Halk sağlığını izlemek için kanalizasyona bakmak

Atık sular, uyuşturucu ve diğer kimyasalları kullanan toplumlarla ilgili bilgi havuzudur. Tüm katı ve sıvı atıklar tuvaletten kanalizasyon sistemine akıtılıyor, burada herkesin atıklarına karışıp atık su arıtma tesisine gidiyor. Tüm bu dışkılar, insanların yediklerinden kalan kimyasal artıkları, kullandıkları sigaraları ve aldıkları ilaçları içerdiğinden, atık su arıtma tesisi hizmet verdiği toplumun sağlığı hakkında zengin bir bilgi kaynağı durumuna geliyor.

Tesis içine akan kanalizasyon, evi bu sisteme bağlı her kişiden toplanmış idrarı ve dışkı örneğini içeren bir havuz olarak düşünülebilir. Bir bireyin örneğinde çalışılacak olan testler (örneğin yasa dışı uyuşturucu kullanımını izlemek gibi), bir arıtma tesisindeki nüfus düzeyinde gerçekleştirilebilir. Bu araştırmanın temelini araştırmacıların “Atık Su Bazlı Epidemiyoloji” dedikleri alan oluşturuyor.

Arizona Eyalet Üniversitesi Bio-tasarım Enstitüsü direktörü olan Çevre Mühendisi Rolf Halden “Eğer bir atık su arıtma tesisinin ağzındaysanız, bir şehirde kullanılan tüm kimyasalları gözlemleyebilirsiniz. Bir insan vücudundan ayrılmış olan metabolizma artıklarını ölçebilirsiniz. Alınan ilaçlara bakabilirsiniz. Aslında, insan sağlığını gerçek zamanlı olarak gözlemleyebileceğiniz bir yerdesiniz” diyor.

Atık sularda ölçülen kimyasalların listesinin başında hem yasal hem de yasa dışı olan uyuşturucular geliyor. Ancak araştırmacılar, ilaçların ötesine geçmek için, insan vücudunda sağlık ve hastalık belirteçleri olan DNA, proteinler, lipitler ya da metabolizma artıkları gibi dışkıda bulunan ve bir kişinin vücudundaki hastalıkları gösterebilen molekülleri ölçmek için de harekete geçmek istiyorlar. Bütün bu analizler toplum sağlığının resmini çizerek, salgın hastalıklar hakkında erken uyarı için kullanılabilir.

Nasıl başladı?

Atık su bazlı epidemiyolojinin kökenleri, çevre bilimcilerin ilaçları ve metabolizma artıklarını göllerde ve nehirlerde tespit etmeye başladığı 1990’lı yıllara kadar gidiyor. Bu su kaynaklarından yasa dışı uyuşturucuları düzeyini ölçmeye başlamak ilk adımdı. 2001’de Amerikan Kimya Derneği sempozyumunda kanalizasyon ve çevre ile ilgili ilaçları anlattığı kitabını tanıtan Christian G. Daughton, “Ne de olsa, diğer ilaç kullananlar gibi onlar da (uyuşturucu bağımlıları) uyuşturucu kullanıyorlar” diyor. Kitabın odak noktası tedavi maksatlı kullanılan ilaçların ölçülmesiydi, fakat Daughton’un yazdığı son bölüm, yasa dışı uyuşturuculara da benzer yaklaşımı uygulamayı önerdi.

Daughton’un önerdiği şey, atık su örneklerinde uyuşturucuların seviyelerinin ölçülmesi ve bu verilerin, örneklerin toplandığı arıtma tesisi tarafından hizmet sunulan coğrafi bölgedeki ilaç kullanım miktarını hesaplamak için kullanmasıydı. Bu analiz, anketlere dayanan geleneksel epidemiyolojik yaklaşımlarla elde edilen tahminleri destekleyebilir veya artırabilirdi ve ankette sorulan sorulara cevap vermeyen deneklerden farklı olarak, atık su örnekleri yalan söylemezdi.

Ancak toplumsal uyuşturucu kullanımı konusu, Christian G. Daughton’un kendisinin de üyesi olduğu Birleşik Devletler Çevre Koruma Ajansı (EPA)’nın çalışma alanında değildi. Bu yüzden Daughton ölçümlerin hiçbirini kendisi başlatamadı. Fikir, başka bir bilim insanı tarafından alınıp üzerinde çalışma yapılıncaya kadar aslında pek bilinmiyordu.

