江蘇高寶邵伯湖表層水體典型精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的污染水平、分布特征及風(fēng)險(xiǎn)評估*

翁郁馨，楊慧婷，陳輝輝**，許 妍，谷孝鴻，金 苗，毛志剛，曾慶飛

(1:東南大學(xué)土木工程學(xué)院,南京 210096) (2：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210008) (3：中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

藥物活性化合物是一類數(shù)量巨大、種類繁多、生物活性復(fù)雜，且具有潛在生態(tài)毒性的新污染物[1-2]. 藥物活性化合物被攝入后可在生物體內(nèi)代謝形成代謝產(chǎn)物，其中部分活性代謝產(chǎn)物也可作為生產(chǎn)藥物發(fā)揮穩(wěn)定療效，為患者康復(fù)提供新的治療選擇[1-2]. 藥物的大量使用，致使諸多藥物活性化合物及其代謝產(chǎn)物在自然環(huán)境中廣泛賦存[2-3]. 已有研究表明，部分藥物活性化合物及其代謝產(chǎn)物可能對非靶標(biāo)生物產(chǎn)生生殖毒性、神經(jīng)毒性等毒理學(xué)效應(yīng)[4]，造成潛在的生態(tài)系統(tǒng)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)[5].

精神類藥物是藥物活性化合物的重要類別，能直接作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，干擾神經(jīng)物質(zhì)分泌，主要分為抗抑郁藥、抗癲癇藥及抗精神病藥物等[6]. 給藥后，精神類藥物在生物體內(nèi)被羥基化或與葡萄苷酸、硫酸鹽等結(jié)合形成代謝產(chǎn)物，最終以母體及代謝產(chǎn)物的形式隨尿液和糞便排出體外，進(jìn)入環(huán)境[7]. 這些代謝產(chǎn)物具有與母體相同或相似的靶向生物活性，難以被水中微生物降解，可能表現(xiàn)出不同的生態(tài)毒性效應(yīng)[4, 8]. 隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，人們對精神健康愈發(fā)關(guān)注，精神類藥物的使用量持續(xù)增長，而隨之引起的環(huán)境問題也逐步受到重視[9]. 目前關(guān)于精神類藥物及其代謝產(chǎn)物污染水平的研究多集中在城市污水處理廠及醫(yī)院污水處理廠廢水中[10-11]，地表水作為污染物的“匯”，近年來也有藥物賦存的相關(guān)報(bào)道. 美國和西班牙等多國的河流、湖泊中都有精神類藥物及其代謝產(chǎn)物檢出，濃度范圍在ND(未檢出)～2997 ng/L之間[12-13]. Liu等[14]在上海黃浦江檢出了阿米替林等15種精神類藥物，檢出濃度為0.1～75 ng/L. 金苗等[9]在太湖流域湖泊表層水體中也檢出了卡馬西平、環(huán)氧卡馬西平等11種精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的賦存，濃度范圍為0.8～77.60 ng/L. 表明精神類藥物及其代謝產(chǎn)物在環(huán)境水樣中的普遍存在，且介于ng/L～μg/L之間. 相較于精神類藥物母體而言，國內(nèi)對于地表水中精神類藥物代謝產(chǎn)物的研究相對較少. 系統(tǒng)展開精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的污染狀況分析，對于準(zhǔn)確評價(jià)此類物質(zhì)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義.

高寶邵伯湖包括寶應(yīng)湖、高郵湖和邵伯湖3個獨(dú)立的湖泊，三湖自北向南沿京杭大運(yùn)河呈串珠狀排列，轄于江蘇和安徽兩省. 寶應(yīng)湖位于淮安市金湖縣東部，是封閉型河道式淺水湖泊，寶應(yīng)縣的備用飲用水源地[15]. 高郵湖是全國第六大、江蘇省第三大淡水湖，位于淮河下游區(qū)，是淮河入江水道，屬于大型過水性湖泊[16]. 邵伯湖處于高郵湖下游，湖泊類型與高郵湖相似，過水性特征比高郵湖更為顯著[16]. 高寶邵伯湖區(qū)域工業(yè)發(fā)達(dá)，人口稠密，作為周邊城鎮(zhèn)重要的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、生活用水來源，湖泊的水質(zhì)與沿湖居民的健康息息相關(guān)，目前缺乏關(guān)于該區(qū)域湖泊水體精神類藥物及其代謝產(chǎn)物污染情況的報(bào)道. 因此本研究選擇寶應(yīng)湖、高郵湖及邵伯湖為研究對象，分析了抗抑郁藥物、抗癲癇藥物和抗精神病藥物3類21種精神類藥物及其代謝產(chǎn)物在湖泊表層水體的污染水平及分布特征；并采用風(fēng)險(xiǎn)商值法評估精神類藥物及其代謝產(chǎn)物在該地區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以期為高寶邵伯湖精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的污染管控提供數(shù)據(jù)支持.

