Varga Margit, Záray Gyula ELTE, KKKK Gyógyszermaradványok a szennyvizekben és a felszíni vizekben Ki a Duna vizét issza?
A felszíni vizek tisztaságát veszélyeztető legfontosabb szennyező források Ipar (ipari szennyvizek) Mezőgazdaság (állattartás, állatgyógyászati készítmények, növényvédő szerek, műtrágyák) Kórházak (biológiai és kémiai szennyezők) Lakosság detergensek, fertőtlenítőszerek, gyógyszerek, PCP (personal care products) felhasználásának növekedése Csak tiszta forrásból
Mikor jelentkezik a gyógyszermaradvány probléma? Urbanizáció (a lakosság koncentrálódása egy körülhatárolt területen) Veszélyes anyagokat termelő vagy kibocsátó intézmények koncentrálódása A szennyvízkezelés nem teljes vagy nem kielégítő volta (kapacitási vagy egyéb problémák miatt) Az ivóvíz kinyerés ivóvíz kinyerés ugyanabból a forrásból történik ahová a kezelt szennyvizet vezetik (parti szűrés, talajvíz dúsítási és egyéb technológiák)
Szennyvíz kezelés Fizikai szűrés (vízben nem oldódó anyagok eltávolítása, ülepítés, lefölözés stb.) Biológiai kezelés (nitrifikáció, denitrifikáció, részleges, vagy teljes) Fizikaikémiai kezelés (fertőtlenítés, ultraszűrés /MF,NF/, fordított ozmózis /RO/ stb.)
Az ivóvíz kinyerési probléma A vízoldható anyagok (kék) beszivárognak a talajvízbe és a rétegvízbe. A szennyvizek többkevesebb részét tisztítatlanul vagy részleges tisztítással (az I., II. vagy III. fázis után) az élővizekbe juttatják, majd az élővizekből parti szűréssel, vagy a rétegvizekből mély fúrással nyernek ivóvizet.
Nemzetközi eredmények (Workshop: Priority, hazardous substances a emerging contaminants, Roma, 2004 Abstract of lectures: T. Heberer) hatástani csoport fájdalomcsill. gyulladásgátló talált komponensek száma szennyvíz, felszíni víz talajvíz ivóvíz 26 15 8 antibiotikum 31 3 (+5) antiepileptikum 2 2 2 zsíranyagcsere szabályzó 7 3 3 béta blokkoló 7 1 kontraszt anyag 8 6 3 citosztatikum (2) Valamit visz a víz fogamzásgátló egyéb 2 21 (1) 4 (1) összesen 106 40 17
Nemzetközi eredmények O. A. Jones at al.: Tres in Biotechnology (2005) 23, 163167 hatástani csoport gyógyszer név mért max. konc. ivóvízben (ng/l) ország benzafibrate 27 Németo. zsíranyagcsere szabályzók clofibrin sav + 70270 5,3 Anglia Németo. Olaszo. gemfibrozil 70 Kanada antiepileptikumok carbamazepine 24 258 Kanada USA diclofenac 6 Németo. fájdalomcsillapító, gyulladásgátló ibuprofen phenazon 3 250400 Németo. Németo. propyphenazon 80120 Németo. citosztatikum bleomycin 13 Anglia antipszichotikumok diazepam 10 Anglia antibiotikumok tylosin 1,7 Olaszo.
