WWA – co oznacza ten skrót i jak powstał?

Skrót WWA oznacza wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne – grupę ponad 200 związków organicznych o co najmniej dwóch połączonych pierścieniach aromatycznych. Powstają głównie podczas niecałkowitego spalania materii organicznej i mogą działać kancerogennie, mutagennie oraz toksycznie dla ludzi. Warto poznać, skąd się biorą i jak ograniczyć kontakt z nimi, dlatego zapraszam do dalszej lektury.

Co oznacza skrót WWA?

Skrót WWA rozwija się jako wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. W literaturze fachowej spotkasz też angielskie określenie PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons), ale opisują one tę samą grupę substancji. To związki zbudowane wyłącznie z atomów węgla i wodoru, ułożonych w dwa lub więcej sprzężonych pierścieni aromatycznych.

Do tej grupy zalicza się ponad 200 związków, które mają podobną budowę, ale bardzo różną toksyczność. Najprostszym przykładem jest naftalen, a jednym z najlepiej przebadanych – benzo(a)piren. Te związki są hydrofobowe, słabo rozpuszczają się w wodzie, za to dobrze w tłuszczach oraz rozpuszczalnikach organicznych, co ułatwia ich kumulację w tkance tłuszczowej organizmu.

W czystej postaci większość WWA to białe lub jasnożółte ciała stałe o wysokiej temperaturze topnienia i wrzenia. Są trwałe w środowisku, bo wolno ulegają rozkładowi, szczególnie te „duże” cząsteczki o wielu pierścieniach. Z tego powodu raz uwolnione do środowiska, potrafią krążyć w nim przez długi czas.

Jak powstają WWA?

WWA nie pojawiają się znikąd – prawie zawsze są produktem niecałkowitego spalania materii organicznej. Chodzi o sytuacje, w których temperatura jest wysoka, ale tlenu jest za mało, by paliwo dopaliło się do końca. W efekcie zamiast prostych produktów spalania (woda, dwutlenek węgla) powstają złożone cząsteczki aromatyczne.

Naturalne procesy, w których tworzą się WWA, to głównie pożary lasów, wybuchy wulkanów czy procesy hydrotermalne. Nie mamy na nie wpływu, ale ich udział w całkowitej emisji bywa mniejszy niż emisja związana z działalnością człowieka, szczególnie w gęsto zaludnionych krajach industrialnych.

Jakie procesy antropogeniczne tworzą WWA?

Najwięcej WWA powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych – węgla, ropy naftowej i ich pochodnych. Mowa zarówno o dużych instalacjach energetycznych, jak elektrownie i elektrociepłownie, jak i o domowych kotłowniach z przestarzałymi piecami, w których pali się węglem, drewnem, a czasem odpadami. W takich warunkach spalanie rzadko przebiega w sposób całkowity.

Silniki spalinowe to kolejny istotny generator WWA. W spalinach samochodowych, szczególnie przy ruchu miejskim o dużym natężeniu, stężenia niektórych związków z tej grupy rosną nawet kilkanaście razy w porównaniu z obszarami wiejskimi. Badania wskazują, że poziomy reprezentatywnych WWA w powietrzu sięgają 0,02–1,2 ng/m³ na terenach wiejskich i 0,15–19,3 ng/m³ w miastach.

Istotnym źródłem są też procesy przemysłowe – produkcja koksu, aluminium, asfaltu, wyrobów petrochemicznych, gumy czy konserwacja drewna. W takich instalacjach często pracują piece o bardzo wysokich temperaturach, a każda nierównowaga tlenowa sprzyja powstawaniu produktów pośrednich, w tym WWA.

WWA podczas grillowania i obróbki żywności

Codzienny kontakt z WWA wielu osobom kojarzy się właśnie z jedzeniem z grilla. W rzeczywistości to jedno z ważniejszych źródeł narażenia dietetycznego, bo szacuje się, że do 99% WWA może trafiać do organizmu z żywnością. Krytycznym momentem jest tu piroliza tłuszczu, który skapuje z mięsa na rozżarzone paliwo. W wysokiej temperaturze i przy ograniczonym dostępie tlenu tłuszcz rozkłada się, tworząc WWA, które razem z dymem osiadają na potrawie.

