Oszacowanie stosowania środków odurzających w kampusie akademickim na podstawie wyników analizy chemicznej ścieków komunalnych

Oszacowanie stosowania środków odurzających w kampusie akademickim na podstawie wyników analizy chemicznej ścieków komunalnych Estimation of the usage of psychoactive substances in academic campus based on analysis of municipal waste water Marek Wiergowski 1, Ireneusz Sołtyszewski 2, Urszula Szymańska 2, Elżbieta Zębek 2, Zbigniew Jankowski 1, Jacek Sein Anand 3,4 1 Katedra i Zakład Medycyny Sądowej Gdański Uniwersytet Medyczny Kierownik: dr hab. n. med. Zbigniew Jankowski 2 Katedra Kryminalistyki i Medycyny Sądowej Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Kierownik: dr hab. Bronisław Młodziejowski 3 Zakład Toksykologii Klinicznej Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego Kierownik: dr hab. n. med. Jacek Sein Anand 4 Pomorskie Centrum Toksykologii Kierownik: dr n. med. Wojciech Waldman Adres do korespondencji: Dr inż. Marek Wiergowski ul. Dębowa 23, 80-204 Gdańsk Tel. (+48) 58 349 12 57 Fax (+48) 58 341 04 85 E-mail: marwier@gumed.edu.pl 1

Streszczenie Ważnym źródłem obiektywnych informacji na temat rodzaju i skali zażywanych substancji psychoaktywnych stają się badania ścieków komunalnych lub wód powierzchniowych. Z punktu widzenia chemii analitycznej ścieki komunalne stanowią skomplikowaną mieszaninę substancji, dlatego ich miarodajna analiza wymaga dokładnego zaplanowania zarówno miejsca poboru próbek jak i efektywnych metod badawczych. Celem niniejszej pracy była próba oszacowania skali używania środków odurzających w kampusie akademickim Kortowo w Olsztynie, w trakcie trwania majowego święta studentów Kortowiady. Pozytywne wyniki oznaczenia stężenia kwasu 11-nor- 9 -THC-9-karboksylowego (THC-COOH) oraz amfetaminy w próbkach ścieków wskazują na konieczność kontynuowania badań w tym zakresie oraz doskonalenia metod oznaczania środków odurzających. Summary Important source of objective information about the nature and the scale of the usage of psychoactive substances becomes test of municipal waste water or surface water. From the analytical chemistry point of view municipal waste water are a complex mixture of substances therefore the authoritative analysis requires careful planning of both the place of sampling and the use of effective methods of research. The aim of this work was the attempt to estimate the scale of the usage of narcotic drugs in the academic campus Kortowo in Olsztyn during the students May holidays "Kortowiady". The positive results of the concentration of 11-nor-9-carboxy- 9 -tetrahydrocannabinol (THC-COOH) and amphetamines in the samples of effluent shall indicate the need to continue research in this field and improvement methods for the determination of narcotic drugs. Słowa kluczowe: analiza chemiczna, ścieki komunalne, szacowanie stosowania, środki odurzające. Additional key words: chemical analysis, municipal waste water, estimation of the usage, psychoactive substances. 2

Wstęp Źródłem informacji na temat rodzaju i skali używania substancji psychoaktywnych przez społeczeństwo mogą być dane pochodzące ze źródeł policyjnych, medycznych oraz powołanych w tym celu instytucji rządowych i międzynarodowych. Niezwykle pomocna może okazać się również ocena wielkości sprzedaży wybranych leków, a także badania naukowe dotyczące skali tego zjawiska. Źródłem obiektywnej informacji na temat używania nielegalnych środków psychoaktywnych może być również badanie ścieków komunalnych lub wód powierzchniowych z danych dzielnic, regionów czy miast [24]. Ścieki powstają w przeważającej masie w gospodarstwach domowych i są następnie odprowadzane do odbiornika ścieków za pośrednictwem sieci kanalizacyjnej. Należy podkreślić, że w przeciwieństwie do wód powierzchniowych, stanowią one złożoną mieszaninę bardzo różnych substancji chemicznych. Badanie ścieków w kierunku obecności środków psychoaktywnych wymaga precyzyjnego zaplanowania zarówno fazy przedanalitycznej, tj. poboru próbek i właściwego ich zabezpieczenia; jak również dobór wydajnej metody izolacji i ekstrakcji analitów oraz miarodajnej ich identyfikacji w fazie analitycznej [6]. Wybór metody analitycznej związany jest głównie z wyborem badanych analitów, których oznaczone stężenie w ściekach dawałoby podstawę do obliczeń retrospektywnych. Najczęściej są to popularne narkotyki i ich metabolity, takie jak: benzoiloekgonina, kokaina, morfina, 6-monoacetylomorfina, 3 -D-glukuronid morfiny, amfetamina, metamfetamina, 3,4- metylenodioksyamfetamina (MDA), 3,4-metylenodioksymetamfetamina (MDMA), 3,4-metylenodioksyetyloamfetamina (MDEA) i kwas 11-nor-9-karboksy 9 -THC (THC-COOH) [6]. W przypadku oznaczania substancji farmakologicznych w ściekach, analiza jest ukierunkowana nie tylko na badanie farmakologicznie czynnych substancji wyjściowych, ale także ich metabolitów oraz substancji zdegradowanych w procesach rozkładu gnilnego. Obliczenia retrospektywne w odniesieniu do użycia przetworów konopi indyjskich odbywają się na podstawie oznaczonego stężenia kwasu THC-COOH, a nie wyjściowego i wykazującego działanie psychoaktywne 9 -tetrahydrokannabinolu (THC). Zarówno w polskich jak i światowych ośrodkach zajmujących się tego typu badaniami próbki ścieków są zwykle pobierane w objętości od 100 do 1000 ml i przechowywane w butlach szklanych o ciemnym, bursztynowym zabarwieniu, w temperaturze +4 C. Materiał można również zakwasić do około ph 2 za pomocą HCl [23,26,27] lub H2SO4 [25]. Przed ekstrakcją ścieki są filtrowane. Do próbek dodaje się deuterowane analogi badanych substancji psychoaktywnych i ich metabolitów, co pozwala na wykorzystanie detektora spektrometrii mas w końcowej fazie analizy. Etap ekstrakcji i wzbogacania analitów z matrycy wodnej realizuje się z zastosowaniem ekstrakcji do fazy stałej (SPE), przy czym jako wypełnienia kolumienek SPE używane są mieszane sorbenty zawierające żel krzemionkowy modyfikowany fazą oktadecylową i polimerowe wymieniacze jonowymienne (np. Oasis- MCX [3,14,26] i Oasis HLB firmy Waters) [4,7,15,17,18,19,20]. W przypadku gdy analiza końcowa jest realizowana z wykorzystaniem chromatografii gazowej, anality są derywatyzowane za pomocą odczynnika N-tert-butylodimetylosililo-Nmetylotrifluoroacetamidu (MTBSTFA) [20]. Cel pracy Celem pracy było oszacowanie skali stosowania środków odurzających w Olsztynie, ze szczególnym uwzględnieniem miasteczka studenckiego Kortowo, w trakcie trwania masowej imprezy o nazwie Kortowiada, która odbywała się w dniach 13 i 17 maja 2010 r. Badania przeprowadzono na podstawie analizy chemicznej ścieków komunalnych. Materiał i metody Środowisko pobierania próbek Olsztyn jest miastem, które w 2010 r., według danych Głównego Urzędu Statystycznego (GUS), liczyło 176 522 mieszkańców [16]. W południowej części miasta położona jest dzielnica Kortowo, gdzie swoją siedzibę ma Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie (UWM). Kampus UWM zajmuje powierzchnię 4,22 km 2 i jest usytuowany pośród trzech malowniczych jezior: Starodworskiego, Modrzewiowego i Kortowskiego wraz z przepływającą przez nie rzeką Kortówką. 3

