas universelles », a déclaré Seyfferth. « Elles ne s'appliquent pas à tous les sols. Elles doivent être adaptées à chaque site. »

Selon Limmer et Seyfferth, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour trouver une stratégie d’irrigation optimale qui réduit les niveaux d’arsenic et de cadmium dans le riz.

« Des expériences similaires doivent être réalisées sur une variété de sols », a déclaré Limmer, « idéalement dans des conditions de terrain différentes. »

Alors que les États-Unis attendent le projet de réglementation de la FDA sur les seuils admissibles d'arsenic, de cadmium et de mercure dans les aliments pour bébés, Mme Seyfferth a déclaré qu'elle aimerait voir le gouvernement fédéral refaire une étude réalisée pour la dernière fois dans les années 1980. La FDA, le ministère américain de l'Agriculture et l'Agence américaine de protection de l'environnement ont analysé des sols et des plantes appariés dans des champs agricoles à travers les États-Unis pour avoir une idée de la concentration de métaux et de métalloïdes dans ces plantes et ces sols.

« Depuis, on cultive beaucoup plus d'épinards, et ce dans des zones où ils n'étaient pas cultivés auparavant », a déclaré Seyfferth. « Certains de ces sols ont une teneur beaucoup plus élevée en cadmium. Je souhaiterais que l'on reprenne cette étude. »