重慶主城區(qū)PhACs消耗的質(zhì)量估算*

訾成方， 高 旭,2, 黃 磊， 甘秀梅， 張怡昕

(1.重慶大學(xué) 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045; 2.重慶水務(wù)集團(tuán)股份有限公司，重慶 400015; 3.西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶，400716)

近些年來，水環(huán)境中的醫(yī)藥活性化合物(pharmaceutically active compounds，PhACs)的污染問題已成為環(huán)境科學(xué)界關(guān)注的新興熱點(diǎn)課題。由于在人類生產(chǎn)與生活中的大量應(yīng)用，相當(dāng)數(shù)量的PhACs及其具有生物活性的代謝產(chǎn)物被排放到環(huán)境中[1-3]。然而環(huán)境中PhACs的含量水平取決于人類的消費(fèi)量。Scheurer等(2009)報(bào)道了德國地表水中存在被廣泛使用的二甲雙胍，并且推斷出其在水環(huán)境中高濃度與藥品的消費(fèi)數(shù)據(jù)相吻合[4]。Ter Laak等(2010)指出利用藥物銷售數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)其在水環(huán)境中濃度的潛在的可能性[5]。Kasprzyk-Hordern等(2009)基于藥物在污水進(jìn)水濃度估算了當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)該藥物的用量[6]。Besse 等 (2008)通過使用藥物消費(fèi)數(shù)據(jù)計(jì)算出了預(yù)測(cè)環(huán)境濃度(predicted environmental concentrations)，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)環(huán)境濃度與當(dāng)?shù)貙?shí)地測(cè)量濃度一致[7]。Rowney等(2009)通過細(xì)胞毒性藥物的消費(fèi)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出其在泰晤士河流域水環(huán)境中的濃度[8]。綜上得出結(jié)論：PhACs消費(fèi)量同污水進(jìn)水之間有著很好的線性關(guān)系，因此可以通過考慮人類體內(nèi)藥物(代謝)動(dòng)力學(xué)，使用污水進(jìn)水中藥物的濃度反推算出藥物的使用量。

迄今為止，國內(nèi)只有北京，珠三角地區(qū)存在少量的關(guān)于污水廠中抗生素的存在和行為的研究報(bào)道[9-13]，而學(xué)者們研究的抗生素水平隨著地域不同差異又很大。在過去的20年，坐落于中國西南的重慶市擁有大約900多萬居民，并且是世界上經(jīng)濟(jì)增長最快，城市化程度最高的地區(qū)之一。地區(qū)每年在醫(yī)院消費(fèi)的藥物價(jià)值高達(dá)13.6億人民幣。故對(duì)重慶地區(qū)水環(huán)境中PhACs進(jìn)行研究(該地區(qū)可能比其他地區(qū)的濃度更高)。并以重慶主城區(qū)最大的污水廠雞冠石污水廠為調(diào)查對(duì)象，因它承擔(dān)著主城大部分污水處理量。

1 材料和方法

1.1 藥品和試劑

研究采用8類21種PhACs，分別是：磺胺類抗生素(SAs)、大環(huán)內(nèi)脂類抗生素(MAs)、喹諾酮類抗生素(QAs)，抗癲癇類藥、降膽固醇的他汀類藥物、脂類調(diào)節(jié)藥、鎮(zhèn)痛藥、降高血壓類藥。21種目標(biāo)PhACs分別是布洛芬(IBP)、雙氯芬酸(DCF)、降固醇酸(CA)、苯扎貝特(BZB)、辛伐他汀(SVT)′阿托伐他汀(ATT)，卡馬西平(CBZ)、紅霉素(ERY)、羅紅霉素(ROX)、阿奇霉素(AZM)、氨氯地平(ALP)、莫西沙星(MOX)、對(duì)乙酰氨基酚(ACM)、吉非羅奇(GFB)、美托洛爾(MTP)、磺胺甲惡唑(SMZ)、磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺甲嘧啶(SMI)、甲氧芐氨嘧啶(TMP)、氧氟沙星(OFX)、諾氟沙星(NOR)。選這些藥物是因?yàn)樗鼈冊(cè)谥貞c的消費(fèi)量比較大，在污水中容易被檢測(cè)。內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)品西瑪通(simatone，SMT)、10。11-二氫酰胺咪嗪(dihydrocarbamazepine，DCBZ)、咖啡因-13C(CF-13C)、2-甲-4-氯丙酸-D3(mecoprop-D3)分別購自美國Accustandard, 美國Sigma-Aldrich, 加拿大C/D/N Isotopes (Quebec, Canada)與德國Dr. Ehrenstorfer公司。甲醇、甲酸、醋酸銨均為色譜純(Merck公司)。采用購自Waters (Milford, MA, USA)的Oasis HLB(6 cc，200 mg)固相萃取小柱，1μm玻璃纖維濾紙與0.45 μm尼龍濾膜分別購自Whatman和Millipore公司，水為超純水(Milli—Q超純水系統(tǒng)，美國M illipore公司)。