Na 16 wydziałach uczelni studiuje ogółem około 27 871 studentów. Liczba ta stanowi około 16% mieszkańców Olsztyna [10]. Na terenie kampusu znajdują się budynki dydaktyczne, instytucje związane z działalnością uniwersytetu oraz 10 akademików, w których liczba mieszkańców w 2010 r. wahała się w granicach od 2 263 (kwiecień) do 1 516 (czerwiec) [11]. Na terenie Olsztyna funkcjonuje jedna Oczyszczalnia Ścieków Łyna, do której dopływają ścieki z terenu miasta i sąsiednich gmin. Oczyszczaniu poddawana jest mieszanina miejskich ścieków bytowo-gospodarczych, opadowych oraz przemysłowych. Oczyszczalnia "Łyna" składa się z części mechanicznej, biologicznej oraz obiektów służących do przeróbki osadów ściekowych. W maju 2004 r. zakończyła się modernizacja oczyszczalni, która zwiększyła efektywność usuwania zanieczyszczeń. Maksymalnie w ciągu doby olsztyńska oczyszczalnia może przyjąć 72 000 m 3 ścieków. Obecnie średnia ich ilość nie przekracza 34 000 m 3 na dobę [8]. Termin badania Jedną ze znaczących imprez kulturalnych w skali całego miasta jest organizowana przez Samorząd Studencki Kortowiada. W licznych koncertach i imprezach towarzyszących, które odbywają się na terenie kampusu bierze udział nawet do 100 000 osób (studenci, mieszkańcy Olsztyna oraz goście z całej Polski). "Kortowiada" uznawana jest za jedną z najbezpieczniejszych imprez tego typu. Z informacji uzyskanej w Komendzie Wojewódzkiej Policji w Olsztynie wynika, że nie są prowadzone odrębne statystyki przestępczości dla kampusu uczelni. W 2010 r. policjanci interweniowali kilkadziesiąt razy, a ich działania dotyczyły przede wszystkim publicznego spożywania alkoholu, a także posiadania niewielkiej ilości narkotyków (15 tabletek ecstasy, marihuana) [9]. Podczas trwania "Kortowiady" stwierdzono wzrost ilości ścieków dopływających do oczyszczalni z miasteczka akademickiego. Na podstawie danych zawartych w tabeli 1 widoczny jest znaczny wzrost objętości ścieków odprowadzanych zarówno z terenu Kortowa, jak i samych akademików. Ich objętość wahała się od 20 916 m 3 (kwiecień) do 24 196 m 3 (maj), w tym odprowadzanych z akademików od 6 324 m 3 do 8 290 m 3. W rozpatrywanym okresie wzrósł także udział procentowy ścieków odprowadzanych z akademików w stosunku do ogólnej ilości ścieków przyjmowanych z terenu całego Kortowa 30,23% (kwiecień) vs. 34,30% (maj) (tabela 1). Analogicznie wzrosła także ilość ścieków przyjmowanych przez oczyszczalnię i pochodzących z miasta Olsztyna 956 194 m 3 (kwiecień) vs. 1 174 543 m 3 (maj) (tabela 1). Tabela 1. Ilość ścieków (m 3 /m-c) z terenu Olsztyna oraz Kortowa [12] Table 1. Amount of municipal waste water (m 3 /month) from Olsztyn city and Kortowo district [12] Miesiąc 2010 r. Month 2010 Kwiecień April Maj May Czerwiec June in Olsztyn Ścieki z terenu miasta Olsztyna [m 3 /m-c] Waste water from the Olsztyn urban area [m 3 /month] 956 194 1 174 543 1 125 083 Ścieki z całego terenu kampusu Kortowo [m 3 /m-c] Waste water from the Kortowo campus area [m 3 /month] 20 916 24 169 23 544 Kortowo Ścieki z akademików kampusu Kortowo [m 3 /m-c] Waste water from the Kortowo student hostels area [m 3 /month] 6 324 8 290 5 385 Odsetek ścieków pochodzących z akademików kampusu Kortowo [%] Percentage of Waste water from the Kortowo student hostels area [%] 30,2 34,3 22,8 4