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

主要儀器：超高效液相質(zhì)譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，ACQUITY H-class UPLC，Xevo TQD(美國沃特世公司)，配有超高效液相ACQUITY UPLC BEH C18(2.1 mm×100 mm，1.7 μm)色譜柱；6 mL/200 mg Oasis HLB 固相萃取小柱(美國沃特世公司)；超純水設(shè)備(美國密理博公司)；真空固相萃取裝置(美國色譜科公司).

主要試劑：甲醇、乙腈(色譜純，德國默克公司)；甲酸(質(zhì)譜純，東京化成工業(yè)株式會社).

圖1 高寶邵伯湖采樣點(diǎn)位示意Fig.1 Sampling sites in Lakes Gaoyou, Baoying and Shaobo

標(biāo)準(zhǔn)樣品：抗抑郁藥物及代謝產(chǎn)物氟西汀、舍曲林、阿米替林、嗎氯貝胺、去甲氟西汀、去甲替林；卡馬西平代謝產(chǎn)物環(huán)氧卡馬西平；抗精神病藥物氯丙嗪，購自多倫多研究化學(xué)品公司. 抗抑郁藥物氟伏沙明、西酞普蘭、文拉法辛、度洛西汀、艾司西酞普蘭、多塞平；抗癲癇藥物及代謝產(chǎn)物卡馬西平、奧卡西平、拉莫三嗪、反式10,11-二氫-10,11-二羥基卡馬西平(DiOH-卡馬西平)、10-羥基卡馬西平；抗精神病藥物及代謝產(chǎn)物利培酮、帕潘立酮，購自百靈威公司，純度均大于98%. 藥物信息及ESI-MS/MS方法參數(shù)見附表Ⅰ.

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：精確稱取定量精神類藥物標(biāo)準(zhǔn)品，利用甲醇溶解配制成1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲備液后低溫保存，并用甲醇將標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋成100 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，逐級稀釋成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)液備用.

1.2 樣品采集與前處理

于2020年4月，分別在寶應(yīng)湖、高郵湖和邵伯湖出入湖河口、湖灣、湖心等區(qū)域均勻布置采樣點(diǎn)位18個，其中S1～S3號位于邵伯湖，S4～S15號位于高郵湖，S16～S18號位于寶應(yīng)湖(圖1). 參考《湖泊調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[17]，使用不銹鋼采樣器在水面40 cm以下采集1 L水樣，樣品儲存在棕色玻璃瓶中，冷藏保存并盡快送回實(shí)驗(yàn)室，在24 h內(nèi)完成樣品處理和分析.

參照金苗等[9]建立的方法，采用GF/C濾膜(孔徑1.2 μm)對水樣進(jìn)行抽濾. 用6 mL甲醇和 6 mL純水依次淋洗活化HLB萃取柱. 以1 mL/min的穩(wěn)定流速上樣，富集抽干后用6 mL超純水淋洗，繼續(xù)抽真空干燥30 min，最后用10 mL體積比2%的甲酸甲醇溶液洗脫，收集洗脫液后氮吹至全干，用甲醇復(fù)溶至1 mL并轉(zhuǎn)移至樣品瓶，待儀器分析.

1.3 儀器分析條件

超高效液相色譜條件：利用色譜柱層析分離，色譜柱柱溫設(shè)定40℃；樣品進(jìn)樣體積為5 μL；流速：0.4 mL/min. 流動相A為0.1%甲酸水溶液；流動相B為乙腈. 采用梯度洗脫程序：0 min，5% B；0.5 min, 5% B；6 min，70% B；7 min，95% B；7.1 min 5% B.

