Ekologie zdravotnických pracovišť P899 Rezidua léčiv v životním prostředí III (Ekotoxické účinky vybraných lékových skupin) Miloslav Pouzar Ekologie zdravotnických pracovišť P899

Upravená odpadní voda Povrchová voda Analgetika a NSAID Látky snižující krevní tuky Antineoplastika, protinádorové léky -blokátory Neuroaktivní látky (antiepileptika, antidepresiva) Upravená odpadní voda Povrchová voda K. Fent et al. / Aquatic Toxicology 76 (2006) 122–159

Nesteroidní protizánětlivé léky (NSAID) slabé kyseliny reversibilně či ireversibilně inhibující enzym cyklooxygenázu (COX-1 a COX-2) - vliv na syntézu prostaglandinů (zánětlivé procesy) u ptáků mají prostaglandiny vliv na tvorbu vaječné skořápky – vystavení inhibitorům COX vede ke ztenčení skořápky !!! u ryb hrají prostaglandiny klíčovou roli při reprodukci - parakrinní signalizace ve vaječnících, stimulace ovulace, produkce estradiolu, vliv na sexuální chování samců i samic makrofágy ryb (např. pstruh duhový) syntetizují enzym podobný lidskému COX – homologie savčího a rybího COX-2 = 84%, homologie COX-1 = 77% Akutní ekotoxicita nejtoxičtější diclofenac – EC50 a LC50  100 mg.L-1 pro všechny testy U NSAID neexistuje korelace mezi Log KOW a LC50 pro Daphnia magna Daphnia magna

Analgetika a NSAID – akutní toxicita K. Fent et al. / Aquatic Toxicology 76 (2006) 122–159

Analgetika a NSAID – chronická toxicita K. Fent et al. / Aquatic Toxicology 76 (2006) 122–159 Analgetika a NSAID – chronická toxicita

Nesteroidní protizánětlivé léky Diclofenac akutní toxicita pro vodní organismy při koncentracích  100 g.L-1 pstruh duhový (Oncorhynchus mykiss) BCF = 10 – 2 700 (játra) a 5 – 1 000 (ledviny) 1 g.L-1 po dobu 28 dní - cytologické změny na játrech, ledvinách a žábrách 5 g.L-1 po dobu 28 dní - léze na ledvinách a skřelíh DICLOFENAC Pstruh duhový

Nesteroidní protizánětlivé léky Diclofenac na počátku 90-tých let 20. st. – dramatický pokles (95%) populace bělohlavých supů (Gyps bengalensis) v jižní Asii mnoho hypotéz o příčině – např. patogenní organismy, pesticidy akutní selhání ledvin v důsledku akumulace kyseliny močové Sup bengálský Prof. J. Lindsay Oaks (Washington State University) – příčinou diclofenak (Nature,2004). V Asii využíván ve veterinární medicíně – mršiny likvidovány v tzv. supích restauracích diclofenak selektivně toxický pro supy nárůst případů vztekliny Indie - regulace používání diclofenaku ve veterinární medicíně Supí restaurace

Nesteroidní protizánětlivé léky Ibuprofen Medaka japonská (Oryzias latipes) - vitelogeneze, zvětšená játra a zvýšená produkce vajíček test na Daphnia magma - redukce populací v rozmezí koncentrací 0-80 g.L-1 okřehek (Lemna minor) - 7 dní, 1 000 g.L-1, inhibice růstu (75% pokles) sinice Synechocystis - 5 dní, 10 g.L-1 stimulace růstu (75% nárůst) Medaka japonská Okřehek menší Ibuprofen

Nesteroidní protizánětlivé léky Acetaminofen – Paracetamol Brown Tree snake (Boiga irregularis ), původem z východní Indonésie, invazivní druh na Guamu 1940 – 1950) bez přirozených nepřátel – odhad hustoty populace 15 000 jedinců na čtvereční míli decimuje populace ptáků, netopýrů a plazů velké ekonomické ztráty – uštknutí lidí, likvidace domácích zvířat, poškození elektrického vedení 80 mg v potravě (mrtvé myši) zabije hada do tří dnů. dosud nepopsány otravy jiných živočichů J. J. Johnston et al. Environ. Sci. Technol. 2002, 36(17):3827-3833.

