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风暴魔域好玩吗:糖皮質激素類物質厭氧降解研究

時間:2019-05-24 來源:河南大學 作者:崔波蕾 本文字數:8515字
  摘 要
  
  糖皮質激素是由腎上腺皮質分泌的甾體化合物,可以通過人工合成的方式進行批量生產,被廣泛應用于醫療方面。因為糖皮質激素所具有的獨特的生理作用,常被應用到炎癥的治療中,如關節炎、哮喘、支氣管炎等。近年來,我國糖皮質激素類藥物的銷售總額不斷上升,醫生開出的處方藥中超過 20%為糖皮質激素類藥物。據調查,我國所有制藥廠所產的糖皮質激素類藥物的年產值總量高達數百噸,被廣泛的應用于人類疾病的治療以及畜牧業養殖中。糖皮質激素類物質通過人體與生物體的代謝排出體外,經過遷移轉化與制藥廠所排出的廢水最終匯聚到污水處理廠,或經處理后作為景觀水進入到水環境中,進入水環境中的糖皮質激素被生物吸收并造成一定的危害。目前,在我國的污水處理廠以及不少地區的水環境中都檢測到糖皮質激素類藥物的存在,這些糖皮質激素有的是天然的,有的是經過制藥工藝人工合成的。在我國,污水處理廠處理廢水中有機污染物最常用的方法為生物法。生物法是目前公認的最具環境友好型的處理方法,不僅可以將廢水中所含的有機污染物進行降解,且伴隨著污染物的降解過程可以產生 CH4和 H2等再生能源,從而達到變廢為寶的目的。
  
  國內外對糖皮質激素類物質的研究大多集中在醫藥學領域中,在環境領域的研究剛進入初級階段,且研究主要集中在環境檢測方面。有研究表明糖皮質激素可以被微生物(如簡單節桿菌、馬紅球菌、溶脂短桿菌等)降解,而糖皮質激素的在厭氧環境中最終降解程度以及對厭氧消化過程中的微生物活性的影響還沒有具體研究。因此,本文參考ECETOC 測試法,選取氫化可的松、可的松、強的松以及地塞米松這四種醫用糖皮質激素為研究對象,研究其在厭氧環境中的最終降解規律以及厭氧降解過程中對產甲烷菌活性的抑制程度。

糖皮質激素類物質厭氧降解研究
  
  1.本文以氫化可的松、可的松、強的松以及地塞米松四種醫用糖皮質激素為受試物,參照 ECETOC 測定法與 ISO 國際標準設計實驗方法研究這四種糖皮質激素的厭氧降解規律。從凈產氣量、生物氣組分、揮發性脂肪酸以及生物降解百分率等方面進行綜合分析,可以得出以下結論:(1)氫化可的松、可的松、強的松以及地塞米松部分被最終降解。氫化可的松、可的松與強的松只有小部分被礦化并發生最終降解。地塞米松無法進行最終降解且會抑制內生生物氣的產生。(2)在所選濃度范圍內,氫化可的松和可的松的生物降解百分率隨著濃度的升高而降低,強的松的降解百分率隨著濃度的升高而增大;氫化可的松在濃度為 50 mg/L 時,生物降解百分率最高,可達 20 %以上。(3)在濃度低于 100 mg/L 時,這四種糖皮質激素的厭氧降解規律為氫化可的松>可的松>強的松>地塞米松。
  
  2.以葡萄糖作為共基質,分別在培養液中加入相應濃度的氫化可的松、可的松、強的松以及地塞米松作為受試物進行厭氧生態毒性實驗。該實驗參照 ECETOC 測定法與ISO 國際標準設計實驗方法,通過觀察這四種糖皮質激素在厭氧環境中對產甲烷菌活性的影響,從而判斷其生態毒性規律。從累計產氣量、凈產氣量、生物氣組分、揮發性脂肪酸以及相對活性等方面進行綜合分析,可以得出以下結論:(1)地塞米松和氫化可的松會對產甲烷菌的活性產生一定的抑制作用,且隨著濃度的增大而增大。(2)可的松在開始階段對厭氧微生物的活性具有抑制作用,抑制作用與濃度成正比;經過適應后,會產生刺激作用,且刺激作用隨著濃度的增大而減??;可的松在低濃度時會對產甲烷菌的活性產生抑制作用,隨著濃度增加,抑制作用減小。(3)強的松對厭氧微生物活性具有強烈的抑制作用,且隨著濃度的增大而增強。(4)在低濃度下,四種糖皮質激素的抑制性大小關系為強的松>可的松>地塞米松>氫化可的松。
  
