SUBSTANCES PHARMACEUTIQUES : NOUVEAUX CONTAMINANTS DES SYSTEMES AQUATIQUES (?) H. Budzinski, A.Togola, S. Lardy, K. Le Menach, S. Augagneur, L. Peluhet LPTC - UMR 5472 CNRS - Université Bordeaux I

Substances pharmaceutiques : pourquoi les étudier? Evolution de la consommation française de composés pharmaceutiques

Consommation (tonnes par an) Quelques chiffres selon Beausse (2004) Classe Composé Royau. France Danemark Allemagne thérapeutique Uni Analgésique et Paracétamol 390 2294 248 Anti-inflammatoire Ac. acétyl-sal 18 880 213 Ibuprofène 162 166 34 105 Naproxène 35 39 Diclofénac 26 75 Hypolipémiant Gemfibrozil 6 Antidépresseur Fluoxétine 2 Carbamazépine 40 38 38

Devenir des composés pharmaceutiques dans l’environnement DECHARGE Utilisation Humaine vétérinaire STATIONS D’EPURATION Eaux usées Excrétion SOL Excrétion Ruissellement Boues d’épandage Risques sanitaires Eaux de boisson Eaux souterraines Eaux de surface Risques environnementaux

Situation des USA : Env. Sc. Tech., 2002 (Kolpin et al.) 4 5 1 5 3 7 2 22 7 6 11 14 5 2 1

Quelques données de concentration des substances pharmaceutiques dans l’environnement Naproxène Ibuprofène Diclofénac Paracétamol Carbazépine Gemfibrozil

Substances pharmaceutiques 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 ????

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 Hypolipémiants Antidépresseurs 2 CH OH NH C ( ) 3 Cl Clenbutérol HO C ( ) Terbutaline CH OH Salbutamol Cl O H Ac. clofibrique Gemfibrozil Clofibrate Lipur® Hypolipémiants Antidépresseurs anxiolytiques Bromazepam N C Cl Diazepam HN Nordiazepam Alprazolam Br Valium®

Composés d’intérêts Anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) H Cl Diclofénac C 3 Aspirine Kétoprofène Ibuprofène HO Paracétamol Naproxène Ketum® Apranax® Voltarène® Nurofen ® Doliprane® Antidépresseurs Imipramine Carbamazépine N ( C H 3 ) 2 O Doxépine Tegretol® Théophylline Caféine 3 N O H C Bronchodilatateurs Psychoanaleptiques

PHASE 1 : développements analytiques

Eaux naturelles Matière en suspension Phase dissoute Filtration sur filtre en fibre de verre (0.7µm) Matière en suspension Lyophilisation Extraction Micro-onde (30W, 10 min.) 30 ml (acétonitrile/ eau pH 2; 70/30; v/v) Filtration sur coton de verre Phase dissoute Evaporation de l’acétonitrile sous vide en chauffant ( Rapidvap ) pH 2 avec HCl Ajustement à 50ml avec milliQ eau ( pH 2) Conditionnement des cartouches OASIS MCX 60 mg éthyl acétate, milliQ eau (pH 2) Dépôt échantillon; séchage sous vide Elution 4 ml éthyl acétate; 4 ml éthyl acétate-acétone (50:50; v:v) 4 ml éthyl acétate-acétone (50:50; v:v) avec NH4OH (3%) Evaporation sous flux d’azote GC-MS pour les composés neutres Incubation avec MSTFA (30 µl, 35 min. à 65°C) GC-MS pour les composés acides

Matrice spikée (triplicats)

Application possible aux échantillons naturels   Dissous (ng/l) Particules (ng/g) amitryptiline 2 4 aspirine caféine carbamazépine 1 5 clenbutérol diazepam nordiazepam 6 diclofénac doxépine 8 gemfibrozil ibuprofène 3 imipramine 9 kétoprofène naproxène paracétamol salbutamol terbutaline Application possible aux échantillons naturels

DEVELOPPEMENT ANALYTIQUE APPLICATION A DES ECHANTILLONS NATURELS EAU DE STATION D’ÉPURATION (TANCARVILLE)

Bilan environnemental Suivi de la contamination PHASE 2 : Applications Terrain Outil Analytique Echantillons Milieu de rivière Rejets de STP Etudes de Terrain : Bilan environnemental Caractérisation et Suivi de la contamination

Concentrations en ng/L (phase dissoute) GIRONDE LOIRE ADOUR SEINE 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 - 5 - 50 naproxène ld - 1 ld - 8 1 - 6 7 - 350 carbamazépine ld - 2 ld - 228 ld - 8 10 - 150 Concentrations variables selon les composés, les stations, les saisons

Estuaire de la Seine (2002) ? STEP Rouen

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

(confluent avec la Garonne) Jalle d’Eysines STEP d’Eysines 50 000 éq. habitants Jalle d’Eysines Dordogne Garonne Distance/STEP 2 km 30 km 1 km 2 km 4 km 10 km (confluent avec la Garonne) 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.).

Station d’épuration de Marseille 6 4 2 1 3 5 - 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

Concentrations dans la phase dissoute Pour le paracétamol : jusqu’à 200 µg/l Absence de processus de biodégradation dans la STEP (Joos, 2005) Confirmation par comparaison du spectre de masse obtenu avec le spectre de masse de la bibliothèque (NIST 98) : identification du composé à 95%

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

Dosage de la phase particulaire La phase particulaire est très chargées en certains composés : jusqu’à 400 ng/g pour la carbamazépine Mais taux de MES très faible  Apport particulaire négligeable par rapport à la phase dissoute Max : 8 ng/L

CONCLUSION PERSPECTIVES 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 PERSPECTIVES Outils d’échantillonage intégratif (POCIS : Polar Organic Chemical Integrative Sampler) (ANR AMPERE) Rôle des particules Transfert vers les organismes Produits de transformation?

Echantillonnage ponctuel APPROCHES CLASSIQUES Echantillonnage ponctuel Biomonitoring - 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) - limites analytiques : spécificité + sensibilité ECHANTILLONNAGE PASSIF

À déterminer en laboratoire Semi Permeable Membrane Device Echantillonnage passif 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 SPMD Semi Permeable Membrane Device Echantillonneur de composés organiques hydrophobes Composés chimiques biodisponibles COMPOSES PHARMACEUTIQUES POCIS Polar Organic Chemical Integrative Sampler (Divinylbenzène – N-Vinylpyrrolidone) Echantillonneur de composés organiques hydrophiles Composés chimiques biodisponibles

Intérêt environnemental : POCIS : Premiers essais en milieu naturel Intérêt quantitatif : La quantification de composés présents en quantités inférieures aux limites de détection. Intérêt qualitatif : Identification de composés non ciblés Iminostilbène : métabolite de la Carbamazépine Dosage ponctuel extraction 1L d’eau Mesure intégrative 34 jours diazépam Intérêt environnemental : Intégration dans le temps

CONCLUSION PERSPECTIVES 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 PERSPECTIVES Outils d’échantillonage intégratif (POCIS : Polar Organic Chemical Integrative Sampler) (ANR AMPERE) Rôle des particules Transfert vers les organismes Produits de transformation?

Remerciements Programme Seine-Aval Région Aquitaine LITEAU (MEDD) IFREMER EU Contrat SWIFT ORQUE ECOBAG CNRS Université Bordeaux 1