Gyógyszermaradványok a környezetben
2010/10. lapszám | Juvancz Zoltán Bodáné Kendrovics Rita | 5818 |
Figylem! Ez a cikk 15 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A világon hatalmas mennyiségben állítanak elő kémiai anyagokat. Ezek jó része eredeti funkciójában kerül kapcsolatba a környezettel (pl. építkezési anyag, növényvédő szerek) vagy szennyezés útján (olajfolt, szennyvíz). Mára már a fő szennyezők koncentrációjának csökkentését a szennyvízkezelési technológiák lehetővé teszik, de számos mikrokomponens eltüntetése még nem megoldott.
Gyógyszermaradványok a környezetben
A világon hatalmas mennyiségben állítanak elő kémiai anyagokat. Ezek jó része eredeti funkciójában kerül kapcsolatba a környezettel (pl. építkezési anyag, növényvédő szerek) vagy szennyezés útján (olajfolt, szennyvíz). Mára már a fő szennyezők koncentrációjának csökkentését a szennyvízkezelési technológiák lehetővé teszik, de számos mikrokomponens eltüntetése még nem megoldott.
Ennek oka elsősorban, hogy hatásuk még nem ismert, vagy eltávolításuk rendkívül nagy költséggel járna. Ilyenek a hormonháztartás megzavaró anyagok, vagy más néven EDC (endocrine disruptor chemicals) vegyületek és a gyógyszermaradványok. Ezek vizsgálata, megsemmisítésükre irányuló tisztítási technológia kidolgozása jelenleg a környezetvédelmi kutatás egyik fő iránya.
A hormonháztartást megzavaró anyagoknak azokat az exogén anyagokat nevezzük, amelyek megzavarják a természetes hormonok termelését, kibocsátását, transzportját, kötődését, reakcióját vagy kiürülését. A DDT növényvédőszer hatására a ragadozó madarak tojásai keltetés alatt összetörtek, vagy a hím halak is ikrát raktak.
A zavaró hormonális hatások a megszokottnál nehezebben ismerhetők fel, mert egyes hormonok hatása ugyan egész életen át érvényesül (pl.: cukorháztartás, vérnyomás-szabályozás), másoké azonban csak bizonyos életszakaszokban (pl.: embrió, pubertás terhesség vagy a rovarok bebábozódása). Továbbá nemcsak az adott személyre lehet veszélyes, de több generáción keresztül is kifejtheti hatását a mérgezés.
A terhesség alatt dietil-sztilbösztrol kezelésben részesült nőknél 335%-kal megnőtt a mellrákos esetek száma. A kezelt nők lánygyermekeinél fokozott számba figyeltek meg abnormális terhességeket, csökkent fogamzóképességet, immunrendszeri rendellenességeket és hüvelyrákot. A fiú utódoknál csökkent méretű, torzult nemi szerveket, impotenciát és fokozott gyulladás-hajlamot észleltek.
Nemcsak az újonnan előállított anyagokat kell megvizsgálni ilyen szempontból, hanem számos régebben bevezetettet is, mivel alkalmazásuk engedélyezésénél még nem ismerték fel a hormonzavaró hatás jelentőségét. Az EDC hatás felismeréséhez, igazolásához számos állatfaj bevonásával, több generáción keresztül végzett toxikológiai vizsgálatok szükségesek. A természetben a legkülönbözőbb, nem célzott fajok kerülhetnek szembe a mérgezéssel, így minél több fajta állaton kell a kísérleteket elvégezni.
Hormonrendszer megzavarása
A hormonokat belső-elválasztású mirigyek bocsátják ki, és a vérárammal érik el a célszerveket. Az idegrendszerrel ellentétben nem elektromos, hanem kémiai jelek közvetítik az információt a hormonrendszerben, ezért lassúbb, de hosszantartó a hatásuk. A hormonok rendkívül kis mennyiségben már hatásosak, mivel katalizátor jellegűek. Valamilyen hormon jellegű anyag hatása nagyban függ annak koncentrációjától, az adagolás idejétől, a vizsgált egyed fajtájától, korától, a vizsgált szervtől, az adagolás közegétől és az esetleges szinergetikus hatásoktól.
A környezetben nagyszámú természetes és szintetikus vegyület fordul elő, amelyek hormonokhoz hasonló hatással rendelkeznek. Az EDC-ket eredetük szerint a következők szerint lehet csoportosítani:
- iparban és fogyasztásban használt anyagok (pl. alkilfeniletoxilát detergensek, ftalátok, élelmiszeripari adalékok, nem-szteroid gyulladásgátlók)
- növényvédő szerek (pl. lindán, DDT, atrazin)
- hormon készítmények (pl. fogamzásgátló tabletták, pajzsmirigy és egyéb gyógyszerek)
- ipari és fogyasztási melléktermékek (pl. PAH, dioxin)
- természetes hormonok (pl. ösztron fitoösztrogének, 3-omega-zsírsavak).