  關鍵字:厭氧降解,糖皮質激素,厭氧生態毒理性。
  
  ABSTRACT。
  
  Glucocorticoid is a steroid compound secreted by adrenal cortex, which can be mass-produced in artificial synthetic fashion and widely used in medical care. Owing to the unique physiological nature,glucocorticoid always be used in the treatment of inflammation, such as arthritis, asthma, bronchitis and so on. In recent years, the total sales of glucocorticoid drugs has been increasing, and more than 20% of the prescribed drugs that doctors prescribed glucocorticoid-like drugs in China. According to the investigation,there are more than hundreds of tons of glucocorticoid drugs which output annual among of China 's pharmaceutical products and most of the glucocorticoid drugs, widely used in the treatment of human diseases and livestock breeding. These glucocorticoids are excreted by the metabolism of the human body and the organism, and into the waste water discharged from the pharmaceutical factory eventually converge to the sewage treatment plant, the treated water is drained into the water environment, It might cause harmsthat the glucocorticoid in water absorbed by the organism. At present, glucocorticoid-like drugs have detected in sewage treatment plants and many areas of the water environment in China. Some of these glucocorticoids are natural, but some have been artificially synthesized by the pharmaceutical process. The most common method of treating organic pollutants with wastewater treatment plants is biological methodin China. Biological method is currently recognized as the most environmentally-friendly treatment to achieve the purpose of recycling, which not only can the organic pollutants in wastewater, but also,produce renewable energy with the degradation of pollutants , such as CH4 、H2 and so on .
  
  At the early stage,, the research on glucocorticoid substances in domestic and foreign were mostly focus on medicine field, the research has just entered the initial stage in the field of environmental, and the study is mainly focused on environmental testing. Research shown that glucocorticoids can be degraded by microorganisms (such as Corynebacterium simplex, Rhodococcus equi, and Bacillus lipolyticus), while both of the ultimate degradation of glucocorticoid in anaerobic environments and the effects on microbial activity during anaerobic digestion have not been specifically studied. Therefore, this paper refers to the ECETOC test method, selecting the hydrocortisone, cortisone, prednisone, and dexamethasone, four kinds of medical glucocorticoids as research objects, to study their ultimate degradation in anaerobic environment and anaerobic degradation process, the degree of inhibition of methanogen activity.
  
  1. In this paper, choosing four medical glucocorticoids: hydrocortisone, cortisone, prednisone,and dexamethasone, were used as test substances. The degradation laws of these four glucocorticoids were studied with reference to the ECETOC assay and the ISO international standard design test method. A comprehensive analysis of the net gas production, biogenic gas composition, VFAs and percentage of biodegradation can lead to the following conclusions: (1) It is difficult to degrade eventually with the hydrocortisone, cortisone, prednisone, and dexamethasone Only a small amount of hydrocortisone,cortisone and prednisone are mineralized, and occurs degradation finally. However, dexamethasone only undergoes initial degradation and cannot be degraded finally, which will inhibit the production of endogenous biogas. With the increase of the concentration, the inhibitory effect decreases. (2) In the selected concentration range, the percentage of biodegradation of hydrocortisone and cortisone decreases as the concentration increases, and the percentage degradation of prednisone increases with the increase of concentration. At the concentration of hydrocortisone is 50 mg/L, the highest percentage of biodegradationis up to 20%. (3) When the concentrations below 100 mg/l, the anaerobic degradation of the four glucocorticoid hormones was hydrocortisone > Cortisone > Prednisone > Dexamethasone.
  
  2. Using glucose as a co-substrate, anaerobic ecotoxicity experiments were performed by adding hydrocortisone, cortisone, prednisone, and dexamethasone as the test substances in the culture medium. The experiment is based on the ECETOC assay and the ISO international standard design experiment method. By observing the effect of these four glucocorticoids on the activity of methanogens in anaerobic environment, the ecotoxicity rule of the four glucocorticoids can be judged. From the comprehensive analysis of cumulative gas production, net gas production, biogas components, volatile fatty acids, and relative activities, the following conclusions can be drawn: (1) The activity of dexamethasone and hydrocortisone on methanogenic bacteria It has a certain inhibitory effect and increases with the concentration. (2) Cortisone has an inhibitory effect on the activity of anaerobic microorganisms at the beginning stage, and the inhibitory effect is proportional to the concentration; after being adapted, it will have a stimulatory effect, and the stimulatory effect will decrease as the concentration increases; Pine at a low concentration will have an inhibitory effect on the activity of methanogens, and as the concentration increases, the inhibitory effect decreases. (3) Prednisone has a strong inhibitory effect on the activity of anaerobic microorganisms, and it increases with the increase of concentration. (4) At low concentrations, the inhibitory size relationship of the four glucocorticoids was prednisone> cortisone> dexamethasone> hydrocortisone.
  