質(zhì)譜條件：電噴霧離子源正模式(ESI+)，毛細(xì)管電壓為2.0 kV，采用多反應(yīng)監(jiān)測模式(MRM)對21種目標(biāo)精神類藥物進(jìn)行定性和定量分析. 設(shè)定離子源溫度為150℃，脫溶劑溫度為450℃，脫溶劑氣為高純氦氣，氣體流量為800 L/h，錐孔氣流量為50 L/h，碰撞氣為氬氣.

1.4 質(zhì)量保證與控制

選取濃度梯度為1、5、10、20、50、100、200 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合度良好，所有精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.99. 目標(biāo)化合物在地表水中的檢出限以3倍信噪比計(jì)算，檢出限在1.2～56.3 ng/L之間，方法定量限以10倍信噪比計(jì)算，定量限在3.5～168.9 ng/L之間(附表Ⅱ)[9]. 以1 L空白水樣為基質(zhì)，采用加標(biāo)回收法，分別在低(加標(biāo)5 μg/L)、中(加標(biāo)50 μg/L)、高(加標(biāo)100 μg/L)3種不同濃度水平下考察精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，21種目標(biāo)化合物的加標(biāo)回收率為65.7%～105.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，基質(zhì)效均在±20%以內(nèi)，符合質(zhì)控要求.

1.5 風(fēng)險(xiǎn)評估

為明確高寶邵伯湖水環(huán)境中精神類藥物對水生生態(tài)系統(tǒng)可能造成的危害，基于風(fēng)險(xiǎn)商(risk quotient，RQ)對環(huán)境中精神類藥物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量化評估[18]，風(fēng)險(xiǎn)商定義為環(huán)境濃度除以預(yù)測無影響濃度，計(jì)算公式為：

RQ=MEC/PNEC

(1)

PNEC=LC50(EC50、NOEC)/AF

(2)

式中，MEC(measured environmental concentration)為環(huán)境中精神類藥物實(shí)際測定濃度，ng/L；PNEC(predicted no effect concentration)為預(yù)測無效應(yīng)濃度，ng/L，由于計(jì)算毒性的不確定性和部分?jǐn)?shù)據(jù)缺乏，依據(jù)歐盟風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)指南[18]，采取評價(jià)因子AF估算3個營養(yǎng)級別(藻類、無脊椎動物、魚類)的PNEC.PNEC為半致死效應(yīng)濃度(LC50或EC50)和無觀察效應(yīng)濃度(NOEC)等與評價(jià)因子AF的比值，若已知至少一種生物的急性數(shù)據(jù)(LC50或EC50)，AF值取1000；若已知一種生物(無脊椎動物或魚類)的慢性NOEC數(shù)據(jù)，AF取100；若已知代表不同營養(yǎng)級的2種生物或3種生物的慢性NOEC數(shù)據(jù)，AF分別取50和10[18]. 當(dāng)0.01

2 結(jié)果與討論

2.1 高寶邵伯湖表層水體中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的污染水平

3個湖泊表層水體中共檢出3類20種精神類藥物及其代謝產(chǎn)物，藥物在各點(diǎn)位的具體濃度見附表Ⅲ.奧卡西平在各個點(diǎn)位均未被檢出，可能是因?yàn)閵W卡西平被使用后，幾乎全部(96%～98%)被吸收利用并轉(zhuǎn)化為活性代謝產(chǎn)物[19]. 表1顯示精神類藥物及代謝產(chǎn)物檢出總濃度范圍為1.4～224.5 ng/L，藥物檢出率在22.2%～100%之間. 其中，利培酮的檢出濃度最高，總濃度達(dá)224.5 ng/L. 卡馬西平的代謝產(chǎn)物環(huán)氧卡馬西平檢出濃度最低，總濃度為1.4 ng/L. 氟西汀、氯丙嗪、度洛西汀、阿米替林、文拉法辛、艾司西酞普蘭、去甲替林、拉莫三嗪、卡馬西平、10-羥基卡馬西平、利培酮、帕潘立酮等12種精神類藥物的檢出率高達(dá)100%. 環(huán)氧卡馬西平檢出率最低，僅為22.2%. 結(jié)果表明，高寶邵伯湖水體環(huán)境中存在精神類藥物的污染.