Pobieranie próbek Pierwszy pobór ścieków (próbki od nr 1 do 3) odbył się w dniu 13.05.2010 r., o godz. 12:00, tj. w pierwszym dniu Kortowiady. Kolejne próbki ścieków pobierane były pomiędzy godziną 08:00, a 09:00 (tabela 2). Ostatni zbiór próbek ścieków miał miejsce w dniu 17.05.2010 r., tj. po zakończeniu imprezy. Próbki ścieków nr 3 i 4 zbierano w Kortowie z rurociągu głównego, który odbiera je z akademików, stołówki, budynków administracji i budynków dydaktycznych Centrum Kortowa. Próbki ścieków w Łynie pobierane były przed oczyszczalnią (próbki nr 1 i 5), w miejscu gdzie wpływają ścieki z całego miasta, a także za oczyszczalnią (próbki nr 2 i 6) tj. w miejscu gdzie ścieki są już oczyszczone. Próbki oznaczone są jako A i B ponieważ w każdym miejscu poboru zabezpieczano próbę konserwowaną dodatkiem kwasu solnego do ph 2 (B) oraz bez konserwacji (A). Do analiz wykorzystano certyfikowane roztwory wzorcowe kannabinoidów i amfetamin firmy Cerilliant o stężeniu nominalnym 1 mg/ml w metanolu. W badaniach wykorzystano: metanol, octan etylu i acetonitryl o czystości HPLC z firmy Merck, 36% kwas solny czystości czysty do analizy z firmy POCh oraz kolumienki ekstrakcyjne SPE Oasis HLB z firmy Waters. Tabela 2. Data i miejsce pobrania próbek ścieków w Olsztynie i w Kortowie Table 2. Date and place of waste water sample collection in Olsztyn and Kortowo Data Date 13.05.2010 r. 17.05.2010 r. Miejscowość Place Olsztyn Kortowo Olsztyn Kortowo Miejsce pobrania Place of sample collection przed oczyszczalnią inlet of waste water plant za oczyszczalnią outlet of waste water plant akademiki student hostels przed oczyszczalnią inlet of waste water plant za oczyszczalnią outlet of waste water plant akademiki student hostels ph Symbol 7,2 1A 2,0 1B 7,2 2A 2,0 2B 6,9 3A 2,0 3B 7,2 5A 2,0 5B 7,2 6A 2,0 6B 6,9 4A 2,0 4B Metoda Na podstawie przeprowadzonej analizy piśmiennictwa wybrano i zaadoptowano procedury analityczne oznaczania środków odurzających w ściekach i w wodach powierzchniowych wg Boledy i wsp. [4] (izolacja i ekstrakcja analitów) oraz Adamowicza i wsp. [1] (derywatyzacja i oznaczenie chromatograficzne). Poszczególne próbki ścieków, o objętości 250 ml, zakwaszone kwasem solnym (do ph 2) oraz bez zakwaszenia, wirowano przez 5 min przy 3000 obrotów/min i przepuszczano następnie przez sączek. Do każdej próbki dodawano po 2,5 ml metanolu. Kolumienkę ekstrakcyjną SPE Oasis HLB kondycjonowano przy użyciu 5 ml metanolu i 5 ml wody dejonizowanej. Następnie przepuszczono próbki ścieków przez kolumienkę, nie doprowadzając w tym czasie do jej wysuszenia. Kolumienkę przemywano 3 ml wody dejonizowanej i suszono pod strumieniem powietrza przez około 5 min. Elucję analitów wykonano za pomocą 8 ml metanolu. Otrzymany ekstrakt odparowano pod strumieniem azotu w temperaturze 40 C do objętości 500 µl. Następnie ekstrakt podzielono na dwie części. Jedną z nich użyto do analizy wielokierunkowej w trybie monitorowania zakresu mas jonów (SCAN) o stosunku masy do ładunku 50-380 m/z z wykorzystaniem chromatografii gazowej sprzężonej z detektorem spektrometrii mas (GC/MS-SCAN) oraz ukierunkowanej dla amfetamin w trybie monitorowania wybranych mas jonów (SIM) z 5

