M.A. GETMAN – Cand.Sc. (Pharmacy), Head of Research and Educational Center of State Educational Institution of Higher Professional Education Saint-Petersburg StateChemical Pharmaceutical Academy
I.A. NARKEVICH – D.Sc. (Pharmacy), Principal of State Educational Institution of Higher Professional Education Saint-Petersburg StateChemical Pharmaceutical Academy
Assessment of risks, related to uncontrolled presence of residues of medicines in the environment
Неизмененные остатки лекарственных средств, присутствующие в окружающей среде, несут в себе потенциальную опасность для живых организмов, в том числе, для здоровья людей. В настоящей статье мы описываем и оцениваем риски, связанные с систематическим неконтролируемым воздействием на человека сверхмалых количеств лекарств. Особенное беспокойство вызывает возможная связь между содержанием антибиотиков в сточных водах крупных городов и развитием резистентности патогенных микроорганизмов.
Остатки ЛС и их активные метаболиты в большом количестве попадают в окружающую среду вследствие физиологической экскреции и в составе бытового фармацевтического мусора. В нашей более ранней публикации [1] была обобщена информация об обнаружении действующих веществ ЛС в сточных и природных водах, питьевой воде всех развитых государств мира.
Очевидно, что присутствие ЛС в окружающей среде может нести в себе токсикологические риски для экосистем, к которым относятся человеческие организмы и другие биологические виды. Через посредство питьевой воды или пищи (человек и животные), либо через посредство среды обитания (микроорганизмы, водные биологические виды) лекарственные средства попадают в организмы и оказывают влияние на жизненно важные биологические процессы и функции. Впервые предположения о наличии подобных рисков были сформулированы в работе F.M.Christensen в 1998 г. [2].
Официальная позиция относительно прямой угрозы для здоровья людей со стороны остатков ЛС, присутствующих в питьевой воде, была сформулирована в техническом отчете ВОЗ в 2011 г. В нем отмечается, что «сведения, полученные в этих трех исследованиях (в США, Великобритании и Австралии. - Примеч. авт.), согласуются с результатами, опубликованными в течение последнего десятилетия, и позволяют предположить крайнюю маловероятность заметных рисков для здоровья, связанных с воздействием следовых количеств лекарственных средств, содержащихся в питьевой воде» [3].Тем не менее в отчете фигурирует оговорка: «Одной из ключевых проблем в оценке действия лекарственных средств, содержащихся в питьевой воде, и потенциальных рисков для человеческого здоровья является ограниченность имеющихся знаний» [4].
Мы разделяем подобную точку зрения. На современном этапе недостаточное количество данных и отсутствие систематического мониторинга присутствия остатков ЛС в окружающей среде вместе с неспособностью современной токсикологии давать детальную оценку подобным рискам могут создавать основные проблемы в доведении этой информации до общества и в недостаточно обоснованном возбуждении общественного беспокойства.
Современный уровень развития предсказательной токсикологии прекрасно отражен в словах P. Grandjean: «Токсикологии не удалось достичь общих целей, стоящих перед наукой в обществе, из-за стремления к достижению только ограниченных целей, которые связаны с решением упрощенных задач и получением признания, а не изучением неопределенности. Игнорируя большие перспективы химической этиологии болезни, она (токсикология) не смогла взять на себя ответственность за внесение вклада в основы профилактики заболеваний» [5].
Определимся вначале с вариабельностью рисков для здоровья человека и других живых существ, которые могут возникать в связи с воздействием ЛС, распространенных в окружающей среде. При этом следует помнить, что практически во всех случаях речь идет о концентрациях действующих веществ, отличающихся на порядки от концентраций, которые доказательно, как было показано в ходе клинических исследований, способны оказывать терапевтическое действие. Следуя этому допущению, варианты рисков можно сгруппировать следующим образом:
Прямое воздействие сверхмалых доз лекарственного средства на органы и функции организма.
