KATARZYNA SOSNOWSKA*, KATARZYNA STYSZKO-GROCHOWIAK, JANUSZ GOA
AÅš
Leki w środowisku  z
ródła, przemiany, zagrożenia
SÅ‚owa 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 z
ródła 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 z
ródeł 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. ReprezentujÄ…
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 Å›ciekach 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: [e-mail]
395
Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku  z
ródła, przemiany &
i przeciwzapalnych, leków psychotropowych, antyepileptycznych, ²-blokerów, hormonów, regula-
torów tłuszczów i ich metabolitów. Rok póz
niej 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 stanowiÄ…cych z
ródła 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. y
ródła 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 z
ródła 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 z
ródłem 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.
396
Krakowska Konferencja MÅ‚odych Uczonych 2009
Rysunek 1. Główne z
ródła 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 piÄ…tym miejscu w Europie po Francji, Niemczech, WÅ‚oszech, 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 ulegajÄ… 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 z
ródło 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.
397
Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku  z
ródła, przemiany &
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
Stężenie w ściekach
Stopień
Grupa
(µg/l)
Lek oczyszczenia Literatura
terapeutyczna
(%)
surowych oczyszcz.
Kwas acetylosal. 3,2 0,6 81 (Ternes et al., 1999)
3,0 2,5 17 (Heberer, 2002)
Diklofenak 1,0 0,29 71 (Roberts et al., 2006)
2,8 1,9 23 30 (Quintana et al., 2005)
9,5 14,7 0,01 0,02 99 (Thomas et al., 2004)
Przeciwbólowe/
2,0 3,0 0,6 0,8 53 79 (Tauxe-Wuersch et al., 2005)
przeciwzapalne
Ibuprofen
5,7 0,18 97 (Quintana et al., 2005)
28,0 3,0 98 (Roberts, Thomas, 2006)
Paracetamol 6,9 0 100 (Roberts, Thomas, 2006)
0,41 0,52 0,008 0,02 98 (Thomas, Foster, 2004)
Ketoprofen
0,25 0,43 0,15 0,24 8 53 (Tauxe-Wuersch et al., 2005)
Metoprolol   83 (Ternes, 1998)
Å‚-blokery
Propanolol   96 (Ternes, 1998)
  83 (Ternes, 1998)
Bezafibrat
2,6 0,24 91 (Quintana et al., 2005)
Regulatory
  51 (Ternes, 1998)
tłuszczów
Kwas klofibrowy 0,34 0 91 (Roberts, Thomas, 2006)
0,15 0,25 0,15 0,25 0 (Tauxe-Wuersch et al., 2005)
  7 8 (Ternes, 1998)
Leki
Karbamazepina
psychotropowe
1,78 1,63 8 (Heberer et al., 2002)
Erytromycyna-H2O 3,9 1,1 72 (Karthikeyan et al., 2006)
Antybiotyki
Sulfametaxozol 0,31 0,27 13 (Karthikeyan, Meyer, 2006)
Etynyloestradiol 0,003 0,0004 85 (Baronti et al., 2000)
Hormony
Estron 0,0024 0,0044 0 (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 pomocÄ… 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.
398
Krakowska Konferencja MÅ‚odych Uczonych 2009
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 Stężenie
Lek Występowanie Państwo Literatura
terapeutyczna (µg/l)
wody
0,3 0,5 Polska (Dębska et al., 2005)
powierzchniowe
Diklofenak wody
0,001 0,033 Francja (Togola, Budzinski, 2008)
powierzchniowe
woda pitna <0,0025 Francja (Togola, Budzinski, 2008)
wody
Kwas salicylowy 0,007 0,2 WÅ‚ochy (Marchese et al., 2003)
powierzchniowe
wody
0,05 0,1 Polska (Dębska et al., 2005)
powierzchniowe
wody
Przeciwbólowe/
<0,0045 Francja (Togola, Budzinski, 2008)
Ibuprofen
powierzchniowe
przeciwzapalne
woda pitna <0,0006 Francja (Togola, Budzinski, 2008)
woda pitna 0,003 Niemcy (Jones et al., 2005)
wody
0,01 0,072 Francja (Togola, Budzinski, 2008)
powierzchniowe
wody (Kasprzyk-Hordern
0,22 1,0 Wlk. Bryt.
