Microsoft Word - 395-404_SOSNOWSKA KATARZYNA.doc

395

KATARZYNA SOSNOWSKA

, KATARZYNA STYSZKO-GROCHOWIAK, JANUSZ GOŁAŚ

Leki w środowisku – źródła, przemiany, zagrożenia

Słowa kluczowe

farmaceutyki – środowisko wodne – przemiany leków – woda pitna – skutki środowiskowe

Streszczenie

Od kilku lat nowo pojawiające się, niemonitorowane zanieczyszczenia w środowisku wodnym (tzw.

„emerging contaminants”) skupiają coraz większą uwagę specjalistów w zakresie chemii analitycznej. Wciąż
przybywa dowodów na to, że wiele związków chemicznych zanieczyszczających wody naturalne, stanowią-
cych potencjalne źródła wody pitnej, pochodzi ze środków farmaceutycznych. Ryzyko wynikające z ciągłej
ekspozycji organizmów wodnych na bioaktywne zanieczyszczenia oraz spożywania śladowych ilości pozos-
tałości leków i ich metabolitów przez człowieka jest wciąż tematem niezbadanym. Z analiz i prognoz rynku
farmaceutycznego w Polsce wynika, że problem obecności pozostałości farmaceutyków w środowisku może
się nasilać szczególnie za sprawą rosnącej produkcji i nadmiernego spożycia leków przeciwbólowych dostęp-
nych bez recepty. Niniejsza praca przedstawia kluczowe zagadnienia dotyczące problematyki obecności
pozostałości leków w środowisku wodnym, od źródeł występowania i zachowania farmaceutyków w środo-
wisku, do możliwych skutków ekspozycji człowieka i wodnych organizmów na nowe zanieczyszczenia.

1. Wprowadzenie

Farmaceutyki obejmują liczną grupę bioaktywnych związków chemicznych stosowanych

w lecznictwie weterynaryjnym, gospodarstwach hodowlanych oraz w medycynie. Reprezentują
różnorodną grupę zanieczyszczeń wód, znanych w literaturze anglojęzycznej jako „emerging con-
taminants”, które nie są systematycznie monitorowane, i które mogą wywołać negatywne skutki
w środowisku [3, 11]. Niewątpliwie jednak obecność zanieczyszczeń pochodzenia farmaceutycz-
nego w środowisku wodnym nie jest nowym zjawiskiem, ale stosunkowo niedawno ujawnionym.
Historia badań farmaceutyków w środowisku sięga lat siedemdziesiątych, kiedy to po raz pierwszy
zarejestrowano obecność kwasu klofibrowego w ściekach oczyszczonych na poziomie 0,8–2 µg/l
w Stanach Zjednoczonych [16]. Jednak zainteresowanie problemem wzrosło dopiero w ciągu ostat-
niej dekady. W roku 1998 Thomas Ternes [36] opublikował wyniki badań monitoringu stanu rzek
i strumieni w Niemczech oraz ścieków pod kątem obecności leków m.in. leków przeciwbólowych

Katedra Nauk o Środowisku w Energetyce, Wydział Energetyki i Paliw, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

e-mail: sosnowsk@agh.edu.pl

Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku – źródła, przemiany …

396

i przeciwzapalnych, leków psychotropowych, antyepileptycznych, β-blokerów, hormonów, regula-
torów tłuszczów i ich metabolitów. Rok później oznaczono pozostałości antybiotyków w ściekach
oczyszczonych oraz wodach powierzchniowych na terenie Niemiec [20]. W roku 2002 wykryto
w wodzie pitnej w Niemczech leki przeciwbólowe i przeciwzapalne na bazie fenazonu i ich meta-
bolity na poziomie kilkuset ppm [30]. Problemem pozostałości leków środowisku zainteresowały
się również inne kraje Europy Zachodniej i kraje skandynawskie, gdzie zostało opublikowanych
szereg prac potwierdzających obecność leków w ściekach, wodach naturalnych i wodzie pitnej [1,
11, 27, 40, 41]. Od wczesnych lat 90 tych amerykańska agencja naukowo badawcza U.S. Geologi-
cal Survey we współpracy z agencją ochrony środowiska U.S. Environmental Protection Agency
prowadzi badania występowania, zachowania w środowisku wodnym oraz toksyczności nowo poja-
wiających się zanieczyszczeń organicznych, w tym farmaceutyków w ramach programu „Toxic
Substances Hydrology Program”. W latach 1999–2000 USGS przeprowadziła pierwsze rozpoz-
nanie na dużą skalę licznej grupy farmaceutyków, hormonów i innych związków organicznych
w wodach powierzchniowych na terenie całych Stanów i jak wykazano, najczęściej pojawiające się
farmaceutyki w wodach powierzchniowych to leki dostępne bez recepty, tzw. OTC (z ang. over
the counter) – obecne w 81% badanych próbek wód (139 punktów poboru), antybiotyki – 48%
oraz hormony – 37% [24]. W 2001 roku agencja USGS przeprowadziła podobne badania obec-
ności farmaceutyków i zanieczyszczeń organicznych w wodach powierzchniowych i podziem-
nych stanowiących  źródła wody pitnej. Badania wykazały obecność leków OTC, antybiotyków
i innych leków na receptę w ok. 15 – 23% badanych wodach podziemnych oraz 25 – 57% wodach
powierzchniowych na poziomie od kilku do kilkuset ppm [15].

