שאריות של תרכובות ממקור תרופתי בסביבה

דר' דרור אבישר, ראש המעבדה להידרוכימיה, אוניברסיטת תל-אביב

דר' הדס ממן, ראש המעבדה לטכנולוגיות מים, אוניברסיטת תל-אביב

הגידול המתמשך באוכלוסיית ישראל במהלך העשורים האחרונים מגביר את הדרישה למשאבי מים איכותיים כדי לקיים אורח חיים בריא ונורמאלי. מכאן שההגנה על איכויות משאבי המים היא המשימה הסביבתית החשובה והחיונית ביותר במאה העשרים ואחת. גוברת עוד ועוד הדאגה להשפעתם הסביבתית והבריאותית של כימיקלים רבים שבשימוש האדם כגון מוצרים המשמשים בחקלאות, בתעשייה, בטיפולים רפואיים ובצריכה ביתית. מחקרים הראו כי חומרים אלו מתפזרים בסביבה ומאופיינים בכושר עמידות והישרדות רב מהמצופה.

אחת מקבוצות החומרים הללו היא מגוון התרופות בכלל והורמונים ואנטיביוטיקה בפרט. קבוצה זו נחשבת ל"דור" חדש של מזהמים שבהם רב הנסתר על הגלוי. מעט מאוד ידוע על היקף הבעיה, נוכחות החומרים, ריכוזם וגורלם הכימי-פיזיקאלי בסביבה. בעשורים האחרונים נעשה שימוש אינטנסיבי בתרופות אנטיביוטיות, הן לשימוש האדם והן לשם צמצום זיהומים במשק החי (דגים, פרות, עופות). ידוע כי כ-90% מהאנטיביוטיקה הנצרכת נפלטת מהגוף כשתן ומשם במקרה הטוב מועברת למכוני טיהור השפכים (מט"שים, ככל שקיימים). כמו כן חומרים אלו מוצאים את דרכם לסביבה עקב השלכה בלתי מרוסנת ולא מבוקרת של תרופות (מרשם ומדף) שפג תוקפן (או שלא), אשר נזרקו על ידי הציבור והושלכו לפח האשפה. חומרים אלו, המצטברים במזבלות ובמטמנות, מתמוססים בקלות במים והופכים לתשטיפים המכילים מגוון של חומרים רפואיים המוצאים את דרכם למקורות המים והמזון.

מחקרים מן השנים האחרונות, בעיקר באירופה ובצפון אמריקה, הצליחו להוכיח את הימצאותם של ננו/מיקרו-מזהמים מ"דור חדש". ננו/מיקרו-מזהמים הם מזהמים הנמצאים בריכוזים של ננוגרם (מיליארדית הגרם) ומיקרוגרם (מיליונית הגרם) לליטר מים, בהתאמה. מזהמים אלה הם שאריות של תרכובות תרופתיות ותוצרי פירוקן, אשר מקורן בשפכים ביתיים, חקלאיים ותעשייתיים. מקורותיהם העיקריים ודרך השתחררותם לסביבה מוצגים באיור 1. בהגיעם למט"ש, המזהמים מוסעים דרך המערך הרב-שלבי של המכון, ובסופו של תהליך הטיהור משתחררים לסביבה כמעט בלא שינוי כימי-פיזיקאלי.

איור 1: המקורות העיקריים של שאריות תרופות, ומסלול חדירתם לסביבה האקווטית (המימית)

בתהליך טיהור השפכים מודגשת מאוד האיכות הכימית והמיקרוביאלית של המים המיוצרים (קולחים). המזהמים הקונבנציונאליים מוסרים ברובם במהלך שלבי הטיהור במט"ש, ולפיכך איכות הקולחים המיוצרים היא ברמה מספקת (על פי תקנים) לשימוש חוזר בסביבה, כגון השקיית שדות חקלאיים ופארקים ציבוריים, החדרה מלאכותית למי תהום ושיקום נחלים. השאלה העיקרית הנשאלת בנוגע לאיכות הקולחים, המיועדים להשקיה חקלאית (מזון) ולהחדרה למי תהום (מי שתייה), היא אם זוהו והוסרו כל המזהמים (הלא קונבנציונאליים) המצויים בקולחים?!.. ובייחוד אלה המסכנים את בריאות הציבור.

