基于污水流行病学评估非法药物滥用情况的研究进展

＊文建辉 彭靖恺 刘学圃 周如月 唐莉娟

（1.广西壮族自治区桂林生态环境监测中心 广西 541199 2.桂林电子科技大学生命与环境科学学院 广西 541004 3.桂林市公安局刑侦支队技术大队 广西 541213）

非法药物是一类使中枢神经系统产生强烈刺激、镇静和致幻剂作用的物质，同时，也被称为受管制药物或滥用药物，常见的非法药物有海洛因、鸦片、甲基苯丙胺、可卡因、摇头丸、大麻等。非法药物严重危害人类健康、影响家庭和谐、威胁社会治安、破坏国家经济，已成为当今国际社会需要面对的共同问题[1]。近年来，污水流行病学已成为一种更可靠的方法来估计特定人群的非法药物滥用率，该方法是从污水处理厂（WWTPs）进水处收集废水样品，测定样品中非法药物或其代谢产物的浓度，通过WWTPs的流速、社区的人口以及药物的排泄和代谢率，反演WWTPs服务区的药物负荷量[2]。本文就污水流行病学的研究进展进行综述。

1.国内外污水流行病学的发展

基于污水的流行病学研究主要在欧洲得到大规模的运用。它首先在英国、比利时、法国、西班牙、挪威、芬兰、瑞典、克罗地亚，以及整个欧洲[3-4]得到发展。随后基于污水的流行病学的污水分析法也在美国[5-6]和加拿大[7]得到了广泛应用。相比之下，在欧洲和北美以外的地区，基于污水的流行病学研究很少。澳大利亚是第一个除了这些地区以外应用污水分析法的国家。

污水分析法在中国引入相对较晚。Lai等[8]首先在中国香港使用污水流行病学对主要污水处理厂污水中的非法药物的滥用情况进行监测，检测出氯胺酮、甲基苯丙胺和可卡因等成分。然后Khan等[9]在2014年评估了中国四个特大城市（北京、上海、广州和深圳）的非法药物消耗情况，研究得出甲基苯丙胺（METH）与氯胺酮（KET）是主要消耗的非法药物。2016年国内研究学者[10-11]通过污水分析法对国内不同区域城市的氯胺酮、甲基苯丙胺和海洛因消耗量进行了评估，得出了中国这3种毒品消耗呈区域性差异。如今，污水流行病学在我国得到了更广泛的发展。

2.污水流行病学的分析方法

污水分析法通过分析污水系统中各种非法药物或其代谢物的浓度，进而依据非法药物代谢物的浓度反演非法药物的消费量。一般来说，污水分析法主要分为六个步骤：非法药物目标药物残留物（DTRs）的选择、采集污水样品、样品分离与净化、样品分析和反演推算等步骤。

（1）污水样品的采集与保存。污水流行病学采集的污水样品通常是24h混合样品，能够反应一天的平均情况。污水采样有五种方法，即定时定量、流量等比例、时间等比例、等时等流量比例、等时等液位比例。其中定时定量采样是污水流行病学采样方法中最常用的方法，即经过等量的时间间隔采集等量的样品。

通常污水样品需要进行低温冷藏，采集后的样品应储存在硅烷化玻璃瓶、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或高密度聚乙烯（HDPE）容器内。取样后为防止DTRs降解，一种保存方法是以0.1mol/L盐酸调pH值为2，4℃条件下冷藏保存，72h内分析，另一种保存方法是在-20℃条件下冷冻保存，待分析时先融化，然后进行分析。

（2）样品分离与净化。一般来说，污水样品通过0.45μm的微孔滤膜去除大的悬浮颗粒物，然后使用固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）方法富集DTRs。SPE是一种样品的预处理技术，能够有效地将分析的目标物与干扰组分分离，降低基质干扰，增加富集倍数，表1总结了处理污水所采用的不同的固相萃取方法。

表1 污水的不同前处理方法

（3）样品的检测方法。通常污水中大部分DTRs的浓度极低，LC-MS/MS是污水流行病学分析污水中化合物最常用的分析仪器。色谱柱是从样品中把DTRs分离出来的核心部件，非法药物主要使用反相C18柱。在选择色谱柱的基础上，再选择合适的流动相，通过使用不同流动相的梯度，选择性分开不同的化合物。根据色谱柱的不同分为正相和反相，确定流动相体系、梯度洗脱条件和洗脱速度。优化液相色谱条件，实现混合样品的良好分离。表2总结了部分污水中毒品定量分析普遍所采用的色谱条件。

表2 污水分析方法

（4）非法药物滥用率反算。人口数量估算是反演推算中的一个重要过程，主要研究内容是估算调查污水处理厂的服务人口数量，已知的人口消耗量与根据废水中测量的药物残留和代谢物浓度估计的消耗量之间的关系反演非法药物的使用情况。非法药物使用计算的可靠性取决于是否选择合适的DTRs，DTRs可以是药物本身或者是其代谢产物。由于非法药物在废水和人体代谢/排泄中的稳定性，因此有必要根据代谢物估算消耗量。Zuccato等人提出了可卡因和苯丙胺类兴奋剂反算的第一个公式，如今，根据DTRs进行总结，具体如下：

结合相关文献，对于一些目标药物选用的DTRs如表3所示。

表3 目标分析物的排泄率、分子量之比与校正因子

3.结论

大量研究所指出，当下污水流心病学已经是确定人口非法药物消费量的重要工具。如今，这种方法正在扩展新型精神活性物质和其他生物标志物，以计算特定场所的人口规模、消费、人口健康和疾病。但是在特定人群中，个体的排泄情况可能对总体结果产生重大影响。因此需要进行较长时间的取样以及对更大的人群进行取样，以更准确地揭示药物消费的趋势。尽管存在上述不确定性，但污水分析法是监测特定情况下合法和非法药物消费的时间和空间趋势的有用工具，有助于当代社会不断更新药物滥用的评估情况。