wykorzystaniem chromatografii gazowej sprzężonej z detektorem spektrometrii mas (GC/MS-SIM). Drugą część ekstraktu wykorzystano do oznaczenia kannabinoidów po derywatyzacji odczynnikiem N,O-bis(trimetylosililo)trifluoroacetamidem z trimetylochlorosilanem (BSTFA:TMCS) w trybie GC/MS-SIM. Część ekstraktu przeznaczoną do analizy kannabinoidów odparowano do sucha, dodano 50 µl odczynnika derywatyzującego BSTFA:TMCS (99:1) oraz 40 µl octanu etylu i acetonitrylu (1:1, v/v). Następnie próbki inkubowano 30 min w 60 C. Próbki analizowano z wykorzystaniem chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią mas (GC-MS). Zastosowano kolumnę kapilarną Guradian Zebron ZB-5 firmy Phenomenex (30 m długości kolumny, 0,25 mm średnica wewnętrzna, 0,25 µm grubość fazy). Zastosowano następujący program temperaturowy pieca: 50 C przez 1,0 min, 30 C/min do 160 C, 5 C/min do 250 C, 250 C przez 1 min. Dozownik z podziałem strumienia gazu nośnego pracujący w temperaturze 280 C. Gaz nośny hel o natężeniu przepływu 1 ml/min. Do układu GC/MS dozowano 3 µl ekstraktu. Analiza w trybie SCAN była prowadzona w zakresie mas 50-380 m/z, natomiast w przypadku trybu monitorowania wybranych mas jonów (SIM) jony charakterystyczne rejestrowano dla (obok substancji podano wartości monitorowane masy do ładunku m/z): amfetamin (amfetamina: 44, 91, 65, metamfetamina: 58, 91, MDMA: 58, 135, MDA: 44, 136) oraz dla kannabinoidów (dla pochodnej trimetylosililowej THC: 387, 316 i 371 oraz pochodnej THC-COOH: 371, 473 i 489). Wyniki W tabeli 3 przedstawiono wyniki analizy próbek ściekowych techniką ekstrakcji do fazy stałej oraz chromatografii gazowej sprzężonej z detektorem spektrometrii mas w trybie monitorowania zakresu mas jonów (SPE-GC/MS-SCAN), po analizie wyników sporządzonej za pomocą programu AMDIS oraz na podstawie biblioteki widm masowych NIH/NIST 2008. W tabeli 4 przedstawiono wyniki analizy próbek ściekowych techniką ekstrakcji do fazy stałej oraz chromatografii gazowej sprzężonej z detektorem spektrometrii mas, w trybie monitorowania wybranych mas jonów (SPE-GC/MS-SIM), w której oznaczano substancje z grupy amfetamin i kannabinoidów w próbkach ścieków pobranych w Olsztynie w dniach 13 i 17 maja 2010 r. 6

Tabela 3. Wybrane substancje organiczne wykryte w toku analizy wielokierunkowej SPE-GC/MS-SCAN w próbkach ścieków pobranych w Olsztynie dniach 13 i 17 maja 2010 r. Table 3. Selected organic substances evaluated during SPE-GC/MS-SCAN in specimens from municipal waste water collected in Olsztyn in 13 and 17 May 2010. Substancja (CAS) Substance 13.05.2010 r. 17.05.2010 r. Olsztyn Kortowo Olsztyn Kortowo Przed Przed Za oczyszczalnią Akademiki Za oczyszczalnią Akademiki oczyszczalnią oczyszczalnią outlet of waste student outlet of waste student inlet of waste inlet of waste water plant hostels water plant hostels water plant water plant 1A 1B 2A 2B 3A 3B 5A 5B 6A 6B 4A 4B (+)-Neoizomentol (491-02-1) - + - - - - - + - - - - (+)-Neoisomenthol (+)-octan mentolu (16409-45-3) - + - - - - - + - - - - (1S,2R,5R)-(+)- izomentol (23283-97-8) - + - - - - - + - - - - (1S,2R,5R)-(+)- isomenthol Mentol (89-78-1) + + - - + - - + - - - - Menthol Benzofenon (119-61-9) + - - - + - - - - - - - Benzophenone Etylotryptamina (2235-90-7) + + - - - - - + - - - + Ethyltryptamine Kofeina (1958-08-02) + + - - + + + + - - + + Caffeine Oznaczenia w tabeli: + oznacza prawdopodobieństwo zgodności z widmem wzorcowym powyżej 80% - oznacza nie wykrycie danej substancji w trakcie analizy A próbki bez zakwaszenia B próbki zakwaszone do ph 2 Description in the table: "+" means probability of mass spectral similarity above 80% "-" means non-detectable substance during analysis A samples without acidification B acidified samples (ph = 2) 7

Tabela. 4. Wyniki analizy próbek ściekowych SPE-GC/MS-SIM pobranych w Olsztynie w dniach 13 i 17 maja 2010 r. (wartości stężeń granic oznaczalności oszacowano dla THC-COOH i amfetaminy odpowiednio: 0,10 µg/l oraz 0,49 µg/l). Table 4. Results of SPE-GC/MS-SIM confirmation analysis in waste water samples from Olsztyn on the 13 and 17 May 2010 (values of limit of detection concentrations estimated for the THC-COOH and amphetamine respectively: 0,10 µg/l and 0,49 µg/l). Kortowo Oznaczenia w tabeli: A próbki bez zakwaszenia B próbki zakwaszone do ph 2 Description in the table: A samples without acidification B acidified samples (ph = 2) Miejsce Place Olsztyn, przed oczyszczalnią Olsztyn, inlet of waste water plant Olsztyn, za oczyszczalnią Olsztyn, outlet of waste water plant Data Date 13.05.2010 r. 17.05.2010 r. 13.05.2010 r. 17.05.2010 r. 13.05.2010 r. 17.05.2010 r. Stężenie [µg/l] Concentration [µg/l] Symbol Amfetamina THC-COOH Amphetamine 3A 19 3B 143 4A 13 4B 1A 218 1B 0,50 402 5A 5B 2A 12 2B 0,61 48 6A 6B 25 Obliczenia retrospektywne Obliczenia retrospektywne w przypadku szacowania stosowania narkotyków opierają się na założeniu, że średnio tylko część przyjętej dawki wydala się z moczem. W przypadku amfetaminy, do moczu w niezmienionej postaci, przechodzi ok. 30% dawki, a w przypadku THC tylko 0,6% w postaci THC-COOH. Brany jest również pod uwagę stosunek masy molowej wyjściowego narkotyku do substancji oznaczanej w ściekach [2]. Ogólnie mówiąc współczynnik korekcyjny k wynosi więc: 8

