Environmental Toxicology and Chemistry

Các hormone steroid estrone (E₁), 17β‐estradiol (E₂), estriol (E₃), 17α‐ethinylestradiol (EE₂), và các dạng liên hợp của chúng đã được khảo sát trong một nhà máy xử lý nước thải nâng cao (STP). Nồng độ estrogen trong mẫu nước và bùn, được thu thập vào tháng 10 năm 2004 và tháng 4 năm 2005, đã được xác định bằng phương pháp sắc ký khí-spectrometric khối lượng và sắc ký lỏng-spectrometric khối lượng giai đoạn tandem. Đồng thời, hoạt tính estrogen được định lượng bằng cách sử dụng các dòng tế bào đáp ứng estrogen (MELN) để điều tra hành vi của tổng thể các hợp chất estrogen. Nồng độ estrogen tại đầu vào dao động từ 200 đến 500 ng/L, với tỷ lệ các dạng liên hợp chiếm hơn 50%. Các estrogen chính trong nước thải đầu vào là E₁ và E₃. Hoạt tính estrogen dao động trong khoảng từ 25 đến 130 ng/L tương đương E₂ (EEQs). Nồng độ estrogen và hoạt tính estrogen đo được ở đầu vào và trong nước thải đã qua xử lý sơ bộ tương tự nhau, cho thấy tác động yếu của quá trình xử lý sơ bộ đối với việc loại bỏ hormone. Ngược lại, cả nồng độ estrogen và hoạt tính estrogen đều giảm trong quá trình xử lý sinh học, với hiệu suất loại bỏ cao (>90%). Estrone, E₂, và EE₂ tồn tại trong nước đã xử lý dưới 10 ng/L, trong khi hoạt tính estrogen thấp hơn 5 ng/L EEQs. Lưu lượng khối lượng estrogen trong nước thải ra và bùn đại diện cho dưới 2% và 4%, tương ứng, của đầu vào. Do đó, phần của estrogen được hấp phụ vào bùn là rất nhỏ, và sự phân hủy sinh học là phương thức chính để loại bỏ estrogen. Cách tiếp cận kết hợp này, so sánh phân tích hóa học và sinh học, cho phép chúng tôi xác nhận rằng hầu hết hoạt tính estrogen xảy ra trong STP này, chủ yếu nhận nước thải sinh hoạt, là do hormone giới.

Các gốc cacbonat được tạo ra bởi quá trình quang phân H2O2 ở bước sóng 313 nm trong dung dịch natri bicarbonat (pH 8,3) hoặc cacbonat (pH 11,6) đã phản ứng với các dẫn xuất anilin nhân thay thế. Những phản ứng nhanh đặc biệt (các hằng số tốc độ bậc hai từ 5 × 10⁸ đến 2 × 10⁹) đã được quan sát với các anilin mang nhóm thay thế cho electron, trên vòng hoặc tại nguyên tử nitơ. Các kết quả cho thấy rằng các gốc cacbonat có thể đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ một số amine thơm khỏi môi trường nước, đặc biệt là trong các nguồn nước giàu cacbonat.

Các hợp chất gây rối loạn nội tiết có khả năng thay đổi các con đường hormone điều chỉnh các quá trình sinh sản. Ngoại trừ những tác động nội tiết dẫn đến suy giảm sinh sản và sự suy giảm quần thể ở một số loài động vật hoang dã (ví dụ: đại bàng đầu hói ở Great Lake [Hoa Kỳ], cá sấu Mỹ ở Lake Apopka [Florida, Hoa Kỳ]), những tác động sinh thái của việc tiếp xúc với các hợp chất gây rối loạn nội tiết chưa được nghiên cứu đầy đủ. Ví dụ, cá đực tiếp xúc với các hợp chất estrogen cho thấy sự gia tăng sản xuất vitellogenin, một tiền chất của lòng đỏ trứng, nhưng tầm quan trọng sinh học của các mức vitellogenin cao vẫn còn mang tính suy đoán. Cần phát triển các kỹ thuật để dự đoán và đánh giá chính xác hơn mối liên quan sinh thái của việc tiếp xúc với các hợp chất gây rối loạn nội tiết. Trong bài đánh giá này, chúng tôi tập trung vào sinh sản cá như một chỉ số sinh thái có liên quan đến sự rối loạn nội tiết, cụ thể là hoạt động estrogen. Phần tiếp theo sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về sinh lý sinh sản và nội tiết của cá lưỡng tính, cũng như phác thảo một số kỹ thuật thường dùng để sàng lọc hoạt động estrogen ở cá. Cuối cùng, một mô hình thí nghiệm sinh sản quy mô đề xuất sử dụng cá Japan medaka (Oryzias latipes) sẽ được trình bày.