1.2 采 樣

水樣采集于重慶最大污水廠雞冠石污水廠格柵后污水進(jìn)水，共采樣4次。使用不銹鋼提取水樣，取水樣前桶依次用甲醇、去離子水以及采樣點(diǎn)水潤洗3次，每次取2個(gè)平行樣。水樣保存于500 mL棕色取樣瓶中，并用濃鹽酸調(diào)pH至2.5左右，水樣中加入少量疊氮化鈉(0.5 g/L)防止PhACs發(fā)生生物降解。水樣取回來后，依次經(jīng)1 μm玻璃濾膜，0.45 μm尼龍濾膜過濾，經(jīng)過濾后的水樣保存于4 ℃，并于24 h內(nèi)進(jìn)行分析。

1.3 樣品的處理及分析

取500 mL水樣，加入20 ng混合內(nèi)標(biāo)物和0.2 g Na2EDTA，然后使用美國Waters Corp。Milford公司的Oasis HLB(6 cc，200 mg)固相萃取柱進(jìn)行富集萃取。在萃取前，使用6 mL的甲醇、6 mL的超純水以及10 mmol/L的Na2EDTA(pH=2.5～3.0)緩沖液進(jìn)行活化處理。水樣以1～2 mL/min的流速通過固相萃取小柱，富集完后使用10 mL超純水清洗小柱，并在真空下抽干20 min，最后用5 mL甲醇洗脫。將富集后的樣品存儲(chǔ)于10 mL的棕色玻璃瓶中，在35 ℃條件下用N2吹脫至10 μL，最后用初始比例流動(dòng)相定容至1 mL，經(jīng)0.2 μm針頭過濾器過濾后，進(jìn)行液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜HPLC-MS/MS(API4000，Aplied Biosystems，USA)分析。

2 結(jié)果與討論

研究中，雞冠石污水廠被認(rèn)為代表重慶的總體情況，因?yàn)槠涮幚碚麄€(gè)地區(qū)50%以上污水。通過下列公式經(jīng)污水進(jìn)水反推算PhACs用量：

(1)

M表示目標(biāo)PhACs反推算出的用量(kg/year)，C表示污水廠進(jìn)水的PhACs濃度(ng/L),Q表示污水廠每天的處理污水的流量(m3/d)，R排泄表示藥物的排泄率,R處置表示藥物的廢棄率(即處置率)，R吸收表示藥物的吸收率,PS表示污水廠的服務(wù)人口，PT表示重慶市區(qū)總?cè)丝凇?/p>

在缺乏相關(guān)PhACs資料的情況下，R排泄，R吸收分別被設(shè)定為50%和100%，依據(jù)其他學(xué)者的研究R處置在發(fā)展中國家通常設(shè)置為0.2[14]。反推算模型假定所有PhACs均勻的通過管網(wǎng)，在他們到達(dá)污水廠被取樣前不存在吸附和轉(zhuǎn)換，以便不低估實(shí)際的PhACs消費(fèi)。

