Komunální odpadní voda jako diagnostické médium

Souhrn

Příspěvek nastiňuje možnosti využití epidemiologického přístupu k analýze komunálních odpadních vod k monitoringu životního stylu obyvatelstva, stravovacích návyků, dopadů stavu životního prostředí na člověka, hodnocení zdravotního stavu populace a sledování spotřeby nezákonných drog a dalších látek v monitorované populaci. Jeho cílem je upozornit na potřebu věnovat se tomuto vědnímu oboru více i v České republice.

VTEI

Úvod

Získat nové údaje o tom, co všechno se v životním prostředí vyskytuje, je ve své podstatě čím dál tím jednodušší. Instrumentální technika se bouřlivě vyvíjí, je stále citlivější a citlivější, obsluha přístrojů se zjednodušuje. V jednom analytickém běhu stanovujeme stovky sloučenin najednou, a to v nanogramových i subnanogramových množstvích. Stanovujeme látky známé (target analysis), hledáme další látky (non-target screening), abychom je následně již jako známé látky mohli dále sledovat. Takto získaná data většinou porovnáme s legislativou, s normami, vyhláškami, maximálními reziduálními limity a zjistíme, zda analyzovaný vzorek vyhovuje či nevyhovuje požadovaným parametrům.

Na naměřená data můžeme ale pohlížet i jiným způsobem. Epidemiologický přístup k analýze komunálních odpadních vod (wastewater based epidemiology – WBE) je příkladem jiného využití naměřených dat. Základ WBE byl položen na přelomu let 1999 až 2000 vyslovením hypotézy, že ke komunální odpadní vodě lze přistupovat jako ke zředěnému vzorku moči a poprvé byla aplikována v povodí řeky Pád. Prvními látkami, které byly takto sledovány, byly nezákonné drogy, především kokain a jeho metabolity. Cílem bylo zjistit spotřebu nezákonných drog ve sledované populaci zpětnou kalkulací zjištěných koncentrací drog v komunálních odpadních vodách. Obecný princip nového přístupu k monitorování a zpřesňování odhadu prevalence a užívání drog v populaci metodou epidemiologie odpadních vod – sewage epidemiology – byl popsán ve zvláštní zprávě Evropského monitorovacího centra pro drogy a drogové závislosti (EMCDDA) z roku 2008. Nejvýznamnější analytickou metodou používanou k měření je bezpochyby kapalinová chromatografie ve spojení s hmotnostní detekcí.

Od dob svého vzniku se stala WBE plnohodnotnou, velmi rychle se rozvíjející disciplínou, která spojuje práci expertů z mnoha oborů. V celosvětovém měřítku je využívána především jako doplňková metoda k monitoringu spotřeby nezákonných drog, např. v Evropě Ort, v Asii Khan nebo Gao, v Americe Subedi a Kannan, v Austrálii Irvine.

V moči, a tím i v komunálních odpadních vodách, se vyskytují i další látky (či jejich metabolity), kterým je lidská populace exponována a které jsou v těle metabolizovány, jako např. zákonné drogy a léčiva, kofein, nikotin, ethanol, potravinové a environmentální kontaminanty, ale i specifické biomarkery, které mohou přinášet informace o zdravotním stavu monitorovaného obyvatelstva. Kvantitativní měření těchto látek spolu se zpětnou kalkulací poskytne informaci např. o stravovacích návycích, zdravotním stavu, výskytu chorob, spotřebě alkoholu, léčiv a nikotinu nebo expozici potravinovým a environmentálním polutantům. Zároveň lze zjistit také trendy v užívání či expozici, ať už krátkodobé nebo dlouhodobé.

Příklad možných biomarkerů využitelných pro monitoring zdravotního stavu populace prostřednictvím WBE uvádějí Thomas a Reid. Tyto biomarkery rozdělují do čtyř skupin. První skupina slouží k monitoringu životního stylu, druhá ke sledování stravovacích návyků, další k hodnocení zdravotního stavu populace a výskytu chorob, poslední je zaměřena na dopady stavu životního prostředí na člověka (expozice pesticidům, PAH a aflatoxinům). Autoři upozorňují na obrovský potenciál epidemiologického přístupu k analýze komunálních odpadních vod, stejně jako Kasprzyk-Hordern.

Alkohol, drogy, léčiva, nikotin

Sledováním spotřeby alkoholu v Norsku prostřednictvím specifických biomarkerů ethylsulfátu a ethylglukuronidu v komunální odpadní vodě se zabývají Reid a kol. a doporučují využití této metody ke sledování efektivity preventivních kampaní zaměřených na snížení spotřeby alkoholu.