2. Źródła leków w środowisku

Analiza dróg przedostawania się farmaceutyków i ich metabolitów do wód prowadzi do rozróż-

nienia leków stosowanych w medycynie od leków weterynaryjnych. W przypadku farmaceutyków
spożywanych przez człowieka istotny ładunek leków niosą ścieki. Ścieki komunalne zawierające
pozostałości farmaceutyków są częściowo gromadzone w przydomowych szambach, skąd mogą
przedostawać się do gleb i wód podziemnych, jednak w większości są kierowane systemem kanali-
zacji do oczyszczalni ścieków. Ogromną rolę w zwiększeniu ładunku wprowadzanych leków i ich
metabolitów do ścieków pełnią szpitale. Ponadto nie zużyte lub przeterminowane leki nierzadko
bywają spłukiwanie w toaletach. Farmaceutyki nie są całkowicie eliminowane w tradycyjnych
technologiach oczyszczania ścieków. W zależności od właściwości związków część trudno rozkła-
dalnych medykamentów i ich metabolitów jest zatrzymywanych w szlamie ściekowym, który
z kolei wykorzystywany jest np. do rekultywacji terenów, w rolnictwie do nawożenia lub kierowa-
ny jest na składowiska odpadów. Ponadto odpady medyczne i inne niewykorzystane farmaceutyki
trafiają na wysypiska, często nieodpowiednio zabezpieczone, skąd na drodze infiltracji przedostają
się do wód gruntowych. Rysunek 1 przedstawia główne źródła leków w środowisku wodnym.

Leki weterynaryjne stosowane w lecznictwie weterynaryjnym i w gospodarstwach hodowlanych

jako promotory wzrostu, leki wstrzymujące rozwój pierwotniaków w hodowli drobiu (kokcydiosta-
tyki) itp. ostatecznie są wydalane na powierzchnie gleb, z których poprzez spływy powierzchniowe
i infiltracje w głąb gleb trafiają do wód podziemnych i powierzchniowych [17]. Farmaceutyki
weterynaryjne mogą trafić do środowiska wodnego ze spływami powierzchniowymi z pól upraw-
nych nawożonych nawozem zwierzęcym jak również wskutek bezpośredniej aplikacji antybioty-
ków i innych środków leczniczych do wód (hodowle ryb). Ponadto źródłem zanieczyszczenia wód
lekami mogą być środki przeciwpasożytnicze wykorzystywane w gospodarstwach rolnych, infiltra-
cja wód z cmentarzy jak również ścieki przemysłowe oraz ścieki pochodzące z punktów nielegal-
nej produkcji leków.

Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2009

397

Rysunek 1. Główne źródła farmaceutyków w środowisku wodnym – na podstawie U.S. EPA

„Origins and Fate of PPCPs in the Environment” [7]

Figure 1. Sources of pharmaceuticals in the aquatic environment – based on U.S. EPA

„Origins and Fate of PPCPs in the Environment”[7]

3. Konsumpcja leków i losy leku w organizmie

Jak wynika z najnowszych raportów (PMR Publications) w 2006 roku farmaceutyczny rynek

apteczny w Polsce osiągnął wartość 20,4 mld zł i w porównaniu z poprzednimi latami wzrósł
od 3–8%. Statystyczny Polak kupuje 29 opakowań leków rocznie (Francja–32, Niemcy–22, USA–
20) [7]. Rynek apteczny leków OTC w 2006 roku wyniósł 5,7 mld (28% rynku aptecznego) z cze-
go 26% stanowią leki przeciwbólowe. Wartość rynku leków sprzedawanych bez recepty w Polsce
lokuje nas na piątym miejscu w Europie po Francji, Niemczech, Włoszech, Wielkiej Brytanii.
Jeszcze wyżej jesteśmy w rankingach spożycia leków przeciwbólowych zajmując trzecie miejsce
na  świecie po Amerykanach i Francuzach. Konsumpcja farmaceutyków jest znacząca, szczegól-
nie leków przeciwbólowych dostępnych bez recepty. Spożycie najbardziej popularnych leków
sięga nawet kilkuset ton – np. roczne spożycie ibuprofenu w 2000r w Niemczech wyniosło 300t,
w Anglii 162t, w Polsce 58t, Szwajcarii 25t (2004r) [9, 12].

Farmaceutyki po spożyciu są wydalane z organizmu w postaci macierzystej lub w postaci meta-

bolitów [18]. Większość spożywanych farmaceutyków, zanim zostaną wydalone z organizmu, pod-
lega przemianom w fazie I lub fazie II metabolizmu [8]. Faza I zwykle obejmuje reakcje utleniania,
redukcji i hydrolizy i produkty tych reakcji są często bardziej aktywne i toksyczne niż forma pier-
wotna leku. W fazie II metabolity I fazy ulegają syntezie z kwasem glukuronowym, siarczanami
i aminokwasami co prowadzi na ogół do dezaktywacji leku. Reakcje zarówno fazy I i II mogą
zmienić fizykochemiczne właściwości leku i losy metabolitów w środowisku mogą być zupełnie
inne – metabolity mają właściwości polarne i wykazują większą rozpuszczalność w wodzie niż leki
macierzyste. Ponadto formy sprzężone mogą ulec w środowisku hydrolizie i wrócić do formy
macierzystej leku [17].

