2021, Vol. 42
有报告指出, 截至2018年全球约有2.69亿人滥用毒品, 有3 500多万人吸毒成瘾.为降低毒品的危害, 对毒品的有效监控和管控已成为当今世界各国共同面临的难题[1].污水流行病学是基于人们消费并代谢某物质后, 代谢产物以粪便或者尿液的形式排入污水管道, 对污水厂进水口污水收集并分析, 通过公式反推计算污水厂服务区域内该物质的使用情况[2].由Daughton等[3]于2001年首次提出可将该方法用于调查社区药物消费量的构想. 2005年, Zuccato等[4]的研究将污水流行病学的理念应用于毒品.应用污水流行病学方法进行毒情监测, 省时省力且客观性强, 能为缉毒部门提供合理有效建议, 目前已被很多国家应用于毒情监测.
对毒品滥用情况的长期监控, 不仅有利于有效更新地区的毒情状况, 而且能够更好地了解当地毒品滥用变化趋势, 对于国家未来更精准监控和打击毒品犯罪也是有力且有效的工具.意大利[5, 6]、澳大利亚[7, 8]、美国[9, 10]和比利时[11]等多个国家对其多种毒品的滥用情况进行了长期的监测和研究.目前我国的研究大多集中在空间分布[12]和特殊节假日[13]毒品滥用特征, 对毒品长期滥用趋势探究较少.
据2016~2019年我国毒情报告显示, 甲基苯丙胺、海洛因、氯胺酮、摇头丸和可卡因为我国典型滥用毒品[14~17], 也是我国禁毒部门最为关注的5种毒品.本研究于2020年和2021年连续两年采集大连市污水处理厂的进口污水, 分析测定甲基苯丙胺、海洛因、氯胺酮、摇头丸和可卡因的生物标识物的浓度.根据污水厂进水流量、毒品代谢数据和人口数量等信息估算大连市该5种毒品人均滥用量, 并根据相关文献调查对应毒品的滥用剂量和频率估算流行率.结合2015~2019年监测数据分析大连市毒品的滥用趋势, 及时反馈毒品滥用波动情况并为缉毒部门提供合理有效建议.
1 材料与方法 1.1 材料甲基苯丙胺(METH)标准样品购买自美国Cerilliant公司; 3, 4-亚甲二氧基甲基苯丙胺(MDMA)、吗啡(MOR)、氯胺酮(KET)和苯甲酰芽子碱(BE)标准样品购买自美国A ChemTek公司; 添加1%三甲基氯硅烷(trimethylchlorosilane, TMCS)的双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺[N, O-bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide, BSTFA]和三氟乙酸酐(trifluoroacetic anhydride, TFA)从上海阿拉丁生化科技股份有限公司购买; 氘代内标萘-D8(Naphthalene-d8, Nap-d8)购买自美国Supelco公司; 甲醇、乙腈和乙酸乙酯(HPLC≥99.8%)购买自美国TEDIA公司; 碳酸氢钠(分析纯≥96.0%)购买自天津科密欧化学试剂有限公司.
主要仪器及耗材: 气相色谱质谱联用仪(美国Agilent 7890B-5977A), 固相萃取装置(美国Waters公司), MCX固相萃取柱(60 mg)购买自美国Waters公司等.
1.2 污水样品采集在2020年4月、9月、10月和2021年3月进行了4次采样活动, 主要采集大连市生活污水处理厂未经处理的进水污水样品.在2020年4月下旬采集了3个市辖区和一个县的7个污水处理厂, 9月和10月采集其他4个市辖区和2个代管县级市的15个污水处理厂及2个泵站; 2021年3月中旬采集了12个污水处理厂和1个泵站的水样, 服务区域同样涵盖大连市7个市辖区、2个代管县级市和1个县.采集样品时使用自动采样器采集进水口的未经处理的24 h复合样品, 要求自动进样器采水频率为每小时120 mL的污水.将样品放置于采样瓶中, 采样瓶的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯, 然后运回实验室并储存在-20℃的冰箱中.采样点如图 1所示.