表1 高寶邵伯湖表層水體中21種精神類藥物及其代謝產(chǎn)物檢出情況*

高寶邵伯湖共檢出12種抗抑郁藥物及其代謝產(chǎn)物，總濃度范圍為8.5～44.6 ng/L，其中舍曲林檢出濃度最高，濃度為ND～12.5 ng/L，檢出率為94.44%. 作為一種典型的選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑，舍曲林被廣泛應(yīng)用于抗抑郁治療[20]. 據(jù)統(tǒng)計(jì)，舍曲林位于我國精神類藥物銷售的前三位，年消費(fèi)量達(dá)4.87 t[20]. Yuan等[11]對北京2家精神病醫(yī)院污水處理廠的研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)污水處理廠采用的二級處理工藝對舍曲林的去除效果并不明顯(去除率<56%)，這可能也是較多的舍曲林輸入高寶邵伯湖的原因之一. 國內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)道表明，舍曲林是環(huán)境介質(zhì)中主要檢出的抗抑郁藥物之一，例如Xie等[21]報(bào)道了太湖中舍曲林的濃度在ND～10 ng/L之間，與本研究檢出濃度較為一致. 巴西Manaus河流也被報(bào)道有較高的舍曲林濃度，濃度范圍為ND～164 ng/L[22]. 氟西汀同樣屬于選擇性血清素再攝取抑制劑，是常用的抗抑郁處方藥. 其代謝產(chǎn)物去甲氟西汀保留與母體相同藥物活性的同時(shí)也具有水解和光解穩(wěn)定性[23]. 研究顯示，只有大約20%的氟西汀以去甲氟西汀的形式排出生物體外[24]，因此去甲氟西汀在高寶邵伯湖水體中的檢出率及檢出濃度均低于其母體化合物. 這與美國污水再生處理廠關(guān)聯(lián)河道中檢出結(jié)果相似，氟西汀和去甲氟西汀在Pecan Creek關(guān)聯(lián)河道中的濃度分別為7～30和0.7～1.5 ng/L[25]. Wu等[26]報(bào)道了上海城市供水系統(tǒng)中精神類藥物濃度，其中黃浦江水域氟西汀的濃度為0.1～1.1 ng/L，略低于本研究. 阿米替林是最常用的三環(huán)類抗抑郁藥物，其活性代謝產(chǎn)物去甲替林與阿米替林藥理活性相似，也是臨床中經(jīng)常使用的藥物之一，兩者在各采樣點(diǎn)檢出率均為100%[27]. 三環(huán)類藥物既難以被水解也難被生物降解，可隨污水處理廠尾水進(jìn)入湖泊水體[27]. 與國外流域相比，高寶邵伯湖水體中阿米替林濃度水平較低. 在美國(37～290 ng/L)[13]、加拿大(0.87～128 ng/L)[28]城市污水中的阿米替林濃度遠(yuǎn)高于本次研究，Baker等[29]對英格蘭地表水體調(diào)查發(fā)現(xiàn)阿米替林和去甲替林的濃度分別為0.5～72和0.8～19 ng/L，均高于本研究，這可能與不同國家精神類藥物消耗的差異有關(guān). 盡管抗抑郁類藥物在高寶邵伯湖的檢出濃度遠(yuǎn)低于英美等其他國家[29]，但其在自然水體中的賦存問題仍需給予關(guān)注.

