این دارو در درمان بروسلوز، سوزاک، نوعی از آنفولانزا، ذات‌الریه، عفونت‌های دهان، دندان و آکنه در انسان، عفونت‌های مجاری تنفسی و گوارشی طیور و نشخوارکنندگان استفاده می‌شود. همچنین این دارو جایگزین پنی‌سیلین در بیماران حساس به پنی‌سیلین می‌باشد. در سال‌های ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۰، ۴.۵ تن از این دارو برای مصارف انسانی و دامی گزارش شدهاست. همچنین مطابق با آمار وزارت بازرگانی در ایران از سال ۱۳۸۷ تا ۱۳۹۰ مقدار ۷۰۰ تن از این دارو از کشورهای چین، بلژیک و آلمان وارد ایران شدهاست.
برخلاف عملکرد مؤثر این دارو، موجب مقاومت ژنتیکی شده و با یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در محیط کمپلکس تشکیل داده و در استخوان‌های درحالرشد رسوب می‌کند. این دارو در خاک و منابع آب‌های زیرزمینی شناسایی‌شده و مقدار حضور این ماده در فاضلاب کارخانه‌های داروسازی ۲۰-۸۰۰ میلی‌گرم برلیتر و در آب‌های سطحی ۰.۳۸-۲۰ میلی‌گرم بر لیتر گزارش شدهاست.]۸[
شکل ۲-۱- ساختار مولکولی خانواده تتراسایکلین ها]۸[
۲-۵ آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط‌زیست
طی سال‌های ۱۹۹۹و ۲۰۰۰ سازمان زمین‌شناسی ایالات‌متحده‌ی آمریکا، اولین برنامه‌ی ملی را درزمینهی شناسایی آلاینده‌های آب‌های سطحی در ۱۳۹ جریان آب سطحی از ۳۰ ایالت آمریکا اجرا نمود. به‌طورکلی ۹۵ آلاینده‌ی مختلف ازجمله آنتی‌بیوتیک‌ها، داروهای با نسخه و بدون نسخه، هورمون‌ها و آستروئیدها . محققان هشدار دادند که مناطق انتخاب‌شده، محل‌هایی بوده‌اند که اخیراً میزان دفع پساب‌های شهری و کشاورزی به آنها افزایش یافتهاست.
برنامه‌های مشابهی جهت شناسایی آلاینده‌های موجود در سایر جریان‌های سطحی و آب‌های زیرزمینی دردست اقدام است.]۹[
در سال ۱۹۹۶ حدود ده هزار تن آنتی‌بیوتیک در اتحادیه اروپا مصرف شده که تقریباً ۵۰ درصد از آن در دامپزشکی به عنوان محرک رشد بوده‌است. طبق اطلاعات فدراسیون سلامت حیوانات در اروپا [۲](IFAH) در سال ۱۹۹۹ حدود ۱۳۲۸۸ تن آنتی‌بیوتیک در اروپا و سوئیس به‌کار رفته که ۶۵ درصد آن برای درمان انسان، ۲۹ درصد آن در دامپزشکی و ۶ درصد آن به عنوان محرک رشد استفاده شدند.