Хронические токсические проявления ЛС, возникающие вследствие очень продолжительного (длящегося всю жизнь) воздействия на организм сверхмалых доз биологически активных веществ.
Возможный токсический эффект смеси различных ЛС.
Особенности воздействия индивидуальных ЛС и их смесей на человеческие субпопуляции (плод, дети, пожилые люди, лица с проявлениями полиморфизма, гиперчувствительностью).
Особенности воздействия индивидуальных лекарственных средств и их смесей на другие биологические виды, сосуществующие с человеком или служащие человеку пищей, тем самым опосредованно усиливающие риски для человека.
Возможность острой интоксикации вследствие ошибочного или нарушающего требования законодательства использования лекарств, утилизированных в системы мусоросбора.
Как следует из ранее опубликованных данных [6], концентрация ЛС в очищенной питьевой воде варьирует от неопределяемых количеств до максимального обнаруженного содержания ибупрофена в концентрации 1,35 мкг/л (США). В основном же концентрации представлены значениями в десятки или сотни нанограмм на литр воды. Доля наименований лекарств, представленных в очищенной питьевой воде в концентрациях, отличных от нуля, в общем количестве наименований лекарств, остатки которых были обнаружены в питьевой воде, составляет 18,36%. А среднее арифметическое отличных от нуля минимальных и максимальных концентраций действующих веществ в питьевой воде составляет 0,090 мкг/л. Если принять во внимание, что человек потребляет в сутки около 2 л питьевой воды, то в среднем в организм может поступать 0,18 мкг различных ЛС ежедневно.
Самый простой и очевидный способ оценки рисков воздействия таких незначительных количеств действующих веществ – это опереться на результаты фармакологических и токсикологических исследований, которые проводятся фармацевтическими компаниями для каждого ЛС. В ходе таких исследований определяется зависимость «доза–эффект», позволяющая установить терапевтические дозы ЛС для их последующего медицинского применения. Очевидно, что для большинства ЛС указанная зависимость является индивидуальной: некоторые лекарства оказывают действие в микрограммовых количествах, а для некоторых терапевтическая доза может составлять грамм и более.
Для оценки потенциала токсического воздействия малых количеств лекарств на организм человека исследователи используют показатели, количественно характеризующие пороговые значения токсичности (это не касается карциногенности, в отношении которой применяется линейная зависимость для любой концентрации).
NOAEL (No-Observed-Adverse-Effect-Level) – максимальная доза, не вызывающая побочного эффекта [мг⁄(кг в день)]. (Иногда используется LOAEL (Lowest-Observed-Adverse-Effect Level) – минимальная доза, при которой наблюдается побочный эффект) [мг⁄(кг в день)]. Эти показатели включаются в состав раздела данных о токсичности, представляемого в регуляторные ведомства при получении разрешения на медицинское применение лекарства. Некоторые разработчики лекарств также определяют минимальную дозу ЛС, при которой наблюдается клиническая эффективность, – минимальную терапевтическую дозу (MTD – Minimal Therapeutic Dose). Оценка потенциала токсичности остатков ЛС на основе NOAEL предлагается рекомендациями по повторному использованию воды, принятыми в Австралии [7].
ADI (acceptable daily intake) – допустимая суточная доза [мг⁄(кг в день)], которая рассчитывается как NOAEL (или LOAEL, MTD), деленный на фактор неопределенности, отражающий особенности наиболее чувствительных к действию ЛС субпопуляций: пациентов с хроническими заболеваниями, пожилых людей, детей, беременных женщин и др. Фактор неопределенности принимается как 10 при наличии исследований токсичности только у животных и как 3 при наличии результатов исследований в конкретных субпопуляциях, обладающих повышенной чувствительностью [8].