Léčiva jako biocidy Léčivo Medicínské využití Biocid 4-aminopyridin roztroušená skleróza avicid (ptáci) Warfarin antikoagulant rodenticit (hlodavci) Triclosan součást zubních past biocid (všechno) Acetaminofen analgetikum hadi (Indonézie) Kofein stimulant žáby (Hawai) Diclofenac analgetikum, antipyretikum supi (Indie, Pákistán)

-blokátory Propranolol kompetitivní inhibitory -adrenergního receptoru, snížení krevního tlaku Propranolol vysoce lipofilní látka - Log KOW = 3,48 stabilizace buněčné membrány - snížení prostupnosti Na+, K+ a Ca2+ iontů ryby - chronický účinek zasahuje kardiovaskulární systém a reprodukci Ceriodaphnia dubia - reprodukční toxicita NOEC 125 g.L-1 a LOEC 250 g.L-1 Hyalella azteca - reprodukční toxicita, 27 dní, 100 g.L-1 Medaka japonská - 4 týdny, snížený počet vajíček při 0,5 a 1 g.L-1, nikoli však při 50 a 100 g.L-1, změna hladiny vitellogeninu nepozorována, pozorována změna hladiny oxytoxinu C. dubia H. azteca

-blokátory Organismus test propranolol EC50 [mg/L] atenolol EC50 [mg/L] metoprolol EC50 [mg/L] nadolol EC50 [mg/L] bakterie (Vibrium fishery) bioluminiscence 60 min 81 130 144 zelená řasa (Scenedasmus subspicatus) růst 24h 3 dny 4,1 0,73 1335 620 40 7,9 zelená řasa (Ps. subcapitata) inhibice růstu 96h 7,4 korýš (Daphnia magna) mortalita 48h 7,7 a 1,6 313 a 200 438 a 64 >100 korýš (Ceriodaphnia dubia) inhibice mobility 1,5 a 0,85 33,4 45,3 a 8,8 163,4 ryba (Medaka japonská) 29,8 a 24,3 S.K. Khetan et al. / Chem. Rev. 107 (2007) 2319–2364

Látky snižující obsah krevních tuků snížení koncentrace cholesterolu (statiny, fibráty) a triglyceridů (fibráty) v krvi Statiny inhibice koenzymu HMG-CoA - zpětnovazebná kontrola syntézy cholesterolu u hmyzu v juvenilním stádiu inhibice syntézy hormonů Fytotoxicita – inhibice syntézy rostlinných sterolů (50%) u okřehku (Lemma giba) při sedmidenní expozici 64 g.L-1 lovastatinu a 36 g.L-1 atorvastatinu (PEC/PNEC 0,1) 96 test na krevetě (Palaemonetes pugio) - simvastatin - LC50 (larva) = 1,18 mg.L-1 a LC50 (dospělá kreveta) > 10 mg.L-1 test na buchance (Nitocra spinipes) - 96-h LC50 = 0.81 mg.L-1 koncentrace statinů v neupraveném čistírenském kalu 4- 117ng.L-1, v povrchové vodě 1 ng. L-1 Paleomonetes pugio Nitocra spinipes

Látky snižující obsah krevních tuků Statiny Atorvastatin Simvastatin Lovastatin

Látky snižující obsah krevních tuků Fibráty vliv na transkripci genů pro proteiny řídcí metabolismus tuků – aktivace některých enzymů aktivace specifického transkripčního faktoru patřícího do skupiny nukleárních hormonálních receptorů - PPARs (peroxisome proliferatoractivated receptors) PPAR receptory u ryb a lidí - ze 43-48 % shodné sekvence aminokyselin, klofibrát a benzafibrát – indukce PPAR v hepatocytech lososa fibráty indukují vznik hepatokarcinomu u myší – oxidativní stres spojený s indukcí tvorby peroxisomů a následnou tvorbou H2O2