2005 yılında, Mario Negri Farmakolojik Araştırma Enstitüsü’nden Ettore Zuccato ve arkadaşları, İtalya’daki Po Nehri‘nden buradaki atık su arıtma tesislerine gelen kanalizasyondaki kokaini ölçtüler ve kokain kullanımının İtalya’da açıklanan resmi rakamlardan oldukça yüksek olduğunu belirledi. Böylece atık sularda yasa dışı uyuşturucuları ölçmek için bir yarış başlamış oldu. Avrupa çapında çevre bilimciler ve analitik kimyagerler de kendi ülkelerinde benzer ölçümler yapmaya başladı.

Aşağıda bazı Avrupa şehirlerinde bin kişi başına düşen günlük uyuşturucu miktarının grafiği görülmekte.

Bu illüstrasyonda ise bazı Avrupa şehirlerinde kullanılan uyuşturucu düzeyi gösterilmekte.

Yeni bir ağın doğuşu

Sonraki birkaç yıl içinde, Avrupa’daki şehirlerde atık sudaki uyuşturucular ile ilgili araştırma rüzgarı esti. 2010 yılına kadar, yedi kuruluş bu ölçümleri bir araya getirerek kanalizasyon analizinde Avrupa’yı temsil eden SCORE ağını oluşturdular.

2011’den bu yana, SCORE, Avrupa çapında dört uyuşturucunun; kokain, MDMA (yaygın olarak ecstasy olarak bilinen sentetik ilaç), amfetamin ve metamfetaminin yıllık ölçümlerini takip ediyor. SCORE ağı, bu verileri Avrupa’daki uyuşturucu sorunları hakkında bilgi sağlama çabalarının bir parçası olarak bulguları kamuya açıklayan kuruluş olan Avrupa Uyuşturucu ve Uyuşturucu Bağımlılığı İzleme Merkezi’ne (EMCDDA) rapor ediyor. Avrupa yıllık faaliyet raporunda hangi laboratuvar verilerine yer verilebileceğini belirlemek için ağ üyeleri yıllık bir laboratuvar araştırmasına katılıyor. SCORE’un kalite kontrolünün bir parçası olan bu araştırma için, katılımcılar dört hedef uyuşturucuyu içeren örnekler alıyor.

Laboratuvarlar, örneklerini analiz ediyor ve Eawag (İsviçre)’da bulunan İsviçre Federal Su Bilimi Enstitüsü’nden çevre mühendisi olan Dr.Christoph Ort‘a gönderiyor. Örnekleri analiz etmek için hep aynı araçlar veya yöntemler kullanılmıyor. Dr. Ort “Sadece yerleşik yöntemlerini kullanmak zorundalar. Herkesin aynı yöntemi kullanmasının mümkün olacağını düşünmüyorum” diyor. Ancak Dr.Christoph Ort’un sonuçlarına göre laboratuvarlarda kullanılan analitik teknikler yüzde 20 oranında doğru sonuç veriyor.

Dr. Ort, Avrupa’daki gerçek atık su örneklerine ait verileri aldıktan sonra, örneklendiğinde atık suyun debisi gibi parametreleri dikkate alan hesaplamaları kontrol ediyor. Ardından verileri bağımsız olarak değerlendiren EMCDDA‘ya gönderiyor.

Avrupa verileri yıllık olarak toplandığından, sonuçların bazı sınırlılıkları var. EMCDDA “Avrupa’daki ilaç pazarının büyüklüğünü her yıl bilmek istiyor” diyor SCORE’un şu anki başkanı Kevin V. Thomas. Thomas daha önce Norveç Su Araştırmaları Enstitüsü’ndeydi ve şimdi Queensland Üniversitesi’nde Queensland Çevre Sağlığı Bilimleri Birliği’nin direktörü. Thomas, “İdeal olarak, yılın her bir günü ölçmeliyiz ancak bunu yapamıyoruz. Elimizdeki sonuçlar, istediğimiz cevapların bir ortalaması” diyor.

SCORE Ağı, Avrupa’da kurulduktan sonra, Avustralya, ABD, Kanada ve Çin gibi ülkelerdeki laboratuvarları da kapsayacak şekilde genişledi.

Aynı zamanda, Queensland Üniversitesi‘nde çevre kimyacısı olan Jochen Mueller  de 2007’de atık su bazlı epidemiyoloji programına katıldı. O zamanlar, Brisbane şehri (Avustralya) su sıkıntısını çözmek için bir su geri dönüşüm programı başlatmıştı.

Mueller, “Hükümet tarafından geri dönüşümü güvenli hale getirmek için sudan ne çıkarmamız gerektiğini öğrenmek amacıyla işe başladık. Suyun içinde araştırma yaptığımızda uyuşturucuyla, özellikle metamfetaminle karşılaştık” diyor.