A hormonrendszert megzavaró anyagok káros hatásai
Az EDC-k megjelenésükkel eltolják a hormonok természetes egyensúlyát, és a hormonoktól eltérő szerkezetük miatt káros biológiai hatást (pl. torz születés, csökkent IQ) eredményeznek.
A hormonzavaró hatás nagymértékben függ a szennyezésnek kitett élőlények fajtájától. A rovarok átalakulását befolyásoló juvenil hormonok, amelyek egy részét peszticidként is használják, nincsenek hatással a melegvérűekre, de a halak és a kétéltűek szervezetének fejlődését jelentősen befolyásolhatják.
Az EDC hatás az élő szervezet embrionális, pubertáskori és terhességi periódusaira különösen veszélyes. Példa erre a thalidomide hatóanyagot tartalmazó Contergan, melynek már egy-két tablettájától nyomorék gyerekek születtek, ha azt az anya a terhesség 5-8 hetében vette be, amikor a végtagok kifejlődése elkezdődött. A halaknál ikra és serdületlen állapotban, a hüllőknél a tojásban kapott EDC dózis teljesen eltolhatja a nemek arányát. EDC anyagok okozta daganatos megbetegedéseket is kimutattak már.
Az EDC hatás sok esetben nem egyezik meg a normális hormonhatással. A természetes anyagokhoz az élőlények metabolizmusa évezredek során hozzáidomult, de az újonnan előállított anyagok a megfelelő enzimek hiánya miatt torzult metabolizmust eredményeznek.
A helyzetet az is súlyosbítja, hogy az ECD-k természetben összekeveredett elegyeinek hatáskombinációja megjósolhatatlan. A hormonháztartást megzavaró vegyületek ösztrogén szinergizmusát már tapasztalták dieldrin/endosulfán, dieldrin/toxafén és PCB (poliklórozot bifenilek) keverékeken.
A hormonhatás észlelésére enzimtesztek és biológiai megfigyelések is alkalmasak. Az EDC kimutatására a helyi adottságoknak megfelelő monitor fajokat (santinel species) érdemes kiválasztani, amelyek érzékenyebbek, mint más fajok és az emberek, így kellő időben felismerhetők a káros hatások, még mielőtt azok az embereken jelentkeznének.
Legkönnyebben észlelhetőek a közvetlenül a nemi hormonokat érő EDC hatások, melyek a nemek átfordulásában, abnormális nemi viselkedésben, a nemek arányának eltolódásában és a hermafroditizmus kialakulásában nyilvánulnak meg. A szennyezőanyagok pontos azonosítása azonban hosszas minta-előkészítést és nagyműszeres (GC/MS, HPLC/MS-MS) méréseket igényelnek.
A továbbiakban néhány jellegzetes EDC és gyógyszer példáján bemutatjuk ezen vegyületek káros hatásait.
Alkilfenol-etoxilátok
A világszerte több millió kg/év mennyiségben előállított alkilfenol-etoxilátokat mosószerként (detergensként) alkalmazzák. Ezek a vegyületek közepesen erős ösztrogén hatással rendelkeznek. Az 1-100 µ g/l koncentrációjú alkilfenol-etoxilátokkal kezelt csigák és kagylók nőnemű egyedeiből szupernők lettek, míg a hímek részben impotensekké vagy hermafroditákká váltak.
Klórozott szénhidrogének
Ezen vegyületek közé tartoznak a nagyrészt már betiltott rovarirtó szerek (pl. lindán, toxafén, DDT) és a transzformátorokban, valamint a hidraulikában alkalmazott poliklórozott bifenilek (PCB). Ezek főleg a nemi és a tiroid (pajzsmirigy) hormonrendszerben okoznak zavarokat. Már a hetvenes években is megfigyelték, hogy a DDT szennyezések miatt a sirályoknál eltolódott a nemek aránya a nőstények javára és tojásaik törékenyek lettek. A hatvanas években a PCB-k tiroid hormonzavaró hatását a DDT-vel együtt elsők között észlelték az amerikai nagy tavakban élő halak golyvás betegségei kapcsán.
Az embereken közvetlenül is tapasztalták a PCB-k tiroid hormonrendszer zavaró hatását. Populációs szinten a magasabb PCB és DDT terhelésnek kitetteknél memória romlását figyeltek meg, míg utódjaiknál csökkent az újszülött súly, korábbi menstruáció kezdést és alacsonyabb IQ-t tapasztaltak.
