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如何应对水体中的药剂污染物?

时间: 2015年11月24日 | 作者: admin | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
药物污染了河流和湖泊,科学家正在寻找解决方法



本文的标题可能会令人感觉不安,但这是事实。这并不是来自小报或者忽悠人点击的博客文章,而是从科学论文中得出的结论。科学家发现,环境中残留的抗抑郁药、糖尿病药物以及其他精神类或激素类药物,已经影响到了鱼类和鸟类的行为以及生殖系统。科学家们在经过处理的饮用水中发现了阿片类(一种止痛药)药物、安非他命以及其他药物;在地下水中发现了能改变自然细菌种群的抗生素;在填埋处理的城市废弃物的渗滤液中发现了非处方药和处方药。科学家们一直在环境中寻找这些药物污染物,前面说的这些例子仅仅是部分最近的研究结果,实际上它们已经无处不在了。

事实上,很难说清有多少药物在被使用,更不用说有多少药物能够在环境中被检测出来了。但是根据美国疾病控制与预防中心(U.S. Centers for Disease Control and Prevention)的资料显示,美国医疗保健供应商每年会订购或者提供数以百万计的药品。在2002年,美国总审计局(U.S. General Accountability Office)估计,仅动物就使用了超过1300万磅的原料药。根据一项分析显示,美国食品与药品管理部门自1938年成立以来已经批准了大约1500种药品。最近美国地质勘测局(U.S. Geological Survey, USGS)在地表水样品中发现了几十种不同的药物,并正在化验来自美国24个州以及波多黎各的38条河流的样品,检验的范围包括约200种药物以及代谢产物(即药物进入体内被排出后的形态)。

包括美国环境保护署,美国食品与药品管理局以及世卫组织在内的监管部门和权威机构,均表示目前为止的迹象表明,环境中(通常是在水体中)所检测出的单一药物不会对人类的健康造成伤害。但是许多独立科学家、欧盟以及其他组织认为,因为环境中存在的是不同药物化合物的混合体,这有可能会有潜在的危害。其他研究者,如美国地质勘测局的研究人员从上个世纪90年代就开始关注药物,他们认为,长时间暴露于低浓度的多种药物化合物之中,植物、动物、自然分布的细菌以及人类的健康可能受到影响。

这些化合物从哪里来?我们如何才能知道它们是否对人类以及我们赖以生存的自然造成伤害?以及对这些环境之中无处不在的药物我们又该做什么?

这到底是怎么回事?

环境中90%的药物是从体内代谢排出的。“其中,由于细菌耐药性的提高,抗生素的排放引起了人们的特别关注。”Anna Zorzet说道,她是ReAct Europe项目的协调员,这个项目致力于提高人们对抗生素耐药性的关注并加强相关宣传,由瑞典的乌普萨拉大学(Uppsala University)主持。近期在人和牲畜抗生素使用量的增加导致了抗生素的效果越来越差,因为细菌也逐渐进化得以耐受被频繁使用的抗生素,而排放到环境中的抗生素同样也会助长这种问题。

Dan Caldwell告诉我们,剩下的10%的药物来自于废弃药品以及制药厂排出的废水。Caldwell是强生公司环境、健康、安全与可持续部门的毒理学研究员。而不管是药品填埋过程中的产生的径流还是直接从工厂排放的废水,这些废弃物最终大多数都会进入水体中。

虽然世界上大多数的城市污水都进入污水处理厂处理,但是污水处理厂的处理工艺以及自来水厂处理工艺在设计的时候都没有专门考虑去除药物。在2011年,世卫组织估计,根据不同的工艺,传统的水处理设施对于药物化合物的处理率可能低于20%,也可能高于90%,或者介于这二者之间。

在美国,处理工艺的设计中不考虑药物的去除并不奇怪,因为饮用水水质标准并没有针对药物含量作出规定。现在,大约有10种药物被列入美国环境保护署的污染物候选名单中,并且环境保护署真正考虑可行的管理措施。但是现在,还没有一种药物被纳入管理,这意味着在饮用水中,药物的安全浓度并没有参考标准。这也让一些地方水厂为难,因为当他们在当地的系统中发现了药物存在时,他们并不知道这到底意味着什么,也不知道该采取什么措施。

精密监测

世界范围内,药物的使用量在增加,所以环境中能检测到更多的药物也并不奇怪。但是使用量的增加并不是检出量上升的唯一原因。因为就在近几年,更精密的环境监测方法出现了,这就导致针对微量污染物以及新兴污染物(包括药物)的测量精度也大有提升。