Najwięcej WWA powstaje przy grillowaniu tłustych mięs nad otwartym płomieniem, szczególnie w pierwszych minutach spalania węgla, kiedy płomień jest wysoki i dym gęsty. Im bliżej ruszt ustawisz do żaru, tym mniej miejsca na rozproszenie dymu i tym większa szansa, że szkodliwe cząsteczki trafią prosto na jedzenie. W zwęglonym mięsie potrafi skumulować się nawet do 20 μg WWA na 1 kg produktu.

Podobny mechanizm dotyczy wędzenia. Dym, który ma nadawać produktom charakterystyczny smak, zawiera nie tylko parę wodną, ale i sadzę oraz smołę, na których powierzchni adsorbują się WWA. Gdy temperatura w palenisku sięga powyżej 600°C, stężenia tych związków w dymie rosną nawet dziesięciokrotnie w porównaniu z dymem generowanym poniżej 400°C.

Największe ilości WWA w potrawach z grilla powstają nie od samego ciepła, ale od tłuszczu kapiącego na ogień i zwęglonej powierzchni mięsa.

Jakie są najważniejsze związki z grupy WWA?

Choć grupa WWA obejmuje setki związków, w praktyce monitoruje się zwykle kilkanaście–kilkadziesiąt z nich. Wynika to z różnic w toksyczności oraz częstości występowania. W badaniach żywności i środowiska często oznacza się szczególnie 16–17 reprezentantów, m.in. acenaften, acenaftylen, fluoren, antracen, fenantren, fluoranten, piren, chryzen czy benzo(a)antracen.

Największą uwagę przyciąga benzo(a)piren. Jest najlepiej przebadanym przedstawicielem WWA i został uznany za wskaźnik całej grupy. W powietrzu atmosferycznym na terenie Unii Europejskiej jego docelowa wartość wynosi 1 ng/m³. W Polsce poziom tego związku mierzy m.in. Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, wykorzystując go do oceny jakości powietrza i zagrożenia smogiem.

Co ciekawe, WWA praktycznie nigdy nie występują samotnie. Jeśli wykrywa się wysokie stężenie jednego z nich, bardzo często towarzyszą mu inne o zbliżonej budowie. Dla oceny ryzyka zdrowotnego oznacza to, że trzeba brać pod uwagę całe mieszaniny, a nie pojedynczy związek.

Jak WWA wpływają na zdrowie?

Największe zagrożenie nie wynika z samych WWA, ale z tego, co dzieje się z nimi w organizmie. Po wchłonięciu – głównie z jelit, ale także z płuc i skóry – trafiają do wątroby, gdzie enzymy, w tym układ cytochromu P450, przekształcają je w reaktywne metabolity. Wśród nich są epoksydy i dihydrodiole, które łatwo reagują z DNA, białkami i lipidami.

Te reaktywne formy mogą tworzyć trwałe addukty z materiałem genetycznym, co prowadzi do mutacji. Jednym z ważnych celów jest gen p53, odpowiedzialny za kontrolę cyklu komórkowego i uruchamianie procesów naprawy DNA lub śmierci komórki. Mutacje w tym genie – na przykład zamiana guaniny na tyminę – wykryto m.in. w guzach płuc u palaczy narażonych na wysokie stężenia benzo(a)pirenu.

Czy WWA powodują nowotwory?

Badania na zwierzętach i obserwacje epidemiologiczne potwierdzają związek długotrwałej ekspozycji na WWA z rozwojem nowotworów. W zależności od drogi narażenia obserwuje się inne lokalizacje zmian – przy wdychaniu zanieczyszczonego powietrza dominuje rak płuc, przy wysokiej podaży z żywnością rośnie ryzyko raka żołądka, a przy kontakcie ze skórą mogą pojawiać się zmiany nowotworowe w obrębie skóry.

Analizy wskazują także na związek pomiędzy wysokim poziomem kompleksów WWA-DNA a ryzykiem raka piersi. U kobiet z podwyższonym stężeniem takich kompleksów we krwi prawdopodobieństwo zachorowania może być większe nawet o około 50%. Wpływ WWA na inne nowotwory, jak rak pęcherza, pozostaje mniej jednoznaczny, ale część danych sugeruje udział tych związków także w tych procesach.

Jakie inne skutki zdrowotne wywołują WWA?