בשנים האחרונות ניסו כמה עבודות ראשוניות להגדיר את היקף הבעיה. אלה הראו כי ברוב מקורות המים העיליים הגדולים (נהרות) בארה"ב נמצאו ריכוזים מדאיגים של שאריות תרופות אנטיביוטיות והורמונים. בגרמניה הצליחו לבצע ניטור של כמה מזהמים תרופתיים במקורות מים עיליים לאחר הזרמת קולחים ממט"ש בעיר ברלין. במי נהר נמצאו, בין היתר, דיכלופנק (diclofenac) ואיבופרופן (Ibuprofen) (תרופה לשיכוך כאבים ואנטי דלקתית) בריכוזים של עד 1.9 מיקרוגרם לליטר. באזור אחר בגרמניה (פרנקפורט\מיין), חושבה ההפחתה של ריכוז מזהמים תרופתיים במהלך תהליך טיהור במט"ש עירוני, ונמצא כי הכמות של דיכלופנק ירדה בכ־70%, של איבופרופן ב־90% ושל קארבאמאזפין (Carbamazepine) (תרופה לאפילפסיה ודיכאון), רק בכ־7%. יתרה מזו ובאופן מפתיע, בשני מקרים מתוך השישה שנבחנו, הריכוז ביציאה (קולחים) היה גבוה מהריכוז בכניסה (שפכים גולמיים). תוצאות דומות נמצאו בשפכים ביתיים בארה"ב, כאשר חוקרים מדדו ריכוזים של 0.1 ו־0.8 מיקרוגרם לליטר של חומצה כלופיברית (clofibric acid) (חומר הדברה ותוצר פירוק של התרופה להורדת כולסטרול כלופיברייט [Clofibrate]), בשפכים גולמיים וריכוזים של 1.0 ו־2.0 מיקרוגרם לליטר בקולחים שטוהרו בתהליך של בוצה משופעלת [?]. מבצעי המחקר סברו כי ייתכן שחומצה כלופיברית נספחה לחלקיקים המוצקים בבוצה, שמקורם כנראה בקולחים של שפכים קודמים שעברו תהליך טיהור, ושוחררה לפאזה הנוזלית (התמוססה) שוב במים במהלך ביצוע הדיגום. הסבר נוסף שהובא בחשבון הוא שקיים פער בתנועת המים בעוברם במכון הטיהור, כלומר שדגימות השפכים והקולחים אינן מייצגות נאמנה את אותו גוף מים.

אף בישראל ממצאי מחקרים שנעשו לאחרונה באוניברסיטת תל-אביב, הראו נוכחות של חומרים רפואיים ותוצרי פירוקם במי קולחים שניוניים, מי נחל ומי תהום בעקבות הזרמת שפכים וקולחים מטוהרים באגני ההיקוות.

נוסף על כך, שפכי בתי חולים מהווים מקור משמעותי לפיזור חומרים רפואיים רעילים בסביבה (אנטיביוטיקות מסוג 3, חומרים כימותרפיים וכדומה). לרוב השפכים המיוצרים בבתי החולים עדיין נחשבים לשפכים עירוניים ועל כן אינם מטופלים בעזרת טיפול קדם (כיאה לשפכים תעשייתיים), עקב כך, מוזרמים שפכים אלו הישר למתקן הטיפול העירוני. עקב כך, התוצר או ליתר דיוק קולחים שניוניים המכילים שאריות של תרופות שמקורן בבתי חולים, משוחררים ומוזרמים לסביבה המימית.

שאריות של אנטיביוטיקות הן מהמזהמים הרבים במים המעוררים עניין רב בגלל השפעתן הפוטנציאלית על אקוסיסטמות [?]מגוונות ואף על בריאות הציבור. אנטיביוטיקות משתחררות לסביבה דרך קולחים עירוניים ודרך שפכים חקלאיים בגלל (א) מטבוליזם לא שלם אשר יכול להגיע עד ל־90%; (ב) תהליך טיהור שפכים לא אפקטיבי; או (ג) פינוי לא נכון של פסולת רפואית.

הימצאות ננו/מיקרו מזהמים במקורות מים (באיכויות השונות), בקרקע ובגידולי שדה ומטעים עשויה להוות זרז לתחלואות והפרעות בריאותיות קשות רבות כגון:

1. ליקויים פיזיולוגיים ונוירולוגיים למיניהם.

2. ליקוים במערכות הרבייה.

3. עלייה במקרי סרטן.

4. שיפור כושר העמידות של חיידקים אלימים לאנטיביוטיקה.

5. הגברת סף הרעילות בגוף עקב היחשפות למגוון רב של כימיקלים.

תהליך מסוכן שעמו מתמודדת האנושות כבר בימים אלו הוא הירידה ביעילות האנטיביוטיקה כתרופה בעקבות התפתחות חיידקים עמידים. מחקרים שנעשו בבני אדם ובבעלי חיים הצביעו על עלייה מתמשכת בשיעור החיידקים העמידים בשנים האחרונות. אחת הסכנות החמורות בפיזור שאריות אנטיביוטיקה בסביבה היא שהן מסייעות ליצירת זני חיידקים עמידים לסוגי אנטיביוטיקה. ראוי לציין כי רק לאחרונה החלה להיבדק האפשרות להתפשטות תופעת העמידות כבר בסביבה האקווטית, שכן הוכח שחיידקים אלו, בהגיעם אליה, עלולים לשנות את המרקם הביולוגי ולשבש מערכות אקולוגיות.