檢出的5種抗癲癇藥物及其代謝產(chǎn)物的總濃度范圍為9.3～31 ng/L，卡馬西平是該類藥物的典型代表.卡馬西平在人體內(nèi)可形成多種羥基化和環(huán)氧化代謝產(chǎn)物[30]，本研究共檢測出卡馬西平及其3種代謝產(chǎn)物，其中10-羥基卡馬西平濃度最高，濃度范圍為0.4～5.1 ng/L. 研究表明，卡馬西平被服用以后，72%被人體吸收代謝，28%隨糞便和尿液直接排出體外[31]. 大部分卡馬西平在生物體內(nèi)細(xì)胞色素P450酶的作用下環(huán)氧化為卡馬西平環(huán)氧化物，接著轉(zhuǎn)化為DiOH-卡馬西平，只有較少部分的代謝途徑是發(fā)生羥基化反應(yīng)，生成10-羥基卡馬西平等代謝產(chǎn)物[31]. 卡馬西平的廣泛生產(chǎn)和使用導(dǎo)致大量卡馬西平及其代謝產(chǎn)物持續(xù)進(jìn)入生態(tài)環(huán)境. 由于卡馬西平及其代謝產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏供電子基團(tuán)，這些物質(zhì)通常具有高持久性和抗生物降解性，常規(guī)污水處理工藝對其去除率有限[32]. 目前國內(nèi)報(bào)道了大量卡馬西平及其代謝產(chǎn)物在地表水中檢測到的藥物殘留[2,33-34]. Liu等[4]針對太湖、白洋淀水體中藥品和個人護(hù)理用品的研究顯示，卡馬西平在各采樣點(diǎn)檢出率達(dá)到100%，濃度范圍為0.63～1.86 ng/L，與本研究檢出結(jié)果相近. 而在東江流域藥物活性化合物相關(guān)報(bào)道中，卡馬西平檢出率僅有50%，但中值濃度仍達(dá)1.25 ng/L[35]. 相較于國外其他水體，高寶邵伯湖抗癲癇藥物及其代謝產(chǎn)物的賦存處于較低水平. Fang等[36]總結(jié)2010-2016年中國、歐洲及美國藥物活性化合物相關(guān)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)歐洲卡馬西平檢出濃度為2.6～1711.0 ng/L，遠(yuǎn)高于本研究，這也可以歸因?yàn)椴煌瑖业貐^(qū)卡馬西平使用習(xí)慣有差異. 關(guān)于卡馬西平及其代謝產(chǎn)物在環(huán)境中殘留研究顯示[37]，DiOH-卡馬西平的殘留濃度可能高于其母體，例如德國污水處理廠流出廢水中DiOH-卡馬西平和卡馬西平的濃度分別為3.7和2.0 μg/L[38]. 本次研究中部分點(diǎn)位DiOH-卡馬西平的濃度與其母體相當(dāng)甚至更高. 然而卡馬西平在高寶邵伯湖水體中的總檢出濃度仍高于其代謝產(chǎn)物，有文獻(xiàn)認(rèn)為這可能是因?yàn)榭R西平在污水處理過程中會發(fā)生解偶聯(lián)現(xiàn)象，部分代謝產(chǎn)物可再生形成母體化合物[37]. 雖然藥理研究表明10-羥基卡馬西平不是卡馬西平的主要代謝產(chǎn)物[37]，然而高寶邵伯湖水體中10-羥基卡馬西平檢出濃度最高，該結(jié)果與其他水域報(bào)道的卡馬西平及其代謝產(chǎn)物污染情況一致[37,39]. 奧卡西平是卡馬西平的10-酮基類似物，臨床上可作為卡馬西平的替代物，其生物活性與卡馬西平極其相似[37]. 雖然本次研究中未檢測到奧卡西平，但由于10-羥基卡馬西平也是奧卡西平的主要代謝產(chǎn)物，水體中的10-羥基卡馬西平很可能有一部分來自奧卡西平的代謝. 湖泊水體中10-羥基卡馬西平與奧卡西平的相關(guān)性還有待進(jìn)一步調(diào)查研究.

檢出的3種抗精神病藥物及其代謝產(chǎn)物總濃度范圍為26～224.5 ng/L，在檢出的3類精神類藥物中含量最高. 其中利培酮檢出濃度最高，范圍為0.1～64.1 ng/L，檢出率為100%. 帕潘立酮在18個采樣點(diǎn)中也均被檢出. 由于利培酮平衡了療效、安全性和成本效益，在抗精神病類藥物占重要地位，是全世界兒童和青少年最常用的精神類藥物[40]. 研究表明，病人使用利培酮一周后，70%的藥物經(jīng)尿液排泄，其中35%～45%為利培酮和活性代謝產(chǎn)物帕潘立酮結(jié)合的形式[41]. 2008年，帕潘立酮被國家食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于臨床精神類疾病的急性或維持治療，其療效與利培酮無明顯差異[42]. 雖然目前有關(guān)利培酮在地表水中賦存的研究較少，但根據(jù)歐盟風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)指南[18]，長期處在低劑量利培酮暴露下可能對水生系統(tǒng)中的生物造成危害. 希臘愛琴海檢測到的利培酮及其活性代謝產(chǎn)物帕潘立酮，濃度分別為3.2和11.8 ng/L[43]，遠(yuǎn)低于本研究，這可能與海水的稀釋作用有關(guān). 由于流域所在地區(qū)醫(yī)院精神科臨床醫(yī)療上，利培酮作為治療精神分裂癥最典型的藥物被大量應(yīng)用[44-45]，其污染問題值得持續(xù)關(guān)注.

