Pharmaceutically active compounds in the environment: risks, trade-offs and sewer epidemiology

In this research, the release and, hence, the environmental presence of PhACs are viewed from two distinct perspectives. The first is from an upstream perspective in which the degree of use or excretion of PhACs is used to estimate the environmental load of contaminants which, in turn, allows one to assess eco-toxicological and/or human-health concerns. Four unique evaluations were performed by adopting this perspective. The first evaluation resulted in the development of a model for the endogenous release of androgens, thyroids and their in vivo metabolites to the environment. The model was used to assess the eco-toxicological relevance of such contaminants and, from this, it was found that the endogenous release of androstenedione carries the potential to yield impacts on fish under a high exposure scenario. The second evaluation led to the development of an approach for the assessment of human-health and eco- toxicological risks posed by PhACs in urine that is applied to agricultural land. This approach was applied to evaluate 25 widely-used PhACs through six routes of exposure. Of the 25 PhACs evaluated, 14 were found to pose possible eco-toxicological or human-health risks. The third evaluation explored the sources and the human-health relevance regarding the aquatic release of 335 PhACs to the Canadian environment. The evaluation suggested that up to seven distinct sources can lead to the aquatic release of a given PhAC, with the importance of a given source term varying significantly from one case to another. PhACs appear to be predominantly released to the environment through their use in the general population but, in certain cases, their use in hospitals and their release through other sources (e.g., endogenous production, use of clinical precursors and illicit drugs) can also be important. When the human-health relevance regarding the potential presence of the 335 PhACs in drinking waters was evaluated, it was established that 323 of the PhACs are expected to pose a negligible risk to human-health. However, the results indicated that 14 PhACs warrant further study. Furthermore, it was demonstrated that environmental monitoring of PhACs is currently insufficient to properly assess their human-health impacts. In the fourth evaluation, an approach was developed to better understand and evaluate the relationships and trade-offs involved between a population's contraceptive choices and their respective load of steroidal estrogens to the environment. Counterintuitively, the analysis suggested that use of each contraceptive option, be it estrogen based or purely physical, prevents the release of steroidal estrogens to the environment. It was also shown that those who use ethinylestradiol-based oral contraceptives produce a lower estrogenic load on the environment than those who discontinue the use of such an option. The second perspective adopted in this research was to use the downstream load of drug residues in wastewaters to gain information about the behaviour of an upstream population. Specifically research was conducted to use a sewer epidemiology approach to determine how best to translate measured loads of selected drug residues in wastewaters to the levels with which the parent illicit drugs are used in their respective upstream populations. To accomplish this, mass balances were developed for a number of illicit drugs in common use. Through the development of these mass balances, it was established that the extrapolation factors used in the literature that relate drug residue measurements in wastewaters to drug use in a population required significant refinement to improve their reliability and applicability.Dans cette étude, le rejet et la présence des PhACs dans l'environnement sont considérés depuis deux perspectives différentes. D'abord, une perspective amont depuis laquelle la concentration des PhACs dans l'environnement est estimée grâce à leur degré d'utilisation ou d'excrétion. Cela permet d'évaluer les inquiétudes liées à l'éco-toxicologie et/ou la santé humaine. Quatre évaluations uniques en leur genre ont été menées depuis cette perspective. La première évaluation a débouché sur le développement d'un modèle informatique du rejet endogène d'androgènes, d'hormones thyroïdiennes et leurs métabolites in vivo dans l'environnement. Le modèle a été utilisé pour évaluer la pertinence de tels polluants d'un point de vue éco-toxicologique; ainsi, il a été mis en évidence que le rejet endogène d'androstènedione comporte un risque d'impacts mesurables sur les poissons dans le cadre d'un scénario de forte exposition. La deuxième évaluation a conduit au développement d'une approche pour l'évaluation des risques liés à la santé humaine et à l'éco-toxicologie posés par les PhACs présents dans l'urine épandue sur les terres agricoles. Cette approche a été appliquée pour évaluer au travers de six voies d'exposition 25 PhACs abondamment utilisés. De ces 25 PhACs, 14 pourraient poser des risques d'éco-toxicologie ou pour la santé humaine. La troisième évaluation portait sur l'analyse des sources et la pertinence en termes de risques pour la santé humaine du rejet aquatique de 335 PhACs dans l'environnement au Canada. L'évaluation suggère qu'un maximum de sept sources distinctes peut mener au rejet dans l'eau d'un PhAC donné, avec l'importance de chaque source variant de manière significative d'un cas à l'autre. Les PhACs sont principalement rejetés dans l'environnement à travers leur utilisation au sein des populations; mais parfois, les hôpitaux entre autres sources peuvent aussi être d'importants contributeurs. L'évaluation de la pertinence de l'analyse de la présence potentielle de ces 335 PhACs dans les eaux potables montre que 323 de ces PhACs devraient poser un risque négligeable pour la santé humaine. Cependant, 14 PhACs méritent de plus amples recherches selon les résultats. De plus, il a été démontré que la surveillance environnementale des PhACs est actuellement insuffisante pour évaluer de façon correcte leurs impacts éco-toxicologiques et sur la santé humaine. Dans la quatrième évaluation, une approche a été développée pour mieux comprendre et évaluer les relations et compromis nécessaires entre les choix de contraception d'une population et la concentration en estrogènes stéroïdiens dans l'environnement. De façon contre-intuitive, l'analyse a suggéré que quelle que soit l'option de contraception utilisée, qu'elle soit à base d'estrogènes ou purement un instrument physique, des rejets d'estrogènes stéroïdiens dans l'environnement sont évités. Les femmes qui utilisent des contraceptifs oraux à base d'éthinylestradiol produisent une moindre concentration en estrogènes dans l'environnement que celles qui abandonnent l'utilisation d'une telle option. La seconde perspective adoptée dans cette étude utilisait la concentration en aval de résidus de drogues dans les eaux usées pour obtenir des informations sur le comportement d'une population en amont. Une étude spécifique a été conduite à l'aide d'une approche basée sur l'épidémiologie des eaux d'égout afin de déterminer comment mieux lier les concentrations de résidus de certaines drogues dans les eaux usées aux niveaux d'utilisation de ces drogues dans les populations en amont. Afin d'y parvenir, des bilans de masse ont été développés pour un ensemble de drogues illicites d'usage courant. Ainsi, les facteurs d'extrapolation utilisés dans la littérature liant les mesures de résidus de drogues dans les eaux usées à l'utilisation de drogues dans une population nécessitent d'être affinés de manière significative pour améliorer leur fiabilité et leur applicabilité