اگر داروها در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب یا در خاک و سایر تقسیمات محیطی حذف نشوند، به آب‌های سطحی، زیرزمینی و آشامیدنی راه می‌یابند. آنتی‌بیوتیک‌هایی که متابولیزه نمی‌شوند، اغلب به محیط‌های آبی راه می‌یابند. آنتی‌بیوتیک‌های محرک رشد در دام‌پروری، توسط حیوانات دفع شده و به درون خاک و آب‌های زیرزمینی نفوذ می‌کنند.]۱۰[
غالب آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط‌های آبی به طور جزئی تجزیه می‌شوند. به طور مثال کینولون ها به مقدار قابل‌توجهی به لجن فاضلاب، خاک و رسوبات جذب سطحی شده و تجزیه نمی‌شوند. ویرجینیامایسین یک آنتی‌بیوتیک افزودنی به ماده غذایی بوده که به‌صورت خوراکی برای رشد در دام‌پروری استفاده می‌شود. این آنتی‌بیوتیک در خاک‌های مختلف با یک نیمهعمر طولانی مورد توجه زیستی قرار می‌گیرد. این یافته‌ها نشان داده‌اند که تجزیه زیستی آنتی‌بیوتیک‌ها در فاضلاب ناشی از گیاهان دارویی و سایر قسمت‌های محیط، یک روند کامل برای حذف آنتی‌بیوتیک نیست.]۱۱[
غلظت‌های پایین‌تر از حد درمانی نقش مهمی در انتخاب باکتری‌های مقاوم و انتقال ژنتیکی در باکتری‌های معین ایفا می‌کند. در معرض قراردادن باکتری‌ها به غلظت‌های پایین‌تر از حد درمانی مواد ضد میکروبی، علت افزایش بروز سویه‌های مقاوم است. مقاومت می‌تواند به سایر باکتری‌های موجود در محیط‌های دیگر از قبیل آب‌های زیرزمینی یا نوشیدنی منتقل شود.]۱۱[
به‌طورخلاصه مشکلات ایجادشده توسط آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط‌زیست شامل موارد زیر می‌شود:
مقاومت ژنتیکی
ترکیب با سایر مواد در محیط و تولید مواد سمی
اختلال در تصفیه‌خانه‌های بیولوژیکی
حذف موجودات ذره‌بینی مفید و غیرمفید در خاک
نفوذ در بدن جانداران و گیاهان از طریق خاک و آب و تولید مواد سمی
مهمترین مشکل آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط‌زیست، ایجاد مقاومت ژنتیکی بوده که گاهی جهش باکتری‌ها خودبه خودی رخ می‌دهد. معمولاً این جهش منجر به تغییر در اتصال یا محل قرارگرفتن (گیرنده) می‌شود، به‌طوری‌که ترجمه و توصیف بی‌اثر آنتی‌بیوتیک را به دنبال دارد. معمولاً تغییراتی که توسط اثر جهش‌ها به وجود می‌آید روی کروموزوم DNA رخ می‌دهد. بااین‌حال باکتری‌ها می‌توانند به‌سرعت با کسب ژن مقاومت از باکتری‌های دیگر، بسیار مقاومت نشان دهند. این عمل، مقاومت قابل‌انتقال در برابر آنتی‌بیوتیک نامیده شده که عمدتاً به عنوان یک نتیجه از تقسیم باکتری‌هاست. برای پیشگیری از ایجاد مقاومت آنتی‌بیوتیکی در انسان می‌بایست به سه اصل توجه کرد:
استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها برای پیشگیری از بیماری‌های عفونی می‌بایست به حداقل برسد.
از آنتی‌بیوتیک‌هایی که مصرف آنها در بین انسان‌ها زیاد است، نمی‌بایست در دام و طیور استفاده کرد.
آنتی‌بیوتیک‌ها را نمی‌بایست به عنوان محرک رشد در تغذیه دام و طیور استفاده کرد و برای بهبود رشد بهتر است از پروبیوتیک ها استفاده شود.]۱۲[
۲-۶ منابع و نحوه انتشار آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط‌زیست
ازجمله مواردی که می‌توان به آنها اشاره کرد فاضلاب‌های شهری و پساب صنایع داروسازی و کودهای حیوانی و ضایعات دام‌پروری است که به‌اختصار به هریک از این موارد اشاره شدهاست.
فاضلاب‌های شهری:
وجود این دسته از مواد در فاضلاب منازل و بیمارستان‌ها اغلب از دفع بدون تغییر برخی از آنتی‌بیوتیک‌ها از بدن بیماران، دور ریخت داروهای تاریخ‌مصرف گذشته و… منشأ می‌گیرد.
فاضلاب‌های صنعتی:
پساب صنایع داروسازی و کارخانه‌های تولیدکننده این مواد حاوی غلظت بالای آنتی‌بیوتیک میباشند که اغلب بدون حذف توسط سیستم تصفیه واحد تولیدی به‌طور مستقیم وارد محیط‌های آبی می‌شوند. در حقیقت آنتی‌بیوتیک‌ها به دلیل داشتن خاصیت ضد میکروبی مانع فعالیت باکتری‌ها در سیستم تصفیه بیولوژیکی شده و با مختل کردن این سیستم بدون حذفشدن از آن عبور می‌کنند.