k k M 100% k U gdzie km stosunek masy molowej wyjściowego narkotyku do substancji oznaczanej w ściekach (w przypadku amfetaminy km=1, ponieważ jest to ta sama substancja, a dla szacowanego użycia THC wartość km=0,91); zastosowane w poniższych obliczeniach retrospektywnych współczynniki korekcyjne przedstawiono w tabeli 5. ku średni udział substancji wydalanej z moczem w stosunku do wyjściowego narkotyku. W tabeli 5 przedstawiono współczynniki korekcyjne wykorzystywane w obliczeniach retrospektywnych. Tabela 5. Współczynniki korekcyjne wykorzystywane w obliczeniach retrospektywnych. Table 5. Corrective factors applied in the retrograde calculations. Wyjściowy narkotyk Oznaczana substancja w ściekach Parent drug Quantified substance in waste water samples km ku k Amfetamina Amfetamina 1,0 30% 3,3 Amphetamine Amphetamine THC THC-COOH 0,91 0,6% 152 Znajomość miesięcznej objętości ścieków odprowadzonych z terenu miasta Olsztyna w maju 2010 r. (1 174 543 m 3 ) pozwoliła na obliczenie dobowej objętości ścieków, tj. 37 888 m 3. Przykładowo w próbce z dnia 13.05.2010 r. stwierdzono amfetaminę w stężeniu 218 µg/l, obliczone stosowanie amfetaminy w ciągu doby wynosi 8 260 g. Według danych GUS populacja Olsztyna wynosi obecnie 176 522 (stan na dzień 30.06.2010 r.) [16], co po przeliczeniu na 1000 mieszkańców daje wartość 46 g, a po uwzględnieniu współczynnika korekcyjnego k=3,3 wartość ta stanowi 154 g / 1000 mieszkańców. Analogicznie postępowano w przypadku obliczeń dokonanych dla oszacowania wartości dawek THC. Dla próbek ścieków pobranych w Kortowie (próbki 3A, 3B, 4A i 4B) założono w obliczeniach liczbę mieszkańców równą około 100 000 osób, w pozostałych przypadkach przyjęto liczbę mieszkańców Olsztyna zgodną z danymi GUS i równą 176 522 (tabela 6). 9

Tabela 6. Szacowana dzienna ilość substancji psychoaktywnych w postaci amfetaminy oraz THC wyrażona w g na 1000 osób oznaczona w Olsztynie dniach 13 i 17 maja 2010 r. Table 6. Estimation of daily amount of psychoactive substances stated in g of amphetamine and THC per 1000 people determined in Olsztyn on the 13 and 17 May 2010. Miejsce Place Kortowo Olsztyn, przed oczyszczalnią Olsztyn, inlet of waste water plant Olsztyn, za oczyszczalnią Olsztyn, outlet of waste water plant Data Date Symbol 13.05.2010 r. 3A 17.05.2010 r. 3B 4A 4B Masa substancji [g] na 1000 mieszkańców Olsztyna* Mass of substance [g] per 1000 people in Olsztyn Amfetamina THC-COOH Amphetamine 24 179 16 13.05.2010 r. 1A 154 1B 16 285 17.05.2010 r. 5A 5B 13.05.2010 r. 2A 8 2B 20 34 17.05.2010 r. 6A 6B 18 Oznaczenia w tabeli: A próbki bez zakwaszenia; B próbki zakwaszone do ph 2. Description in the table: A samples without acidification B acidified samples (ph = 2) Dyskusja W krajach wysokouprzemysłowionych przedmiotem badań stosowania środków psychoaktywnych są coraz częściej wody powierzchniowe (głównie rzeki) oraz ścieki komunalne. Poniżej przedstawiono kilka przykładów tego typu badań w różnych krajach europejskich, przy czym należy zwrócić uwagę na duże zróżnicowanie poziomów stężeń oznaczonych w nich substancji. 10