Gyógyszermaradványok sorsa a szennyvíz tisztítóban POSEIDON project eredményei (részlet) 70 70 <150 <150 78 78 75 75 250 250 folyók folyók 400 400 480 480 1050 1050 960 960 2100 2100 Kifolyó 750 750 690 690 1150 1150 912 912 2200 2200 Befolyó carbamazepin 5 102 102 20 20 350 350 folyók folyók 205 205 96 96 103 103 2200 2200 Kifolyó 420 420 780 780 2565 2565 4900 4900 Befolyó benzafibrat 10 10 <150 150 23 23 70 70 folyók folyók 1300 1300 <50 <50 92 92 970 970 22 22 370 370 Kifolyó 13000 13000 1980 1980 2750 2750 2250 2250 1500 1500 5000 5000 Befolyó ibuprofen 15 15 <1 <150 50 18 18 20 20 20 20 folyók folyók 250 250 950 950 295 295 1500 1500 810 810 Kifolyó 350 350 1400 1400 1750 1750 3100 3100 3500 3500 Befolyó diclofenac Finn Finn ország ország Svájc Svájc Francia Francia ország ország Spanyol Spanyol ország ország Lengye Lengye lország lország Ausztria Ausztria Német Német ország ország hely hely hatóanyag Adatok: ng/l, (Jelmagy: Befolyó: szennyvíz befolyó, Kifolyó: szennyvíz kifolyó, : nem detektálható, nincs adat)
Gyógyszerfelhasználás Magyarországon (Bp. környékére becsült értékek a 2004 évi forgalmazási adatok alapján, zárójelben a várható érték a szennyvíz befolyóban µg/l) Fájdalomcsillapítók és gyulladás gátlók (t/év) Novamidazofen 20,6 (82,4) Ibuprofen 2,1 (8,4) Naproxen 2,3 (9,0) Diclofenac 1,6 (6,4) Choroitinszulfát 2,0 (8,0) Antiepileptikumok (t/év) Carbamazepin 2,6 (10,4) Antibiotikumok (t/év) Penicillinek 6,4 (25,6) Szulfonamidok 1,2 (4,8) Cefalosporinok 1,3 (5,2) Fogamzásgátló szerek (kg/év) Progeszteron szárm. Etinilösztradiol 9,4 (38 ng/l) 0,9 (4 ng/l) (a befolyóban várható érték kiszámításához kb. 670 ezer m 3 /nap szennyvíz mennyiséget vettünk figyelembe)
Gyógyszermaradványok a szennyvíz befolyóban (összehasonlító adatok, ng/l) hatástani csoport gyógyszernév Németo. Finno. Magyaro.* gyulladás csökkentő diclofenac ibuprofen 3500 (28.000) 5000 (14.000) 350 (480) 13.000 (19.600) 6400 8400 zsíranyagcsere szabályzó benzafibrat 4900 (7500) 420 (970) 224 antiepileptikum carbamazepin 2200 (3000) 750 (2000) 10400 antibiotikum roxitromicin 830 (1000) 20 (35) 320 Jelmagyarázat: Magyaro* számítással becsült adatok; (Németo., Finno.: részlet a POSEIDON program eredményeiből; zárójelben az adott országban mért maximális érték)
A gyógyszer: biogén vagy ahhoz hasonló molekula 1) ami kapcsolatba tud lépni az ember /állat/ enzimreszerével a gyógyászati hatás érdekében, 2) ami nem toxikus (sem az anyavegyület, sem metabolitjai) gyorsan kiürülő, lehetőleg nem metabolizálódó vegyületek, 3) ami szelektiv csak a hatás helyén van biológiai aktivitása, ugyanis minél több helyen lép reakcióba, annál több a metabolit, xenofor csoportokkal ellátva 4) a tartós hatás érdekében a hatás helyén hosszabb ideig kötődjön lassabban metabolizálódjon, mint a megfelelő biogén vegyület még nem kellően figyelembe vett szempont: 5) Ne legyen környezeti toxicitása, ne legyen perzisztens
A kémiai szerkezet és a biodegradáció közötti kapcsolat xenofor csoportok: Cl, NO2, SO3H, Br, CN, CF3, F A fenti csoportok beépítése biogén molekulákba un. xenobiotikus vegyületeket eredményez, amelyek biológiai lebontása lassú két vagy több xenofor csoport beépítése növeli a perzisztenciát a xenofor csoport pozíciója a molekulában fontos (aromás gyűrűre meta helyzetben, alifás láncra α, β helyzetben bevitt xenofor szubsztituens lassítja a degradációt) gyűrűreszerek (minél több tagú és minél több ponton kapcsolódik a gyűrűreszer, annál lassúbb a lebontás) kvaterner Catomot tartalmazó molekula xenobiotikus A degradáció mértéke a nyíl irányában csökken R: alkil, aril, (fenoxi) csoport (M. Alexaer: Biodegradation a Bioremediation, Acad. Press, 1994)