Fibráty Organismus test Klofibrát Kyselina klofibrová bakterie (Vibrium fishery) bioluminiscence 30 min - IC50 = 91,8 mg.L-1 korýš (Daphnia magna) mortalita 24h EC50 = 28,2 mg.L-1 (Artemia parthenogenetica) 48h LC50 = 36,6 mg.L-1 LC50 = 87,2 mg.L-1 zelená řasa (Tetraselmis chuii) inhibice růstu 96h IC50 = 39,7 mg.L-1 IC50 = 318,2 mg.L-1 ryba (Gambusia holbruki) LC50 = 7,7 mg.L-1 LC50 = 526,5 mg.L-1 S.K. Khetan et al. / Chem. Rev. 107 (2007) 2319–2364

Látky snižující obsah krevních tuků Fibráty vliv na aktivitu CYP-450 u ryb – popsána indukce i inhibice Danio rerio - expozice klofibrátu 0,5 - 1 mg.L-1 v larválním stadiu - změny morfologických charakteristik, letargie karas zlatý (Carasius auratus) - 14 denní expozice gemfibrozilu 1,5 g. L-1 - více než 50% pokles hladiny testosteronu gemfibrozil – v krevní plazmě zlatého karase během 14 dnů 113-krát vyšší koncentrace než ve vodě (BCF = 113) vysoká perzistence metabolitů (kyselina klofibrová) v ŽP - tato látka detekována i v pitných vodách a v Severním ledovém oceánu Danio rerio gemfibrozil Zlatý karas

Neuroaktivní látky - Antidepresiva inhibice zpětného vychytávání serotoninu ze synaptické štěrbiny u ryb serotonin ovládá chování (agrese, chuť k jídlu, obrana teritoria), endokrinní funkce a reprodukci Fluoxetin (Prozac) ryba kněžík dvoupruhý (Thalassoma bifasciatum) - samečci ztrácí schopnost teritoriální agrese po dvoutýdenní expozici 6 g.L-1 střevle americká (Pimephales promelas) - snížená schopnost ulovit kořist při expozici 23,2 – 100,9 g.L-1 koncentrační a časová závislost medaka japonská (Oryzias latipes) – při koncentraci 0,1-5 g.L-1 - zvýšená tvorba estradiolu, předčasná dospělost samiček mimo hlavní sezónu korýš (Gammarus pulex) – nízké koncentrace (10-100 ng.L- 1 vyvolávají snížení pohyblivosti, vysoké koncentrace (1 g.L-1 - 1 mg.L-1) bez efektu (?) Střevle americká Kněžík dvoupruhý

Neuroaktivní látky - Antidepresiva Fluoxetin (Prozac) ryba živorodka komáří (Gambusia affinis) - opožděná pohlavní dospělost samečků - 614 g.L-1 , 7 dní korýš (Daphnia magna) – 30 denní test Fluoxetin 36 g.L-1 – zvýšená plodnost Fluoxetin 36 g.L-1 + klofibrát 10 g.L-1 - výrazné deformace těla Fluoxetin 36 g.L-1 + klofibrát 100 g.L-1 - výrazné zvýšení mortality Živorodka komáří Fluovoxamin v koncentraci 0,32 g.L-1 vyvolává tření a předčasné dozrávání oocytů u škeble slávičky mnohotvárné (Dreissena polymorpha) Slávička mnohotvárná

Neuroaktivní látky - Antiepileptika látky ovlivňující CNS - snížení neuronální aktivity blokáda napěťově řízených iontových kanálů pro Na – karbamazepin zvýšení inhibičního účinku GABA - benzodiazepiny Karbamazepin karcinogen pro myši, u savců neprokázána mutagenní aktivita LC50 (Danio rerio) = 43 g.L-1, EC50 (Daphnia magma) = 92 g.L-1 snížená aktivita blešivce potočního (Gammarus pulex) při 1 - 10 ng.L-1 závažné poškození jater, ledvin a žáber u kapra - 20 g.L-1 vysoké koncentrace v sedimentech Blešivec potoční