powierzchniowe et al., 2007)
Paracetamol
wody (Kasprzyk-Hordern
0,011 0,058 Polska
powierzchniowe et al., 2007)
woda pitna <0,21 Francja (Togola, Budzinski, 2008)
wody (Kasprzyk-Hordern
Metoprolol 0,05 0,15 Polska
powierzchniowe et al., 2007)
Å‚-blokery
wody (Kasprzyk-Hordern
Propanolol 0,005 0,007 Wlk. Bryt.
powierzchniowe et al., 2007)
Bezafibrat woda pitna 0,027 Niemcy (Jones et al., 2005)
Regulatory wody
<0,45 Niemcy (Heberer et al., 2002)
tłuszczów powierzchniowe
Kwas klofibrowy
woda pitna 0,07 0,27 Niemcy (Jones et al., 2005)
wody (Kasprzyk-Hordern et al.,
0,001 0,009 Wlk. Bryt.
powierzchniowe 2007)
Leki
Karbamazepina wody
psychotropowe 0,025 1,07 Niemcy (Heberer et al., 2002)
powierzchniowe
woda pitna 0,258 USA (Stackelberg et al., 2004)
Erytromycyna- wody (Kasprzyk-Hordern
0,007 0,022 Wlk. Bryt.
H2O powierzchniowe et al., 2007)
Antybiotyki
wody (Kasprzyk-Hordern
Sulfametaxozol 0,026 0,06 Polska
powierzchniowe et al., 2007)
wody
0,0006 Niemcy (Bolong et al., 2009)
powierzchniowe
Hormony Estradiol wody
0,0021 Japonia (Bolong et al., 2009)
powierzchniowe
woda pitna 0,0003 Niemcy (Bolong et al., 2009)
wody
0,0007 Niemcy (Bolong et al., 2009)
powierzchniowe
Hormony Estron
woda pitna 0,0004 Niemcy (Bolong et al., 2009)
399
Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku  z
ródła, przemiany &
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 ulegajÄ… fotodegradacji w wodach
powierzchniowych (t1/2  kilkadziesiÄ…t minut). Ponadto dla sulfametaxozolu, propanololu fotoliza
stanowi również istotny etap w procesie eliminacji leku (t1/2  kilka-kilkanaście dni) [13]. Karbama-
zepina, kwas klofibrowy, odporne na procesy oczyszczania są także odporne na fotodegradację
(t1/2  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 z
ródłami wody
spożywczej. Konwencjonalne metody uzdatniania wody dla jej przeznaczenia na cele spożywcze,
zwykle obejmujÄ…ce procesy koagulacji i flokulacji, filtracji i dezynfekcji nie sÄ… wystarczajÄ…ce
do eliminacji pozostałości farmaceutyków [42]. Wysoką sprawność oczyszczania wybranych leków
oferujÄ… 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 karbamazepinÄ™ 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 z
ródeł
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
400
Krakowska Konferencja MÅ‚odych Uczonych 2009
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 z
ródła, 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 (EC501 = 14,5 mg/l, 96 h). Propanolol, lek z grupy ²-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 (LC502 = 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 (EC50 = 0,024 mg/l, 48 h), bentosu (LC50 = 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 pstrÄ…ga tÄ™czowego w stężeniu kilku µg/l, propanolol wpÅ‚ywa niekorzystnie na ukÅ‚ad
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].
1
EC50  medialne stężenie wywołujące skutek (Dz.U. z 2008 r. Nr 101 poz. 651)
2
LC50  medialne stężenie śmiertelne (Dz.U. z 2008 r. Nr 101 poz. 651)
401
Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku  z
ródła, przemiany &
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 z
ródła. 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 z
ródłach 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.
402
Krakowska Konferencja MÅ‚odych Uczonych 2009
[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.
403
Sosnowska K., Styszko-Grochowiak K., Gołaś J.: Leki w środowisku  z
ródła, przemiany &
[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 GOA
AÅš
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.
404