Occurrence, fate and effects of pharmaceuticals and hormones in aquatic environment
Sucul ortamlarda ilaç ve hormonların saptanması, davranış ve etkileri
- Tez No: 323732
- Danışmanlar: PROF. DR. İLHAN TALINLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
1960'ların ortalarından başlayarak PCBler, DDT ve metil civa gibi kirleticilerin zehirlilik etkilerinin ve besin zincirinde üst basamaklara çıkıldıkça canlılarda daha fazla biriktiğinin belirlenmesi ile kirleticilerin ekosistem üzerindeki zararlı etkileri ve çevredeki değişimleri konusundaki çalışmalar giderek artmaya başlamıştır. Bu tip tekil kimyasalların KOİ ve BOİ gibi kolektif organik parametrelerden farklı olarak tanımlanabilmesi için ?özel su kirleticileri? (specific water pollutants) kavramı ortaya atılmıştır. OECD'nin yaptığı tanıma göre belirli koşullar altında suyun kalitesini özellikle insana ve su canlılarına olan zehirli etkisi nedeniyle çok düşük konsantrasyonlarda dahi düşüren ve insan faaliyetleri sonucu çevreye karışan maddelere özel su kirleticileri ya da kalıcı kirleticiler ya da mikrokirleticiler denilmektedir. Teknolojinin gelişmesi ile birlikte hem mikrokirleticiler, çevresel sularda daha düşük ölçüm limitlerinde ölçülebilir olmuş hem de canlı yaşamını ve ekosistem dengesini etkileyebilecek yeni kirleticiler ortaya konulmuştur. Bu tip kirleticiler henüz yönetmelikler ile denetlenmediği için görünür hale gelen anlamındaki ?emerging pollutants? adı altında kategorileştirilmişlerdir. ?Emerging pollutants? içerisinde yüzey aktif maddeler, ilaçlar ve kişisel bakım ürünleri sayılabilir. Bu kategorideki birçok kirletici için henüz risk değerlendirmesinde kullanılabilecek çevresel konsantrasyon ve ekotoksikolojik veriler yeterince bulunmamaktadır. Dolayısıyla bu kirleticilerin canlı yaşamına ve ekosisteme etkilerini eldeki veriler ile kestirmek çok zordur ve iyi bir değerlendirme için yeni verilere ihtiyaç bulunmaktadır.İlaçların önemli bir olası etkisi ise maruz kalan canlıların endokrin sisteminin işlevinde yaratacağı bozuklukardır. ?Endokrin sistemi bozucu? terimi ilk kez 1992'de kullanılmış olup 1996'da ABD'de bu tür maddelerin neler olabileceğine dair resmi araştırmalar yapılmaya başlanmıştır.Önemli bir çevresel sorun olan ilaç kalıntıları Avrupa Birliği 5. Çerçeve Programı'nda araştırma önceliğine sahip alan olarak seçilmiş olup Avrupa Birliği'nin bu konudaki araştırmalara desteği 6. ve 7. Çerçeve Programları'nda da devam etmiştir.İlaçların üretim ve kullanımları çevrede birikmelerine ve ekosistemin ilaçlardan etkilenmesine neden olur. İlaçların en önemli kaynakları hasta kullanımları sonucunda evler ve hastanelerdir. Kullanım sonrası ilaçlar vücuttan değişmeden ya da metabolit ya da konjugeleri şeklinde atılırlar.Aıtksu arıtma tesisleri ise ilaç ve endokrin sistemi bozucu maddeleri taşıyan atıksuların toplandığı yerlerdir. Atıksu arıtma tesisleri genellikle Kimyasal Oksijen İhtiyacı deneyi ile tespit edilebilen karbonlu organik maddelerin ve azot ve fosfor gibi besi maddelerinin giderimi için tasarlanmıştırlar. Birçok ilaç biyolojik olarak parçalanamadığı için atıksu arıtma tesisleri ilaç ve endokrin sistemi bozucu maddelerin esas kaynağı olarak kabul edilebilir.Tarım ve hayvancılık faaliyetleri ile balık çiftlikleri ilaç ve hormonların yayılı kaynaklarıdır. Estrojenler ve diğer ilaçlar balık çiftliklerinde üremeyi artırmak için kullanılırlar. Balık çiftlikleri denizlere kuruldukları için bu tesislerde kullanılan ilaç ve hormonlar tesisin bulunduğu alanı kirletirler. Yetiştirilen hayvanlara da çeşitli ilaç ve hormonlar verilmektedir. Kullanılan bu ilaç ve hormonlar hayvan vücudundan dışkı ile atıldıktan sonra yüzeysel akış yolu ile yüzeysel sulara ulaşmaktadır.