Ezek a vegyületek perzisztenciájuk és magas apolaritásuk miatt bioakkumulációt (szervezetben történő szennyezőanyag felhalmozódás) és biomagnifikációt (táplálékláncban való felhalmozódás) mutatnak. A PCB-k veszélyességét növeli, hogy a magzati és a csecsemőkor rendkívül érzékeny a tiroid zavaró hatásokra, amikor az anya szervezetéből az utódéba kerülhet a szennyezés.
Nem-kórozott agrokemikáliák
Hollandiai felmérések szerint a peszticiddel foglalkozó férfiaknál gyakoribb az impotencia és nagyobb arányban születik lánygyermekük. Súlyosabb problémákat tapasztaltak a harmadik világban, ahol a peszticideket szakképzetlen, védőfelszerelés nélküli idénymunkások, elsősorban nők kezelik.
A nem-klórozott peszticidek közül az EDC kutatás leggyakrabban a herbicid atrazin hormonális hatásaival foglalkozik. Az atrazin megzavarja az ovulációt és a tejképződést. A vegyület hím békák kifejlődését gátolva hermafroditizmust okoz már a környezetben megszokott koncentráció szinten (0,1 ppb) is, emiatt a nemek aránya eltolódik, és az egyedek száma lecsökken
Ipari anyagok, és melléktermékeik
Polibrómozott-difeniéterek különböző mértékben brómozott vegyületek keverékei, amelyeket lángfogóként széleskörűen használnak. EDC hatásuk főleg a tiroid megzavarásában és a májrák indukálásban jelenik meg. Ezen komponensek terjedésének visszaszorítása tehát a legsürgősebben megoldandó feladat. A polibrómozott-difeniéterek étellel, fogyasztásával jutnak az emberi szervezetbe, de jelentős tételt jelent a műanyagokból kipárolgó mennyiség is. Az anya szervezetéből a méhlepényen és az anyatejen keresztül is mobilizálódhatnak. Mivel a polibrómozott-difeniéterek apolárisak és perzisztensek, csúcsragadozókban bioakkumulációval és biomagnifikációval dúsulnak, így egyes állatokban a háttér értékhez képest milliószoros koncentráció is kimutatható.
A szerves fémvegyületek hormonrendszerre gyakorolt hatását a rothadásgátló tributil-ón vegyületek mutatják legszemléletesebben. Bebizonyították, hogy a tributil-ón hermafroditizmust okoz tengeri csigákon. A genetikailag nőstény egyedek is hím ivarszervvel rendelkeznek, ami megakadályozza szaporodásukat a populáció drasztikus csökkenését okozva. A hatás már a környezetben gyakran előforduló 10 pg/l koncentrációban is fellép. A tributil-ón veszélyességét növeli a magas bioakkumulációs faktora, perzisztenciája és a több tízezer tonnányi évi termelése.
Az elégtelen égés során keletkező dioxinok nemcsak rendkívül erős rákkeltők, de EDC hatással is rendelkeznek. Megállapították, hogy a sevesoi dioxin mérgezésen átesett férfiak gyermekei között a fiúk aránya majdnem felére csökkent a megszokotthoz képest.
Ftalátészterek
A ftalátokat műanyagokban, főleg PVC-ben használják lágyítóként, de parfümökben, mosószerekben és kenőanyagokban is megtalálhatók. Hatalmas mennyiségben történt előállításuk miatt 2-6 mg/nap ftalát terhelés érheti az embereket. Az emberi szervezetbe legnagyobb mértékben az ételekkel csomagoló anyagokból kidiffundálva vagy mosogatószer maradékként juthatnak. A ftalátok a tiroid hormonok szintézisében, metabolizmusában okoznak zavarokat. Kimutatták, hogy a diizoktilftalát és metabolitjai koraszülést okoznak és a herék leszállását gátolják, ami impotenciához vezet. Az EU-ban, a fenti káros hatások miatt a játékokban egyes ftalátokat egyáltalán nem, másokat 0,1 súlyszázalék koncentrációig legális alkalmazni, de a teljes tilalmuk a közeljövőben várható.
Gyógyszerek és gyógyszervegyületek
A világon évente több ezer tonna gyógyszerhatóanyag kerül forgalomba. Ezek az anyagok elfogyasztásuk után nagyrészt a vizelettel távoznak a szervezetből részben változatlan, részben metabolit formájában. A kikerülő gyógyszerek káros hatását akár ezerszeresére is növelheti az a tény, hogy nem egy, hanem többfajta gyógyszer hatóanyag együtt található a vizekben, melyek hatása így hatványozódhat, ahogy ezt a verapamil esetében megfigyelték.