4. Zachowanie się farmaceutyków w oczyszczalni ścieków

Komunalne oczyszczalnie ścieków stanowią główne źródło leków w środowisku. Tradycyjne

technologie oczyszczania nie są zaprojektowane do eliminacji tego typu zanieczyszczeń. W tabeli
1 przedstawiono wybrane dane literaturowe dotyczące stężeń leków w ściekach oraz stopień ich
oczyszczenia w komunalnych oczyszczalniach ścieków na całym świecie.

Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku – źródła, przemiany …

398

Tabela 1. Stężenia wybranych farmaceutyków na wejściu i wyjściu z oczyszczalni ścieków

oraz sprawność oczyszczania

Table 1. Influent and effluent concentrations and removal efficiency of selected pharmaceuticals

in sewage treatment plant

Grupa

terapeutyczna

Lek

Stężenie w ściekach

(µg/l)

Stopień

oczyszczenia

(%)

Literatura

surowych oczyszcz.

Przeciwbólowe/

przeciwzapalne

Kwas acetylosal.

3,2

0,6

(Ternes et al., 1999)

Diklofenak

3,0 2,5 17

(Heberer,

2002)

1,0

0,29

(Roberts et al., 2006)

2,8

1,9

23–30

(Quintana et al., 2005)

Ibuprofen

9,5–14,7

0,01–0,02

(Thomas et al., 2004)

2,0–3,0

0,6–0,8

53–79

(Tauxe-Wuersch et al., 2005)

5,7

0,18

(Quintana et al., 2005)

28,0 3,0 98 (Roberts,

Thomas,

2006)

Paracetamol 6,9 0 100 (Roberts,

Thomas,

2006)

Ketoprofen

0,41–0,52

0,008–0,02

(Thomas, Foster, 2004)

0,25–0,43

0,15–0,24

8–53

(Tauxe-Wuersch et al., 2005)

Β-blokery

Metoprolol – – 83

(Ternes,

1998)

Propanolol – – 96

(Ternes,

1998)

Regulatory

tłuszczów

Bezafibrat

– – 83

(Ternes,

1998)

2,6

0,24

(Quintana et al., 2005)

Kwas klofibrowy

– – 51

(Ternes,

1998)

0,34 0 91 (Roberts,

Thomas,

2006)

0,15–0,25

(Tauxe-Wuersch et al., 2005)

Leki

psychotropowe

Karbamazepina

– – 7–8

(Ternes,

1998)

1,78

1,63

(Heberer et al., 2002)

Antybiotyki

Erytromycyna-H

3,9

1,1

(Karthikeyan et al., 2006)

Sulfametaxozol 0,31 0,27

13 (Karthikeyan,

Meyer,

2006)

Hormony

Etynyloestradiol

0,003

0,0004

(Baronti et al., 2000)

Estron

0,0024

0,0044

(Carballa et al., 2004)

Jak widać stopień oczyszczenia farmaceutyków jest zróżnicowany, nawet w obszarze tego same-

go leku. Stosunkowo wysoką sprawność oczyszczania zaobserwowano dla leków przeciwbólowych:
kwasu acetylosalicylowego, ibuprofenu i paracetamolu oraz bezafibratu. Dla karbamazepiny oraz
diklofenaku wykazano niski stopień eliminacji.

Losy leków i innych zanieczyszczeń podczas oczyszczania ścieków mogą być trojakie – leki

mogą zostać zmineralizowane do dwutlenku węgla i wody na drodze biodegradacji, mogą być
zatrzymane na osadzie ściekowym (substancje lipofilne i trudno rozkładalne) lub mogą być uwal-
niane do wód w niezmienionej postaci lub w formie hydrofilnych metabolitów [17]. Biodegradacja
zachodzi w warunkach oczyszczania za pomocą osadu czynnego oraz podczas beztlenowej fermen-
tacji osadu ściekowego i stopień biodegradacji zanieczyszczeń rośnie w miarę wzrostu czasu reten-
cji ścieków i wieku osadu czynnego. Adsorpcja substancji farmaceutycznych na osadach ścieko-
wych jest uzależniona od właściwości hydrofobowych leku i oddziaływań elektrostatycznych leku
z cząstkami stałymi i mikroorganizmami [13]. Kwasowe farmaceutyki tj. kwas acetylosalicylowy,
ibuprofen, ketoprofen, diklofenak, naproksen obecne w postaci jonowej w środowisku obojętnym
praktycznie nie ulegają procesom sorpcji w osadzie ściekowym i w większości pozostają w fazie
ciekłej. Dla zasadowych, hydrofobowych farmaceutyków np. antybiotyków procesy sorpcji na cząst-
kach stałych zachodzą w większym stopniu.

Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2009

399

5. Występowanie farmaceutyków w środowisku wodnym

Leki i ich metabolity nie zatrzymane na etapie oczyszczania ścieków wprowadzane są wraz

z „oczyszczonymi” ściekami do wód powierzchniowych i tu podlegają różnym procesom fizyko-
chemicznym. W tabeli 2 przedstawiono wybrane dane literaturowe dotyczące obecności leków
w wodach powierzchniowych.

