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臭氧双氯芬酸、卡马西平和奥沙西泮对斑马鱼的胚胎毒性

2019年04月10日 浏览量: 评论(0) 来源:Chemosphere Volume 225, June 2019, Pages 191-199 作者:李晓菲译 责任编辑:admin
摘要:在本研究中,我们试图通过静态144 h受精后(hpf)鱼类胚胎毒性(zfet)试验来阐明臭氧化药物对斑马鱼胚胎的水生毒性。
简介:药物残留物正在污染全球地表水环境。因此,需要改进污水和废水处理,以去除废水中的药物残留物。其中一个改进就是废水臭氧化。尽管臭氧化法已被证明在降低废水中药物母体化合物浓度方面非常有效,但关于潜在毒性臭氧氧化副产物(OBP)的形成,仍不清楚。在本研究中,我们试图通过静态144 h受精后(hpf)鱼类胚胎毒性(zfet)试验来阐明臭氧化药物对斑马鱼胚胎的水生毒性。选择了三种常见于废水中的药物,即卡马西平、双氯芬酸和奥沙西泮进行检测。在臭氧化1 min(0.053 mg /l峰值O3浓度)和臭氧化10 min(0.147 mg /l峰值O3浓度)前后评估毒性。.化学分析表明,卡马西平和双氯芬酸主要被臭氧(90 11%和97 3.8%)去除,而奥沙西泮的去除程度较低(19 5.7%)。ZFET分析显示毒性转移。双氯芬酸的胚胎毒性随臭氧浓度的增加而降低。在ZFET试验中,奥沙西泮在臭氧氧化前后均未引起胚胎毒性,但在144 hpf时,幼虫游泳活动受到影响。另一方面,卡马西平的胚胎毒性随着臭氧氧化的增加而增加。
 
关键词:臭氧化  臭氧氧化副产物  OBP 臭氧去除效率  发育毒性
 
简介:药物残留污染是影响水环境水质和生态状况的一大挑战。进入水环境的主要污染途径是城市污水处理厂(STP)的生活污水。STP通常不能有效地去除废水中的有机微污染物,如药物残留物。传统的城市污水处理厂的废水通常含有抗炎药双氯芬酸、抗癫痫药卡马西平和抗焦虑药奥沙西泮,其浓度范围为几百ng L-1。有些药物在性质上是难降解的,在水环境中可能具有生物累积性。由于水生环境中的药物残留对野生动物的影响尚不清楚,但人类和兽医使用的药物可能会对非目标生物(如鱼类)产生潜在影响。实验室研究表明卡马西平(10μg /l)对鱼类产生异种雌激素效应。其他例子包括双氯芬酸(4.6μg /l),对棘鱼肾功能有不利影响。瑞典正在实施污水臭氧化处理,以减轻制药污染。臭氧有能力降低STP废水的药物负荷。以前的生态毒理学评估表明,整个废水臭氧氧化的有益效果。然而,一些研究表明,废水臭氧化后,鱼类的毒性增加。尽管臭氧化法在降低STP废水中的药物母体化合物浓度方面已被证明是非常有效的,但潜在毒性臭氧化副产物(OBP)的形成仍缺乏研究。因此,有必要探讨臭氧氧化处理STP废水是否以及如何调节因疑似OBP毒性而暴露于STP废水中的水生生物的生物效应。本研究旨在测定未经处理和臭氧氧化的卡马西平、双氯芬酸和奥沙西泮的毒性。使用斑马鱼胚胎毒性试验(ZFET)进行毒理学评估,ZFET是一种用于检测致死和亚致死终点影响的强大的全身水生毒性试验。此外,它还可以与行为(幼虫游泳活动)分析相结合,以检测发育化学暴露对神经行为的影响。我们还筛选了四种假定的卡马西平转化产物的臭氧萃取物来解释观察到的毒性。
 
化学物:将卡马西平和双氯芬酸以最大标称浓度用碳过滤自来水直接稀释(对照水),然后连续稀释1:2(卡马西平100、50和25 mg /l,双氯芬酸15、7.5和3.8 mg /l)。首先在100 mg/ ml的二甲基亚砜中稀释奥沙西泮,在DMSO 1:10中连续稀释,然后在对照水中混合,以达到10、1和0.1 mg /l(0.01%DMSO)的最终标称试验浓度。
 