A gyógyszerszennyezések jellege elsősorban diffúz, mivel a lakosság túlnyomórészt otthon fogyasztja a gyógyszereket. A termőföldeken kiterített szennyvíziszapok és az állati trágya is jelentős gyógyszer szennyezőforrás. A kórházak és a gyógyszergyárak környezetszennyező hatása másodlagos. A helyzet súlyosságát jól jellemzi, hogy az USA-ban ma már környezeti hatástanulmányt kell készíteni azokra az újonnan bevezetésre kerülő gyógyszerekre, melyek vízi környezetben várható koncentrációja > 1µ g/l. Európában ez a határérték 0,01 µ g/l.
Antibiotikumok
A gyógyszerek közül az antibiotikumok a természetre és az emberekre a legveszélyesebb környezeti szennyezők., A kijutott antibiotikumok hatására kialakult rezisztencia genetikus úton átadódik a patogén baktériumokra is, így az antibiotikumok gyógyhatása drasztikusan leromlok.
Évente emberi fogyasztásra gyártott 100 000-200 000 tonna antibiotikum jelentős része megjelenik a természetben. Emellett az állattartás is nagy mennyiségű antibiotikumot használ, melynek nagy része tisztítás nélkül során kerül a vizekbe. Az antibiotikumok gyakran kimutathatók a különböző közegekben: szennyvizekben 3 0 µ g/l; természetes vizekben 0,1-10 µ g/l; felszín alatti vizekben 0,01-2 ng/l; továbbá kis mennyiségben ivóvízben és élelmiszerben is megjelennek.
Szteroid vegyületek
A természetbe kikerült szteroidok megzavarhatják a halak és más vízi állatok szaporodását. Vizsgálatok igazolják, hogy az ikra állapotban és pubertás előtt adott ösztrogén szteroidok a hím halakat funkcionális nőstényekké vagy hermafroditákká alakítják. Érdemes azonban megjegyezni, hogy a szintetikus szteroidok csak kis mennyiségben találhatók a vizekben, ahol az ösztrogén hatásokért elsősorban az alkilfenoletoxilátok felelősek.
Az gyógyszermolekulák és EDC anyagok eltávolítása szennyvizekből
A gyógyszermolekulák és az EDC anyagok kémiailag rendkívül eltérő anyagokat foglalnak magukba, ezért nem lehet ezeket célzottan eltávolítani a szennyvízből. Diffúz szennyezések, tehát a kibocsátás helyén nem lehet hatékonyan kiszűrni az ilyen jellegű molekulákat. A szelektív vizeletgyűjtés is csak távlati tervnek tűnik. A jelenleg alkalmazott szennyvíztisztítási technológiák az EDC-ket, a gyógyszermolekulákat változó mértékben tudják lebontani. A szennyvíztisztítás során például a propanolol 96%-a megsemmisülhet, de a carbamazepine-nek csak a 7%-a.
Az alkilfenol etoxilátok aerob körülmények között nagyrészt elbomlanak, azonban az anaerob környezetben keletkező alkilfenolok ellenállnak a mikrobiológiai lebontásnak.
Sajnos a szennyvíztisztítók biológiai hatékonyságát az antibiotikumok és a daganatellenes szerek mérgezésükkel jelentősen rontják, így csökkentve a hatásfokot más vegyületek irányában is. Problémát okoz a téli üzem a tisztítás során, mivel ekkor a lebontási folyamatok lassúbbak, viszont a gyógyszerfogyasztás szintje ekkor jóval magasabb. Ezt tovább fokozza, hogy a metabolizmus II termékek (glükuronid, foszfát stb. adduktok) a szennyvíztisztítóban gyakran visszaalakulnak anyavegyületté. Ez jellemzőbb az antibiotikumokra és a szteroid anyagokra.
Az eleveniszapos szennyvíztisztítási eljárás eredményesebbnek tűnik poláris gyógyszerek és metabolitok esetében, mint a biológiai szűrésen alapuló (trickling filter) módszer. Ezen vegyületek teljes lebontása csak akkor elképzelhető, ha a szennyvíz összes szerves tartalmát megszüntetjük.
Víztisztítás
A jelenleg használatos ivóvíz előállítást szolgáló víztisztítási eljárások sok EDC komponenst kiszűrnek. A pelyhesítés során a szteroidok teljesen lecsaphatók, de az alkilfenol etoxilátok jelentős része a vizes fázisban marad. A klórozás során a vegyületek részben klóraddíciót szenvednek, ami esetenként az eredetinél mérgezőbb vegyületet eredményez.
Az erős sugárzás (UV, X) hatására az EDC-k és a gyógyszervegyületek elbomlanak. Az ismertetett vegyületek irányában a leghatékonyabb eljárás azonban a fordított ozmózis (RO).