Ekspozycja na WWA nie ogranicza się jedynie do nowotworów. U osób mieszkających w rejonach o dużym zanieczyszczeniu powietrza obserwuje się częstsze infekcje górnych dróg oddechowych, zaostrzenia astmy i nasilone objawy alergii. Związki te mogą podrażniać nabłonek dróg oddechowych, a jednocześnie osłabiać lokalną odpowiedź immunologiczną.

Badania nad dziećmi narażonymi prenatalnie i we wczesnym dzieciństwie na wyższe stężenia WWA pokazały także gorszy rozwój funkcji poznawczych – niższy iloraz inteligencji, słabsze wyniki testów pamięci, a także częstsze problemy behawioralne. W okresie życia płodowego związki te mogą przenikać przez łożysko i – jak wykazano – są także wykrywane w mleku matki.

Nie można też pominąć wpływu na płodność. U mężczyzn przewlekła ekspozycja na WWA wiąże się ze spadkiem jakości nasienia, większym odsetkiem plemników z uszkodzonym DNA i niższą zdolnością zapłodnienia komórki jajowej. U kobiet ciąża przebiegająca przy wysokim narażeniu wiąże się większym ryzykiem poronień, porodów przedwczesnych oraz niższej masy urodzeniowej noworodka.

Metabolity WWA uszkadzają DNA – w tym gen p53 – co sprzyja mutacjom, nowotworom i zaburzeniom rozwoju płodu.

Gdzie spotykamy WWA w żywności?

Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że u osób niepalących około 99% narażenia na WWA pochodzi z diety. Oddychanie zanieczyszczonym powietrzem odpowiada za mniej niż 1%, a woda pitna za 0,1–0,3%. Dlatego szczególnie ważne jest to, co i jak jemy, a nie tylko to, czym oddychamy.

Do żywności WWA dostają się dwiema głównymi drogami. Pierwsza to zanieczyszczenie środowiska, czyli obecność tych związków w glebie, wodzie i powietrzu, z którymi kontakt mają rośliny i zwierzęta. Druga – często ważniejsza – to procesy obróbki termicznej: smażenie, pieczenie, grillowanie, wędzenie czy prażenie.

Które produkty zawierają najwięcej WWA?

Najwyższe stężenia WWA spotyka się zwykle w mięsie i produktach mięsnych poddawanych intensywnej obróbce cieplnej – szczególnie wędzeniu i grillowaniu nad otwartym ogniem. Wędzone wędliny, kiełbasy, boczek, a także ryby wędzone mogą zawierać znacznie więcej WWA niż ich surowe odpowiedniki. Do grupy podwyższonego ryzyka zaliczają się również konserwy mięsne i rybne utrwalane w wysokiej temperaturze.

Występowanie WWA stwierdza się jednak także w produktach nieprzetworzonych, które rosną lub dojrzewają w pobliżu źródeł emisji. W badaniach wykryto je m.in. w orzeszkach ziemnych, kawie, herbacie, rafinowanych olejach roślinnych i warzywach liściastych, jak szpinak. Rośliny mogą pobierać te związki z gleby, wody lub bezpośrednio z zanieczyszczonego powietrza.

Szczególnym przypadkiem jest herbata. Liście, ze względu na dużą powierzchnię, łatwo gromadzą zanieczyszczenia, a ich suszenie czy prażenie może potęgować ten efekt. Badania pokazały, że WWA wykryto we wszystkich analizowanych rodzajach herbat, a do naparów przenikało średnio około 12,6% zawartości z suszu.

Jak prawo ogranicza WWA w żywności?

Ze względu na potwierdzoną toksyczność WWA ich zawartość w żywności podlega ścisłym limitom. W Unii Europejskiej określa je Rozporządzenie Komisji (UE) nr 835/2011, które wyznacza maksymalne dopuszczalne poziomy benzo(a)pirenu oraz sumy czterech związków (benzo(a)piren, benzo(a)antracen, benzo(b)fluoranten, chryzen) w różnych kategoriach produktów. Przykładowe wartości pokazuje poniższa tabela:

Odrębne, bardzo restrykcyjne limity obowiązują dla żywności przeznaczonej dla niemowląt i małych dzieci – zarówno dla pojedynczego benzo(a)pirenu, jak i sumy czterech WWA wynoszą one 1,0 μg/kg. Takie wartości wymuszają na producentach stosowanie technologii minimalizujących powstawanie tych związków.