Các nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá sự hấp thụ của bảy hóa chất gây rối loạn nội tiết (EDCs), gồm có estrone (E1), 17β-estradiol (E2), estriol (E3), 17α-ethynylestradiol (EE2), bisphenol A (BPA), 4-tert-octyl phenol (4-t-OP) và 4-n-nonyl phenol (4-n-NP) trên bốn loại đất (từ đất cát đến đất sét) với các đặc tính lý hóa khác nhau và sự phân hủy sinh học của năm EDCs (BPA, E2, EE2, 4-t-OP và 4-n-NP) trong một loại đất thịt liên quan đến việc tái sử dụng nước thải. Chúng tôi cũng đã xác định quá trình chuyển hóa sinh học của E2 thành E1 trong đất thịt dưới điều kiện hiếu khí và yếm khí. Thử nghiệm hấp thụ bằng phương pháp cân bằng lô cho thấy rằng các phenol mạch nhánh (4-t-OP và 4-n-NP) có sự hấp thụ mạnh nhất vào đất, tiếp theo là các estrogen (EE2, E2, E1, E3) và BPA. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm này cho thấy rằng tất cả năm EDCs, bao gồm cả sản phẩm phân hủy E1, đã bị phân hủy nhanh chóng trong đất trong vòng 7 ngày dưới điều kiện hiếu khí. Tuy nhiên, dưới điều kiện yếm khí trong đất, gần như không có sự phân hủy nào của năm EDCs được ghi nhận ngoại trừ E2, mà cho thấy quá trình phân hủy chậm trong suốt 70 ngày nghiên cứu. Thời gian bán hủy tính toán cho E2 dưới điều kiện yếm khí là 24 ngày trong đất. Estradiol đã được tìm thấy có khả năng chuyển hóa thành E1 dưới cả hai điều kiện hiếu khí và yếm khí. Nghiên cứu cho thấy rằng năm EDCs cũng như E1, có thể tồn tại trong nước thải tái chế, sẽ không bền vững trong đất được thông khí tốt. Nhưng những EDCs này tồn tại trong đất yếm khí có thể ảnh hưởng đến chất lượng đất và nước ngầm cũng như hệ sinh thái.

Pharmaceuticals may be released to the soil environment through the application of biosolids to land. To understand those factors affecting the persistence of pharmaceuticals in the soil environment, the present study was performed to assess the effects of soil type, the presence of biosolids, and the impact of chemical mixture interactions on the degradation of three pharmaceuticals: naproxen, carbamazepine, and fluoxetine. Single-compound studies showed that naproxen degraded in a range of soils with half-lives ranging from 3.1 to 6.9 d and in biosolids with a half-life of 10.2 d. No relationships were observed between degradation rate and soil physicochemical properties and soil bioactivity. For naproxen, addition of biosolids to soils reduced the degradation rate observed in the soil-only studies, with half-lives in the soil-biosolid systems ranging from 3.9 to 15.1 d. Carbamazepine and fluoxetine were found to be persistent in soils, biosolids, and soil-biosolid mixtures. When degradation was assessed using a mixture of the three study compounds and the sulfonamide antibiotic sulfamethazine, the degradation behavior of fluoxetine and carbamazepine was similar to that observed in the single compound studies (i.e., no degradation). However, the degradation rate of naproxen in soils, biosolids, and soil-biosolid systems spiked with the mixture was significantly slower than in the single-compound studies. As degradation studies for risk assessment purposes are performed using single substances in soil-only studies, it is possible that current risk assessment procedures will underestimate environmental impacts. Further work is therefore warranted on a larger range of substances, soils, biosolid types, and chemical mixtures to better understand the fate of pharmaceuticals in terrestrial systems.

Toxicity tests were performed with seven fluoroquinolone antibiotics, ciprofloxacin, lomefloxacin, ofloxacin, levofloxacin, clinafloxacin, enrofloxacin, and flumequine, on five aquatic organisms. Overall toxicity values ranged from 7.9 to 23,000 μg/L. The cyanobacterium Microcystis aeruginosa was the most sensitive organism (5-d growth and reproduction, effective concentrations [EC50s] ranging from 7.9 to 1,960 μg/L and a median of 49 μg/L), followed by duckweed (Lemna minor, 7-d reproduction, EC50 values ranged from 53 to 2,470 μg/L with a median of 106 μg/L) and the green alga Pseudokirchneriella subcapitata (3-d growth and reproduction, EC50 values ranged from 1,100 to 22,700 μg/L with a median 7,400 μg/L). Results from tests with the crustacean Daphnia magna (48-h survival) and fathead minnow (Pimephales promelas, 7-d early life stage survival and growth) showed limited toxicity with no-observed-effect concentrations at or near 10 mg/L. Fish dry weights obtained in the ciprofloxacin, levofloxacin, and ofloxacin treatments (10 mg/L) were significantly higher than in control fish. The hazard of adverse effects occurring to the tested organisms in the environment was quantified by using hazard quotients. An estimated environmental concentration of 1 μg/L was chosen based on measured environmental concentrations previously reported in surface water; at this level, only M. aeruginosa may be at risk in surface water. However, the selective toxicity of these compounds may have implications for aquatic community structure.

The present study used cholinesterase (ChE) activity in earthworms as a biomarker of pesticide exposure at 17 apple orchards using different pest protection strategies (organic, integrated pest management [IPM], conventional, and abandoned) located within a 300-km2 subregion near Avignon in southeastern France). The most common earthworm species in the 17 orchards was Allolobophora chlorotica. We examined inherent variability in ChE activity that might be attributable to soil characteristics and found that differences in soil structure or type did not significantly influence ChE activity. Furthermore, there was no relation between ChE specific activity and earthworm weight, and thus activity does not require correction for weight. Ten earthworms were collected in two successive months (April and May 2003) from each of the 17 orchards. Compared to the activity in worms from the control abandoned orchards, ChE activity was significantly decreased in earthworms from half the IPM and conventional orchards in April and all these orchards in May. Notably, ChE activity was also lower in earthworms from three organic orchards during May. No relation was observed between ChE decrease and the number of treatments (total or only organophosphorous and carbamate pesticides). Cholinesterase activity in earthworms from abandoned orchards varied between the two collecting periods, illustrating the difficulty in obtaining reference values for the use of ChE as a biomarker in field studies.