H. Budzinski, A.Togola, S. Lardy, K. Le Menach, S. Augagneur, L. H. Budzinski, A.Togola, S. Lardy, K. Le Menach, S. Augagneur, L. PeluhetPeluhet
LPTC - UMR 5472 CNRS - Université Bordeaux ILPTC - UMR 5472 CNRS - Université Bordeaux I
SUBSTANCES PHARMACEUTIQUES : NOUVEAUX CONTAMINANTS
DES SYSTEMES AQUATIQUES (?)
Substances pharmaceutiques : pourquoi les étudier?
Evolution de la consommation française de composés pharmaceutiques
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
nombre
de
boite
s en
million
s
26
31
36
41
46
51
nombre
de
Consommation (tonnes par an)Quelques chiffres selon Beausse (2004)
Classe Composé Royau. France Danemark Allemagnethérapeutique Uni
Analgésique et Paracétamol 390 2294 248 Anti-inflammatoireAc. acétyl-sal 18 880 213
Ibuprofène 162 166 34 105Naproxène 35 39 Diclofénac 26 75
Hypolipémiant Gemfibrozil 6
Antidépresseur Fluoxétine 2Carbamazépine 40 38 38
Eaux de surface
Risques environnementaux
Boues d’épandage
Risques sanitaires
Eaux deboisson
Eaux souterraines
Devenir des composés pharmaceutiques dans l’environnement
SOL
Excrétion
STATIONSD’EPURATION
Eaux usées
Excrétion DECHARGE
UtilisationHumaine
Utilisation vétérinaire
Ruissellement
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Fré
qu
en
ce d
e d
éte
ctio
n (
%)
Stér
oïde
s
Med
san
s or
d.
Répul
sifs
pou
r ins
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s
Déter
gent
s
Désin
fect
ants
Plast
ifian
ts
Retar
date
urs de
flam
mes
Antib
iotiq
ues
Inse
cticid
esHAP
Hor
mon
es
Autre
s M
ed.
Antio
xyda
nts
Parfum
s
Solv
ants
Situation des USA : Env. Sc. Tech., 2002 (Kolpin et al.)
45
351
72
22 7 6 1114 5
21
Quelques données de concentration des substances pharmaceutiques dans
l’environnement
Naproxène
Diclofénac
Paracétamol
Gemfibrozil
Carbazépine
Ibuprofène
• Consommation importante et en augmentation • Nombre très important de substances• Dégradation incomplète dans l’organisme = rejet• Dégradation incomplète dans les stations d’épuration = rejet•Transformation en différents et nombreux métabolites• Molécules biologiquement actives - Toxicité ????
Substances pharmaceutiques
Premières études toxicologiques préoccupantes :
• Inhibition de la synthèse de VTG in vitro par le paracétamol (Miller, 1999)
• Activation CYP450 pour les Anti-inflammatoires non-stéroïdiens
• Effets sur le plancton, les plantes et les poissons de l’ibuprofène (Renner, 2002)
Composés d’intérêts
Bronchodilatateurs
2CH
OH
CH NH C ( )3CH 3
Cl
2NH
ClClenbutérol
HO
CH
OH
CH2 NH C ( )3CH3
HO
Terbutaline
HO CH
OH
CH2 NH C ( )3
CH3
CH OH2
Salbutamol
Cl O O
O
Cl O O
OH
Ac. clofibrique
O
OOHGemfibrozil
Clofibrate
Lipur®
Hypolipémiants
Antidépresseurs anxiolytiques
Bromazepam
NN
C
Cl Diazepam
NHN
C
Cl Nordiazepam
NN
N
ClAlprazolam
NN
C
Br
N
Valium®
Composés d’intérêts
Anti-inflammatoires non stéroïdiens
(AINS) O
N
H
Cl
ClO
Diclofénac
O
COOH
CO CH3Aspirine
H
O
O
O
Kétoprofène
H
O
O
O
Ibuprofène
OH
OH
HO NO
Paracétamol
Naproxène
Ketum®
Apranax®
Voltarène®
Nurofen ®
Doliprane®
Théophylline
Caféine
3
N
NN
N
O
O
H
C H
CH3N
NN
N
O
O
CH3
CH3
CH3
Bronchodilatateurs Psychoanaleptiques
AntidépresseursImipramine
Carbamazépine
N
N(CH3)2
O
N(CH3)2
DoxépineHN
N 2O
Tegretol®
PHASE 1 : développements analytiques
Matière en suspensionLyophilisation
Extraction Micro-onde (30W, 10 min.)30 ml (acétonitrile/ eau pH 2; 70/30; v/v)
