Environmental risk assessment of selected pharmaceuticals present in surface waters in relation to animals

• Autorzy: Załęska-Radziwiłł M. , Łebkowska M. , Affek K. , Zarzeczna A.

Warianty tytułu

PL

Ocena ryzyka wywołanego obecnością wybranych farmaceutyków w wodach powierzchniowych w stosunku do zwierząt

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper addresses the issue of antibacterial drugs, estrogens and cytostatic drugs' presence in surface waters and their influence on animals. The ecotoxicity and the impact of three active compounds: ciprofloxacin, 17α-ethinylestradiol and 5-fluorouracil on protozoa, crustaceans and fish were examined. Acute tests (crustaceans' immobilization test, fish survival test, enzymatic test on Daphnia magna) and chronic tests (growth test on protozoa, reproduction test on crustaceans and juvenile growth test on two species of fish) were performed. Acute toxicity studies revealed diversified species - sensitivity to the tested compounds. Crustaceans Artemia salina were the most resistant to all three pharmaceuticals. Fish also demonstrated low sensitivity to ciprofloxacin and 5-fluorouracil (LC(EC)50-96h > 100 mg/l). In the survival tests, the greatest harm in respect to fish and crustaceans was demonstrated by 17α-ethinylestradiol, and in the enzymatic tests - by ciprofloxacin. In all chronic tests, the toxic effects of drugs were proven. Tested compounds limited reproduction of crustaceans and growth of protozoa and fry. The risk assessment, conducted on the basis of the PEC/PNEC quotient, showed a significant risk in relation to aquatic animals caused by the presence of 17α-ethinylestradiol and 5-fluorouracil in concentrations detected in surface waters.

PL

W pracy podjęto problem obecności leków antybakteryjnych, estrogenów i cytostatyków w wodach powierzchniowych i ich oddziaływania na organizmy zwierzęce. Zbadano ekotoksyczność trzech substancji aktywnych: cyprofloksacyny, 17 α-etynyloestradiolu i 5-fluorouracylu w odniesieniu do pierwotniaków, skorupiaków i ryb. Przeprowadzono testy ostre: immobilizacji ze skorupiakami, przeżywalności z rybami, enzymatyczny z Daphnia magna, oraz chroniczne: wzrostowy z pierwotniakami, reprodukcji ze skorupiakami i wzrostu narybku z dwoma gatunkami ryb. Badania toksyczności ostrej wykazały zróżnicowaną wrażliwość organizmów - najbardziej oporne na działanie wszystkich badanych związków były skorupiaki Artemia salina, małą wrażliwość na działanie cyprofloksacyny i 5-fluorouracylu wykazały również ryby – (LC(EC)50-96h > 100mg/l). Największą szkodliwością w stosunku do ryb i skorupiaków w badaniach przeżywalności charakteryzował się 17 α-etynyloestradiol, a w badaniach enzymatycznych cyprofloksacyna. We wszystkich testach chronicznych stwierdzono działanie toksyczne badanych leków. Związki te ograniczały reprodukcję skorupiaków, wzrost pierwotniaków i narybku. Ocena ryzyka dokonana na podstawie ilorazu PEC/PNEC wykazała duże ryzyko w stosunku do zwierząt wodnych wywołane obecnością 17 α-etynyloestradiolu i 5-fluorouracylu w wykrywanych stężeniach w wodach powierzchniowych.

Słowa kluczowe

EN

risk assessment; ciprofloxacin; ethinylestradiol; fluorouracil; aquatic animals

PL

ocena ryzyka; cyprofloksacyna; etynyloestriadol; fluorouracyl; lek antybakteryjny; woda powierzchniowa; zwierzęta wodne

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 37, no. 3
• Strony: 31--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., tab.

Twórcy

autor

Załęska-Radziwiłł M.

autor

Łebkowska M.

autor

Affek K.