Néhány xenobiotikus gyógyszer Carbamezepin héttagú gyűrű Gemfibrozil kvaterner Catom Ciprofloxacin F, ciklopentán Antibiotikumok: Gyulladás gátlók: Diclofenac két Cl szubsztituens Naproxen gyűrűreszer, metoxi csoport Tetracyclinek, gyűrűreszer Egyebek: Szulfametoxazol szulfonamid csoport, két metil csoport meta helyzetben
A perzisztencia biokémiai okai: 1) Az élőlények (köztük a mikroorganizmusok) enzimreszere a természetes úton kialakult kémiai vegyületekhez adaptálódott 2) Gyógyszerként xenobiotikus vegyületeket alkalmaznak (minél nagyobb a szerkezetbeli különbség a gyógyszer és a biogén anyagok között, ill. minél különlegesebb a gyógyszeren található szubsztituens, annál kisebb a biodegradáció valószínűsége) 3) Az általánosan elterjedt biogén anyagokon való legcsekélyebb módosítás is jelentősen csökkenti a biodegradációt
A perzisztencia mikrobiológiai okai: a) a lebontást végző mikroorganizmus kis számban van jelen b) mutációra van szükség c) a mikroorganizmus csak részleges lebontásra képes (a xenofor csoportot változatlan formában tartalmazó metabolit kerül a környezetbe) élővíz, szennyvíz xenobiotikus anyagok biogén anyagok metabolit biofilm mikroorganizmusok
Megoldások: (a kémiához kapcsolódó feladatkörök kiemelten láthatók) 1) A gyógyszermaradványok sorsának nyomon követése a szennyvíz befolyótól az élő és ivóvizekig (mintavétel és a minták analízise) 2) Környezetvédelmi szempontokat figyelembe vevő hatósági előírások a forgalmazott és forgalmazaó gyógyszerekre kötelező vizsgálatok előírása és a gyógyszerek csoportosítása (a xenobiotikus hatás, a várható forgalmazási adatok, biodegradációs elővizsgálatok stb. alapján) a felhasználás korlátozása (iokolt esetben forgalomból való kivonás) 3) Módszerek kidolgozása a szennyvíztisztítás hatékonyságának növelésére technológiai kémiai, fizikaikémai (UV, ózonizáció, H2O2, szorpciós stb.) mikrobiológiai (új mikroflóra kialakítása, megfelelő felületi tulajdonságú hordozó kidolgozása a biofilm létrehozásához stb.)
A kémiai analízis lépései I. Minta előkészítés 1. Szilárd fázisú extrakció (három különböző töltettel a mosás és a leoldás feltételeinek kidolgozása) a) Koicionálás (a töltet előkészítése) b) Extrakció c) Lemosás (a nem kötődött anyagok eltávolítása) d) Elúció (a megkötődött anyagok leoldása) 2. Bepárlás 3. Származék képzés (négy különböző származékképző szerrel a reakció hőmérsékletének és időtartamának optimalizálása) II. Mérés (GCMSMS) 1. A mérés paramétereinek optimalizálása 2. A vízminták vizsgálata
VARIAN 4000 GCMSMS
MUNKATÁRSAK: Perlné Dr. Molnár Ibolya Zsigrainé Dr. Vasanits Anikó Sebők Ágnes Ne várjuk meg! Köszönetnyilvánítás: Hankó Balázsnak, a SOTE, Egyetemi Gyógyszertár vezető gyógyszerészének hogy a gyógyszer forgalmazási adatokat, Roberto Areozzinak a Nápolyi Egyetem Vegyészmérnöki Kara professzorának és Ettore Zukkatonak a Milánói Farmakológiai Kutató Intézet professzorának Juvancz Zoltánnak a Vituki munkatársának, hogy kutatási eredményeiket reelkezésünkre bocsátották, A Fővárosi Csatornázási Művek RTnek, a Környezettudományi Kooperációs Kutató Központ által összefogott konzorcium tagjának, pedig a szakmai és anyagi támogatásért