کودهای حیوانی و ضایعات دام‌پروری:
آنتی‌بیوتیک‌های دامداری از طریق واحدهای تولیدی، خروجی فرایند، ترکیبات دفعشده از مواد استفاده‌نشده یا منهدمشده، جریانات روسطحی، پساب‌های ناشی از فعالیت کشاورزی و دامداری وارد محیط‌زیست می‌شوند. بسته به منبع اولیه پساب و زمینه کاربردی استفاده از کود حیوانی و نوع آنتی‌بیوتیک استفاده‌شده اهمیت هرکدام از مسیرهای انتقال مشخص می‌شود. میزان آنتی‌بیوتیک دفعشده بسته به نوع آنتی‌بیوتیک، میزان استعمالشده از آن، نوع و سن حیوان متفاوت است. برای مثال کلرتتراسایکلین استفاده‌شده برای هر گاو ۷۰ میلی‌گرم در روز به عنوان بهبوددهنده رشد بوده است که در هر گرم از مدفوع تازه آن، این میزان ۱۴ میکروگرم بوده است.]۱۳و۱۴[
۲-۷ نگرانی از انتشار آنتی‌بیوتیک در محیط‌زیست
آنتی‌بیوتیک‌های آزادشده به محیط‌های آبی باعث نگرانی‌هایی ازجمله موارد زیر می‌گردند:
آلاینده آب‌های خام اولیه تصفیه‌شده و برگشتی میباشند که به عنوان آب شرب، آبیاری و احیا به کارمی‌شوند.
روی باکتری‌های مهم اکوسیستم تأثیر منفی بر جای می‌گذارند(از طریق مرگ یا مانع‌شدن آنها).
بین ۳۰ تا ۹۰ درصد میزان ورودی بیشتر آنتی‌بیوتیک‌ها به بدن انسان و حیوان در ادرار به عنوان ماده فعال دفع می‌شود. آنتی‌بیوتیک‌ها اغلب در آب محلول بوده و از طریق سیستم‌های فاضلاب پس از مصرف، فضولات انسانی و حیوانی، از طریق آب خروجی مزارع و کشتزارها، گورستان‌های زباله بخصوص زباله‌های بیمارستانی وارد محیط‌های آبی می‌شوند.
حجم آنتی‌بیوتیک‌های استفاده‌شده برای مصارف دامپزشکی از موارد انسانی بیشتر است زیرا برای مواد متعددی ازجمله بهبوددهنده رشد دام استفاده می‌شوند. یافته‌های اخیر در آمریکا و آلمان نشان می‌دهد که بیش از ۱۵ نوع آنتی‌بیوتیک در جریان‌های دریافتی از پساب‌های شهری و صنعتی یا خروج از فعالیت‌های کشاورزی و دامداری وجود دارد] ۱۳و۱۵ .[
استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها از آغاز کار آنها به عنوان یک داروی مؤثر باعث بحث بیشتری بر روی اثر زیان‌آوری آنها به دلیل استفاده بیش‌ازحد و یا استعمال آنها گردید. ایجاد مقاومت در باکتری‌های سمی محیط‌زیست به دلیل استفاده وسیع آنتی‌بیوتیک‌های تجویزشده در پزشکی و دامپزشکی باعث ایجاد خطر در انسان و دام مبتلا به این بیماری‌ها می‌شود. همچنین فرآیندهای موجود در اکوسیستم‌های آبی که به‌طور وسیعی با فعالیت‌های بیولوژیکی سروکار دارند نظیر دنیتریفیکاسیون[۳]، تثبیت نیتروژن و سایر فرآیندها مثل شکستن مواد آلی و غیره؛ همه آنها به‌گونه‌ای می‌توانند توسط آنتی‌بیوتیک‌ها باز داشتهشوند. اثرات مشابه در تجهیزات تصفیه فاضلاب که باکتری‌ها در آنها به منظور انجام فرایند تصفیه وفق داده‌شده و استفاده می‌شوند نیز رخ می‌دهد.]۱۶و۱۷[
با توجه به مشکلات ناشی از دفع پساب واحدهای تولید آنتی‌بیوتیک به محیط‌زیست که حاوی غلظت بالایی از آنتی‌بیوتیک و سایر مواد مضر میباشند، تولید آنتی‌بیوتیک‌ها ( با توجه به مشکلات زیست‌محیطی آن) در کشورهای پیشرفته به‌ندرت صورت می‌پذیرد و واحدهای تولیدی به کشورهای درحال‌توسعه منتقل‌شده‌اند. تولید این دسته از داروها نیازمند هزینه بالا و فنآوری خاص خود است. در کشور ما نیز با توجه به گسترش این واحدها لازم است تا برای عواقب اجتناب‌پذیر زیست‌محیطی این‌گونه واحدها راه‌حلی با انجام تحقیقات لازم اندیشیده شود. از طرف دیگر با یک رویکرد سودمحور می‌توان واحدهای تولید آنتی‌بیوتیک را به بازیابی محصول خود تشویق نموده و خطر بزرگ رهاسازی آنتی‌بیوتیک‌ها را در محیط‌زیست کاهش داده و در پی آن عملکرد سیستم تصفیه فاضلاب این واحدها نیز بهبود خواهد یافت.