2.2 高寶邵伯湖表層水體中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的空間分布特征

從各采樣點(diǎn)精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的濃度分布(圖2)可知，不同采樣點(diǎn)的精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的濃度存在一定的空間差異，呈現(xiàn)邵伯湖和高郵湖南部濃度較高，高郵湖北部和寶應(yīng)湖較低的趨勢. 其中高郵湖和邵伯湖相通，均為淮河流入長江水道的組成部分，同時(shí)分析；寶應(yīng)湖作為封閉型湖泊單獨(dú)分析[16]. 高郵湖、邵伯湖水體中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的濃度在3.9～175.7 ng/L之間，湖泊周邊居民主要以農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)為生，附近縣市工業(yè)發(fā)達(dá)，水質(zhì)受農(nóng)業(yè)、漁業(yè)養(yǎng)殖、工業(yè)廢水等多個潛在污染源的疊加影響[15-16]. 為評估高郵湖、邵伯湖精神類藥物的空間分布，對處于兩湖15個點(diǎn)位的精神類藥物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行聚類分析. 根據(jù)聚類分析樹狀圖(圖3)，15個點(diǎn)位可劃分為4類，S1、S7點(diǎn)位單獨(dú)成一類.

圖2 高寶邵伯湖各采樣點(diǎn)表層水體中21種精神類藥物及其代謝產(chǎn)物濃度分布Fig.2 The concentration distribution of 21 psychotropic substances and their metabolites in surface water of Lakes Gaoyou, Baoying and Shaobo

圖3 高郵湖、邵伯湖表層水體水中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的空間分布Fig.3 Spatial distribution of psychotropic substances and their metabolites in surface water of Lake Gaoyou and Lake Shaobo

高郵湖中監(jiān)測點(diǎn)位S7未能與其他點(diǎn)位形成聚類，該點(diǎn)位精神類藥物及其代謝產(chǎn)物總濃度為102.9 ng/L. S7處于閔橋鎮(zhèn)東南方，閔橋鎮(zhèn)人口較多，藥物使用量大，且該城鎮(zhèn)多為合流制排水，大部分生活污水未經(jīng)處理直接排入水體[46]，成為精神類藥物及代謝產(chǎn)物的重要來源. 高郵湖S10～S12點(diǎn)位也處于河口人口密集處，但精神類藥物賦存水平相對較低，在5.2～16 ng/L之間. 這可能是因?yàn)閰R入該流域的白塔河、川橋河、秦欄河3條淮河支流已經(jīng)實(shí)施了系統(tǒng)的治理方案[46]，一系列綜合防治措施可能減輕了精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的污染. S13～S15點(diǎn)位精神類藥物及其代謝產(chǎn)物分布水平相似，是高郵湖湖區(qū)藥物檢出濃度最低的區(qū)域，濃度范圍為3.5～5.3 ng/L. 該區(qū)域未連結(jié)其他河道，相對封閉，基本沒有航運(yùn)排放[47]. 為響應(yīng)漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求，S13～S15采樣點(diǎn)區(qū)域主要發(fā)展放養(yǎng)式養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，通過放養(yǎng)鰱魚和鳙魚修復(fù)漁區(qū)資源[47].該養(yǎng)殖模式嚴(yán)格禁止投加人工飼料或藥物，因此精神類藥物的使用量較低，這也為其它湖泊合理發(fā)展?jié)O業(yè)提供了參考. 邵伯湖過水性特征顯著，受上游高郵湖水質(zhì)影響較大[16]. 高郵湖沿程匯入大量的工農(nóng)業(yè)及生活污染物，下泄水體攜帶精神類藥物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入邵伯湖. S1～S3點(diǎn)位有各類排污口，邵伯湖周邊種植面積廣，同時(shí)接納揚(yáng)州城區(qū)污水，承受著較大環(huán)境污染壓力. 主城區(qū)人類活動密集，精神類藥物的使用頻率和使用量相對較大. S1點(diǎn)位為邵伯湖出湖口，單獨(dú)形成聚類，表明其精神類藥物賦存狀況與其他點(diǎn)位存在明顯差異. S1點(diǎn)位周邊接納城鎮(zhèn)污水處理廠出水，入湖污染負(fù)荷大，精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的賦存水平遠(yuǎn)高于其他監(jiān)測點(diǎn)位，達(dá)到175.7 ng/L. 已有研究表明，傳統(tǒng)污水處理廠并不能完全去除精神類藥物[25]，污水處理廠及人類生活污水排水可認(rèn)為是精神類藥物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入邵伯湖的主要途徑. 高郵湖、邵伯湖整體流域面積大，水系龐雜，該區(qū)域的精神類藥物污染問題還待進(jìn)一步的研究.