Venkatesan a Halden navrhují využít čistírny odpadních vod jako „observatoř“ pro předpověď zdravotního a environmentálního rizika způsobeného antropogenními chemickými látkami.

Venhuis s kolegy sledovali spotřebu sildenafilu, léku na erektivní disfunkci, ve třech nizozemských městech. Výsledky porovnali s množstvím předepisovaného farmaka. Z porovnání obou údajů usuzují, že cca 60 % sildenafilu bylo pořízeno na černém trhu.

K monitoringu spotřeby nikotinu v České a Slovenské republice využili epidemiologický přístup k analýze odpadních vod. Z výsledků týdenního monitoringu celkem v sedmi městech byla zpětnou kalkulací využívající specifický korekční faktor vypočtena spotřeba cigaret v České, resp. Slovenské republice a výsledky byly porovnány s oficiálními statistikami o spotřebě cigaret. Shoda mezi výsledky byla velmi dobrá. Obdobným postupem monitorovali spotřebu nikotinu (a cigaret) v osmi italských městech Castiglioni a kol.. Oba způsoby zjištění spotřeby cigaret se vhodně doplňují, epidemiologický přístup umožňuje sledovat trendy ve spotřebě v téměř reálném čase a účinnost opatření směřujících ke snížení spotřeby tabáku. V Belgii (město Lier) monitorovali spotřebu nikotinu a alkoholu pomocí epidemiologického přístupu van Vel a kol..

Baz-Lomba a kol. porovnávali množství nelegálních drog, alkoholu, nikotinu a kofeinu v odpadních vodách s údaji zjištěnými jiným způsobem (prodej, zabavené drogy, spotřeba). Pro léčiva a kokain byla prokázána dobrá shoda výsledků, u ostatních látek je třeba ve výzkumu pokračovat.

První mezinárodní studii srovnávající spotřebu alkoholu zjištěnou prostřednictvím epidemiologického přístupu ke komunálním odpadním vodám v celkem 20 městech Evropy, Austrálie a Kanady prezentovali Ryu a kol.. Opět bylo prokázáno, že epidemiologický přístup k analýze odpadních vod je významným doplňujícím nástrojem pro sledování spotřeby alkoholu na komunální úrovni.

Pesticidy

Nový přístup k biomonitoringu prezentují Rousis a kol.. V komunální odpadní vodě z několika italských měst sledovali přítomnost humánních metabolitů alkylfosfátů, pyrethroidů, chlorpyrifosu a chlorpyrifos-methylu. Výsledky dokumentují vysokou expozici populace pesticidním látkám běžně používaným k ochraně zemědělských plodin, průmyslovým a domácím účelům. V rámci Evropy sledoval Routis se spoluautory specifické biomarkery triazinů, organofosfátů a pyrethroidů v osmi evropských městech a státech. Nejvyšší hodnoty byly zjištěny pro organofosfáty, nejnižší pro triaziny. V některých městech byla populace vystavena především působení pyrethroidů, v dalších převládaly organofosfáty. Výsledky byly v dobré korelaci s národními statistikami o prodeji pesticidních látek a dokumentují vhodnost využití tohoto přístupu ke sledování expozice populace pesticidním látkám.

Ftaláty

Další skupinou látek, kterou je možno tímto způsobem sledovat, jsou ftaláty. Možné využití sledování metabolitů ftalátů v komunální odpadní vodě pro časoprostorové studie expozice populace těmto sloučeninám a identifikaci více ohrožených oblastí předpokládají Gonzáles-Mariňo a kol..

Závěr

Tento příspěvek uvádí pouze příklady možností epidemiologického přístupu k odpadním vodám. Současný stav a budoucí perspektivy využití měření biomarkerů v odpadních vodách jako nového zdroje epidemiologických informací publikuje v podrobném souhrnném článku skupina badatelů, kteří se této problematice věnují dlouhodobě. Jak již bylo řečeno, epidemiologický přístup k analýze odpadních vod je velmi rychle se rozvíjející multidisciplinární obor, který otvírá mnoho dalších možností ke sledování životního stylu a zdraví populace. Je třeba provést ještě další výzkum, především je nutno věnovat pozornost chování biomarkerů v kanalizační síti, např. jejich schopnosti vázat se na suspendované částice přítomné v odpadní vodě, vliv pH, teploty vody v systému či dobu zádrže v této síti, než bude možno WBE adekvátně aplikovat. Bylo by vhodné i v České republice této problematice věnovat více pozornosti.

Příspěvek byl publikován ve sborníku konference Hydroanalytika 2017, ISBN-978-80-904986-3-1.