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

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s

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fect

ants

Plast

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flam

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iotiq

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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