Steroidní hormony

Steroidní hormony rozsáhlá studie vodních toků v USA (Kolpin et al., 2002) max. koncentrace EE2 831 ng.L-1 a medián 73 ng.L-1 max. koncentrace mestranolu 407 ng.L-1 a medián 74 ng.L-1 v Evropě v upravené odpadní vodě běžné koncentrace estrogenů 0 - 9 ng.L-1 (Baronti et al.,, 2000), odtok z ČOV 0,5 ng.L-1 celoživotní studie Danio rerio - EE2 mezi 1-25 ng.L-1 - na dávce závislá zvýšená produkce vitellogeninu 1 ng.L-1 - změna poměru pohlaví (↑ samičky) 2 ng.L-1 - kompletní změna pohlaví reprodukční studie Danio rerio - EE2, 5 ng.L-1 F(0) generace (40 dní) - žádný vliv na reprodukci F(1) generace (celoživotně) - 56% pokles plodnosti, u samečků nevyvinuté pohlavní orgány, intersex

Steroidní hormony vliv na reprodukci, vitellogenezi, poměr pohlaví u medaky japonské, pstruha duhového a střevle potoční při dlouhodobé (celoživotní) expozici EE2 v koncentracích 0,2 - 2 ng.L-1 LOEC pro zvýšenou vitellogenezi u medaky japonské, střevle potoční a Danio rerio při dlouhodobé expozici E2 - 8,9; 28,6 a 85,9 ng.L-1 Změna poměru pohlaví žáby drápatky (Xenopus tropicalis) po expozici 1,8 ng.L-1 EE2 v larválním stádiu vývoje

Cytostatika inhibice proliferace rychle se dělících buněk nádoru přímá interakce s DNA (alkylační činidla, cis-platina) změna struktury nukleotidů (antimetabolity) inhibice topoisomeraz - enzymů ovlivňujících terciální strukturu DNA narušení funkce mikrotubulů (rostliné alkaloidy) anti-estrogenní aktivita prokázané karcinogeny (IARC-třída 1A) alkylační činidla - Busulphan, Chlorambucil, Cyklofosamid inhibitory topoisomeráz - etoposid v kombinaci cis platinou a bleomycinem pravděpodobné karcinogeny (IARC -třída 2A) přímá interakce s DNA - cis-platina inhibitory topoisomeráz - Doxorubicin, Etoposid, Teniposid potencionální karcinogeny (IARC -třída 2B) přímá interakce s DNA - Bleomycin, Dakarbazin, Melfalan, Streptozocin inhibitory topoisomeráz - Amsakrin

Cytostatika běžně používáno přes 50 účinných látek - aplikace ze 75 % v ambulantním režimu, zbytek během hospitalizace v nemocnici, stoupá podíl domácích aplikací obvyklá koncentrace v povrchových vodách < 1 ng.L-1, v nemocničních odpadních vodách nárazově koncentrace jednotlivých látek > 50 g.L-1 - výrazné kolísání během dne, vysoká koncentrace aktivních metabolitů obecně nízká biodegradace všech skupin cytostatik, malá adsorpce na aktivovaný kal, průchod ČOV beze změny - spolu s antibiotiky negativní vliv na biotu ČOV (synergický efekt) Zounková et al., 2007 cytostatika - cyklofosfamid, 5-fluorouracil, cisplatina, etoposid a doxorubicin organismy - bakterie Pseudomonas putida (destruent), korýš Daphnia magna (konzument) a řasa Pseudokirchneriella subcapitata (konzument)

Cytostatika cis-platina cyklofosfamid 5-fluorouracil etoposid doxorubicin

Organismus/test/látka NOEC [mg.L-1] LOEC EC50 Pseudomonas putida (inhibice růstu) 5-Fluorouracil Cisplatina Cyklofosfamid Doxorubicin Etoposid 0,003 0,030 1,000 200,000 0,01 0,10 >1,00 10,00 250,00 0,027 (0,015 - 0,045) 1,200 (1,00-1,40) 630 (580-830) Pseudokirchneriella subcapitata (inh. růstu) 0,001 0,100 250,000 <10,000 1,00 500,00 0,11 (0,03-0,30) 2,3 (1,7-2,9) 930 (700-1100) 13 (12-17) 250 (120-460) Daphnia magna (imobilizace) 0,200 1,000 0,010 10,000 0,50 30,00 36 (12-70) 0,64 (0,4-0,85) 2,0 (0,52-4,8) 30 (16 -40) Zounková et al., Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 26, No. 10, pp. 2208–2214, 2007