O zamandan beri, Mueller’in programı Avustralya hükümeti tarafından finanse edilen geniş çaplı bir uyuşturucu izleme programına dönüştü. Mueller ve çalışma arkadaşları yaklaşık 50 tesisinden gelen atık suları analiz ediyor. Her fabrika bir hafta boyunca izleniyor – eyaletlerin ve bölgelerin başkentleri için her iki ayda bir ve diğer bölgesel merkezler için her dört ayda bir. Sık yapılan analizler bir temel oluşturmayı ve yönelimleri değerlendirmeyi kolaylaştırıyor.

Kılavuz oluşturmak

Atık sularda yasa dışı veya diğer ilgili kimyasalları ararken, bilim insanlarının bu bileşiklerin hangi formlarının en güvenilir sonuçları vereceği konusunda da hemfikir olması gerekir. SCORE ağı, en uygun belirteç molekülleri seçmek için protokoller oluşturarak onlara yardımcı oluyor.

Mario Negri Enstitüsünde bir SCORE ağı üyesi olan Dr. Sara Castiglioni, “Mümkün olduğunca insan metabolizma artıklarına odaklanıyoruz” diyor. Araştırmacılar, metabolizma artıklarını seçerek – orijinal, ana bileşenin parçalanma ürünlerini – ölçümlerini insanların tükettiği maddelere sınırlandırıyor. Böylece bir maddenin üretim sürecinden sonra atık suya başka bir yoldan girip girmediği, tuvalete dökülmesi de dahil olmak üzere olası karışıklıkları en aza indiriyorlar. İdeal olarak, SCORE ağı tarafından seçilen metabolizma artıkları idrarda atılıp kanalizasyon sisteminde stabil hale gelmelidir.

SCORE ağı, belirteç maddeleri seçmek için protokoller oluşturmanın yanı sıra, örnekleri toplamak ve analiz etmek ve sonuçları yorumlamak için etik kurallar belirledi. Avustralyalı araştırmacılardan gelen bilgilerle yazılan kılavuzlar, potansiyel etik riskleri tanımlıyor ve bunları hafifletmek için stratejiler öneriyor.

Kılavuzlar, araştırmanın daha geniş nüfusa ve topluma odaklandığından, bireylere yönelik risklerin düşük olduğunu kabul ediyor. “Atık su yaklaşımının yararı, anonim olmasıdır. Bu anonimliğin tüm yayın süreci boyunca korunması gerekiyor. Cezaevleri, okullar, hastaneler veya işyerleri gibi belirli siteleri hedef alan çalışmalarda ise risk en yüksektir” diyor Dr. Thomas.

“Bir banliyöye ya da mahalleye gitmeden nerede daha fazla ilaç kullanıldığını söyleyebiliyoruz” diyen Thomas’a göre bir şehirdeki genel uyuşturucu kullanımı hakkında bilgi sahibi olmanın bir faydası yok, bu sadece savunmasız bir grubu damgalamak anlamına gelir.

Kesin rakamı bulmak

Atık su epidemiyolojik verilerinin yorumlanmasında karşılaşılan zorluklardan biri de, belirli bir arıtma tesisinde belirli bir zamanda ölçümlerle ilişkilendirilen kişi sayısı üzerinde bir saptamadır. İyi bir tahmine ihtiyaç var çünkü belirteç maddelerin değerleri her bin kişi için günlük miktar olarak rapor edilir. Zaman içindeki eğilimler veya topluluklar arasındaki karşılaştırmalar hakkında anlamlı sonuçlar çıkarmak için, nüfus büyüklüğü önemli bir bilgi parçasıdır.

SCORE Ağı’nın yıllık uyuşturucu izleme testleri, genellikle Mart ayı boyunca okulun açık olduğu ve resmi tatillerin dışında kalan zamanlarda yapılıyor.

Önerilen bazı popülasyon belirteçleri arasında nikotin ve kafein metabolitleri yer alıyor. Ancak, kinin gibi bir nikotin metabolizma artığı kullanmak, farklı bölgelerdeki nüfusun benzer oranlarda sigara içenlere sahip olmasını gerektirir. Ve kafeinin birçok farklı kaynaktan geldiğini de göz önünde bulundurmak gerekiyor.

Thomas ve meslektaşları, özellikle yılın dinamik zamanlarında daha iyi nüfus tahminleri elde etmek için cep telefonu verilerini toplamaya çalıştı.