实验臭氧化装置:使用最大臭氧生成能力为100 mg O3 /H的臭氧发生器在通风柜内进行臭氧化。臭氧通过在烧瓶中的扩散石注入试验溶液(V=0.25 L,25 度)。在进行药物臭氧氧化和斑马鱼胚胎毒性试验前,对装置性能进行了评估。在DR 3900?分光光度计中,通过LCK310臭氧(0.05–2 mg/ l测量范围)测量臭氧浓度。在135 min连续臭氧氧化过程中测定对照水中的臭氧浓度。根据设置评估,选择两种剂量的臭氧进行药物臭氧处理:1 min臭氧(峰值臭氧浓度0.053 mg/L臭氧)和10 min臭氧(峰值臭氧浓度0.147 mg/L臭氧)。在ZFET分析前,直接对每种药物试验溶液和对照水进行0、1或10分钟的臭氧氧化。采用相同的ZFET方法,通过浓度反应范围筛选,在臭氧氧化前测定药物浓度。测定了臭氧氧化后各溶液的溶解氧、电导率和酸碱度。未经处理或臭氧处理的对照水或药物溶液的水参数无差异。
 
化学物分析:使用再生纤维素注射器过滤器(0.22μm孔)过滤样品。将1毫升过滤后的提取物放入自动进样器小瓶中,每小份样品含有10 ng标记有奥沙西泮80(d5)和双氯芬酸(13c6)的同位素内标物。采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)对样品进行分析。所有样品的注射量均为10μl。用加热电喷雾电离(H-ESI)对目标化合物进行电离。喷雾电压设定为静态:正离子(V)3500。
 
斑马鱼胚胎毒性试验:采集卵并评估受精成功率,选择受精卵量最高(大于90%)的产卵组进行试验。每种处理(低、中、高,0、1或10min臭氧氧化),包含分布在两个96孔板中的16个胚胎。将胚胎置于包括250μl处理水的单孔中。在暴露期间,密封孔板。从受精到受精后144小时(hpf),卵被静态暴露(即试验溶液不会随着时间的推移而更新)。在24、48和144 hpf时记录致死(如凝血)和亚致死(如卵黄囊和/或心包水肿的发生率等)终点。在48 hpf时,用立体显微镜观察胚胎的心率。在~50和144 hpf之间进行拍摄,每小时拍摄一张整片底片。每一个胚胎的孵化时间被确定为第一次观察到胚胎孵化照片的时间。每96孔板于下午1:00至3:00在记录室中放置。在黑暗中初步适应15分钟后,执行三个交替的光和暗周期(各10分钟)。因此,每个幼虫移动的距离(超过3 mm /s)在45 min的过程中以10 s的间隔同时记录和聚集。将个体幼虫的总运动量归纳为三个反应变量:游泳距离/分钟、黑暗时的总游泳距离和光照时的总游泳距离。受影响胚胎(畸形/死亡)的数据被排除在运动试验之外。
 
结果:卡马西平、双氯芬酸和奥沙西泮的臭氧去除效率:卡马西平和奥沙西泮的实测浓度的平均值分别为59%和81%。这些偏差可能是由于水(卡马西平)和二甲基亚砜(奥氮西泮)中的溶解性和沉淀问题造成的。双氯芬酸的测定浓度与标准浓度一致。臭氧氧化1分钟,去除20 ±3.4%卡马西平、25± 16%双氯芬酸和2.0 ±4.4%奥沙西泮。增加臭氧剂量时间可提高三种受试药物中母体化合物的去除率。臭氧氧化10 min,去除90 ±11%卡马西平、97 ±3.8%双氯芬酸和19 ±5.7%奥沙西泮。在配有全规模臭氧氧化装置的污水处理厂进行臭氧氧化,去除97%卡马西平、99%双氯芬酸和42%奥沙西泮。
 