Zounková et al. , Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 26, No Zounková et al., Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 26, No. 10, pp. 2208–2214, 2007

Antibiotika v EU spotřeba okolo 10 000 t ročně (FEDESA, 1997) 5 000 t veterinární medicína (3 500 t profylaxe a terapie, 1 500 podpora růstu) 5 000 t humánní medicína nebezpečí vývoje rezistentních kmenů v biologických filmech (odpadní roury, aktivovaný kal v ČOV) nízká biodegradabilita některých AB (chinolony, nitroimidazoly, sulfonamidy) v ČOV upřednostněna absorpce na částicích aktivovaného kalu před biodegradací (Ciprofloxacin) fotolýza jako hlavní způsob degradace (Fluorchinolony) dlouhé biologické poločasy ve vodním prostředí  - laktámy 200 dní tetracykliny 300 – 500 dní

Antibiotika hnojení kalem z ČOV s obsahem antibiotik negativní vliv na nitrifikační bakterie snížení produkce plodin, bioakumulace v plodinách inhibice růstu fotosyntetizujících organismů ve vodách inhibice růstu zelených řas Selenastrum capricornutum - EC50 (erithromycin) = 37 g.L-1, EC50 (dihydrostreptomycin) = 110 g.L-1, EC50 (oxytetracycline) = 340 g.L-1, EC50 (tylosin) = 410 g.L-1 EC50 (sulfonamidy) = 1,5 - 2,3 mg.L-1, EC50 (ampicillin) > 1 000 mg.L-1 sinice Synechocystis a okřehek inhibice růstu erythromycinem 1-1 000 g.L-1) synergické efekty - sulfamethoxazol a trimethoprim další účinky na vodní organismy Neomycin - vliv na reprodukci a přežití Dafnia magma EC50 = 0,09 - 0,74 g.L-1

Těžké kovy koncentrace Pt, Hg a Gd v odpadních vodách z nemocnic mohou být vyšší než v komunálních odpadních vodách Platina cis – platina a karboplatina (cytostatika) zubní laboratoře – efektivní sběr odpadů Rtuť diagnostické látky (Thiomersal) desinfekce (Merbromin, Nitromersol) diuretika (mercorophylin) teploměry - pokles Kovy vzácných zemin (gadolinium, indium, osmium) organokovové Gd – magnetická rezonance (MRI) v nemocničních odp. vodách 1 – 100 ug/l (přirozené pozadí – 0,001 ug/l) kontrastní media s Gd – nebiodegradabilní Gd3+ - apoptóza makrofágů, poškození hepatocytů

Dezinfekční prostředky kvartérní amonné soli – kationaktivní baktericidy spotřeba 777 t Belgie, 21 450 t Francie, 28 892 t UK (1997) úroveň v nemocničních odpadních vodách - jednotky mg/l úroveň na výtoku z komunálních ČOV – setiny až desetiny mg/l poškození vodních mikroorganismů v nízkých koncentracích benzalkonium chlorid IC50 (aktivovaný kal) = 10 mg/l inhibiční efekt na denitrifikační bakterie už při 1 – 2 mg/l vznik rezistentních kmenů

(Eko) toxikologie komplexních směsí opakovaná expozice stopovým množstvím látek pod prahem účinku potenciál aditivního účinku u látek se stejným mechanismem účinku potenciál synergického účinku hormeze – protektivní účinek podprahových koncentrací způsobený aktivací obranných mechanismů toxickou látkou indukovaná ztráta tolerance znalostní vakuum o toxických účincích ultra-stopových koncentrací – vliv detekčního limitu analytických metod znalostní vakuum o účincích léků na necílové receptory (organismy) – biochemické mechanismy studovány zejména pro terapeutický účinek rozdílná citlivost organismů pseudo-perzistence léčiv kontinuální tok léčiv a jejich metabolitů do ŽP způsobuje jejich přetrvávání v ŽP i v případě že mají krátký poločas degradace