Araştırmacılar, bir cep telefonu şebekesi tarafından algılanan sinyal verisinden belirli bir alandaki popülasyonu tahmin etmek için Norveçli bir GSM operatörü ile iş birliği yaptı. Tatil döneminde kişi başına uyuşturucu kullanımını hesaplamak için bu nüfus tahminleri kullanıldı. Dinamik cep telefonu verilerini kullanmamış ve bunun yerine yılın normal, statik zamanlarından tahmin edilen nüfus verileriyle çalışmış olsalardı araştırmacılar uyuşturucu kullanımında kişi başına yüzde 31’lik bir düşüş hesaplamış olacaktı.

Avustralya’da araştırmacılar, her beş yılda bir gerçekleşen ülkenin nüfus sayımı ile aynı zamanda ölçüm yaparak nüfusları kimyasal olarak tahmin etmek için modeller geliştiriyor. Dr. Mueller ve ekibi 2011 ve 2016 sayımlarında çalışmalar yaptı. 2011 nüfus sayılarını, ilaç ve kişisel bakım ürünlerindeki çeşitli kimyasal maddelerin miktarlarından elde etmek için bir model geliştirmek üzere kullandılar. Sonuçta ortaya çıkan modelin, küçük nüfuslardan çok büyük popülasyonlar için daha iyi çalıştığını buldular.

Uyuşturucuların ötesine geçmek

Ayrıca, insanların böcek ilacı ve yumuşatıcı gibi diğer kimyasallara da maruz kalıp kalmadıklarını belirlemek için atık su ölçümleri kullanılıyor. Örneğin Dr. Castiglioni, pestisit maruziyetiyle ilgili sekiz kentli atık su bazlı epidemiyoloji çalışmasına öncülük etti. Ekip, triazinler, organofosfatlar ve piretroidler gibi kimyasal maddelerin idrar artıklarını bulmak için atık suyu analiz etti ve her bin kişi için günlük tespit edilen miktarlar, organofosfatlar için en yüksek ve triazinler için en düşük olarak bulundu.

Santiago de Compostela Üniversitesi‘nden José Benito Quintana ve Iria González-Mariño tarafından yönetilen İspanya’daki bir grup, atık sudaki fitalat artıklarını analiz etti. Tespit edilen değerler Birleşik Devletler Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi tarafından tavsiye edilen değerlerin üzerindeydi.

Atık su bazlı epidemiyoloji, Avrupa ve Avustralya’da en yaygın şekilde kullanılıyor.

Avustralya Ulusal Atık su Uyuşturucu İzleme Programı, ağrı kesici ilaçlar olarak kullanılan ve aynı zamanda kötüye kullanılan ilaçlar olan, fentanil ve oksikodon gibi diğer maddelerin kullanımını düzenli olarak analiz ediyor.

Örneğin eroin, hızla morfine dönüşür. “Temelde atık sularda eroin bulamıyorsunuz. Bulduğunuz şey morfin” diyor Washington Üniversitesi Alkol ve Madde Bağımlılığı Enstitüsü’nün araştırmacılarından Caleb Banta-Green. Bu morfinin ne kadarının yanlış kullanıma atfedilebileceğine karar vermek, reçete edilen miktarın çıkarılmasını gerektirir” diyor ki, bu tür bir tahminde bulunmak için atık su testi tek başına yeterli değil.

Dr. Banta-Green, “Atık su bazlı epidemiyolojinin ilk günlerinde, kimyagerler, verilerinin hata sınırlarını doğru bir şekilde rapor etmediklerini belirtiyor. Analitik ölçümün hatasını bildirmek yeterli değildir, çünkü genellikle toplam hatadan önemli ölçüde daha düşüktür. Akış ölçümü hakkında konuştuktan sonra, popülasyon değişkenliği hakkında konuşursanız, hata muhtemelen yüzde 30 daha fazla. Yasa dışı uyuşturucular söz konusu olduğunda bundan çok daha fazla bilgi sahibi olamazsınız. Örneğin Fentanile maddesi, o kadar çok insanı öldürüyor ki, bunun için atık suya bakmaya gerçekten gerek yok. Ölen insanların vücutlarına bakabilirsin” diyor.

Sağlıkla ilgili göstergeleri aramak

Atık su bazlı epidemiyolojinin geleceği, yasa dışı ya da günlük hayatta kullanılan ilaçların kullanımının ötesinde sağlık çalışmalarında yatıyor. Ancak kanalizasyonda kolayca tespit edilebilen ve kolayca yorumlanabilen DNA, proteinler veya metabolizma artıkları gibi insan vücuduna ait biyo-belirteçlerin seçilmesi zor. En iyi biyo-belirteçler, ilaç artıkları için kurulmuş olan SCORE ağı ile aynı kriterleri karşılıyor.