Tabela 2. Występowanie wybranych farmaceutyków w środowisku wodnym

Table 2. Occurence of selected pharmaceutical in aquatic environment

Grupa

terapeutyczna

Lek Występowanie

Stężenie

(µg/l)

Państwo Literatura

Przeciwbólowe/

przeciwzapalne

Diklofenak

wody
powierzchniowe

0,3–0,5 Polska (Dębska et al., 2005)

wody
powierzchniowe

0,001–0,033

Francja

(Togola, Budzinski, 2008)

woda pitna

<0,0025

Francja

(Togola, Budzinski, 2008)

Kwas salicylowy

wody
powierzchniowe

0,007–0,2 Włochy

(Marchese et al., 2003)

Ibuprofen

wody
powierzchniowe

0,05–0,1 Polska (Dębska et al., 2005)

wody
powierzchniowe

<0,0045

Francja

(Togola, Budzinski, 2008)

woda pitna

<0,0006

Francja

(Togola, Budzinski, 2008)

woda pitna

0,003

Niemcy

(Jones et al., 2005)

Paracetamol

wody
powierzchniowe

0,01–0,072

Francja

(Togola, Budzinski, 2008)

wody
powierzchniowe

0,22–1,0 Wlk.

Bryt.

(Kasprzyk-Hordern

et al., 2007)

wody
powierzchniowe

0,011–0,058 Polska

(Kasprzyk-Hordern

et al., 2007)

woda pitna

<0,21

Francja

(Togola, Budzinski, 2008)

Β-blokery

Metoprolol

wody
powierzchniowe

0,05–0,15 Polska

(Kasprzyk-Hordern

et al., 2007)

Propanolol

wody
powierzchniowe

0,005–0,007 Wlk.

Bryt.

(Kasprzyk-Hordern

et al., 2007)

Regulatory

tłuszczów

Bezafibrat

woda pitna

0,027

Niemcy

(Jones et al., 2005)

Kwas klofibrowy

wody
powierzchniowe

<0,45

Niemcy

(Heberer et al., 2002)

woda pitna

0,07–0,27

Niemcy

(Jones et al., 2005)

Leki

psychotropowe

Karbamazepina

wody
powierzchniowe

0,001–0,009 Wlk.

Bryt.

(Kasprzyk-Hordern et al.,

2007)

wody
powierzchniowe

0,025–1,07

Niemcy

(Heberer et al., 2002)

woda pitna

0,258

USA

(Stackelberg et al., 2004)

Antybiotyki

Erytromycyna-

wody
powierzchniowe

0,007–0,022 Wlk.

Bryt.

(Kasprzyk-Hordern

et al., 2007)

Sulfametaxozol

wody
powierzchniowe

0,026–0,06 Polska

(Kasprzyk-Hordern

et al., 2007)

Hormony Estradiol

wody
powierzchniowe

0,0006

Niemcy

(Bolong et al., 2009)

wody
powierzchniowe

0,0021

Japonia

(Bolong et al., 2009)

woda pitna

0,0003

Niemcy

(Bolong et al., 2009)

Hormony

Estron

wody
powierzchniowe

0,0007

Niemcy

(Bolong et al., 2009)

woda pitna

0,0004

Niemcy

(Bolong et al., 2009)

Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku – źródła, przemiany …

400

Farmaceutyki charakteryzują się niską lotnością. Dystrybucja leków w środowisku zachodzi

głównie poprzez transport jak również poprzez łańcuch pokarmowy [26]. Do rozkładu leków
w  środowisku prowadzą procesy biodegradacji, fotolizy i hydrolizy. Farmaceutyki słabo ulegają
biodegradacji [17]. Okres połowicznego rozpadu dla związków  łatwo rozkładalnych może trwać
mniej niż 1 dzień i zależy od temperatury, populacji bakterii, dostępności tlenu oraz środków
odżywczych, natomiast dla innych związków organicznych odpornych na biodegradację okres
połowicznego rozpadu trwa nawet rok. Leki są też z reguły odporne na procesy hydrolizy. Fotode-
gradacja natomiast może stanowić istotny proces w eliminacji niektórych leków z wód powierzch-
niowych. Diklofenak i naproksen, jak wykazano [28] szybko ulegają fotodegradacji w wodach
powierzchniowych (t

1/2

– kilkadziesiąt minut). Ponadto dla sulfametaxozolu, propanololu fotoliza

stanowi również istotny etap w procesie eliminacji leku (t

1/2

– kilka-kilkanaście dni) [13]. Karbama-

zepina, kwas klofibrowy, odporne na procesy oczyszczania są także odporne na fotodegradację
(t

1/2

– 50 – 100 dni), [13, 28]. Leki hydrofobowe mogą ulec sorpcji na materiałach osadowych

zbiorników wodnych, jednak takie pozorne oczyszczenie może okazać się krótkotrwałe wskutek
procesów odwrotnych tj. desorpcji z cząstek stałych. Wyniki badań dotyczące sorpcji karbamaze-
piny, diklofenaku i ibuprofenu na sedymentach wykazały, że współczynniki sorpcji są stosunkowo
niskie [32]. Niewiele jest informacji dotyczących możliwej bioakumulacji pozostałości farmaceu-
tyków, za wyjątkiem diklofenaku i wybranych leków przeciwdepresyjnych. Współczynnik bio-
koncentracji diklofenaku w organizmie pstrąga tęczowego, badany w warunkach laboratoryjnych
(czas ekspozycji 28 dni) wyniósł 10–2700 w wątrobie i 5–1000 w nerkach [33]. Fluoxetina, sertra-
lina i ich metabolity zostały również wykryte w organizmach ryb bytujących w ciekach wodnych
w pobliżu zrzutu ścieków komunalnych [5].

