REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Analiza ostankov psihoaktivnih snovi v komunalnih odpadnih vodah (neprečiščeni vtoki in iztoki iz čistilnih naprav) ter v površinskih vodah, v katere se iztekajo iztoki iz čistilnih naprav, ponuja dragocen vpogled v epidemiološke in okoljske vplive uporabe psihoaktivnih snovi. Doktorska disertacija opisuje uporabo epidemiologije na osnovi analize neprečiščene odpadne vode (ang. Wastewater-Based Epidemiology – WBE) za preučevanje prostorsko-časovnih trendov porabe psihoaktivnih zdravilnih učinkovin in novih psihoaktivnih snovi (NPS) v splošni populaciji v Sloveniji. Poleg tega obravnava vpliv pandemije COVID-19 na uporabo psihoaktivnih zdravilnih učinkovin in NPS, preučuje uspešnost odstranitve teh spojin iz odpadnih vod ter posledično njihovo pojavnost v okolju. Disertacija prav tako raziskuje uporabo novih strategij aktivno-pasivnega vzorčenja v odpadnih vodah ter primerja rezultate s konvencionalnim 24-urnim kompozitnim vzorčenjem. Nazadnje se osredotoča na pomembno vrzel v poznavanju vplivov ostankov psihoaktivnih zdravilnih učinkovin na vodne organizme.
V okviru doktorske naloge smo sprva vzpostavili robustne bioanalitske metode za kvantifikacijo ostankov psihoaktivnih zdravilnih učinkovin v različnih vodnih matrikah. Med te metode sodi razvoj analiznih postopkov na osnovi tekočinske kromatografije sklopljene s tandemsko masno spektrometrijo (LC-MS/MS) za analizo sledov biomarkerjev psihoaktivnih zdravilnih učinkovin, vključno z antidepresivi, antipsihotiki in benzodiazepini v neprečiščenih odpadnih vodah (vtoki) komunalnih čistilnih naprav. Za povečanje pretočnosti analiz in zmanjšanje potrebnega volumna vzorca smo optimizirali nov analizni protokol na osnovi ekstrakcije na trdo fazo (SPE) s “96-well plate” za kvantifikacijo 28 biomarkerjev antidepresivov, opioidov in zdravil, ki se zlorabljajov vtokih čistilnih naprav. Ta metoda, ki zahteva le 2 mL vzorca (vtok), je predvsem uporabna za obsežne in dolgotrajne nadzorne meritve, pri čemer ohranja zadostne meje zaznave.
Vzporedno smo uporabili analizne protokole na osnovi LC-MS/MS (QTrap, tarčna analiza in QTOF, “suspect screening” protokoli) za preučevanje prisotnosti NPS in spremljanje njihove dinamične pojavnosti in široke razširjenosti. V ta namen smo razvili tarčne LC-MS/MS protokole za določanje ostankov psihoaktivnih zdravilnih učinkovin v odpadnih in površinskih vodah. Te metode omogočajo oceno učinkovitosti odstranjevanja ostankov preučevanih snovi v čistilnih napravah ter določanje njihove prisotnosti v površinskih vodah, ki prejemajo iztoke iz čistilnih naprav. Poleg tega smo z uporabo “in silico” metod (programska oprema ECOSAR –Ecological Structure-Activity Relationships) preučevali tudi akutno in kronično toksičnost ostankov psihoaktivnih zdravilnih učinkovin na vodne organizme.
Glede na negotovosti, povezane s stabilnostjo biomarkerjev v odpadnih vodah, smo izvedli sistematične poskuse za oceno stabilnosti 11 biomarkerjev antipsihotikov pri različnih pogojih shranjevanja in vzorčenja. Rezultati so pokazali specifične vzorce razgradnje posameznih spojin – več spojin se je razgradilo ob nakisanju vzorcev in pri ponavljajočih se ciklih zamrzovanja in odtaljevanja, medtem ko sta kvetiapin in risperidon ostala stabilna pri večini testiranih pogojev. Shranjevanje ekstraktov na SPE kartušah v zamrzovalniku (−20 °C) omogoča za večino biomarkerjev antipsihotikov visoko stabilnost do treh mesecev, kar nakazuje, da je tovrstna hramba vzorcev primerna tudi za daljši transport in obdelavo večje serije vzorcev. S simuliranjem različnih scenarijev shranjevanja vzorcev smo dodatno ocenili stabilnost izbranih NPS na SPE kartušah pri petih različnih temperaturah in v petih časovnih intervalih. Rezultati so pokazali, da shranjevanje ekstraktov pri −20 °C ohranja izkoristke ekstrakcije znotraj sprejemljivega območja (80−120%) za večino spojin v časovnem razponu do štirih mesecev.
