REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Prisotnost ostankov zdravilnih učinkovin v okolju, katerih vpliv je, v primerjavi z drugimi onesnaţili, razmeroma nepreučen, povzroča naraščajočo zaskrbljenost in prinaša nov izziv za čiščenje pitnih in odpadnih vod ter za njihovo ponovno uporabo. Ostanki zdravil se po uporabi v humani ali veterinarski medicini običajno izločijo v obliki različnih metabolitov ali kot nespremenjene izhodne zdravilne učinkovine. Tako glavni vir tovrstnega onesnaţenja predstavljajo odpadne vode, v katere preidejo ostanki zdravil z izločki bolnikov, nemalokrat pa je njihova prisotnost v odpadnih vodah tudi posledica nepravilnega odlaganja neporabljenih zdravil ali proizvodnih procesov v farmacevtski industriji. Odpadne vode se največkrat iztekajo v površinske vode z ali brez predhodnega čiščenja na čistilnih napravah. Sama učinkovitost čiščenja zdravilnih učinkovin na čistilnih napravah je vprašljiva, saj te niso prirejene za odstranjevanje tovrstnih spojin. Nekatere zdravilne učinkovine se tekom čiščenja pretvorijo v produkte razgradnje, katerih identiteta, kroţenje in učinek na okolje in človeka so v večini primerov nepoznani, njihovo prepoznavanje pa temelji na uporabi sofisticiranih analiznih metod in instrumentov.
Predstavljeno doktorsko delo opisuje razvoj analizne metode za kvantitativno določanje najpomembnejših predstavnikov nesteroidnih protivnetnih učinkovin, ibuprofena, ketoprofena, naproksena in diklofenaka v vodnih matrikah ter njeno validacijo na notranjem in medlaboratorijskem nivoju. Razvita analizna metoda temelji na ekstrakciji na trdnem nosilcu, ki ji sledita derivatizacija in analiza s plinsko kromatografijo z masno spektrometrično detekcijo. Na osnovi validacijskih parametrov, linearnosti (r2 ≥0.990), občutljivosti, meje zaznavnosti (2 – 6 ng L-1) in izkoristka ekstrakcije (>84 %) za posamezen analit, sem potrdila primernost analizne metode za določanje nesteroidnih protivnetnih učinkovin v vodnih vzorcih. Razvito metodo sem testirala na vzorcih slovenskih površinskih in pitnih vod ter podtalnice. Izmerjene koncentracije nesteroidnih protivnetnih učinkovin (območje 10 – 300 ng L-1) so bile primerljive z vrednostmi, ki so jih določili raziskovalci drugod po Evropi. Med temi spojinami je najbolj izstopala razmeroma visoka koncentracija naproksena, ki sem ga določila v večini analiziranih vzorcev, kar je lahko posledica izrazito velike porabe te nesteroidne protivnetne učinkovine v Sloveniji. Medlaboratorijska validacija, ki je vključevala analizne protokole z GC-MS in LC-MS določanjem, je bila izvedena v dveh krogih medlaboratorijskih primerjalnih analiz. Rezultati analiz so pokazali, da je GC-MS analizna metoda primernejša za določanje ibuprofena, naproksena in ketoprofena v kompleksnih matrikah, medtem ko se je analiza diklofenaka izkazala za teţavnejšo in bi zato, pred uvajanjem na nivoju rutinske analize, potrebovala še dodatno optimizacijo. Medlaboratorijski primerjalni analizi sta potrdili tudi stabilnost nesteroidnih protivnetnih učinkovin v izbranih matricah in pokazali, da filtracija ne vpliva na določanje izbranih analitov.
V študijo biološkega čiščenja zdravilnih učinkovin na bioreaktorjih z aktivnim blatom sem vključila dve skupini zdravilnih učinkovin, biorazgradljive, pri katerih je odstranjevanje ≥87 % (ibuprofen, naproksen in ketoprofen) ter učinkovine, obstojne na biološko čiščenje (diklofenak, klofibrinska kislina in karbamazepin). Pri slednjih sem določila ≤59 %, ≤30 % in 16 % učinkovitost odstranitve z aktivnim blatom. Učinkovitost čiščenja obstojnih zdravilnih učinkovin na naših bioreaktorjih je primerljiva s podatki za komunalne čistilne naprave, medtem ko je učinkovitost čiščenja biorazgradljivih učinkovin nekoliko večja. Razlog za to je lahko adaptacija zaradi neprekinjene izpostavljenosti biomase izbranim zdravilnim učinkovinam ali podaljšan zadrţevalni čas odpadne vode v bioreaktorjih. Tudi sicer je neprekinjena izpostavljenost zdravilnim učinkovinam vplivala na strukturo mikrobiološke zdruţbe v bioreaktorjih. Tako so koncentracije ≥50 μg L-1 zmanjšale strukturno različnost predstavnikov, pri čemer je posebej pomembna odsotnost bakterij rodu Nitrospira, ki so odgovorne za drugo stopnjo nitrifikacije v dušikovem ciklu.