עמידות לאנטיביוטיקה מופיעה בחיידקים עקב שחלוף חומר גנטי (קוניוגציה וטראנסדוקציה) או הופעת מוטציות עמידות לאנטיביוטיקה, תהליכים אלה מוגברים בסביבה סלקטיבית המכילה אנטיביוטיקה (כגון שפכים גולמיים ומי קולחים). לכך ייתכנו שני הסברים: הראשון הוא שהשיעור הגבוה של החיידקים העמידים נובע מהפרשת חיידקים עמידים על ידי האדם ובעלי חיים. השני הוא שריכוזי השאריות האנטיביוטיות בשפכים ובמקורות מים אחרים יוצרים סביבה סלקטיבית ומגבירים תהליכי חילוף של חומר גנטי המביאים לתכונות עמידות וליצירת מוטנטים עמידים לאנטיביוטיקה. יש לזכור כי בעניין רבות מן התרכובות הללו, אין עדיין מידע מספק על השפעתן המצטברת על הבריאות. לכן חשוב כל כך לקיים מחקרים חדישים שיוכלו להאיר באור חדש את נוכחותם של מזהמים אלו במים, בקרקע ובצמחים.

כאמור, השימוש העצום בתרופות לריפוי האדם ולשימוש וטרינרי, והפרשתן לסביבה, מהווים איום עולמי מדאיג ועשויים לגרום לזיהום סביבתי. מזהמים אלו מגיעים דרך שפכים ביתיים, חקלאיים ותעשייתיים למכון טיהור שפכים, מוסעים דרך המערך הרב שלבי של המכון ובסופו של תהליך הטיהור משתחררים לסביבה. מחקרים הוכיחו כי שיטות הטיפול בשפכים הנפוצות כיום אינן מתוכננות להרחקת מזהמים אלו.

אז מה ניתן לעשות?

שיטת טיפול המראה פוטנציאל גבוה לסילוק מיקרו-מזהמים ממים וקולחים היא שיטת החמצון המתקדם (AOP – Advanced Oxidation Process). שיטת זו מבוססת על יצירה מואצת של רדיקל חופשי מסוג הידרוקסיל OH, המאופיין ביכולת חמצון מהגבוהות ביותר. יצירת הרדיקלים יכולה להיעשות בכמה דרכים כגון שימוש משולב של אוזון ומי חמצן (O₃/H₂O₂), מי חמצן וקרינת UV (UV/H₂O₂), קרינת UV ותחמוצת טיטניום (UV/TiO₂) ועוד.

מחקר משותף המתבצע בימים אלו במעבדה לטכנולוגיות מים ובמעבדה להידרוכימיה באוניברסיטת תל-אביב (על ידי יעל לצטר – דוקטורנט), בוחן את הפוטנציאל הגלום בתהליך החמצון המתקדם כטיפול משליםלטיפולים הקיימים. המחקר מבוצע בריאקטור מנתי [?]כדי לבחון את יעילות תהליך החמצון המתקדם מסוג O₃/UV/H₂O₂ לפירוק תערובת של תרופות כגון שפכי בתי חולים. בהמשך ישמשו תוצאות הניסויים בריאקטור המנתי לתכנון תהליך זהה בריאקטור זרימה המדמה מתקן טיפול "אמיתי".

מדיניות משק המים בישראל מעודדת שימוש גובר במי קולחים מושבים. על כן מן הראוי לפתח טכנולוגיות פירוק והרחקה של מולקולות אלו ממקורות המים ובכך למנוע פגיעה הן במשאבי המים והן בבריאות הציבור והסביבה. אופיו הלא בררני של טיפול ה־AOP, והאפשרות לשיפור קצב פירוק המזהם בעזרת אופטימיזציה של מספר מוגבל של משתני תפעול, מקנה לו יתרון גדול בטיפול בתערובת הטרוגנית של תרופות וכן פוטנציאל יישומי רב כטיפול קצה במכוני טיהור שפכים עירוניים, במי שתייה וכטיפול במקור לפני החדירה לשפכים העירוניים. שילוב עתידי של מערכת AOP מתאימה בתהליך טיפול בשפכים יאפשר פירוק מיקרו-מזהמים תרופתיים, ובמקביל שיפור איכות הקולחים לשימוש חוזר.