Farmaceutyki obecne w wodach naturalnych mogą stanowić bezpośrednie zagrożenie dla orga-

nizmów wodnych jak również dla człowieka, dla którego wody te są potencjalnymi źródłami wody
spożywczej. Konwencjonalne metody uzdatniania wody dla jej przeznaczenia na cele spożywcze,
zwykle obejmujące procesy koagulacji i flokulacji, filtracji i dezynfekcji nie są wystarczające
do eliminacji pozostałości farmaceutyków [42]. Wysoką sprawność oczyszczania wybranych leków
oferują zaawansowane technologie oczyszczania tj. procesy utleniania: ozonowanie, chlorowanie,
fotoliza UV, filtracja membranowa i filtracja na węglu aktywnym. Ternes [37 przeprowadził bada-
nia zachowania wybranych farmaceutyków (bezafibrat, kwas klofibrowy, karbamazepina, diklo-
fenak) podczas tradycyjnych i nowoczesnych technologii oczyszczania wód. Nie zaobserwowano
znaczącej eliminacji leków na drodze filtracji piaskowej i flokulacji. Procesy ozonowania i filtra-
cji na węglu aktywnym okazały się efektywnie eliminować przede wszystkim odporną na konwen-
cjonalne metody oczyszczania karbamazepinę oraz diklofenak i w mniejszym stopniu bezafibrat,
w przeciwieństwie do kwasu klofibrowego, który pozostał obojętny na nowoczesne metody oczysz-
czania. Istnieje bardzo mało danych literaturowych dotyczących obecności pozostałości leków
w wodzie pitnej (tabela 2), głównie dlatego, iż istniejące procedury i techniki analityczne są niewy-
starczające do oznaczenia bardzo niskich stężeń (ppb, ppt) zanieczyszczeń wodnych.

6. Skutki środowiskowe

Farmaceutyki zostały zaprojektowane aby być biologicznie aktywne, zdolne do modyfikacji

procesów fizjologicznych w celach terapeutycznych w organizmie człowieka i organizmie zwierzę-
cym. Leki oraz produkty ich transformacji, wprowadzane do środowiska, mogą oddziaływać nieko-
rzystnie na zwierzęta wodne i mikroorganizmy i stwarzać zagrożenie zanieczyszczenia źródeł
wody pitnej. Ryzyko dla organizmów wodnych jest niewątpliwie wyższe niż dla człowieka, gdyż
organizmy wodne są narażone na ciągłą i wielopokoleniową ekspozycję bioaktywnych substan-
cji, obecnych w wodach naturalnych w stężeniach nawet o kilka rzędów wielkości wyższych niż
w wodzie pitnej. Jak dotąd pojawiło się niewiele danych dotyczących toksyczności niskich dawek

Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2009

401

farmaceutyków w środowisku. Istniejące dane literaturowe opisują głównie przypadki toksyczności
ostrej leków, badanej na planktonie, bentosie i bardzo rzadko na rybach w warunkach laboratoryj-
nych i w stosunkowo wysokich stężeniach (mg/l). Dane dotyczące toksyczności leków zostały
zebrane w artykułach przeglądowych, m.in. przez B. Halling-Sorensen [17] oraz K. Fent [13].
Powołując się na wymienione źródła, w niniejszym artykule zostanie omówiona toksyczność
wybranych leków.

Z grupy niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ) diklofenak wydaje się wywierać

najsilniejsze działanie toksyczne. Toksyczność ostra została zaobserwowana dla stężenia leku
poniżej 100 mg/l dla fitoplanktonu (EC

= 14,5 mg/l, 96 h). Propanolol, lek z grupy β-blokerów,

wykazuje ostrą toksyczność wobec planktonu i sinic w stężeniach poniżej 1 mg/l. Regulator tłusz-
czu, klofibrat, uznawany jest za szkodliwy szczególnie dla ryb (LC

= 7,7 mg/l, 96 h) oraz plank-

tonu. Fluoksetyna – lek stosowany głównie w leczeniu zaburzeń depresyjnych jest uznawany za
niezwykle toksyczny lek – dla alg (EC

= 0,024 mg/l, 48 h), bentosu (LC

= 15–43 mg/kg sedy-

mentu, 10 dni).

Badania toksyczności ostrej przeprowadzone zostały dla stężeń leków 100–1000 razy więk-

szych aniżeli zaobserwowanych w środowisku wodnym a organizmy były testowane w krótkim
czasie ekspozycji. Z punktu widzenia ryzyka ekosystemów wodnych większe znaczenie mają dane
dotyczące skutków długoterminowej ekspozycji ekosystemów wodnych na bioaktywne zanieczysz-
czenia. Duże zagrożenie niesie obecność leków hormonalnych w środowisku wodnym, ponieważ
mogą wywierać negatywne skutki już na bardzo niskich poziomach stężeń, bliskich stężeniom
występowania w środowisku wodnym. Wykazano, że etynyloestradiol (EE2), składnik współczes-
nych środków antykoncepcyjnych, już w stężeniu kilku ng/l wywołuje efekt estrogennny – zaburza
gospodarkę hormonalną samców prowadząc do ich feminizacji. Ponadto kwas acetylosalicylowy,
jeden z najczęściej spożywanych leków przeciwbólowych i przeciwzapalnych zaburza rozrod-
czość rozwielitek w stężeniu kilku mg/l, diklofenak powoduje zmiany komórkowe w oskrzelach
i nerkach u pstrąga tęczowego w stężeniu kilku µg/l, propanolol wpływa niekorzystnie na układ
sercowo-naczyniowy i rozrodczość ryb. Leki psychotropowe, tj serotonina mogą zaburzać układ
nerwowy oraz hormonalny – zaburzać zachowanie i funkcje rozrodcze, leki przeciwpadaczkowe
(karbamazepina) wykazują działanie neuroteratogenne [13]. Antybiotyki, stosowane na szeroką
skalę w hodowli i lecznictwie, stanowią grupę leków, których obecność w środowisku wodnym
mogą wywoływać nieodwracalne skutki w odniesieniu do mikroorganizmów już na niskich pozio-
mach stężeń [18]. Atakują bakterie prowadząc do wzrostu odporności bakteriologicznych czyn-
ników chorobotwórczych, tym samym zmniejszając skuteczność antybiotyku.