Ena izmed temeljnih nalog predstavljene doktorske disertacije je tudi prepoznavanje produktov razgradnje zdravilnih učinkovin tekom postopkov čiščenja odpadne ali pitne vode. Pri mikrobioloških pretvorbah je bilo produkte razgradnje mogoče zaznati le pri vseh treh obstojnih spojinah, diklofenaku, klofibrinski kislini in karbamazepinu. Med številnimi produkti biorazgradnje diklofenaka sem identificirala naslednje: 1-(2,6-diklorofenil)-1,3-dihidro-2H-indol-2-on, hidroksi-diklofenak, benzokinon imin derivat diklofenaka in nitro analog diklofenaka. S prisotnostjo klofibrinske kisline v bioreaktorjih sem identificirala 4-klorofenol, medtem ko sta akridin in 9-akridon nastala med mikrobiološko razgradnjo karbamazepina. Sodeč po literaturnih podatkih lahko nekateri izmed produktov razgradnje nastanejo tudi po drugih poteh, kot so humani ali ţivalski metabolizem ali abiotska razgradnja. Med produkti mikrobiološke razgradnje zdravil, ki sem jih identificirala, vključitev nitro skupine v strukturo diklofenaka predstavlja najbolj nenavadno in nepričakovano pretvorbo. Za identifikacijo čim večjega števila produktov transformacije in navzkriţno potrjevanje njihovih struktur sem pri svojem delu uporabljala komplementarne kromatografske in masno-spektrometrične tehnike, med njimi GC-IT, GC-Q and LC-QqTOF. Med izbranimi instrumenti se je LC-QqTOF izkazal kot najprimernejši za reševanje kemijskih struktur neznanih spojin, saj omogoča tandemsko masno fragmentacijo, visoko ločljivost in natančnost masne meritve.
Predstavljena doktorska naloga vključuje tudi eksperimente z abiotsko razgradnjo zdravilnih učinkovin, predvsem UV razgradnjo in dezinfekcijo s klorovim dioksidom. Pri tem sem uspešno identificirala sedem produktov transformacije karbamazepina, še ena spojina pa je nastala med samo analizo kot posledica toplotnega razpada karbamazepina v injektorju plinskega kromatografa. Preučevanje učinkovitosti čiščenja karbamazepina in dveh izmed njegovih produktov razgradnje, akridina in akridona, je pokazalo, da je za odstranjevanje karbamazepina najučinkovitejša UV razgradnja (93 %), medtem ko je učinkovitost čiščenja akridina 76 %, akridona pa <10 %. V nasprotju s karbamazepinom (16 %) pa sem ugotovila uspešnejšo mikrobiološko razgradnjo akridina (≤92 %) in akridona (≤40 %). Na podlagi teh ugotovitev sem predlagala sklopljeno tehnologijo čiščenja, ki vključuje UV razgradnjo in nato mikrobiološko razgradnjo. Podobno se karbamazepin (54 %) uspešneje kot akridin (38 %) odstranjuje z oksidacijo s klorovim dioksidom, zaradi česar se v zaporedju z biološkim čiščenjem prav tako lahko uporabi za omejevanje oz. preprečevanje vstopa ostankov zdravilnih učinkovin v okolje. Predlagani tehnologiji bo potrebno preizkusiti na večjih pilotnih in realnih čistilnih napravah in oceniti njuno ekonomsko učinkovitost.
Literaturni podatki in raziskave znotraj te študije kaţejo, da so vsaj trije izmed identificiranih produktov transformacije, 4-klorofenol, produkt razgradnje klofibrinske kisline, in akridin ter akridon, ki nastaneta iz karbamazepina, bolj toksični kot izhodne spojine, kar je zaskrbljujoče in še dodatno podkrepi zastavljene cilje po doseganju popolne mineralizacije obstojnih mikropolutantov tekom čiščenja odpadne in pitne vode in s tem znatno zmanjšanje obremenitve okolja in tveganja za zdravje.