雞冠石污水廠進(jìn)水中21種目標(biāo)PhACs濃度見表1，依據(jù)公式可以計(jì)算出重慶地區(qū)PhACs的消費(fèi)量見表2。

表1 標(biāo)準(zhǔn)差和濃度范圍*

*MQL表示最小可定量水平

反推算模型得出的重慶地區(qū)OFX的消費(fèi)量是0.416 t/y，2012報(bào)道的消費(fèi)量0.574 t，吻合率達(dá)72.5%。因此，應(yīng)該有其他因素影響了估算，從而低估了實(shí)際值，導(dǎo)致估算值與實(shí)際值吻合率低于100%。此外，由于各種原因并不是所有銷售出去的PhACs都被消費(fèi)者所消費(fèi)，如在發(fā)展中國家大概20%的PhACs銷售量被以垃圾的形式廢棄[15]。同時(shí)，也可能由于環(huán)境損失因素造成估算消費(fèi)量和實(shí)際消費(fèi)量之間的差異，因?yàn)榧僭O(shè)PhACs通過管網(wǎng)運(yùn)輸?shù)轿鬯畯S被取樣前不存在吸附和轉(zhuǎn)換。在重慶地區(qū)沒有確切的數(shù)據(jù)說明這些零碎的沒有使用的藥品的具體數(shù)量。在目前情況，由于缺乏消費(fèi)數(shù)據(jù)，對(duì)于其他的PhACs很難核實(shí)它們的正確消費(fèi)量。當(dāng)具備足夠的信息時(shí)，反推算消費(fèi)量需要進(jìn)一步核實(shí)。但是，OFX的較好的吻合率說明運(yùn)用反推算模型估算其他沒有藥物消費(fèi)數(shù)據(jù)地區(qū)的藥物消費(fèi)的可行性。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，利用上海食品藥品監(jiān)督管理局提供的處方量信息，可以計(jì)算出重慶主城區(qū)AZM和OFX的消費(fèi)數(shù)據(jù)。2012年重慶主城區(qū)醫(yī)院銷售出去的OFX和AZM分別是294、179 kg，而根據(jù)式(1)計(jì)算出的消費(fèi)數(shù)量為416、525 kg。對(duì)于反推算數(shù)據(jù)和醫(yī)院處方量之間的差異，主要原因是：存在其他的用藥來源，如藥房、藥店；私人診所；獸用消費(fèi)量。

表2 藥物動(dòng)力學(xué)和相應(yīng)的反推算消費(fèi)數(shù)據(jù)**

**n.a表示not available，在缺乏相關(guān)PhACs資料的情況下，R吸收，R排泄分別被設(shè)定為100%和50%

為了與世界其他地方的PhACs消費(fèi)進(jìn)行對(duì)比,將所有反推算用量和先前其他文獻(xiàn)報(bào)道的其他地區(qū)藥物消費(fèi)量都被轉(zhuǎn)化成g/a/人(L=M/PT)，通過對(duì)比本地的消費(fèi)數(shù)據(jù)與計(jì)算發(fā)達(dá)國家可利用數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了兩者間不同的消費(fèi)模式。如表3所示，所有抗生素的用量水平要比澳大利亞高出1～3個(gè)數(shù)量級(jí)[16]。總體而言，本地區(qū)得到的人均抗生素消費(fèi)量通常與發(fā)達(dá)國家相當(dāng)或更高，然而除抗生素外其他類型PhACs卻與之相反(除了CA)。研究的OFX，NOR，ERY，ROX的人均年消費(fèi)量低于香港地區(qū)的報(bào)道數(shù)據(jù)，而SMZ(1.187g/a/人)卻高于香港地區(qū)的0.186 g/a/人[17]。

由于研究中使用來自一個(gè)污水處理廠的抓斗取樣數(shù)據(jù)估計(jì)中國重慶的整體醫(yī)藥消費(fèi)，結(jié)果需要謹(jǐn)慎使用，應(yīng)該被看作是一個(gè)試驗(yàn)性研究，旨在提供初步的消費(fèi)數(shù)據(jù)，并應(yīng)通過長期的監(jiān)測(cè)工作得到改善。然而，應(yīng)該指出的是，基于污水廠進(jìn)水濃度的反推算法可以提供多種藥物源的廣覆蓋消費(fèi)信息，并且可以作為一個(gè)改善現(xiàn)行法令的參考。

表3 目標(biāo)PhACs全球人均年消費(fèi)量的比較***

***同一地區(qū)多次出現(xiàn)是因?yàn)樵搰也煌瑢W(xué)者報(bào)道的數(shù)據(jù)不同3結(jié)論

3 結(jié) 論

所研究的抗生素平均進(jìn)水質(zhì)量負(fù)荷和反推算人均年消費(fèi)量與發(fā)達(dá)國家報(bào)道的數(shù)據(jù)相當(dāng)或者更高 ，然而其他類型的PhACs卻相反。考慮到PhACs在人體內(nèi)的藥物代謝動(dòng)力學(xué)，通過分析污水廠進(jìn)水中PhACs的殘留可以運(yùn)用反推算法計(jì)算藥物的使用量。反推算模型可以提供大量消費(fèi)信息，如果有必要可以為相關(guān)部門改善目前的法定監(jiān)管提供參考。但是當(dāng)時(shí)機(jī)成熟，所研究的反推算模型需要進(jìn)一步核實(shí)和完善，以便跟實(shí)際數(shù)據(jù)更吻合。

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