Glavne ugotovitve raziskav o uporabi psihoaktivnih zdravilnih učinkovin in NPS v splošni populaciji na osnovi analize neprečiščene odpadne vode razkrivajo izrazite trende s številnimi časovnimi in prostorskimi variacijami. Večina psihoaktivnih zdravilnih učinkovin je imela stabilno porabo med tednom, opaženih razlik med vikendi in delovnimi dnevi pa ni bilo mogoče neposredno povezati s pandemijo. Poleg tega se je pri večini antidepresivov poraba povečala med prvim valom pandemije, pri čemer nismo zaznali jasnih prostorskih trendov. Nasprotno pa se je poraba antipsihotikov in benzodiazepinov med pandemijo zmanjšala, zlasti med prvim valom COVID-19. Pomembno je tudi, da so pridobljeni rezultati skladni z razpoložljivimi letnimi podatki predpisovanja psihoaktivnih zdravilnih učinkovin, kar dodatno potrjuje zanesljivost rezultatov, pridobljenih z WBE. Med zaznanimi NPS je imel 3-metilmetkatinon (3-MMC) najvišjo frekvenco zaznave, saj je bil prisoten na skoraj vseh vzorčnih mestih in v vseh obdobjih vzorčenja, sledil pa mu je mitraginin, ki je imel najvišje masne obremenitve. Ugotovitve so skladne tudi z drugimi mednarodnimi WBE študijami, ki poročajo, da je 3-MMC ena izmed prevladujočih stimulativnih NPS v Evropi. Omeniti velja, da so se masne obremenitve 3-MMC med pandemijo opazno povečale. Aplikacija “suspect screening” protokolov pa je razkrila dodatne NPS na vsaj eni lokaciji med različnimi vzorčenji.
Zaradi nepopolnega odstranjevanja ostankov psihoaktivnih zdravilnih učinkovin pri različnih konvencionalnih bioloških postopkih čiščenja odpadnih vod (aktivno blato, šaržni biološki reaktor–SBR, SBR z UV–dezinfekcijo, membranski bioreaktor–MBR, reaktor s plavajočimi nosilci biomase–MBBR) smo določili njihovo prisotnost v površinskih vodah, ki sprejemajo iztoke iz čistilnih naprav (ng/L). Poleg tega smo s primerjavo rezultatov analiz površinske vode in napovedanimi okoljskimi koncentracijami pokazali, da lahko napovedni pristopi, kot je opisano v tej disertaciji, služijo kot alternativa konvencionalnim analizam vode. Model ECOSAR pa je dodatno nakazal možne učinke na vodne organizme, zlasti ob njihovi izpostavitvi venlafaksinu, O-desmetilvenlafaksinu, citalopramu in sertralinu. Ti rezultati poudarjajo pomen nadgradnje tehnologij čiščenja in potrebo po nadaljnjih in vivo raziskavah.
Nazadnje disertacija obravnava uporabo inovativnega aktivno-pasivnega vzorčenja (APS) v realnih odpadnih vodah. APS vzorčevalnike smo namestili v vtok in iztok iz komunalne čistilne naprave z namenom primerjave prisotnosti ostankov psihoaktivnih snovi (antidepresivov, prepovedanih drog in opioidov) določenih z APS in konvencionalnim 24 urnim kompozitnim vzorčenjem s sledečo SPE ekstrakcijo. Čeprav APS v neprečiščenih vzorcih vtoka zaradi prevelike vsebnosti trdnih delcev ni delovalo, je primerjava učinkovitosti APS s konvencionalnim vzorčenjem v iztoku pokazala dobro ujemanje za večino preučevanih spojin in potencial tega vzorčenja za nadzorne meritve.
V predloženi disertaciji smo uspešno naslovili več vrzeli, povezanih z razvojem in validacijo naprednih analitskih metod za določanje psihoaktivnih zdravilnih učinkovin in NPS. Obravnavali smo tudi oceno njihove stabilnosti, uporabo pristopa WBE ter razumevanje okoljskih vplivov ostankov teh snovi. Raziskava je nakazala tudi nove izzive na področju WBE, med katere spadajo vključitev netarčnih analiznih protokolov v sistem zgodnjega opozarjanja (EWS) ter raziskave prisotnosti teh snovi v pitni vodi in s tem povezanih tveganj za zdravje ljudi. Poleg tega so potrebne dodatne ekotoksikološke študije za oceno tveganj za netarčne organizme, zlasti v občutljivih okoljih.