İlaçların ve hormonların çevresel sulardaki miktarlarının belirlenmesi son derece kompleks matrislere sahip numunelerde çok hassas ölçümleri gerektirmektedir. Bu sebeple, kullanılan analitik teknikler, ölçümü yapılan maddelerin birçok safsızlıkların arasından ayrılıp belirlenmesini sağlayacak kadar spesifik, düşük ölçüm limitlerine inebilecek kadar da hassas olmalıdır. İlaçların birçoğu polar yapıda olup görece daha düşük moleküler ağırlıklara sahip oldukları için ölçümleri son derece zorlayıcı olabilir. Bu yüzden ilaçların çevresel sulardaki miktarlarının belirlenmesi ileri ölçüm tekniklerinin (GC-MS/MS, LC-MS/MS gibi) kullanımını gerektirmektedir. Hâlihazırda ilaçların ölçümünü amaçlayan metotlar literatürde yer almakta ve bu metotların sayıları hızla artmaktadır ancak yine de kullanılagelen bu analitik metotların geliştirilmesi gerekmektedir.İlaç ve hormonların ekolojik etkileri ng/L seviyelerinde görüldüğü için ölçüm limitlerinin de bu seviyelerde olması gerekmektedir. Önceleri GC-MS ve GC-MS/MS ilaç ve hormonların kullanımları için tercih edilen ekipmanlar iken gelişen teknoloji ile hassasiyetleri artırılan ve türevlendirme gerektirmeyen LC-MS/MS sistemler bu çalışmalarda günümüzde daha sık kullanılmaktadır.Kirleticilerin çevredeki değişim ve dönüşümlerinin belirlenmesi karmaşık bir konudur. Değişim ve taşınım prosesleri çalışılan matrise bağlıdır. Genellikle, değişim ve dönüşüm çalışmalarında iki temel yaklaşım kullanılmaktadır: laboratuvar ölçekli çalışmalar ile saha çalışmaları. Laboratuvar çalışmaları tüm proseslerin belirli bir detayı hakkında bilgi sağlarken saha çalışmaları gerçek koşullar altında, kirleticilerin davranışı hakkında açıklama yapılmasına olanak sağlarlar.İlaçlar biyolojik bir etki yaratmak üzere tasarlandıkları için ekosistemlere ve özellikle bu ekosistemlerde yaşayan canlılara ters yönde etki edecekleri tahmin edilmektedir. Her ne kadar çevrede bulunduklarından daha yüksek dozlarda ilaçlar tedavi için kullanılsa da besin zinciri aracılığıyla ya da içme suyundan doğrudan maruz kalma ile sulardaki ilaç kalıntıları uzun maruz kalma süreleri sonucu insan sağlığını da tehdit edebilir.Ekolojik etki belirleme çalışmalarında genellikle tek bir tür üzerinde yapılan deneyler kullanılmaktadır. Ancak bu tip deneyler türlerin etkileşimi hakkında minimum bilgi sağlamaktadır. Besin zinciri boyunca etki mekanizmasını belirlemek için bensin zincirinin farklı basamaklarında bulunan farklı türler kullanılmalıdır.Yürürlükteki yasalara göre, yeni bir ilaç piyasaya sürülmeden önce akut ve kronik etkileri belirlenmelidir. Dolayısıyla ilaçların etkileri hakkında ilaç piyasaya sürülmeden çeşitli testler yapılır. Ancak, literatürde, ilaçların interaktif (sinerjistik/antogonistik v.b.) etkileri hakkında bazı çalışmalar olsa da bu etkiler hala yeterince ortaya konamamıştır.Endokrin bozucu maddelerin ve ilaçların kütle tabanlı analitik cihazlar ile ölçümü kantitatif sonuçlar vermektedir. Diğer yandan daha kalitatif olan biyolojik testler ise toplam östrojenik etkiyi vermesi açısından son derece etkin araçlardır. Her iki sistemin kendine özgü avantaj ve dezavantajları ortaya konulduğu zaman hem estrojeniteyi belirlemek açısında biyolojik testlerin (YES vb.) hem de izlenen maddelerin çevresel konsantasyonlarının belirlenmesi açısından analitik ölçüm cihazlarının (LC-MS/MS) kullanımı çalışmalarda farklı bakış açıları ile değerlendirmeler yapılmasını sağlamaktadır.Özellikle gelişmiş ülkelerde ilaç ve hormonların yüzeysel sulardaki miktarları ile ilgili çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Yine de ilaç ve hormonların yüzeysel sulardaki davranışlarının belirlenmesi için yeni saha çalışmalarına gereksinim duyulmaktadır.Bu çalışmanın temel amacı sucul ortamlardaki ilaç ve hormon kalıntılarının varlığı, değişimi ve etkileri üzerine bilimsel bilgi oluşturmaktır. Çok fazla kullanılan 10 adet ilaç etken maddesi (3 adet steroid olmayan ateş düşürücü, diklofenak, ibuprofen, naproksen; 4 adet antibiyotik, amoksisilin, siprofloxasin, eritromisin ve sulfametoksazol; 2 adet beta bloker, atenolol ve propranolol ve bir adet uyarıcı, kafein) ve 4 adet östrojen hormon estrone (E1), estradiol (E2), estriol (E3), ve 17?