S16～S18采樣點(diǎn)位處于寶應(yīng)湖，精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的濃度水平在6.4～34 ng/L之間. 寶應(yīng)湖位于京杭大運(yùn)河西側(cè)，是寶應(yīng)縣備用水源之一，該湖通過隔堤與高郵湖隔斷，基本屬于封閉性湖泊[15]. 寶應(yīng)湖周邊區(qū)域人口稠密，農(nóng)村生活污水接管率遠(yuǎn)低于鄰近城鎮(zhèn). 大量農(nóng)業(yè)面源污染物、生活污染物未經(jīng)處理直接進(jìn)入寶應(yīng)湖. 污染物隨水流遷移、蓄積導(dǎo)致S18點(diǎn)位精神類藥物及代謝產(chǎn)物的濃度高于寶應(yīng)湖其他點(diǎn)位.

2.3 高寶邵伯湖表層水體中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)評估

目前國內(nèi)缺乏針對精神類藥物的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而藥物對水生生物的生態(tài)毒性與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制定直接相關(guān). 本研究通過污染物的預(yù)測無效應(yīng)濃度PNEC評估藥物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，其中10-羥基卡馬西平未查到相關(guān)毒性數(shù)據(jù). 本研究針對其他20種精神類藥物及代謝產(chǎn)物對不同營養(yǎng)級水生生物的NOEC、EC50或LC50值，篩選最敏感生物數(shù)據(jù)，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)商值，評估高寶邵伯湖水體精神類藥物及其代謝產(chǎn)物對藻類、無脊椎動物和魚類的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn). 其對應(yīng)毒理數(shù)據(jù)見表2.

表2 不同精神類藥物及其代謝產(chǎn)物對應(yīng)最敏感生物毒理數(shù)據(jù)*

Tab.2 Most sensitive biotoxicological data for different psychotropic substances and their metabolites

化合物毒性數(shù)據(jù)/(μg/L)藻類無脊椎動物魚類選擇數(shù)據(jù)/(μg/L)評價(jià)終點(diǎn)評估因子PNEC/(ng/L)參考文獻(xiàn)氟西汀0.660560.6NOEC1060[48]去甲氟西汀3166184726601847EC5010001847[49]舍曲林1501150150EC501000150[50]氟伏沙明98025770980EC501000980[50]西酞普蘭3300301403300EC5010003300[50]艾司西酞普蘭2680026800NOEC100268000[48]文拉法辛12520103101613010310EC50100010310[49]度洛西汀3703350370EC501000370[50]阿米替林2461034989246EC501000246[12]去甲替林45400256004930025600NOEC102560000[48]多塞平149040501490EC5010001490[51]嗎氯貝胺199001990018400019900EC50100019900[52]卡馬西平100.010.60.01NOEC101[8]環(huán)氧卡馬西平100.010.60.01NOEC101[8]DiOH-卡馬西平7070007110000206000206000EC501000206000[53]奧卡西平812203470387348812EC501000812[52]拉莫三嗪40000560008500040000EC50100040000[54]氯丙嗪380380LC501000380[55]利培酮60006000EC5010006000[56]帕潘立酮1800018000LC50100018000[54]