Zanieczyszczenia pochodzenia farmaceutycznego występują w środowisku w towarzystwie zło-

żonych mieszanin – innych leków jak i zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych. Badania
toksyczności leków prowadzi się zwykle dla konkretnego ksenobiotyku. Istnieje niewiele danych
dotyczących toksyczności mieszaniny farmaceutyków, a jeszcze mniej możliwości synergistycz-
nego oddziaływania mikstury zanieczyszczeń różnego pochodzenia. W jednym z badań wykaza-
no toksyczność mieszaniny farmaceutyków z grupy NLPZ – diklofenaku, ibuprofenu, naprok-
senu, kwasu acetylosalicylowego względem planktonu, podczas gdy żaden z tych leków z osobna
i w takim samym stężeniu nie wywoływał skutków, lub skutki były śladowe. Oznacza to, że leki
występujące w stężeniach poniżej najwyższych stężeń, przy których nie obserwuje się niekorzyst-
nego efektu działania danego leku (NOEC – No Observed Effect Concentration), w postaci miesza-
niny mogą wywołać skutek lub wzmagać działanie innych zanieczyszczeń [13].

– medialne stężenie wywołujące skutek (Dz.U. z 2008 r. Nr 101 poz. 651)

– medialne stężenie śmiertelne (Dz.U. z 2008 r. Nr 101 poz. 651)

Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku – źródła, przemiany …

402

7. Podsumowanie

Przeprowadzone dotychczas badania dowodzą, że farmaceutyki nie są całkowicie eliminowane

w procesie oczyszczania ścieków i w konsekwencji są uwalniane do wód w postaci niezmienionej
lub rozbitej na aktywne metabolity. Zakres wiedzy dotyczący losów pozostałości farmaceutyków
w  środowisku, toksyczności i możliwych interakcji mieszaniny zanieczyszczeń jest w dalszym
ciągu bardzo wąski, co uniemożliwia przeprowadzenie oceny ryzyka środowiskowego. Toksycz-
ność leków w środowisku wodnym jest badana zwykle w warunkach krótkiego czasu ekspozycji
i w stężeniach znacznie przekraczających wielkości zaobserwowane w środowisku. Potrzebne są
badania skutków ciągłej i wielopokoleniowej ekspozycji organizmów wodnych, szczególnie ryb,
na śladowe ilości bioaktywnych zanieczyszczeń, które są w sposób ciągły wprowadzane do wód.
Należy zwrócić szczególną uwagę na produkty metabolizmu i przemian leków w środowisku, które
mogą wykazywać większą toksyczność niż substancje pierwotne oraz możliwości synergistycz-
nego oddziaływania mieszaniny farmaceutyków i innych zanieczyszczeń obecnych w środowisku
wodnym. Ponadto, istotna jest eliminacja zanieczyszczeń u źródła. W przypadku farmaceutyków
największy ich ładunek do środowiska niosą ścieki, zatem konieczne jest szersze poznanie losów
leków i ich metabolitów w komunalnych oczyszczalniach ścieków i ewentualne wprowadzenie
bardziej skutecznych technologii oczyszczania.

Istnieje wciąż bardzo mało danych dotyczących występowania pozostałości leków w wodach

naturalnych a przede wszystkim w potencjalnych źródłach wody pitnej i wodzie wodociągowej.
Podstawowym ograniczeniem w tym zakresie jest dostępność odpowiednich procedur analitycznych
umożliwiających oznaczenie leków i ich metabolitów obecnych w środowisku wodnym w ślado-
wych ilościach (ppb, ppt) i w towarzystwie innych zanieczyszczeń. Konieczne jest opracowanie pro-
cedur analitycznych, które pozwolą obniżyć granicę wykrywalności i wyeliminować efekt matrycy.

Literatura

[1] Ashton D., Hilton M., Thomas K.V., 2004 – Investigating the environmental transport of human

pharmaceuticals to streams in the United Kingdom. Science of The Total Environment, 333/1–3, s.
167–184.

[2] Barceló D., 2003 – Emerging pollutants in water analysis – Editorial. Trends in Analytical Chemistry,

22/10.

[3] Baronti C., Curini R., D'Ascenzo G., Di Corcia A., Gentili A., Samperi R., 2000 – Monitoring Natural

and Synthetic Estrogens at Activated Sludge Sewage Treatment Plants and in a Receiving River Water,
s. 5059–5066.