فصل سوم
روشهای حذف
۳-۱ مقدمه
با توجه به ضرورت حذف آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط، روشهای مختلفی برای حذف آنها توسط محققین انجام شده که هرکدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. عملیات فیزیکی مانند استخراج فاز مایع، جذب و غشایی در حذف آنتی‌بیوتیک‌ها به‌کاررفته است. فرآیندهای بیولوژیکی، فرآیندهای شیمیایی مانند الکتروشیمی، امواج صوتی، اکسیداسیون شیمیایی و اکسیداسیون پیشرفته نیز برای تصفیه آنتی‌بیوتیک‌ها، مفید گزارش‌شده‌اند. همچنین فرآیندهای نوین که شامل استفاده از نانو مواد در فرآیندهای شیمیایی و فتوکاتالیستی بوده در ادامه به شرح هریک از این فرآیندها پرداخته می‌شود.
۳-۲ روشهای فیزیکی
در روشهای فیزیکی، عموماً آلاینده از طریق یک مکانیزم فیزیکی از فاضلاب یا خاک‌آلوده جدا شده و در ساختار شیمیایی آلاینده تغییری حاصل نمی‌شود. لذا این روش‌ها برای تغلیظ آلاینده به عنوان یک فرایند پیش‌تصفیه مناسب‌تر است.
۳-۲-۱ استخراج فاز مایع
در این روش آلاینده با یک عامل کمپلکسدهنده واکنش داده و تشکیل کمپلکس می‌دهد. کمپلکس ایجادشده در فاز آبی دیگر محلول نبوده و با بهره گرفتن از یک حلال آبی از فاز آبی به فاز آلی منتقل می‌شود و به‌این‌ترتیب استخراج آلاینده صورت می‌گیرد. این روش برای استخراج فلزات خانواده لانتانیدها و اکتنیدها از فاضلاب اتمی در صنایع هسته‌ای اهمیت ویژه‌ای دارد. با وجود گران بودن عوامل کمپلکسدهنده و حلال‌های آلی و بازیافت مجدد حلال‌های آلی و عامل کمپلکسدهنده، این روش چندان جایگاهی برای استخراج و حذف آنتی‌بیوتیک‌ها نداشته و فقط در صنایع هسته‌ای حائز اهمیت است. همچنین در صنایع هسته‌ای از فلز استخراج‌شده از فاضلاب می‌توان استفاده مجدد کرد اما در مورد آنتی‌بیوتیک‌ها استفاده مجدد معنی ندارد. در این روش فقط آنتی‌بیوتیک از فاضلاب جداسازی شده و تخریب مولکولی انجام نمی‌شود. عوامل مؤثر در راندمان این روش، pH، نوع عامل کمپلکسدهنده، نوع حلال، زمان تماس، غلظت آلاینده و غلظت عامل کمپلکسدهنده میباشند.]۱۸[
۳-۲-۲ جذب
فرایند جذب یکی از روشهای متداول در حذف آلاینده‌های آلی در محیط آبی می‌باشد. در این روش، دما، غلظت آلاینده، نوع جاذب، زمان تماس، pH، سطح تماس و سرعت اختلاط اهمیت دارند. کربن فعال جزء جاذب‌های متداول در تصفیه آلاینده‌های مقاوم بیولوژیکی بوده و برای حذف آنتی‌بیوتیک‌های زیادی استفاده می‌شود. راندمان حذف در محدوده ۹۰-۹۹ درصد بوده و مشکل اصلی در این روش احیا مجدد کربن و تخریب نشدن مولکول آنتی‌بیوتیک می‌باشد. همچنین در صورت حرارت دادن کربن امکان تشکیل VOCs[4] وجود دارد.]۱۹[