Nie powinno dziwić równie duże zróżnicowanie wartości dawek tych substancji w przeliczeniu na 1000 mieszkańców (od kilku mg do kilkuset g) w szacunkowych obliczeniach retrospektywnych obarczonych z definicji większą niepewnością zakładanych parametrów: W ściekach badanych w północnej Hiszpanii dopływających do oczyszczalni (surowych) wykryto: kokainę 4,0 ng/l 4,7 µg/l, jej metabolit BE 0,9 ng/l 7,5 µg/l, amfetaminę 2 688 ng/l, metamfetaminę 3 277 ng/l; zaś w ściekach odpływających (oczyszczonych): kokainę 1,0 ng/l 0,1 µg/l, BE 0,1ng/l 1,5 µg/l, amfetaminy 4 210 ng/l, metamfetaminę 3 90 ng/l [7]. W Katalonii (Hiszpania) wykazano w ściekach obecność: kodeiny - 69 ng/l, morfiny - 63 ng/l, EDDP 28 ng/l, metadonu - 18 ng/l i THC-COOH - 57 ng/l; a w wodach powierzchniowych wartości średnie wynosiły: kodeina 76 ng/l, morfina - 12 ng/l, EDDP (metabolit metadonu) 31 ng/l oraz metadon 9 ng/l [4]. W największej rzece Włoch (Pad), wykryto dziennie masę narkotyku, w przeliczeniu na 1000 mieszkańców, danej miejscowości: 390 g benzoiloekgoniny (BE) (co odpowiada 1 kg zażytej kokainy), 60 g niezmienionej kokainy, 38 g THC-COOH, 30 g amfetaminy oraz 196 g metadonu [26]. Analiza ścieków przeprowadzona: we Włoszech (Mediolan), w Szwajcarii (Lugano) oraz w Wielkiej Brytanii (Londyn) wykazała zróżnicowane ilości zażywanych narkotyków przypadających na 1000 mieszkańców danej miejscowości (tabela 7) [27]. Tabela 7. Szacowana dzienna ilość substancji psychoaktywnych i ich metabolitów wyrażona w mg na 1000 osób oznaczona w Mediolanie, Lugano i Londynie [27] Table 7. Estimation of daily amount of psychoactive substances and their metabolites stated in mg per 1000 people determined in Milan, Lugano and London [27] Masa substancji [mg] na 1000 mieszkańców Substancja Mass of substance [mg] per 1000 habitants Substance Mediolan Milan Lugano Lugano Londyn London Kokaina 157 ± 14 109 ± 23 140 ± 10 Cocaine BE 390 ± 63 267 ± 52 296 ± 18 Morfina 32 ± 3 102 ± 15 173 ± 29 Morphine THC 20 ± 2 43 ± 10 50 ± 21 Amfetamina 2,7 ± 2,8-24 ± 5 Amphetamine Metamfetamina Methamphetamine 4,5 ± 1,6-2,4 ± 0,3 W badaniach ścieków i wód powierzchniowych wykazano, że ilość narkotyków wzrastała w okresie weekendów i masowych imprez rozrywkowych [3]. Szacunkowe dane ankietowe dotyczące używania narkotyków w Europie, przygotowywane przez Europejskie Centrum Monitorowania Narkotyków i Narkomanii (EMCDDA) w latach 2004-2008, dotyczące populacji w wieku od 16 do 64 lat, wskazują na dominujące stosowanie przetworów konopi indyjskich (haszysz, marihuana), a w znacznie mniejszym stopniu pozostałych narkotyków (tabela 8) [5]. 11

Tabela 8. Dane szacunkowe dotyczące używania narkotyków w Europie przez dorosłych w wieku od 16 do 64 lat na podstawie danych ankietowych z lat 2004-2008 [2] Table 8. Estimated data concerning narcotic drugs usage in Europe by adults in the age from 16 to 64 years old based on the surveys conducting in the years 2004-2008 [2] Narkotyk Narcotic Konopie indyjskie Cannabis Kokaina Cocaine Ecstasy Amfeatminy Amphetamines Opiaty Opiates miesiąca month Użycie w ciągu ostatniego Usage during last roku year 12,5 mln (3,7%) 23 mln (6,8%) 2 mln (0,5%) 4 mln (1,3%) brak danych no data brak danych no data brak danych no data 2,5 mln (0,8%) 2 mln (0,6%) 1,2 mln (0,4%) W Polsce, w reprezentatywnych badaniach przeprowadzonych w latach 2006-2010 przez Instytut Ekspertyz Sądowych w Krakowie, w ramach europejskiego programu DRUID (ang. Driving under the Influence of Drugs, Alcohol and Medicines), w którym przebadano 4303 polskich kierowców, u 44 (1,02%) stwierdzono stan po użyciu alkoholu etylowego, a u 102 (2,53%) stan po przyjęciu substancji psychoaktywnych, w tym głównie THC (1,17%), amfetaminy (0,97%), a następnie benzodiazepin (0,02%), opiatów oraz kokainy (<0,01%) [13]. Niepewność obliczeń retrospektywnych dotyczących stosowania narkotyków szacowanych na podstawie oznaczonych stężeń tych substancji oraz ich metabolitów jest bardzo duża. Związane jest to z wieloma czynnikami mającymi wpływ na kinetykę przemian środków psychoaktywnych w organizmie ludzkim, w tym m.in. drogi podania, stopnia uzależnienia, odczynu moczu, chorób cywilizacyjnych, wieku i płci. Wpływ na wyniki mogą mieć także trudne do przewidzenia zjawiska atmosferyczne, w tym np. ulewne deszcze, niekontrolowane zanieczyszczenie chemikaliami z okolicznych zakładów przemysłowych czy masowe imprezy rozrywkowe i koncerty muzyczne. Pomimo tak wielu zmiennych, stanowiących źródła niepewności, uzyskiwane wyniki badania ścieków mogą być podstawą pogłębionej interpretacji i analiz. Dla przykładu w ściekach badanych w Mediolanie oznaczone wartości stężenia benzoiloekgoniny, THC-COOH i morfiny nie przekraczały 20% wartości względnego odchylenia standardowego zarówno w badaniach prowadzonych w ciągu 7 dni (<16%) jak i w ciągu 3 tygodni (<19%) [6]. Oznaczone przez nas wartości stężeń amfetaminy i kwasu kannabinolowego THC-COOH w ściekach bytowych (tabela 4) trudno porównać z danymi dotyczącymi innych krajów europejskich, o odmiennych wzorcach stosowania narkotyków. Zakres oznaczonych w badaniach stężeń kwasu THC-COOH w próbkach ścieków z Olsztyna (0,50-0,61 µg/l) jest o rząd wielkości wyższy niż w badanych próbkach ścieków z Hiszpanii (0,057 µg/l) [4]. Jeszcze większą różnicę poziomów stężeń zaobserwowano dla amfetaminy (12-402 µg/l dla próbek z Olsztyna vs. 0,002-0,688 µg/l dla próbek z Hiszpanii) [7]. Różnice w wynikach stężeń dla THC-COOH i amfetaminy mogą wynikać zarówno ze względów analitycznych (np. możliwość potencjalnych interferencji różnych substancji w trakcie analizy chromatograficznej próbek ekstraktów ścieków) jak również z samej charakterystyki próbek ścieków pobranych w Olsztynie w czasie masowej imprezy studenckiej Kortowiady. Z tabeli 4 wynika również, że THC-COOH wykryto wyłącznie 13.05.2010 r. przed i za oczyszczalnią, przy czym wartości stężeń okazały się zbliżone. Inaczej było w przypadku amfetaminy, którą wykryto zarówno w ściekach z Kortowa, miejskich i oczyszczonych. Ścieki z terenu miasta zawierały najwięcej amfetaminy w dniu 13.05.2010 r. (od 218 do 402 µg/l). 12