Eaux naturellesFiltration sur filtre en fibre de verre
(0.7µm)
Ajustement à 50ml avec milliQ eau ( pH 2)
Evaporation de l’acétonitrile sous vide en chauffant ( Rapidvap )
Filtration sur coton de verre
Conditionnement des cartouches OASIS MCX 60 mgéthyl acétate, milliQ eau (pH 2)
Dépôt échantillon; séchage sous vide
Elution4 ml éthyl acétate; 4 ml éthyl acétate-acétone (50:50; v:v)4 ml éthyl acétate-acétone (50:50; v:v) avec NH4OH (3%)
GC-MS pour les composés neutresIncubation avec MSTFA (30 µl, 35 min. à 65°C)
GC-MS pour les composés acides
Evaporation sous flux d’azote
Phase dissoute
pH 2 avec HCl
0%
50%
100%
CAF
AM
I
IMIP
DO
X
CBZ
DZP
NDZP
ASP
DIC
LO
NAP
IBU
KETO
GEM
F
PARA
DZP
SALB
CLE
N
TERB
DissousParticules
Matrice spikée (triplicats)
Dissous
(ng/l)Particules
(ng/g)
amitryptiline 2 4
aspirine 2 2caféine 2 4
carbamazépine 1 5clenbutérol 1 4diazepam 1 5
nordiazepam 1 6diclofénac 1 2doxépine 2 8
gemfibrozil 1 1ibuprofène 1 3
imipramine 1 9kétoprofène 1 4naproxène 1 1
paracétamol 4 6salbutamol 1 4terbutaline 1 2
Application possible aux échantillons naturels
DEVELOPPEMENT ANALYTIQUEDEVELOPPEMENT ANALYTIQUE
APPLICATION A DES ECHANTILLONS NATURELS
EAU DE STATION D’ÉPURATION (TANCARVILLE)
0
5000
10000
15000
20000
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
ion 160
ion 214
ion 201
ion 282
Gemfibrozil
Ibuprofène
KétoprofèneDiclofénac
PHASE 2 : Applications Terrain
Outil Analytique
Etudes de Terrain :
Bilan environnementalCaractérisation et
Suivi de la contamination
• Echantillons
Milieu de rivièreRejets de STP
Concentrations variables selon les composés, les stations, les saisons
Concentrations en ng/L (phase dissoute)Concentrations en ng/L (phase dissoute)
aspirine ld - ld ld - 27 8 - 28 1 - 100
caféine ld - 5 ld - 73 ld - 2 40 - 860
diclofénac ld - 1 ld - 6 8 - 23 10 - 200
gemfibrozil ld - 1 ld - 2 1 - 9 1 - 140
Ibuprofène ld - 2 ld - 9 14 - 37 3 - 500
kétoprofène ld - 3 ld - 9 ld - 0 5 - 50
naproxène ld - 1 ld - 8 1 - 6 7 - 350
carbamazépine ld - 2 ld - 228 ld - 8 10 - 150
GIRONDE LOIRE SEINEADOUR
Juillet
0
100
200
300
400
500
600
180 230 280 330
pK
C n
g/l
0
100
200
300
400
500
Aspirine Gemfibrozil Naproxène Ibuprofène Kétoprofène Diclofénac
STEP Rouen
0
100
200
300
400
Aspirine Gemfibrozil Naproxène Ibuprofène Kétoprofène Diclofénac
STEP Rouen
Mars
0
10
20
30
40
50
200 220 240 260 280 300 320 340 360
pK
C n
g/l
aspirineibuprofènekétoprofènediclofénacgemfibrozilnaproxène
?
Estuaire de la Seine (2002)
Contamination effective des estuaires• La majorité des composés recherchés sont présents• Quelques dizaines de ng/l à plusieurs centaines de ng/l
Réelle contamination de l’estuaire de la Seine• Tous les composés recherchés sont présents• Présence sur l’ensemble de l’estuaire étudié (Pose à Honfleur)• Quelques dizaines de ng/l à quelques centaines de ng/l
Alimentation par l’amont (Barrage de Poses) et existence de sources ponctuelles dans l’estuaire lui-même
• STP quelques centaines de ng/l à quelques milliers de ng/l
Jalle d’Eysines
Dordogne
Garonne
Jalle d’EysinesSTEP d’Eysines
50 000 éq. habitants
-2 km 30 km 1 km 2 km 4 km 10 km(confluent avec la Garonne)
Distance/STEP
7 sites d’échantillonnage
4 campagnes d’échantillonnage (été/hiver)
mesure des niveaux de bore dissous par ICP/MS.
(traceur conservatif; Neal et al., 1998. Sci. Tot. Env.).