DWEL (drinking water equivalent level) – эквивалентное значение ЛСв питьевой воде DWELлс мкг х л-1 который рассчитывается по формуле (см. приложение)
Таким образом, DWEL представляет собой максимальную концентрацию ЛС, выраженную в мкг х л-1 при которой, как следует их экспериментальных данных, может наступить токсический эффект при однодневном приеме. А соотнесение показателя DWEL с обнаруженными концентрациями лекарств в питьевой воде характеризует вероятность проявления токсической реакции. Сравнение показателей DWEL с максимальными обнаруженными концентрациями некоторых ЛС в питьевой воде и в поверхностных водах приведено в таблице 1.
Как следует из данных, приведенных в таблице 1, риски, связанные с однодневным приемом очищенной питьевой воды, можно считать малозначительными. Однако если сравнить максимальные концентрации ЛС, обнаруженные в поверхностных пресных водах (реки, озера, ручьи), с показателями DWEL, уровень безопасности не выглядит столь же убедительным. А в случае гемфиброзила максимальная концентрация в поверхностных водах, по крайней мере в одном из исследований (Канада), более чем в 4 раза превысила безопасную пороговую концентрацию. Поэтому, люди, чье питьевое водоснабжение построено на заборе воды из поверхностных водоемов с использованием минимальных технологий очистки (сельские поселения, малые города), могут со значительно большей вероятностью подвергаться интоксикации ЛС.
Отдельную группу опасных для здоровья ЛС в окружающей среде составляют вещества, обладающие способностью оказывать воздействие на эндокринную систему человека, т. н. эндокринные дисрапторы (endocrine disruptors). Кумулятивный гормональный эффект таких веществ измеряется в эстрадиоловом эквиваленте. В отличие от большинства ксенобиотиков действие эстрогенов обладает линейной зависимостью «доза-эффект», и сколько бы веществ, обладающих эстрогенной активностью, не находилось в среде, воздействующей на организм человека и других биологических видов, они будут оказывать нежелательное действие. Наибольшие риски это создает для некоторых субпопуляций, которые могут быть значительно более чувствительны к лекарствам, специально создаваемым для других субпопуляций. Так, например, дети, как выясняется, могут быть значительно более чувствительны к стероидным гормонам, чем это ранее считалось, даже присутствующим в концентрациях, которые находятся на нижней границе определимости [11].
Несмотря на логическую обоснованность гипотезы рисков, являющихся объектом анализа в данной публикации, к настоящему времени практически отсутствуют научные данные, которые однозначно свидетельствуют о связи заболеваемости человека с составом питьевой воды. Одним из немногих исключений являются результаты недавнего исследования, в котором была продемонстрирована связь между ростом заболеваемости раком груди и использованием возобновляемого источника питьевой воды, содержащей эндокринные дисрапторы, в т. ч. – синтетические половые гормоны [12].
В другом исследовании [13] делается вывод о возможной связи между экспозицией организма с раннего возраста к сверхмалым дозам эндокринных дисрапторов и ожирением, а также заболеваниями, ассоциированными с ожирением – диабетом 2-го типа и сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Основной причиной недостаточности данных о влиянии ЛС, присутствующих в природных водах, на здоровье человека является, на наш взгляд, невозможность установления контрольной группы в рамках популяционных исследований. А современная молекулярная биология, в свою очередь, не позволяет исследовать молекулярные механизмы заболеваний и других адаптационных реакций организма в той степени, которая позволяет строить аддитивные модели влияния химических веществ на этиологию различных состояний человеческого организма, тем более в популяции.
В оценке потенциала токсикологических рисков нельзя не принимать во внимание возможность существования специфических непредсказуемых реакций организма на сверхмалые концентрации действующих веществ, возникающих вследствие гормезиса. Под гормезисом в токсикологии понимают феномен, биохимические механизмы которого мало изучены и который характеризуется парадоксальным биологическим ответом на сверхмалые дозы интоксиканта. Зависимость «доза–эффект» при гормезисе может иметь U-форму. О встречаемости этого явления говорят, например, результаты исследования частоты встречаемости U-формы зависимости «доза–эффект» в токсикологической литературе [14]. Было обнаружено, что в 195 публикациях из 20 285 (около 1%) содержится информация о 668 зависимостях «доза–эффект», удовлетворяющих входному критерию, а 86 публикаций свидетельствуют о присутствии эффекта гормезиса: из 1 089 доз, не превышающих NOAEL, 213 (19,5%) статистически достоверно подтверждают наличие гормезиса. Дальнейшее изучение явления гормезиса заставило даже пересмотреть нормативные пороговые значения для некоторых противоопухолевых средств [15].