“分析化学的飞速进展,让人类能够探测的精度从百万分之一升级到十亿分之一再到万亿分之一。”Caldwell说道。美国地质勘测局的水文学家Dana Kolpin已经从事环境中的药物研究长达15年。“在最早的时候,科学家只能做19种药物的检测而且需要一升水的样品。但是现在,”他说,“我们用15毫升的样品,就能够做110种药物的检测,而且灵敏度比以前更高。”

麦吉尔大学化学工程系副教授Viviane Yargeau和同事们已经在加拿大饮用水中检测出了“毒品”,其中包括安非他命、甲基苯丙胺、可卡因以及处方阿片类药物,其浓度为几纳克每升水级,也就是一万亿分之一。Yargeau说这样的浓度确实很小,但这些特定的化合物对野生动植物以及其他生物的影响还不得而知。

“它们(“毒品”)确实存在的事实不应该引起恐慌。”Caldwell说。在不同的水体中都能发现该浓度级的药物。

但是越来越多的科学研究发现如此微小的浓度仍旧有负面影响。在对照实验中,如此微小的环境浓度也会对生物产生影响。比如威斯康辛大学的研究者最近发现,类似环境浓度的糖尿病药二甲双胍能够使雄性的黑头呆鱼产生雌雄同体的性腺。英国的科学家们发现,与环境样品中浓度相同的抗抑郁药氟西汀(有多种商品名,如百忧解)在实验中可以改变椋鸟的行为。当鱼暴露于类似环境浓度的去甲羟基安定的时候,瑞典科学家也发现了类似的结果。去甲羟基安定也是一种精神类药物,实验浓度与废水中浓度相近。

虽然监管者强调,现在没有证据表明这种药品浓度水平会对人类的健康产生急性影响,强生公司的Caldwell也持有类似的观点。但是包括Kolpin和Yargean在内的科学家指出,在低浓度下监测药物对理解其可能导致的长期影响非常重要。

“我们将浓度的检出限尽可能地降低,因为这对于我们理解生物暴露在其中所受的长期影响比较重要。”Kolpin说道。

即使生物体看起来比较健康,但是当你去观察它们的生物组织和行为的时候,一些化学污染物引起的的更加细微的效应就会显露出来。获得尽可能多此类数据可以帮助科学家理解在群体层面上会产生怎样的后果,而不是仅仅在单独的个体上。

“这种具体到单个药物影响的信息可以帮助我们确定应该从环境中去除哪些药物。”Yargeau说。同时还应该开展更多的研究来帮助管理者提高监测和治理水平,她解释道:“如果我们什么都不做,事情可能会变得更糟。”

这个问题到底有多严重?

现在所需要做是更详细、准确地知道环境之中到底有什么药物,以及这么多种药物对人类和自然健康到底会造成多大的影响。正如美国自然资源保护委员会在2009年白皮书中所指出的,这一方面的数据缺失严重,精确地来说,就是有多少药物被使用、人和牲畜各占多少比例、以及存在于环境中的所有药物的清单。许多研究都显示药物的存在,但是在美国,还没有数据能给出较为全面的描述。美国地质勘测局以及环境保护署将要开展的新研究会逐步填补这些缺失。

要想评估药物对环境的影响并不容易。如果美国以及欧洲的管理者要想弄清某种特定药物可能对环境以及人类健康造成怎样的影响,他们需要制造商所提供的资料。“在美国,这些资料都是制药商在药物注册过程中需要向食品与药品管理局提交的。”Raanan Bloom如此解释道,他是美国食品与药品管理局药物评估与研究中心的高级毒理学研究员。

这种环境评估(在欧洲被称为环境风险评估),需要提供药物在多种浓度水平下的生态毒性以及其对不同水生生物的影响。然后这些信息会和制造商预期的生产、销售及使用量结合起来,以评估潜在的环境影响。

一个由瑞典和英国科学家所组成的研究组发现,在2011年和2012年药物企业所提供的环境风险评估中,有83%存在数据缺失或者信息不完整。瑞典环境战略研究基金会(Swedish Foundation for Strategic Environmental Research)最近发布的一项报告强烈谴责了药物制造商向欧盟所提供的环境风险评估信息。这项报告同时谴责了风险评估中要求某些信息保密的声明(这种情况同样发生在美国食品与药品管理局),并且呼吁这些信息应当向公众公开。为了加快对问题的认识以及预防潜在的问题,这项报告也建议应该把类似的化合物放在一起评估而不是像在这样每种化合物做单独的评估。另外该报告还建议将药物对抗生素耐药性的影响也添加到评估之中。