卡马西平臭氧处理前后胚胎毒性:为了评价臭氧处理对卡马西平、双氯芬酸和奥沙西泮胚胎毒性的影响,记录了臭氧处理前后的致死和亚致死效应。50 mg/ l和100 mg/ l卡马西平暴露导致144 hpf的胚胎毒性,88%和100%受影响的胚胎(死亡和畸形合并)。50 mg/ l组共有8个畸形胚胎(侧卧有脊柱侧凸或无脊柱侧凸),16个胚胎中有14个在100 mg/ l剂量的144 hpf时死亡。此外,卡马西平暴露可显著降低最高治疗组48 hpf时的心率。随着卡马西平浓度的增加,孵化时间呈延迟趋势,在最高处理组(100 mg/ l),所有胚胎在孵化前均死亡。在48 hpf时记录心包和卵黄囊水肿的发生率。144 hpf下的游泳活动分析显示,在光照和暗照期间,游泳距离(在50 mg/ l治疗组中)都有所减少。卡马西平臭氧氧化增加了本研究所有终点的毒性。以144 hpf时受影响百分比为基础的卡马西平的最低观察效果浓度(loec)在臭氧化10分钟后从中等浓度(50 mg/ l)降至最低浓度(25 mg/ l)。最低卡马西平浓度臭氧化10 min的毒性增加主要表现为144 hpf时侧卧(由于缺乏膀胱充气)。亚致死终点心率和孵育时间与10分钟卡马西平臭氧氧化后毒性增加的模式相同。臭氧氧化10 min导致最低浓度(25 mg/l)处理组心率降低。幼虫游泳活性测定显示暴露于臭氧化卡马西平的个体的低活性反应。总的来说,这些结果表明卡马西平臭氧氧化产生了有毒的obp,意味着降低了胚胎的生存能力。在细胞活性试验中,臭氧化时间分别为10分钟和30分钟,然后在60分钟和120分钟臭氧化后去除毒性。臭氧化卡马西平也被证明能增加细胞体外试验系统的细胞毒性和基因毒性。
 
臭氧处理前后双氯芬酸胚胎毒性:双氯芬酸暴露(7.5和15 mg/ l)导致心包和卵黄囊水肿.此外,15 mg/ l暴露降低了心率。这些反应随后导致144 hpf时100%死亡。低浓度治疗组(3.8 mg /l)在48 hpf时未表现出明显的受累比例(3个畸形胚胎和1个死亡胚胎,25%受累),但在144 hpf时造成81%胚胎受累。在两个较低暴露组中,双氯芬酸暴露并未延迟孵化,但15 mg/ l处理组由于100%的死亡率而未能孵化。双氯芬酸在游泳活性测定中未检测到任何行为效应。双氯芬酸在低浓度(5μg /l)下的暴露已经被证明可以延迟孵化时间,降低光照条件下的游动速度和距离,并减少斑马鱼胚胎中的自然卷曲运动。臭氧氧化后双氯芬酸毒性最终降低。非臭氧化双氯芬酸毒性主要表现为心包水肿,48 hpf时心率降低,10分钟臭氧化后完全消除。在144 hpf下暴露于最低双氯芬酸浓度(3.8 mg/ l)的受累胚胎的百分比(非臭氧化组为81%),在1 min臭氧化后降至对照组水平。臭氧氧化双氯芬酸10min未在任何终点产生任何毒性。
 
臭氧处理前后奥沙西泮胚胎毒性:在本研究中,除幼虫运动外,奥沙西泮不会在任何致死或亚致死终点引起毒性反应。奥沙西泮是一种GABAA受体激活剂,一种抗焦虑的苯二氮卓类药物,可引起GABAR的行为改变。由于在幼虫游泳活动试验中,幼虫活动是由黑暗期(焦虑样反应)引起的,本研究和其他研究中的低活动性可以用一种抗焦虑的行为模式来解释。这种反应的一个可能是obp的形成增强了奥沙西泮在斑马鱼胚胎中的抗焦虑特性。本研究表明,高浓度(10 mg /l)臭氧氧化对幼鱼游泳行为有潜在影响,这可能会导致因逃生反应受损而对后续生存能力产生影响。
 
结论:臭氧氧化法可以有效地去除水中的卡马西平和双氯芬酸,同时奥沙西泮大部分完好无损。双氯芬酸的臭氧处理毒性降低,卡马西平和奥氮西泮的毒性增加。毒性的增加可以用obp的形成来解释,在臭氧氧化后的样品中检测到三种经过筛选的卡马西平obp。需要进一步调查,以证明毒性增加的原因,并找到最有问题的OBP,以防止臭氧氧化后废水中臭氧介导的毒性。
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