-ethynylestradiol (EE2) bir yıllık satış verilerine gore seçilmiştir. Seçilen ilaç ve hormon kalıntılarının İstanbul'da bulunan bir yüzeysel sudaki varlığı araştırılmıştır.Önemli bir içme suyu kaynağı olan Büyükçekmece Gölü ve bu göle akan beş adet derede seçilen ilaçların anlık konsantrasyonları izlenmiştir. Mevsimsel değişimleri izlemek amacıyla yılın beş farklı zamanında numune alınmıştır. Katı faz ekstraksiyonu ve tandem kütle spektroskopisine bağlı ultra performanslı sıvı kromatograf kullanılarak hızlı ve hassas bir ölçüm yöntemi geliştirilmiştir. Maddelerin polarite farklarından dolayı literatürde genellikle ilaç ve hormonlar için ayrı yöntemler bulunmaktadır. Geliştirilen numune hazırlama yöntemi ile ilaç ve hormonların tek bir ölçüm yöntemi kullanılarak ölçülmesini olanaklı kılmıştır.Geliştirilen bu yöntemde farklı maddeler için 0,5 ila 1,1 ng/L arasında en düşük ölçüm limitleri elde edilmiştir. Ultra saf su ve yüzeysel su için sırasıyla %72-119 arasında ve %61-98 arasında geri kazanımlar elde edilmiştir. Bazı ilaçlar, nehirlerde µg/L seviyesinde ölçülmüştür. En sık tespit edilen maddeler kafein ve antibiyotikler iken sentetik bir hormon olan EE2 sadece 4 kez tespit edilerek en az tespit edilen madde olmuştur.İlaç ve hormonların ekolojik etkilerini belirlerken besin zincirinde farklı yerlerde bulunan canlılar üzerindeki farklı etkiler hakkında bilgi edinebilmek üzere çeşitli ekotoksikolojik araçlar kullanılmıştır. P. subcapitata akut ekotoksik etkileri belilemek üzere kullanılırken D. magna hem akut hem de kronik ekotoksik etkilerin belirlenmesinde kullanılmıştır. Mutajenik ve östrojenik etkileri belirlemek üzere sırasıyla AMES ve YES testleri kullanılmıştır.P. subcapitata ve D. magna ile yürütülen deneyler sonucunda ilaç ve hormonların yüzeysel sularda bulunan konsantrasyonlarının herhangi bir akut etki yaratması beklenmese de çalışılan maddelerin kronik etkilerinin ekosistem dengesini sarsıcı olabileceği gözlenmiştir.Tekil maddelerin etkilerinin gözlenmesinin yanında, bilimsel literatürde bulunan bilgi eksikliği nedeniyle ilaç ve hormon karışımlarının yarattığı etkiler de çalışılmıştır. D. magna akut ve kronik ve P. subcapitata akut ekotoksisite testlerinde bütün karışımlar sinerjistik etki göstermiştir. Ayrıca maddelerin tekil olarak etki göstermedikleri konsantrasyonları karıştırılmaları durumunda bu testlerde ekotoksik etki yaratmaktadırlar. Bu sonuçlar, tekil maddelerin çevresel risk değerlendirme çalışmalarında kullanılan eşik değerlerinin yanında interaktif etkilerinin de belirlenmesinin daha anlamlı ve yararlı olacağını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to provide specific information on the occurrence, fate and effects of pharmaceuticals and hormones in aquatic environment. 10 widely used pharmaceuticals (three NSAIDs, Diclofenac, Ibuprofen, Naproxen; four antibiotics amoxicillin, ciprofloxacin, erythromycin, and sulfamethoxazole; two ß-blockers, atenolol and propranolol; and one stimulant, caffeine and 4 estrogen hormones estrone (E1), estradiol (E2), estriol (E3), and 17?-ethynylestradiol (EE2) were selected according to one year-sales data. The occurrence of selected pharmaceuticals and hormones in surface water in Istanbul, Turkey was investigated in this study. An important drinking water source, Büyükçekmece Lake and five main rivers flowing into the lake were selected for the monitoring of the compounds. Sampling was conducted five different times in a year in order to observe seasonal changes. A new, rapid and sensitive method using solid phase extraction and ultra-performance liquid chromatograph coupled with triple quadrupole tandem mass spectrometer was developed. Minimum quantification limits were between 0.5 and 1.1 ng/L for different compounds. Recoveries were between 72-119 % and 61-98 % for ultra-pure water and for surface water, respectively. All selected compounds were detected at least once in the samples. Some pharmaceuticals were detected as high as a few of micrograms per liter levels in the rivers. Most frequently detected compounds were caffeine and antibiotics (amoxicillin, ciprofloxacin, erythromycin and sulfamethoxazole). Synthetic hormone (17?