[4] Bolong N., Ismail A.F., Salim M.R., Matsuura T., 2009 – A review of the effects of emerging conta-

minants in wastewater and options for their removal. Desalination, 239/1–3, s. 229–246.

[5] Brooks B.W., Chambliss C.K., Stanley J.K., Ramirez A.e.a., 2005 – Determination of select antide-

pressants in fish from an effluent-dominated stream. Environmental Toxicology and Chemistry, 24/2,
s. 464–469.

[6] Carballa M., Omil F., Lema J.M., Llompart M., García-Jares C., Rodríguez I., Gómez M., Ternes T.,

2004 – Behavior of pharmaceuticals, cosmetics and hormones in a sewage treatment plant. Water
Research, 38/12, s. 2918–2926.

[7] Daughton C.G., 2001 – Origins and Fate of PPCPs in the Environment. U.S. EPA http://www.epa.gov/

/ppcp/pdf/drawing.pdf.

[8] Daughton C.G., Ternes T.A., 1999 – Pharmaceuticals and personal care products in the environment:

agents of subtle change? Environmental Health Perspectives, 107(Suppl 6), s. 907–938.

[9] Dębska J., Kot-Wasik A., Namieśnik J., 2004 – Fate and Analysis of Pharmaceutical Residues in the

Aquatic Environment. Taylor & Francis, s. 51–67.

[10] Dębska J., Kot–Wasik A., Namieśnik J., 2005 – Determination of nonsteroidal antiinflammatory drugs

in water samples using liquid chromatography coupled with diode-array detector and mass spectromet-
ry. Journal of Separation Science 28/17, s. 2419–2426.

Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2009

403

[11] Farré l.M., Pérez S., Kantiani L., Barceló D., 2008 – Fate and toxicity of emerging pollutants, their

metabolites and transformation products in the aquatic environment. Trends in Analytical Chemistry,
27/11, s. 991–1007.

[12] Felis E., Miksch K., Surmacz-Górska J., Ternes T., 2005 – Presence of pharmaceutics in wastewater

from waste water treatment plant "Zabrze-Śródmieście" in Poland. Archives of Environmental Protec-
tion, 31/3, s. 49–58.

[13] Fent K., Weston A.A., Caminada D., 2006 – Ecotoxicology of human pharmaceuticals. Aquatic Toxi-

cology, 76/2, s. 122–159.

[14] Ferrari B., Paxéus N., Giudice R.L., Pollio A., Garric J., 2003 – Ecotoxicological impact of pharma-

ceuticals found in treated wastewaters: study of carbamazepine, clofibric acid, and diclofenac. Eco-
toxicology and Environmental Safety, 55/3, s. 359–370.

[15] Focazio M.J., Kolpin D.W., Barnes K.K., Furlong E.T., Meyer M.T., Zaugg S.D., Barber L.B., Thur-

man M.E., 2008 – A national reconnaissance for pharmaceuticals and other organic wastewater conta-
minants in the United States – II) Untreated drinking water sources. Science of The Total Environment,
402/2–3, s. 201–216.

[16] Garrison A.W., Pope J.D., Allen F.R., 1976 – Identification and Analysis of Organic Pollutants In

Water. Keith Ch (ed) Ann Arbor Science Publisher Inc, Ann Arbor, s. 517–566.

[17] Halling-Sorensen B., Nielsen N.S., Lanzky S.F., Ingerslev F., 1998 – Occurrence, fate, and effects

of pharmaceutical substances in the environment – a rewiev. Chemosphere, 36/2, s. 357–393.

[18] Heberer T., 2002 – Occurrence, fate, and removal of pharmaceutical residues in the aquatic environ-

ment: a review of recent research data. Toxicology Letters, 131/1–2, s. 5–17.

[19] Heberer T., Reddersen K., Mechlinski A., 2002 – From municipal sewage to drinking water: fate

and removal of pharmaceutical residues in the aquatic environment in urban areas. Water Science
and Technology, 46/3, s. 81–88.

[20] Hirsch R., Ternes T., Haberer K., Kratz K.L., 1999 – Occurrence of antibiotics in the aquatic environ-

ment. The Science of The Total Environment, 225/1–2, s. 109–118.

[21] Jones O.A., Lester J.N., Voulvoulis N., 2005 – Pharmaceuticals: a threat to drinking water? Trends

in Biotechnology, 23/4, s. 163–167.

[22] Karthikeyan K.G., Meyer M.T., 2006 – Occurrence of antibiotics in wastewater treatment facilities

in Wisconsin, USA. Science of The Total Environment, 361/1–3, s. 196–207.

[23] Kasprzyk-Hordern B., Dinsdale R.M., Guwy A.J., 2007 – Multi-residue method for the determination

of basic/neutral pharmaceuticals and illicit drugs in surface water by solid-phase extraction and ultra
performance liquid chromatography-positive electrospray ionisation tandem mass spectrometry.
Journal of Chromatography A, 1161/1–2, s. 132–145.

[24] Kolpin D.W., Furlong E.T., Meyer M.T., Thurman E.M., Zaugg S.D., Barber L.B., Buxton H.T.,

2002 – Pharmaceuticals, Hormones, and Other Organic Wastewater Contaminants in U.S. Streams,
1999–2000: A National Reconnaissance, s. 1202–1211.