根據(jù)已檢測到的藥物活性化合物濃度，計(jì)算出相應(yīng)的RQ值，如圖4所示. 在高寶邵伯湖表層水體中，舍曲林、去甲氟西汀、氟伏沙明、西酞普蘭、艾司西酞普蘭、文拉法辛、度洛西汀、阿米替林、去甲替林、多塞平、嗎氯貝胺、DiOH-卡馬西平、奧卡西平、拉莫三嗪、氯丙嗪、利培酮、帕潘立酮共計(jì)17種精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的RQ值在各點(diǎn)位均小于0.1，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低.氟西汀在部分采樣點(diǎn)0.1≤RQ<1，存在中風(fēng)險(xiǎn). 卡馬西平在各采樣點(diǎn)RQ均大于0.1，在點(diǎn)位S1、S7～S10的RQ≥1，表現(xiàn)為高風(fēng)險(xiǎn)，環(huán)氧卡馬西平在S1點(diǎn)位表現(xiàn)為高風(fēng)險(xiǎn)，在S2、S7、S10點(diǎn)位表現(xiàn)為中風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)予以關(guān)注.

圖4 高寶邵伯湖地表水中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)商Fig.4 RQ values of psychotropic substances and their metabolitesin Lakes Gaoyou, Baoying and Shaobo

大多數(shù)精神類藥物會在生物體內(nèi)進(jìn)行羥基化、裂解等代謝反應(yīng)形成代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物可能具有與母體相似或更高的生物活性[7]. 水環(huán)境中部分藥物可能經(jīng)過生物代謝形成，也可能作為生產(chǎn)藥物進(jìn)入水體，雖然本次研究中代謝產(chǎn)物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均低于母體，但不能排除部分代謝產(chǎn)物對生態(tài)環(huán)境造成的危害超過母體的可能性[57]. 盡管卡馬西平及其代謝產(chǎn)物在高寶邵伯湖水體中的賦存水平較低，但因其較小的PNEC值，使得卡馬西平及其代謝產(chǎn)物成為重要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子. 在有關(guān)白洋淀藥物活性化合物水體殘留及風(fēng)險(xiǎn)研究中，卡馬西平也表現(xiàn)出較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[58]，與本次研究結(jié)果一致. 相關(guān)研究表明卡馬西平及其代謝產(chǎn)物在環(huán)境中保持高生物活性，微生物降解和光催化降解過程緩慢[37]，易于在生物體內(nèi)富集. 據(jù)報(bào)道，卡馬西平在太湖浮游植物、浮游動物和底棲動物等水生生物食物鏈中均被檢出，其在魚類和貝類等生物殘留最高達(dá)4.25 ng/g(dw)[34]. 在歐洲，卡馬西平由于較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，已被優(yōu)先列入地表水有機(jī)污染物的監(jiān)測名單[59]. 因此有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對精神類藥物及其代謝產(chǎn)物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注，并針對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高的重點(diǎn)藥物進(jìn)行優(yōu)先管控.

3 結(jié)論

1)高郵湖、邵伯湖、寶應(yīng)湖表層水體中共檢出3類20種精神類藥物及其代謝產(chǎn)物，濃度范圍為1.4～224.5 ng/L，檢出率范圍為22.2%～100%. 檢出濃度最高的精神類藥物為利培酮(0.1～64.1 ng/L)，檢出濃度最低的藥物為卡馬西平的代謝產(chǎn)物環(huán)氧卡馬西平(ND～1.1 ng/L).

2)不同采樣點(diǎn)位的精神類藥物及其代謝產(chǎn)物存在空間差異. 總體上看，精神類藥物及其代謝產(chǎn)物呈現(xiàn)邵伯湖濃度、高郵湖南部濃度高，高郵湖北部及寶應(yīng)湖濃度較低的空間分布特征；其中點(diǎn)位S1、S7精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的賦存水平高于其他點(diǎn)位. 高寶邵伯湖水體中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物的來源主要與污水處理廠、農(nóng)業(yè)及生活污水排放有關(guān).

3)運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)商值法分析了高寶邵伯湖水體中精神類藥物及其代謝產(chǎn)物對生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)卡馬西平及其代謝產(chǎn)物環(huán)氧卡馬西平存在高風(fēng)險(xiǎn)，對于高寶邵伯湖生態(tài)系統(tǒng)的潛在威脅不容忽視，其對水生生物的毒性效應(yīng)需要長期監(jiān)控. 本次研究表明，在針對地表水中精神類藥物的污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評估的研究中，需同時(shí)關(guān)注其代謝產(chǎn)物.

4 附錄

附表Ⅰ～Ⅲ見電子版(DOI:10.18307/2022.0615).