Na uwagę zasługuje fakt, że proces oczyszczania ścieków nie eliminuje zarówno THC-COOH jak również amfetaminy. Zgodnie z przeprowadzonymi badaniami stwierdzono, że stężenie amfetaminy uległo około 18-krotnemu zmniejszeniu w przypadku próbek niekonserwowanych (1A i 2A) oraz około 8-krotnemu w przypadku próbek konserwowanych (1B i 2B). Substancje te wraz ze ściekami oczyszczonymi odprowadzane są do wód powierzchniowych. Przy interpretacji uzyskanych wyników badań należy uwzględnić także fakt, że w znacznej części tzw. dopalaczy (nowe narkotyki, projektowane narkotyki), wprowadzanych na rynek polski w 2010 r., podstawę budowy chemicznej stanowi szkielet fenyloetyloaminy, co upodabnia je do amfetaminy. Część z nich może również potencjalnie metabolizować do amfetaminy jak to ma miejsce w przypadku metamfetaminy zażywanej powszechnie w Czechach i Słowacji. Należy pamiętać, że niektóre leki mogą metabolizować do amfetaminy [22]. Ze względu na skomplikowaną matrycę związków organicznych w ściekach nie można również wykluczyć interferencji amfetaminy przez inne substancje chemiczne obecne w matrycy próbek ściekowych w trakcie analizy chromatograficznej (podobieństwo czasów retencji i charakterystycznych jonów masowych). Warto podkreślić, że w próbkach materiałów dowodowych amfetamin zabezpieczonych w ostatnich latach w Polsce wykrywana jest również kofeina. Źródłem wykrywanej w analizie przesiewowej kofeiny (tabela 3) mogą być więc nie tylko powszechnie stosowane używki w postaci kawy czy herbaty, ale również sprzedawane nielegalnie narkotyki. Ponadto w analizie przesiewowej ścieków z terenu Kortowa (tabela 3) stwierdzono cztery substancje w pierwszym dniu imprezy (próbka 3A) oraz dwie w ostatnim (4B). Nie stwierdzono w nich (+)-Neoizomentolu, (+)-octanu mentolu i (1S,2R,5R)-(+)- izomentolu. Natomiast wszystkie substancje stwierdzono w próbce ścieków pochodzących z kolektora doprowadzającego ścieki z całego miasta (1A,1B, 5A, 5B). W ściekach oczyszczonych nie stwierdzono żadnej z oznaczanych substancji, co może świadczyć, iż w procesie oczyszczania zostają one wyeliminowane, przynajmniej do poziomu granicy wykrywalności analizy przesiewowej GC/MS. Porównanie wyników zamieszczonych w tabeli 3 i 4 w odniesieniu do próbek zakwaszanych do ph 2 (próbki oznaczone jako B ) i bez tego rodzaju zmiany odczynu środowiska (próbki A ) wskazuje na częstsze wykrywanie większej zawartości analitów w próbkach zakwaszanych, co jest ważną wskazówką w przypadku kontynuowania badań. Biorąc pod uwagę czynnik demograficzny, podwyższone stężenie amfetaminy czy THC-COOH uzyskane dla próbek ścieków pobranych z obszaru miasteczka studenckiego Kortowo jest zgodne z tendencjami obserwowanymi w Europie. Używanie amfetaminy, z wyjątkiem Portugali, dotyczy na ogół osób w przedziale wiekowym od 15 do 24 lat. Jak wynika z badań używanie alkoholu, narkotyków oraz innych środków psychoaktywnych wśród młodych dorosłych jest bardziej powszechne niż w jakiejkolwiek innej grupie wiekowej. Z nielicznych badań krajowych, wynika, że studentów można zaliczyć do grupy o wysokich wskaźnikach konsumpcji środków psychoaktywnych [21]. W związku z powyższym monitorowanie zjawiska używania środków odurzających w tej grupie wiekowej, nie tylko studentów, wydaje się celowe [2]. Wnioski 1. Wyniki przeprowadzonych badań próbek ścieków komunalnych, pobranych na terenie kampusu akademickiego Kortowo oraz oczyszczalni ścieków w Olsztynie wyraźnie wskazują na ich praktyczną przydatność w celu obiektywnego monitorowania używania środków narkotycznych przez wybrane populacje. 2. Przeprowadzone badania wskazują na konieczność działań wielokierunkowych. Nie tylko doskonalenia istniejących procedur analitycznych oznaczania środków odurzających w ściekach, ale także konieczność powtarzania tych badań w odpowiednich miejscach i czasie przy jednoczesnym bardziej miarodajnym oszacowaniu liczby osób znajdujących się na badanym terenie. Dopiero takie wyniki analiz mogą być podstawą pogłębionej analizy epidemiologicznej. Piśmiennictwo 1. Adamowicz P., Kała M.: Simultanous screening for and determination of 128 date-rape drugs in urine by gas chromatography-electron ionization-mass spectrometry. Forens. Sci. Int., 2010, 198, 39-45. 2. Baselt R.C.: Disposition of toxic drugs and chemicals in man. 7th edition, Biomedical Publications, Foster City, CA, 2004. 13