  KEY WORDS:   anaerobic degradation,glucocorticoid,anaerobic ecological toxicity。
  
  1、 緒 論
  
  現階段人們的生活與生產都離不開有機化合物,為滿足人們的需求,合成的有機物種類不斷增多。這些由人類通過各種工藝合成的有機化合物一部分不被自然界的生物圈所熟識,難以被自然環境中的微生物降解,會在自然界中長期存留和富集,對環境和生物造成不可挽回的危害。近年來,有研究者對部分地區的河道進行檢測發現有糖皮質激素類物質的存在。2009 年,常紅等[1]
  
  人對北京市溫榆河流域進行檢測,共測出 6 種糖皮質激素,其中包括可的松和氫化可的松這兩種天然激素以及潑尼松、潑尼松龍、地塞米松、甲基潑尼松龍 4 種人工合成激素。2015 年,郭文景[2]在北京市清河對地表水進行檢測,共檢測出 8 種糖皮質激素。據調查研究,在我國,糖皮質激素作為藥物的使用量逐年遞增,隨之環境中該物質的含量也在不斷增高?;肪持械奶瞧ぶ始に鼐髦滯揪兜母患?,會被人體所吸收,人體攝入過高會引發肥胖、高血壓、骨質疏松等各種疾病,且會對水環境中的生物造成嚴重的負面影響,隨之成為環境激素類污染物之一,因此,對糖皮質激素的降解研究顯得尤為迫切。
  
  1.1、 環境激素及其危害。
  

  環境激素[3-4]一詞最早由一位日本的學者提出的,專指存在于環境中具有干擾生物體自身穩定以及體內激素平衡作用的化合物[5]。當環境中的環境激素被生物吸收進入體內,會打破生物體的生理平衡,影響生物體的正常發育及成長。早期,人們對它的危害并不了解,因此并未引起學者們的關注。直到 1996 年,美國科學家 Colborn 在其環保著作《Our stolen futurn》中正式提出了“環境激素”這個名詞,開始引起學者們的廣泛關注,在這篇著作中說明了環境激素所帶來的危害,若生物體所吸收的環境激素含量較少時,會影響體內的代謝平衡,若吸收的含量過高時可能出現生物絕種的現象,如雄性生物吸收了環境中具有雌激素作用的化合物,會出現雌性化現象、后代出現發育缺陷等障礙、生物的生殖生育能力降低,最后致使生物絕種。自此,人們真正認識到了激素化合物對人類及各種野生動物的危害[6-7]。經過 80 年的工業發展,環境激素的種類不斷增加,在醫藥、化妝品等多數的化學制品中都含有激素類物質。目前已確定約 70 種環境激素,除了鎘、鉛、汞等幾種重金屬外,剩余的都是有機物質[8-9]。近年來有學者發現環境激素對人類的健康存在影響,如會導致男嬰的出生率降低,胎兒畸變,引起人神經系統功能障礙,造成智力低下等危害[10]。因此,環境激素成為了繼臭氧層破壞、溫室效應后,第三個全球性重大環境問題[11-12]。
  
  1.2、 糖皮質激素。
  

  糖皮質激素是腎上腺皮質激素的其中一種,它的名稱來源于其在人體中的生理作用,即調節糖的代謝,屬于甾體化合物[13]。人們對糖皮質激素的生理作用和臨床應用的研究開始于 1855 年[14],而直到 1949 年 ,才發現可的松對治療風濕性關節炎具有奇效,至此人們首次真正的認識到了糖皮質激素具有作為高療效和高經濟價值藥物的作用。據調查研究,在藥物治療中,糖皮質激素類藥物的使用量遠超于雌激素類藥物[15],是目前激素類藥物中使用量最大的藥物之一。目前,超過 30 余種糖皮質激素合成藥物被廣泛應用于人類醫療與獸藥使用中[16]。這些藥物的使用除了可以治療眾所周知的風濕性關節炎外,還可以治療人體的呼吸道疾病如支氣管哮喘以及皮膚病如濕疹等。
  