如今,美国食品与药品管理局高度重视药物的分类,这些药物被分为激素相关药物、抗生素、以及那些被叫做“高剂量”药品,也就是经常使用的药品。在4月,美国食品与药品管理局提出了一系列的指导方针,此方针对制药商在申请激素类新药时是否需要提交环境影响评估做出了规定。Bloom说:“这表明了我们确实关心那些具有激素活性的药物。”但是不管提交了什么方针,都不能彻底杜绝药物和它们的衍生产物进入地方水体中。

我们能做些什么?

现在我们已经知道了药物已被证实的和可能产生的影响,我们接下来能做什么?

事实上人们已经采取了行动:没有用过的和不需要的药品正在被回收。在欧洲,回收计划是以法律的形式规定的 ,并且由药房执行具体的回收行动,回收来的药物大部分都会被焚烧处理。在美国的多个州内,美国禁毒署实施了一年两次的药品回收计划,自2010年以来,禁毒署已经回收了超过480万磅处方药。其他的州和地方政府也有类似的药品回收制度。但是对于收集方和其他参与者来说都存在着组织管理方面的挑战:药物的收集方,比如医疗机构和药店,以及执法部门都必须要经过禁毒署的授权才能接收废弃药物,而且还要选择合适的处置方式。此外这些药品回收设施往往并不方便民众抵达。

对制药厂的管理是另一种控制环境中药物的途径。虽然制药厂对环境中的药影响相对较小,但是制药厂可以形成一个污染“热点”。比如说在印度海德巴拉附近主要从事仿制药生产的地方,研究人员发现污水处理厂中集中抗生素的浓度,按照Zorzet的话来说,已经和治疗中使用的药物浓度相近了。

为了减少排放,制药界正在制定和推动一项名为“生态药品管理”的业界准则。Caldwell解释说,这一准则的目的是与世界各地的制药商和供应商一起“制定一个‘毒理学上的药物零排放’的一般标准”。

Caldwell以及食品与药品管理局都提到,制药商也正在改进工艺来减少环境影响,不仅仅是最终排放上,还采用了“绿色化学”方案,其中包括:采用更有效率的药物生产方式;在设计药物之初,便考虑到增加药物的生物可降解性,或是设计出具有同样的药效但是最终排放到环境中的副产物更少的药物。

对于制药界和印度而言,提高整个制药过程的效率还有很长一段路要走。因为传统的制药行业需要大量原材料以及能源,却只能产出很少的药品。一些制药商(包括百时美施贵宝、礼来制药、默克公司、辉瑞制药)因为在绿色制药方面的努力已经获得了美国总统绿色化学挑战奖。

与此同时,污水处理厂也在尝试提高处理污水中药物的能力。比如说,可以使用臭氧或是微生物来协助处理污水。但是2011年世卫组织的报告提醒说,“先进的高成本的水处理技术并不能在任何时候都完全去除所有的药物,使得水中的浓度低于可以检测出来的浓度”。

一切才刚刚开始

一切迹象表明,我们对于环境中的药物的存在和此问题重要性的理解才刚刚起步,更不用谈及如何应对了。即使科学家们正在抓紧探究环境之中到底存在什么药物,制药商正在努力使得药品以及其生产过程对环境更加友好,污水处理的专家们正在寻找更好的方法以去除药物,环境以及公众健康倡导者更多的提倡人们改变药物使用习惯,研究发现环境中的药物浓度仍旧逐年增多。

“事实上,”Kolpin说,“每年都有上百篇相关的文献。虽然现在环境中的药物的浓度非常低,但是这些信息也不容忽视,因为它们能为未来的浓度对比提供一个参考。”

“今天我们认为是安全的,可能十年之后就会觉得它还是有影响的,而当初并没有意识到重要性,”他说,“我们并不是杞人忧天,我们只是从科学的角度指出有些事情需要我们的关注。”(撰文:Elizabeth Grossman  翻译:苏晗 审校:黄安娜)

原文链接:http://ensia.com/features/what-to-do-about-the-antidepressants-antibiotics-and-other-drugs-in-our-water/