زئولیت های طبیعی و مصنوعی نیز در حذف آنتی‌بیوتیک‌ها مؤثر هستند. راندمان حذف توسط آنها به دلیل داشتن گروه‌های عاملی مفید در ساختار آن بالا بوده اما تهیه آنها هزینه زیادی داشته و تصفیه، احیا جاذب و تخریب نشدن ساختار آلاینده به قوت خود باقی است.]۲۰و۲۱[
۳-۲-۳ غشایی
فرآیندهای غشایی نیز در حذف آلاینده‌های سختتجزیه‌پذیر بیولوژیکی به کار می‌روند. فرآیندهای غشایی مورداستفاده در حذف آنتی‌بیوتیک‌ها الترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس بوده که راندمان حذف در این فرآیندها ۹۰-۹۹ درصد می‌باشد. راهبری این سیستم‌ها بسیار پرهزینه و غشاها به‌سادگی دچار گرفتگی و تخریب می‌شوند. همچنین تخریب ساختار مولکولی نیز انجام نشده و آنتی‌بیوتیک‌ها در لجن حاصل‌شده باقی می‌مانند.]۲۲[
۳-۳ فرآیندهای بیولوژیکی
به‌طورکلی آنتی‌بیوتیک‌ها برای میکروارگانیسم‌ها سم محسوب شده ولی بااین‌حال با بهره گرفتن از بعضی سیستم‌های هوازی و بی‌هوازی عمل تصفیه صورت گرفتهاست. تصفیه بیولوژیکی یک روش ارزان‌قیمت و مناسب برای حذف آلاینده‌ها می‌باشد. لذا برای آلاینده‌های سختتجزیه‌پذیر زمان تطبیق لجن با فاضلاب طولانی بوده، همچنین در مورد راندمان حذف نمی‌توان پیش‌بینی یکسان داشت و به‌طورمعمول مقادیر آن پایین میباشند.]۲۳و۲۴[
۳-۴ فرآیندهای شیمیایی
با توجه به اینکه آلاینده‌های مقاوم بیولوژیکی تصفیه پیچیده‌تری نسبت به سایر ترکیبات شیمیایی دارند، روشهای شیمیایی نیز پیشنهاد مناسبی برای تصفیه این دسته از آلاینده‌ها میباشند.
فرایند اکسیداسیون توسط اکسنده‌های شیمیایی، الکتروشیمی، امواج صوتی، اکسیداسیون پیشرفته و فتوکاتالیستی جزء این گروه از فرآیندها بوده‌اند.
با توجه به اثرات ناگوار یادشده ناشی از در معرض قرارگیری در مقابل غلظت‌های ناچیز ترکیبات دارویی در طولانی‌مدت، لزوم تلاش جهت شناسایی وضعیت آب‌های سطحی و زیرزمینی و نیز آب آشامیدنی مورداستفاده در شهرهای کشورمان ایران، و نیز مطالعه و شناسایی روشهای مؤثر در حذف ترکیبات موردبحث از آب آشامیدنی بیش‌ازپیش واضح و روشن خواهد شد.
نتایج مطالعاتی که تاکنون منتشرشدهاست، بیانگر آن است که متأسفانه روشهای متداول تصفیه‌ی آب آشامیدنی که عمدتاً در کشور ما از آنها استفاده می‌شود در حذف ترکیبات هورمونی و آنتی‌بیوتیک‌ها بهجز در موارد استثنایی، مؤثر نیستند.]۲۵[
از روش‌هایی که عمدتاً در حذف ترکیبات هورمونی و آنتی‌بیوتیک‌ها و بنا بر برخی شواهد، سایر ترکیبات دارویی مؤثرند، می‌توان به روشهای پیشرفته‌ای همچون جذب به‌وسیله‌ی کربن فعال، اسمز معکوس و اکسیداسیون به‌وسیله‌ی کلر و ازن و نانوفیلتراسیون اشاره نمود.
در این پژوهش به بررسی دقیق روشهای فیزیکی (جذب، انعقاد و اسمز معکوس) پرداخته و نتایج مقایسه شدهاست.
|
[جمعه 1400-08-14] [ 01:22:00 ب.ظ ]
|