Jak ograniczyć narażenie na WWA?

Całkowite wyeliminowanie kontaktu z WWA nie jest możliwe, bo są obecne i w środowisku, i w żywności. Można jednak wyraźnie zmniejszyć dawkę, którą przyjmujesz każdego dnia, modyfikując kilka nawyków. Największy efekt dają zmiany w diecie i rezygnacja z najbardziej „dymiących” przyzwyczajeń.

WHO i europejskie komitety ds. żywności wskazują, że główne pole manewru to sposób przygotowywania posiłków. Warto ograniczać częstotliwość spożycia mocno wędzonych i przypalonych produktów, szczególnie u dzieci, kobiet w ciąży i osób mieszkających na terenach o wysokim zanieczyszczeniu powietrza.

Jak bezpieczniej grillować i smażyć?

Podczas grillowania ilość WWA zależy od konstrukcji grilla, paliwa, rodzaju mięsa i odległości od źródła ciepła. W grillach opalanych węglem lub drewnem spalanie często nie jest całkowite, a dym bogaty w WWA unosi się prosto na ruszt. Grille gazowe generują ich zwykle mniej, bo gaz spala się czyściej i bez intensywnego dymienia.

Żeby ograniczyć tworzenie się WWA na domowym grillu, możesz zastosować kilka prostych zasad:

• piecz mięso dopiero wtedy, gdy węgiel się żarzy, a płomień wygasł,
• zwiększ odległość między rusztem a żarem lub używaj tacek,
• nie układaj mięsa bezpośrednio nad otwartym płomieniem,
• unikaj zwęglania powierzchni – mocno spalone fragmenty lepiej odciąć.

Pomaga też zmniejszenie ilości kapiącego tłuszczu. Zdjęcie skóry z drobiu przed pieczeniem, wybór chudszych kawałków czy użycie rusztów i tacek, które odprowadzają tłuszcz, obniża ilość WWA w gotowym daniu. W badaniach wykazano, że w warunkach, w których tłuszcz nie kapie na ogień, ilość tych związków spada nawet do wartości bliskich tłu surowemu.

Jaką rolę odgrywają marynaty?

Ciekawym elementem strategii ograniczania WWA są marynaty na bazie składników bogatych w przeciwutleniacze. Mieszanki zawierające czosnek, cebulę, zioła czy przyprawy roślinne zmniejszają tworzenie się reaktywnych cząsteczek podczas smażenia i grillowania. Badania na wieprzowinie pokazały, że takie marynaty hamują powstawanie wybranych WWA w trakcie obróbki termicznej.

Marynata pomaga również zatrzymać część tłuszczu wewnątrz mięsa, przez co mniej go kapie bezpośrednio na żar. To zmniejsza ilość dymu niosącego WWA na powierzchnię potrawy. W praktyce dobrze działa kilkugodzinne marynowanie w lodówce, a skład można oprzeć na oleju roślinnym, soku z cytryny lub jogurcie, z dodatkiem czosnku, cebuli i ulubionych przypraw.

Jak zmniejszyć narażenie z powietrza?

Druga, choć ilościowo mniejsza, a istotna droga narażenia to oddychanie zanieczyszczonym powietrzem. WWA przyczepiają się do drobnych pyłów zawieszonych PM2,5 i PM10, które łatwo docierają głęboko do pęcherzyków płucnych. W sezonie grzewczym ich stężenia w wielu polskich miastach przekraczają wartości zalecane przez instytucje zdrowia publicznego.

Aby zmniejszyć ekspozycję, warto śledzić lokalne komunikaty o jakości powietrza i ograniczać aktywność na zewnątrz przy wysokich stężeniach pyłu. W pomieszczeniach część osób korzysta z domowych oczyszczaczy powietrza z filtrami HEPA, które wychwytują cząstki stałe niosące na swojej powierzchni WWA. Szczególnie przydatne jest to w mieszkaniach położonych przy ruchliwych ulicach czy w dolinach z częstymi zastoiskami smogu.

Najskuteczniej zmniejszasz dzienne dawki WWA, łącząc dwie rzeczy: rezygnację z dymiącego grilla kilka razy w tygodniu i unikanie ekspozycji na smog w dniach o najwyższych stężeniach pyłu.