  近年來,有學者對我國的部分醫院所開的處方單進行統計對比,研究發現我國醫生開出的處方藥中超過 20%為糖皮質激素類藥物,且每年所售出的糖皮質激素類藥物的銷售金額也在不斷攀升。目前臨床上應用較廣泛的有可的松[17-18](Cortisone)、強的松(Prednisone)、地塞米松[19-20](Dexamethasone),氫化可的松(Hydrocortisone)等。這些藥物大多被應用于治療人體的各種炎癥,如風濕性關節炎、呼吸道炎癥等。
  
  1.2.1、 糖皮質激素結構。
  
  糖皮質激素作為甾體化合物中的一種,具有相同的母核結構,即環戊烷多氫菲碳結構,結構通式如圖 1-1 所示,由三個六元環(A、B、C)和一個五元環(D)稠合的碳結構,并且大部分甾體化合物在環戊烷多氫菲的母核上存在三個側鏈,分別連在 C-10,C-13 和 C-17 上[21]。如膽甾醇、雌激素、孕激素等都屬于甾醇化合物[22-23]。
  
  
  
  1.2.2 糖皮質激素的環境來源及危害。
  
  基于糖皮質激素調節體內糖、蛋白質以及脂肪三者間的轉化與代謝平衡的特殊的生理功能及其抗炎的治療特性[24-25],天然的及合成的不同種類的糖皮質激素被廣泛的應用于人類的關節炎、哮喘、支氣管炎等疾病[26-28],在畜牧養殖業中也常被作為治療家畜的炎癥反應及免疫性疾病的藥物使用[29]。而且早在 20 世紀 80 到 90 年代,有研究者先后報道了糖皮質激素可以通過促進動物體內食物的吸收,將糖類轉化成脂肪,增加動物的體重。自此,糖皮質激素被廣泛應用于畜牧業養殖中。在我國,每年僅天津一家制藥廠生產的糖皮質激素就超過 20 噸,全國糖皮質激素類藥物的生產總額高達數百噸[30]。
  
  目前環境中存在的糖皮質激素類藥物分別為天然合成和人工合成兩類。天然合成,即在人與動物體內合成,通過新陳代謝排出體外,進入環境中,因此人與動物的排泄也是環境中糖皮質激素類藥物的來源之一。人工合成的糖皮質激素的主要來源為醫院、制藥廠中排出的廢水、廢渣。通過第一種途徑進入到環境中的糖皮質激素,都是先以無生物活性的結合態在人體中存在的,排出體外之后逐步解離形成具有生物活性的自由態糖皮質激素[31]。人工合成的糖皮質激素藥物中大部分是先進入人和動物體內,經過代謝排出,而這些糖皮質激素在生物體內轉化成為極性強、生物活性低的代謝產物排出體外,成為環境中的潛在污染物。據調查研究,成年男性每天尿液中排泄的雌二醇約為 1.5?g,而所含的糖皮質激素的量約為雌二醇的 100-1000 倍[32]。種豬每天排放的糞便中可以檢測到的氫化可的松的含量介于 90~6310?g/d 之間[33]。據不完全統計,在我國,每年醫生開出的處方藥中超過 20%的為糖皮質激素類藥物,成為應用最廣泛的激素類藥物[34]。而另外一部分人工合成的糖皮質激素會通過第三種途徑進入環境中。經檢測,醫院廢水中所含的糖皮質激素受體活性要比污水處理廠中的高 2.5~9 倍,而制藥廠排出的廢水中所含的量最高時是污水處理廠的 22 倍,這種高濃度的糖皮質激素進入環境中,會對人類和水生生物的健康等造成嚴重的負面影響[35-36]。因此,醫院和制藥廠是環境種糖皮質激素的重要污染來源之一。近年來,由于人類活動的頻繁,糖皮質激素的使用量的幅度增加 2016 年沈曉燕等人在污水廠水樣檢測中發現氫化可的松的濃度為 0.61-121ng/L、地塞米松濃度為 1.7-14ng/L、潑尼松龍濃度水平在 2.7-190ng/L。特別是在糖皮質激素藥物的生產車間,排出的工業廢水中所含有的糖皮質激素的含量要比污水處理廠以及河湖中的含量要高的多。
  