-ethynylestradiol) was detected only 4 times making it the least detected compound in the whole sampling period.Since pharmaceuticals are designed to exert biological effects, it is expected that they adversely affect ecosystem. Moreover, they may pose threat to human health via food web and/or direct exposure. Different tools were used for the determination of ecological impacts of selected pharmaceuticals and hormones to cover different effects and to understand responses of different species in different levels of the food web. P. subcapitata was used for the determination of acute effects whereas D. magna was used for the determination of both acute and chronic effects. Mutagenic effects and endocrine disruptive effects were determined with AMES and YES test, respectively.The results of tests conducted with P. subcapitata and D. magna indicate that even though studied pharmaceuticals and hormones may not present acute adverse effects at low concentrations; they may have drastic chronic effects.In addition to studying the effects of single compounds, the effects of mixtures of pharmaceutical and hormones were also studied since there was a lack of data in the scientific literature. All mixtures had synergistic interaction for D. magna acute immobilization, P. subcapitata growth inhibition, and D. magna reproduction inhibition tests. Moreover, mixtures had stronger toxicity than predicted values even at concentrations at which single compounds do not exhibit effects for D. magna acute immobilization, P. subcapitata growth inhibition, and D. magna reproduction inhibition tests. These results indicate that NOECs for single toxicity tests are not enough for the assessment of environmental risks of the compounds since they will be present as a mixture.
Benzer Tezler
- Occurrence and fate of micropollutants and their metabolites in WWTPs
Mikrokirletici ve ara ürünlerinin AAT'lerde oluşumu ve akıbeti
SERENAY CEREN TÜZÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF PEHLİVANOĞLU MANTAŞ
- Evaluation of anaerobic biodegradability characteristics of antibiotics and toxic/inhibitory effect on mixed microbial culture
Antibiyotiklerin anaerobik biyolojik ayrışabilirlik özelliklerinin ve karışık mikrobiyal kültür üzerine toksisite/inhibisyon etkilerinin değerlendirilmesi
ZEYNEP ÇETECİOĞLU
Doktora
İngilizce
2011
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DERİN ORHON
PROF. DR. ORHAN İNCE
- Erzurum Kentsel Atıksu Arıtma Tesisinde Seçili Mikrokirleticilerin Tesbiti ve Akibetinin Belirlenmesi
The Detection and Fate Analysis of Selected Micropollutants in Erzurum Municipal Wastewater Treatment Plant
FATMAGÜL ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Çevre MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP EREN
- Fate and effects of engineered nanoparticles in the environment and new approaches for their risk assessment
Nanopartiküllerin çevredeki davranış ve etkileri ile risk değerlendirmesi için yeni yaklaşımlar
EMEL TOPUZ
Doktora
İngilizce
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN TALINLI
PROF. DR. NICO VAN STRAALEN
- Fate and effects of engineered nanoparticles in theenvironment and new approaches for their risk assessment
Çevredeki nanopartiküllerin akibet ve etki değerlendirmesi ve risk değerlendirmesi için yeni yaklaşımlar
EMEL TOPUZ
Doktora
İngilizce
2015
Çevre MühendisliğiVrije Universiteit AmsterdamÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİCO VAN STRAALEN