Следует также иметь в виду, что в природных водах одновременно содержатся, как правило, десятки наименований различных ЛС и до настоящего времени неизвестно, как на уровне сверхмалых концентраций реализуются хорошо изученные для терапевтических доз синергетические эффекты: аддитивность и потенцирование. Так, в исследовании, посвященном изучению токсических свойств противовоспалительных средств диклофенка, ибупрофена, ацетилсалициловой кислоты и напроксена [16], было обнаружено, что в условиях теста с использованием водорослей в интервалах концентраций 72–626 мг/л суммарная токсичность смеси наблюдалась даже в концентрациях, при которых индивидуальная токсичность каждого из веществ не обнаруживалась.
Интересное исследование было проведено Pomatietal [17], которое было посвящено изучению влияния смеси ЛС разных групп на некоторые параметры развития клеток человеческого эмбриона in vitro. Смесь исследуемых ЛС состояла из атенолола, безафибрата, карбамазепина, циклофосфамида, ципрофлоксацина, фуросемида, гидрохлоротиазида, ибупрофена, линкомицина, офлоксацина, ранитидина, альбутерола и сульфаметоксазола в концентрациях, в которых они встречаются в окружающей среде. Было обнаружено, что в то время как индивидуальные вещества не оказывали заметного влияния на модель, смесь веществ приводила к возникновению статистически значимых изменений параметров модели.
Методология анализа при оценке влияния смесей химических веществ (включая ЛС) изложена в итоговой публикации, подготовленной в рамках специализированной программы Всемирной организации здравоохранения [18].
Кроме воздействия на организм человека, ЛС могут влиять и на другие биологические виды. В исследовании, проведенном в течение 7 лет в Канаде, было показано, что хронический контакт рыб с 17α-этинилэстрадиолом в концентрации 0,005–0,006 мкг/л приводил к феминизации мужских особей и полной гибели популяции в экспериментальном водоеме [19]. А в более раннем исследовании [20] было обнаружено, что этинилэстрадиол способен аккумулироваться в организме рыб и достигать концентраций до миллиона раз более высоких, чем в окружающей среде.
Некоторые другие действующие вещества, например флуоксетин и сертралин, способны к аккумуляции в организме рыб, достигая концентрации, в 3 раза превышающей их концентрацию в окружающей среде [21].
Сельскохозяйственные растения также способны аккумулировать лекарственные средства, поступающие из почвы. Так, в одном исследовании было обнаружено, что остатки исследуемых ЛС могут накапливаться в кормовых растениях и достигать концентраций до 10% ADI в пересчете для человеческого организма [22]. Все это создает дополнительные опасности для живых существ, которые используют такие растения в качестве пищи, в т. ч. для человека и сельскохозяйственных животных.
Но особое беспокойство вызывают риски, связанные с возможностью антибиотиков, содержащихся в окружающей среде, способствовать развитию резистентности патогенных микроорганизмов. Как было отмечено выше, противомикробные средства обычно плохо метаболизируются в организме и практически полностью в неизменном виде выводятся в ходе физиологической экскреции. Благодаря этому сточные воды становятся каналом, обеспечивающим вторичный (после организма человека и животных) контакт антибиотиков с микрофлорой, и средой, в которой может происходить формирование и распространение факторов резистентности [23, 24]. Способность антибиотиков оказывать действие на микроорганизмы, в т. ч. способствовать селекции резистентных штаммов, характеризуется показателем «минимальная ингибирующая концентрация» (MIC), который индивидуален для каждого антибиотика и для каждого вида микроорганизмов. Интервалы минимальных ингибирующих концентраций некоторых антибиотиков приводятся в таблице 2.