  近年來,隨著天然和人工合成的糖皮質激素的生產與消費量的逐漸提高,環境中的糖皮質激素類物質含量逐漸攀升,糖皮質激素在環境領域的研究進入到了初步階段。且已經有部分實驗證明了糖皮質激素類物質對魚類具有潛在的生態毒性。如 2002 年,Overli[37]等研究者長期對魚類投加氫化可的松藥物,研究發現長期吸收氫化可的松藥物的魚類的生理活動和進攻行為都會遭到一定的抑制,同時會影響星斑川鰈的免疫系統[38-39]。而且發現長期吸收氫化可的松的虹鱒魚的發育會受到一定的限制,體型要比正常條件下生長的要小的多,而且具有發育不完善的情況。另外,有研究發現潑尼松龍與倍氯米松會使黑頭呆魚體內的糖轉化速率加快,血糖含量升高以及降低血液中白細胞數量[40]。最近有研究表明低濃度的糖皮質激素具有加快蛋白質分解作用[41]以及造成雌性鮭魚,食蚊魚出現雄性化現象[42-43]。
  
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  1.2.3 環境水樣中糖皮質激素的檢測方法
  1.2.4 甾體化合物的降解機理
  1.2.5 糖皮質激素的降解行為研究現狀
  1.3 厭氧生物降解研究概況
  1.3.1 厭氧生物降解的過程
  1.3.2 厭氧降解的影響因素
  1.4 本課題的研究意義及內容
  
  2 糖皮質激素的厭氧降解研究
  
  2.1 儀器及試劑
  2.1.1 實驗儀器
  2.1.2 實驗材料及試劑
  2.2 實驗方法
  2.3 分析項目與方法
  2.4 結果與分析
  2.4.1 生物氣產量分析
  2.4.2 氣體組分分析
  2.4.3 VFAs 的分析
  2.4.4 生物降解百分率
  2.5 本章小結
  
  3 糖皮質激素的厭氧生態毒性實驗研究
  
  3.1 實驗儀器
  3.2 實驗材料及藥品
  3.3 實驗方法
  3.4 分析項目與方法
  3.5 結果與討論
  3.5.1 產氣量分析
  3.5.2 生物氣組分分析
  3.5.3 揮發性脂肪酸(VFAs)分析
  3.5.4 相對活性 RA
  3.6 本章小結

风暴魔域挂机刷魔石,快速培养幻兽升星教程 www.awyiy.icu   4 結論

  本研究在目前所知的四種國際中認可的生物降解性能測定的方法中選擇 ECETOC的方法進行參考,設計實驗方案對目前環境中含量較高的四種醫用糖皮質激素進行厭氧降解性能與生態毒性研究。

  1.從凈產氣量、生物氣組分、VFAs 以及生物降解百分率等方面進行分析,糖皮質激素厭氧生物降解實驗可以得出以下結論:(1)氫化可的松、可的松、強的松以及地塞米松很難被最終降解。氫化可的松、可的松與強的松只有小部分發生最終降解,地塞米松只發生初步降解,無法發生最終降解,且會抑制內生生物氣的產生,隨著濃度的增大,抑制作用減小。(2)在所選濃度范圍內,氫化可的松和可的松的生物降解百分率隨著濃度的升高而降低,強的松的降解百分率隨著濃度的升高而增大。(3)在濃度低于 100mg/L時,這四種糖皮質激素的厭氧降解規律為氫化可的松>可的松>強的松>地塞米松。

  2.從累計產氣量、凈產氣量、生物氣組分、VFAs 以及相對活性等方面進行分析,以葡萄糖為共基質糖皮質激素厭氧生態毒性實驗可以的出以下結論:(1)地塞米松和氫化可的松會對產甲烷菌的活性產生一定的抑制作用,且隨著濃度的增大而增大。(2)可的松在開始階段對厭氧微生物的活性具有抑制作用,抑制作用與濃度成正比;經過適應后,會產生刺激作用,且刺激作用隨著濃度的增大而減??;可的松在低濃度時會對產甲烷菌的活性產生抑制作用,隨著濃度增加,抑制作用減小。(3)強的松對厭氧微生物活性具有強烈的抑制作用,且隨著濃度的增大而增強。(4)在低濃度下,四種糖皮質激素的抑制性大小關系為強的松>可的松>地塞米松>氫化可的松。

  通過以上兩個實驗研究可以得出,糖皮質激素類物質在單一的厭氧環境中很難被降解,特別是地塞米松可能會與溶液中的乙酸等物質發生反應,生成其他種類的糖皮質激素。糖皮質激素類物質會對厭氧微生物的活性具有一定的抑制作用,不適合在單一的厭氧環境下生物降解的方法處理。

  參考文獻

    崔波蕾. 四種醫用糖皮質激素的厭氧行為研究[D].河南大學,2018.
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