Concentrations dans l'effluent
0
1
2
3
4
ASP GEMF NAP IBU KETO DICLO CAF CBZ
µg/L Mai (03)Juillet (03)Septembre (03)Février (03)
Février
0
150
300
0 2 4 6 8 10
ng par litre
Juillet
0
150
300
450
600
750
900
0 2 4 6 8 10
ng par litreaspirinediclofénac
naproxèneibuprofène
kétoprofènegemfibrozilcaféine
carbamazépine
1 3
2
5
46
Station d’épuration de Marseille
- 1,000,000 équivalent hab- Novembre 2004- Pas de traitement biologique- Rejet dans une zone « semi-fermée »
Concentrations dans la phase dissoute
Composés les plus consommés (sans ordonnance + dose efficace élevée)
concentration entre 100 et 8000 ng/l pour ces composés
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
aspirine diclofénac naproxène ibuprofène kétoprofène caféine
ng par litre
Concentrations dans la phase dissoute
Pour le paracétamol : jusqu’à 200 µg/lAbsence de processus de biodégradation dans la STEP (Joos, 2005)
0
50000
100000
150000
200000
250000
Abondance
rapport m/z
237
115
296
281254
295
280
206
136180
165148
193 223
Confirmation par comparaison du spectre de masse obtenu avec le spectre de masse de la bibliothèque (NIST 98) : identification du composé à 95%
0
50000
100000
150000
200000
250000
paracétamol
ng par litre
Concentrations dans la phase dissoute
Composés moins consommés, prescription plus stricte, dose efficace plus faible
Concentrations entre 0 et 40 ng/l pour ces composés
0
20
40
60
80
100
Amitryptiline carbamazépine diazépam nordiazépam gemfibrozil
ng par litre
Dosage de la phase particulaire
0
2
4
6
8
Point 6 Point 4 Point 2 Point 0 Point 1 Point 3 Point 5
ng/ L
0
10
20
30
40
cafeine carbamazepine aspirine MES (mg/ l) mg/L
Mais taux de MES très faible
Apport particulaire négligeable par rapport à la phase dissouteMax : 8 ng/L
0
200
400
600
800
1000
Point 6 Point 4 Point 2 Point 0 Point 1 Point 3 Point 5
ng/ g
0
10
20
30
40
mg/ Lcafeine carbamazepine aspirine SPM (mg/L)
La phase particulaire est très chargées en certains composés : jusqu’à 400 ng/g pour la carbamazépine
CONCLUSION
• Réelle contamination du milieu aquatique– Rivières, estuaires, eaux marines
• Contamination majoritairement en phase dissoute• Contamination de la phase particulaire non négligeable (rôle
de dissémination?) • Variabilité importante de la contamination (saisons, usages,
techniques…) bien que reliée au nombre d’habitant et au degré de technicité des stations d’épuration
• Outils d’échantillonage intégratif (POCIS : Polar Organic Chemical Integrative Sampler) (ANR AMPERE)
• Rôle des particules• Transfert vers les organismes• Produits de transformation?
PERSPECTIVES
- manque de capacité à échantillonner de manière intégrative, dans le temps.
- les techniques de biomonitoring sont dépendantes des conditions physico-chimiques du milieu (notamment en terme de survie des espèces exposées)
APPROCHES CLASSIQUESEchantillonnage ponctuel
Biomonitoring
- limites analytiques : spécificité + sensibilité
ECHANTILLONNAGE PASSIF
Echantillonnage passif
SPMD Semi Permeable Membrane
DeviceEchantillonneur de composés
organiques hydrophobes
Composés chimiques biodisponibles
Utilisation d’adsorbants exposés dans le milieu pendant une durée plus ou moins
longue qui vont capter les composés présents dans l’eau
C° eau = [C° adsorbant* Masse adsorbant]/ [R adsorbant * tps]
À déterminer en laboratoire
COMPOSES PHARMACEUTIQUES
POCISPolar Organic Chemical Integrative
Sampler(Divinylbenzène – N-Vinylpyrrolidone)Echantillonneur de composés
organiques hydrophiles
Composés chimiques biodisponibles
POCIS : Premiers essais en milieu naturel
Intérêt quantitatif :La quantification de composés présents en
quantités inférieures aux limites de détection.
Dosage ponctuel extraction 1L d’eau
Mesure intégrative 34 jours
diazépam
Intérêt qualitatif :Identification de composés non ciblés
Iminostilbène : métabolite de la Carbamazépine
Intérêt environnemental :Intégration dans le temps
CONCLUSION
• Réelle contamination du milieu aquatique– Rivières, estuaires, eaux marines
• Contamination majoritairement en phase dissoute• Contamination de la phase particulaire non négligeable (rôle
de dissémination?) • Variabilité importante de la contamination (saisons, usages,
techniques…) bien que reliée au nombre d’habitant et au degré de technicité des stations d’épuration
• Outils d’échantillonage intégratif (POCIS : Polar Organic Chemical Integrative Sampler) (ANR AMPERE)
• Rôle des particules• Transfert vers les organismes• Produits de transformation?
PERSPECTIVES
Remerciements
• Programme Seine-Aval
• Région Aquitaine
• LITEAU (MEDD)
• IFREMER
• EU Contrat SWIFT
• ORQUE
•ECOBAG
• CNRS
• Université Bordeaux 1
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