Dr. Daughton, “İlk kez faydalı bir biyo-belirteç arayışım izoprostan maddesi ile sonuçlandıktan sonra başkalarının da olması gerektiğini düşündüm” diyor. Daughton düzenli metabolizmanın ürettiği belirteçlerle ilgileniyor. “Bunlar hiçbir zaman kanalizasyonda aranmamıştı. Düşünsenize, neden onlarla ilgilenilsin ki? Sadece atılan ve kimsenin umurunda olan şeyler. Ama şimdi onları insan sağlığını ölçmek için kullanmayı önerdim, onlar da önemli” diyor.

SCORE ağı üyeleri, 11 Avrupa kentinin atık suyunda Daughton tarafından önerilen izoprostan maddesini araştırdı. Aynı örneklerde, aynı zamanda, diğer bazı metabolizma artıklarını da ölçtüler. Oksidatif stres biyo-belirteç düzeyinin tütün metabolizma artığı düzeyi ile kuvvetle ilişkili olduğunu buldular.

“Şaşırmış olmamalıydık, ancak tüm sinyalin nikotin tüketimi ile açıklanması biraz şaşırtıcıydı. Ama mantıklı, çünkü gelişmiş dünyadaki hastalıkların ana etkenlerine bakarsanız, listede sigara içmek oldukça yüksektir” diyor Dr. Thomas.

Sağlık alanında yapılan nüfus çalışmaları için temel bir değer oluşturmak zor, diyor Bath Üniversitesi’nde bir SCORE ağı üyesi olan Dr. Barbara Kasprzyk-Hordern: “Ve bu temel çizgideki değişiklikler hakkında anlamlı sonuçlar çıkarmak için iyi bir temel şart.”

Dr. Kasprzyk-Hordern’in ekibi, Güney Afrika‘da Stellenbosch’ta, bir halk sağlığı erken uyarı sistemi geliştirmek için atık su profilini kullanmak üzere ReNEW dedikleri bir proje üzerinde çalışıyor. Atık su ve çevre ortamını iki yıl boyunca izleyecekler. Akış koşullarını etkileyebilecek yağış gibi mevsime bağımlı koşulları da hesaba katacak temel belirlemek için bir yıla ihtiyaçları var.

Genler, proteinler ve kimyasallar dahil olmak üzere 200’den fazla biyo-belirteçleri hedefliyorlar. “Seçilmiş biyo-belirteçlerin uzun vadeli izlemesinin, halk sağlığı durumunun hızlı değerlendirilmesine, gelecekteki krizlerin tahmin edilmesine ve karakteristik son noktaları ortaya koymadan önce bile hızlı veya yavaş başlangıçlı tehlikeler için azaltma stratejilerinin geliştirilmesine olanak sağlayacağını umuyoruz” diyor Kasprzyk-Hordern.

Arizona Eyalet Üniversitesi‘nde Dr. Halden ve meslektaşları daha büyük ölçekte çalışıyor. Dünya çapında 300’den fazla atık su arıtma tesisinden örnekler için bir depo olan İnsan Sağlığı Gözlemevi‘ni kurdular. Dr. Halden “Bir milyardan fazla insana ulaşmayı hedefliyoruz” diyor.

Atıklardaki tüm kimyasalları yakalamak için Arizona Eyaleti araştırmacıları kendilerini kanalizasyonun sıvı kısmıyla sınırlandırmıyor. Katı atığa ayrılan kimyasal maddelerin vücutta birikme olasılığı daha yüksek. Dr. Halden, “atık su bazlı epidemiyoloji” kavramının, ekibinin yaptıklarının sadece bir kısmını yakaladığını düşünüyor. Bu yüzden, daha kapsamlı bir terim olduğunu düşündüğü şeyleri tartışıyor: Kentsel metabolizma metrolojisi.

Dr. Halden, “Atık su arıtma tesislerinde kimyasal profili ölçmek, kentsel ortamlarda kimyasal risk faktörlerini belirlemek ve insanların zehirli maddelere ne kadar maruz kaldığını tahmin etmek için çok ekonomik bir yol. Atık su arıtma tesisine gitmek, örnek almak, toksin profiline bakmak ve insan maruz kalma seviyesini tahmin etmek, o topluluğa ait 100, 1000 veya 10.000 kişiyi aynı bilgiye ulaşmak için test etmekten çok daha kolay” diyor.

Yasa dışı uyuşturucularla ilgili daha önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında, insan vücuduna ait sağlık belirleyicileri ile atık su bazlı epidemiyoloji bir başlangıç.

Kaynak: cen.acs.org