3. Bijlsma L., Sancho J.V., Pitarch E., et al.: Simultaneous ultra-high-pressure liquid chromatography-tandem mass spectrometry determination of amphetamine and amphetamine-like stimulants, cocaine and its metabolites, and a cannabis metabolite in surface water and urban wastewater. J. Chromatogr. A 2009, 1216, 3078-89. 4. Boleda M.R., Galceran M.T., Ventura F.: Monitoring of opiates, cannabinoids and their metabolites in wastewater, surface water and finished water in Catalonia, Spain. Water Res. 2009, 43, 1126-1136. 5. Europejskie Centrum Monitorowania Narkotyków i Narkomanii. Sprawozdanie roczne 2010: stan problemu narkotykowego w Europie, Urząd Publikacji Unii Europejskiej, Luksemburg 2010. (www.emcdda.europa.eu). 6. Frost N., Griffiths P. [eds.]: Assessing illicit drugs in wastewater. Potential and limitations of a new monitoring approach, EMCDDA, (http://www.emcdda.europa.eu/publications/insights/wastewater). 7. Huerta-Fontela M., Galceran M.T., Martin-Alonso J., Ventura F.: Occurrence of psychoactive stimulatory drugs in wastewaters in north-eastern Spain. Sci. Total Environ. 2008, 397, 31-40. 8. Informacja internetowa o Oczyszczalni Ścieków "Łyna" w Olsztynie, Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji Sp. z o.o. Olsztyn, (http://wodociagi-olsztyn.home.pl/index.php?q=node/37). 9. Informacje internetowe "Polskiego Radia Olsztyn", dział "Aktualności" z dnia 2010-05-14 pt. "HEY, LAO CHE i T.LOVE gwiazdami Kortowiady" (http://www.ro.com.pl/aktualnosci/tresc/6418/hey_lao_che_i_t.love_gwiazdami_kortowiady). 10. Informacje ogólne zamieszczone na oficjalnej stronie internetowej Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, 14.02.2011 r. (www.uwm.edu.pl). 11. Informacje uzyskane "Fundacji ŻAK" Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, 14.02.2011 r. (www.zak.olsztyn.pl). 12. Informacje uzyskane Działu Nauki Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, 14.02.2011 r. (www.uwm.edu.pl). 13. Kała M.: Kierowcy w ruchu drogowym po przyjęciu środków psychoaktywnych: referat wygłoszony na XV Zjeździe Naukowym Polskiego Towarzystwa Medycyny Sądowej i Kryminologii, Gdańsk, 16-18 września 2010 r. 14. Kasprzyk-Hordern B., Dinsdale R.M., Guwy A.J.: The occurrence of pharmaceuticals, personal care products, endocrine disruptors and illicit drugs in surface water in South Wales, UK. Water Res. 2008, 42, 3498-3518. 15. Loganathan B., Phillips M., Mowery H., Jones-Lepp T.L.: Contamination profiles and mass loadings of macrolide antibiotics and illicit drugs from a small urban wastewater treatment plant, Chemosphere 2008. Chemosphere 2009, 75, 70-77. 16. Ludność. Stan i struktura w przekroju terytorialnym. Stan w dniu 30 VI 2010 r., Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2010 (http://www.stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/publ_l_ludnosc_stan_struktura_30_06_2010.pdf). 17. Nikolai L.N., McClure E.L., MacLeod S.L., Wong C.S.: Stereoisomer quantification of the ß-blocker drugs atenolol, metoprolol and propranolol in wastewaters by chiral high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. A 2006, 1131, 103-109. 18. Nuijs A.L.N., Pecceu B., Theunis L., et al.: Cocaine and metabolites in waste and surface water across Belgium, Environ. Poll. 2009, 157, 123-129. 19. Radjenovic J., Petrovic M., Barceló D.: Analysis of pharmaceuticals in wastewater and removal using a membrane bioreactor, Anal. Bioanal. Chem. 2007, 387, 1365-1377. 20. Rodriguez I., Quintana J.B., Carpinteiro J., et al.: Determination of acidic drugs in sewage water by gas chromatography-mass spectrometry as tert.- butyldimethylsilyl derivatives. J. Chromatogr. A 2003, 985, 265-274. 21. Szczyrba B. A., Trzecieniecka-Green A.: Porównanie uzywania alkoholu i innych środków psychoaktywnych przez studentów I roku pielęgniarstwa. Zdr. Publ., 2004; 114, 177-183. 22. Szukalski B. (tłum.): Metody analizy środków odurzających, Instytut Psychiatri i Neruologii, Warszawa 1997, s. 99; na podstawie wydawnictwa agendy Organizacji Narodów Zjednoczonych (UNODC - United Nations Office on Drugs and Crime). 23. Tauxe-Wuersch A., De Alencastro L.F., Grandjean D., Tarradellas J.: Occurrence of several acidic drugs in sewage treatment plants in Switzerland and risk assessment. Water Res. 2005, 39, 1761-1772. 14

24. Wiergowski M., Szpiech B., Reguła K., Tyburska A.: Municipal sewage as a source of current information on psychoactive substances used in urban communities. Probl. Forens. Sciences, 2009, 79, 327-337. 25. Xiu-Sheng Miao, Koenig B.G., Metcalfe C.D.: Analysis of acidic drugs in the effluents of sewage treatment plants using liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. A 2002, 952, 139-147. 26. Zuccato E., Castiglioni S., Bagnati R., et al.: Illicit drugs, a novel group of environmental contaminants. Water Res. 2008, 42, 961-968. 27. Zuccato E., Chiabrando C., Castiglioni S., et al.: Estimating community drug abuse by wastewater analysis. Environ. Health Perspectives 2008, 116, 1027-1032. 15