[25] Marchese S., Perret D., Gentili A., Curini R., Pastori F., 2003 – Determination of Non-Steroidal Anti-

Inflammatory Drugs in Surface Water and Wastewater by Liquid Chromatography-Tandem Mass
Spectrometry. Chromatographia, 58/5, s. 263–269.

[26] Nikolaou A., Meric S., Fatta D., 2007 – Occurrence patterns of pharmaceuticals in water and waste-

water environments. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 387/4, s. 1225–1234.

[27] Öllers S., Singer H.P., Fässler P., Müller S.R., 2001 – Simultaneous quantification of neutral and acid-

ic pharmaceuticals and pesticides at the low-ng/l level in surface and waste water. Journal of Chroma-
tography A, 911/2, s. 225–234.

[28] Packer J.L., Werner J.J., Latch D.E., McNeill K., Arnold W.A., 2003 – Photochemical fate of pharma-

ceuticals in the environment: Naproxen, diclofenac, clofibric acid, and ibuprofen. Aquatic Sciences –
– Research Across Boundaries, 65/4, s. 342–351.

[29] Quintana J.B., Weiss S., Reemtsma T., 2005 – Pathways and metabolites of microbial degradation

of selected acidic pharmaceutical and their occurrence in municipal wastewater treated by a membrane
bioreactor. Water Research, 39/12, s. 2654–2664.

[30] Reddersen K., Heberer T., Dünnbier U., 2002 – Identification and significance of phenazone drugs

and their metabolites in ground- and drinking water. Chemosphere, 49/6, s. 539–544.

[31] Roberts P.H., Thomas K.V., 2006 – The occurrence of selected pharmaceuticals in wastewater efflu-

ent and surface waters of the lower Tyne catchment. Science of The Total Environment, 356/1–3,
s. 143–153.

Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku – źródła, przemiany …

404

[32] Scheytt T., Mersmann P., Lindstädt R., Heberer T., 2005 – Determination of sorption coefficients

of pharmaceutically active substances carbamazepine, diclofenac, and ibuprofen, in sandy sediments.

Chemosphere, 60/2, s. 245–253.

[33] Schwaiger J., Ferling H., Mallow U., Wintermayr H., Negele R.D., 2004 – Toxic effects of the non-

steroidal anti-inflammatory drug diclofenac: Part I: histopathological alterations and bioaccumulation

in rainbow trout. Aquatic Toxicology, 68/2, s. 141–150.

[34] Stackelberg P.E., Furlong E.T., Meyer M.T., Zaugg S.D., Henderson A.K., Reissman D.B., 2004 –

Persistence of pharmaceutical compounds and other organic wastewater contaminants in a conventio-

nal drinking-water-treatment plant. Science of The Total Environment, 329/1–3, s. 99–113.

[35] Tauxe-Wuersch A., Alencastro L.F.D., Grandjean D., Tarradellas J., 2005 – Occurrence of several

acidic drugs in sewage treatment plants in Switzerland and risk assessment. Water Research, 39/9, s.

1761–1772.

[36] Ternes T.A., 1998 – Occurrence of drugs in German sewage treatment plants and rivers. Water Re-

search, 32/11, s. 3245–3260.

[37] Ternes T.A., Meisenheimer M., McDowell D., Sacher F., Brauch H.-J., Haist-Gulde B., Preuss G.,

Wilme U., Zulei-Seibert N., 2002 – Removal of Pharmaceuticals during Drinking Water Treatment,
s. 3855–3863.

[38] Ternes T.A., Stumpf M., Mueller J., Haberer K., Wilken R.D., Servos M., 1999 – Behavior and occur-

rence of estrogens in municipal sewage treatment plants – I. Investigations in Germany, Canada
and Brazil. The Science of The Total Environment, 225/1–2, s. 81–90.

[39] Thomas P.M., Foster G.D., 2004 – Determination of Nonsteroidal Anti-inflammatory Drugs, Caffeine,

and Triclosan in Wastewaterby Gas Chromatography-Mass Spectrometry. Journal of Environmental
Science and Health, Part A, 39/8, s. 1969–1978.

[40] Togola A., Budzinski H., 2008 – Multi-residue analysis of pharmaceutical compounds in aqueous

samples. Journal of Chromatography A, 1177/1, s. 150–158.

[41] Weigel S., Berger U., Jensen E., Kallenborn R., Thoresen H., Hühnerfuss H., 2004 – Determination

of selected pharmaceuticals and caffeine in sewage and seawater from Tromso/Norway with emphasis
on ibuprofen and its metabolites. Chemosphere, 56/6, s. 583–592.

[42] Zwiener C., 2007 – Occurrence and analysis of pharmaceuticals and their transformation products

in drinking water treatment. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 387/4, s. 1159–1162.

KATARZYNA SOSNOWSKA, KATARZYNA STYSZKO-GROCHOWIAK, JANUSZ GOŁAŚ

Drugs in the Environment – Sources, Fate, Risk

Key words

pharmaceuticals – aquatic environment – fate of drugs – drinking water – environmental effects

Abstract

The occurrence of new and not legally regulated contaminants in the aquatic environment (called “emerg-

ing contaminants”) is recently becoming a matter of concern. Many of them are pharmaceuticals and their
transformation products. The risk of long-term exposure on aquatic organism and human via drinking water
is not well known. The problem of drugs in the environment may increase because of growing production
and excessive consumption especially of non-prescription drugs. The key issues related to the sources, fate
and potential effects of pharmaceuticals in the environment are briefly presented and discussed.