Как следует из приведенных данных, практически во всех случаях максимальные обнаруженные в водной среде концентрации антибиотиков оказываются в 10 и более раз ниже минимальных значений, способных производить селекцию резистентных колоний микроорганизмов. Тем не менее обращают на себя внимание ципрофлоксацин, содержание которого в сточных водах превышает минимальный порог, и тетрациклин, содержание которого в неочищенных стоках очень близко к пороговому значению. Таким образом, роль антибиотиков, поступающих в сточные воды, в формировании резистентности микроорганизмов нельзя исключать.
Однако совершенно иная ситуация наблюдается с содержанием антибиотиков в канализационном иле, который, как известно, активно используется в качестве удобрения в сельскохозяйственном производстве. Так, в высушенном канализационном иле были обнаружены антибиотики в следующих концентрациях: ципрофлоксацин (1000-2400 мг/кг), норфлоксацин (1500-2400 мг/кг) [27], азитромицин (1,3-158 мг/кг), кларитромицин (0,3-63 мг/кг) [28, 29], тетрациклин (до 1600 мг/кг) [30] и другие антибиотики. Настолько высокие концентрации действующих веществ безусловно могут стать причиной развития резистентности. А в случае использования ила в качестве удобрения он может стать носителем не только ЛС, проникающих в почву, но и резистентных к антибиотикам патогенных микроорганизмов. Последние, в свою очередь, могут контаминировать сельскохозяйственные культуры и вызывать тяжелые заболевания у людей, например, при использовании в пищу свежих овощей или зелени, используемых без термической обработки, как это происходило в нескольких странах Европейского союза летом 2011 г.
Одним из первых изучению распространенности резистентных к антибиотикам энтеробактерий в системе городской канализации посвятил свою работу Н.Н. Мойсеенко [31].
Кроме этого, находящиеся в сточных водах антибиотики могут оказывать воздействие и на непатогенные микроорганизмы, используемые в биологических технологиях очистки сточных вод, приводить к снижению эффективности их метаболизма и ухудшать показатели удаления других ЛС [32].
Не меньше проблем могут нести противовирусные препараты, которые устойчивее, чем антибиотики, к воздействию технологий очистки сточных вод и могут присутствовать в сточных водах в концентрациях, достаточных для селекции штаммов резистентных вирусов [33].
И в заключение нельзя не отметить, что негативные проявления ЛС, поступающих в организм человека с питьевой водой, необязательно должны проявляться в традиционной форме запланированного терапевтического действия или изученного острого (хронического) токсического проявления. В связи с этим нельзя обойти вниманием некоторые работы, посвященные изучению связи между хроническим поступлением в организм сверхмалых количеств ЛС и нарушением обучаемости или поведенческих реакций человека [34, 35].
Нельзя, впрочем, не признать, что и в этом случае непросто выделить меру воздействия одной из групп поллютантов окружающей среды из общего перечня химических, физических и социальных факторов, гипотетически способных оказывать подобное влияние.
Заключение и выводы
Необходимо признать, что риски, связанные с возможностью неконтролируемого негативного влияния остатков ЛС, присутствующих в окружающей среде, на биологические организмы, и в первую очередь на человека, недостаточно изучены.
Особенное внимание исследователей требуется в изучении проблемы развития и распространения резистентности патогенных микроорганизмов к антибиотикам. Ведь, как свидетельствуют результаты многочисленных исследований, сточные воды крупных городов, и в особенности канализационный ил, применяемый для удобрения сельскохозяйственных почв, несут в себе большую опасность, связанную с появлением и переносом патогенов, невосприимчивых к существующим методам химиотерапии. В наибольшей степени этот риск априори касается наиболее крупных городских агломераций, в т. ч. в РФ.
Формула, таблицы - в приложении