autor

Zarzeczna A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Environmental Engineering, Department of Biology Nowowiejska 20, 00-653 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Artoxkit M.: Estuarine and marine waters toxicity screening test. Standard operational procedure, MicroBioTests Inc., Belgium.
• [2] Berthouex P.M., L.C. Brown: Statistic for environmental engineers, Lewis Publishers, C.R.C. Press Inc. 1994.
• [3] Commission of the European Communities: Technical guidance document in support of commission directive 93/67/EEC on risk assessment for existing substances, Part II-Environmental risk assessment, Brusssels, Belgium 1996.
• [4] Daphtoxkit F: Freshwater toxicity screening test. Standard operational procedure, MicroBioTests Inc., Belgium.
• [5] Espiritu E.Q., C.R. Jansen, G. Persoone: Cyst-based toxicity tests VII. Evaluation of the 1 hour enzymatic inhibition test (Fluotox) with Artemia nauplii, Environmental Toxicology and Water Quality, 10, 25-34 (1995).
• [6] European Medicines Agency (EMEA): Guideline on the environmental risk assessment of medicinal products for human use, EMEA, London 2006.
• [7] European Medicines Agency (EMEA): Note for Guidance: Environmental risk assessment for veterinary medicinal products other than GMO-containing and immunological products, EMEA, London 1998.
• [8] Fent K., A.A. Weston, D. Caminada: Ecotoxicology of human pharmaceuticals, Aquatic Toxicology, 76, 122-159 (2006).
• [9] Halling-Sǿrensen B., H.C. Holten Lützhǿft, H.R. Andersen, F. Ingerslev: Environmental risk assessment of antibiotics: comparison of mecillinam, trimethoprim and ciprofloxacin, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 46, 53-58 (2000).
• [10] Hartmann A., A.C. Alder, T. Koller, R.M. Widmer: Identification of fluoroquinolone antibiotics as the main source of umuC genotoxicity in native hospital wastewater, Environmental Toxicology and Chemistry, 17, 377-382 (1998).
• [11] Hartmann A., E.M. Golet, S. Gartiser, A.C. Alder, T. Koller, R.M. Widmer: Primary DNA damage but not mutagenicity correlates with ciprofloxacin concentrations in German hospital wastewaters, Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 36, 115-119 (1999).
• [12] Jergentz S., M. Goth, C. Seck: Fluorouracil: A study on the chronic toxicity to Daphnia magna according to the OECD Guideline 211, ECT Oekotoxicologie, Flörsheim/Main (DE) and Battelle UK, Ongar (UK) (2009).
• [13] Khetan S.K., T.J. Collins: Human Pharmaceuticals in the aquatic environment: a challenge to green chemistry, Chemical Reviews, 107, 2319-2364 (2007).
• [14] Kot-Wasik A., J. Dębska, J. Namieśnik: Przemiany, stężenia i oznaczanie pozostałości środków farmaceutycznych w środowisku, (in:) Nowe horyzonty i wyzwania w analityce i monitoringu środowiskowym, CEEAM, Gdańsk 2003, 723-745.
• [15] Kümmerer K., A. Al-Ahmad, V. Mersch-Sundermann: Biodegradability of some antibiotics, elimination of the genotoxicity and affection of wastewater bacteria in a simple test, Chemosphere, 40, 701-710 (2000).
• [16] Larsson J.D.G., C. de Pedro, N. Paxeus: Effluent form drug manufactures contains extremely high levels of pharmaceuticals, Journal of Hazardous Material, 148, 751-755 (2007).
• [17] Łebkowska M., M. Załęska-Radziwiłł: Endocrine disruptors - ecotoxicological assays, Archives of Environmental Protection, 33, 81-88 (2007).
• [18] Łebkowska M.: Występowanie bakterii antybiotykoopornych w wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi, Ochrona Środowiska, 31, 11-15 (2009).
• [19] Łebkowska M.: Występowanie i ekotoksyczność wybranych leków w środowisku wodnym, Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, Inżynieria Środowiska, 59, 5-11 (2009).
• [20] Marques C.R., N. Abrantes, F. Goncalves: Life-history traits of standard and autochthonous cladocerans. I, II. Acute and chronic effects of acetylsalicylic acid metabolites, Environmental Toxicology, 19, 518-540 (2004).
• [21] Nash J.P., D.E. Kime, L.T. Van der Ven, P.W. Wester, F. Brion, G. Maack, P. Stahlschmidt-Allner, C.R. Tyler: Long-term exposure to environmental concentrations of the pharmaceutical ethinylestradiol causes reproductive failure in fish, Environmental Health Perspectives, 112, 1725-1733 (2004).
• [22] Nikolaou A., S. Meric, D. Fatta: Occurrence patterns of pharmaceuticals in water and wastewater environments, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 387, 1225-1234 (2007).
• [23] OECD Guidelines for the testing of chemicals, Test No. 215: Fish, juvenile growth test, OECD, Paris, 2000.
• [24] OECD Guidelines for the testing of chemicals, test. No. 211: Daphnia magna reproduction test, OECD, Paris 1998.
• [25] OECD, Report of the OECD Workshop on the extrapolation of laboratory aquatic toxicity data to the real environment, ENV Monograph No.59 (1992).
• [26] Parrot J.L., B.R. Blunt: Life-cycle exposure of fathead minnows (Pimephales promelas) to an ethinylestradiol concentration below 1 ng/l reduces egg fertilization success and demasculinizes males, Environmental Toxicology, 20, 131-141 (2005).
• [27] PN-C-04610-04:1990: Woda i ścieki. Badania toksyczności zanieczyszczeń dla organizmów wodnych. Oznaczanie toksyczności ostrej na gupiku Lebistes reticulatus Peters.
• [28] Protoxkit F: Freshwater toxicity screening test. Standard operational procedure, MicroBioTests Inc., Belgium.
• [29] Robinson A.A., J.B. Belden, M.J. Lydy: Toxicity of fluoroquinolone antibiotics to aquatic organisms, Environmental Toxicology and Chemistry, 24, 423-430 (2005).
• [30] Sanderson H., D.J. Johnson, C.J. Wilson, R.A. Brain, K.R. Solomon: Probabilistic hazard assessment of environmentally occurring pharmaceuticals toxicity to fish, daphnids and alga by ECOSAR screening, Toxicology Letters, 144, 383-395 (2003).
• [31] Straub J.O.: Combined environmental risk assessment for 5-fluorouracil and capecitabine in Europe, Integrated Environmental Assessment and Management, 6, 540-566 (2009).
• [32] Technical Support Document for Water Quality - based Toxics Control. US Environmental Protection Agency - Office of Water (EN-336) EPA/505/2-90-001 PB 91-127415, 1991.
• [33] Webb S.F.: A data based perspective on the environmental risk assessment of human pharmaceuticals II: aquatic risk characterization, (in:) Pharmaceuticals in the environment, Springer-Verlag, Heidelberg 2004, 317-343.
• [34] Webb S.F.: A data-based perspective on the environmental risk assessment of human pharmaceuticals I -collation of available ecotoxicity data, (in:) Pharmaceuticals in the environment, Springer-Verlag, Heidelberg 2004, 345-361.
• [35] Weber E.: Grundniss der biologischen Statistok für Naturwissen schaftler, Landwirte und Medizimer, Veb Fischer Verlag, Jena 1972.
• [36] Zaunková R., P. Odraska, L. Dolezalova, K. Hilscherova, B. Marsalek, L. Blaha: Ecotoxicity and genotoxicity assessment of cytostatic pharmaceuticals. Environmental Toxicology and Chemistry, 26, 2208-2214 (2007).