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图 1 大连市污水处理厂采样点示意 Fig. 1 Sampling locations of WWTPs from Dalian |
将污水样品在常温下解冻、摇匀, 使用针筒过滤器将50 mL样品依次通过0.45 μm和0.22 μm水系滤膜过滤去除固体和悬浮颗粒物.过滤后的样品通过预先用6 mL甲醇和9 mL超纯水活化的MCX固相萃取柱, 待样品全部通过萃取柱后, 使用真空泵在10 mm汞柱的压力下抽干5 min.依次使用4 mL甲醇和4 mL 5%的甲醇氨溶液来洗脱萃取物质并收集洗脱液.洗脱液在柔和的氮气气流下吹干. 200 μL乙腈复溶后, 25 μL BSTFA来进行衍生化反应以测定吗啡和苯甲酰芽子碱, 取20 μL按10∶1体积比加200 ng·mL-1 Nap-d8作为内标上机分析; 剩余溶液氮吹后, 180 μL乙酸乙酯复溶, 加入25 μL TFA来进行衍生化反应以测定甲基苯丙胺、3, 4-亚甲二氧基甲基苯丙胺和氯胺酮, 使用200~300 μL 10%碳酸氢钠溶液调pH至中性以去除多余的TFA, 在2 000 r·min-1下离心3 min, 取上层有机相转移到色谱瓶中加入相应量的Nap-d8作为内标上机分析.
1.4 样品分析样品使用Agilent 7890B-5977A气相色谱质谱联用仪(GC-MS)进行分析, 色谱柱为HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm, J & W Scientific), 使用高纯氦气(≥99.999%)作为载气, 进样模式为不分流进样, 离子源(EI电离源)温度为230℃, 能量为70 eV, 四级杆温度为150℃.对不同的衍生化样品使用进样温度和升温程序.酰化样品进样口温度设定为230℃, 柱温箱初始温度为90℃, 保持2 min, 然后以10℃·min-1的速度升高到250℃; 硅烷化样品进样口温度设定为260℃, 柱温箱初始温度为90℃, 保持2 min, 以20℃·min-1的速度升高到230℃, 保持4 min, 然后以10℃·min-1的速度升高到250℃, 保持3 min.进样量均为2 μL, 采用选择离子监测模式(SIM). 5种目标化合物的定量和定性离子、检出限、定量限和空白加标回收率如表 1所示.
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表 1 目标化合物的定量离子、定性离子、检出限、定量限和回收率 Table 1 Qualitative ions, quantitative ions, limit of detection(LOD), limit of quantitation(LOQ), and recovery rate of target compounds |
1.5 计算公式
本研究通过NH4+-N浓度估算人口数量, 公式如下:
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(1) |
式中, ρ(NH4+-N)i为来自i污水处理厂进水样品测得NH4+-N质量浓度(mg·L-1), Fi为污水厂的流量(m3·d-1), m(NH4+-N)为每人每日NH4+-N产生的平均量(6 g·d-1)[18].
计算污水处理厂甲基苯丙胺滥用量的公式如下:
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(2) |
式中, ρT, i为污水中5种毒品的质量浓度(ng·L-1), Pi为污水处理厂的人群数量, fi为校正因子, 5种毒品校正因子如表 2所示.
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表 2 5种毒品生物标识物、滥用剂量、滥用频率和校正因子 Table 2 Biomarkers, DT, nT, and correction factors of five illicit drugs |
由于每个污水处理厂服务人口不同, 为了获得一个地区的平均滥用量, 每个污水处理厂的滥用量需要通过人口权重进行校正.区域平均消费量(mT, mean)可以通过以下公式计算.
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(3) |
式中, Wi为i个污水处理厂服务人口的权重, 每个污水处理厂的权重可以由其服务的人口和该区域全部污水厂服务的人口来计算; n是一个区域所包含的污水处理厂数量.
毒品的流行率由平均滥用量、典型剂量和频率计算, 公式为:
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(4) |
式中, DT为5种毒品典型滥用剂量(mg·次-1), nT为滥用频率(次·d-1), 通常估算数值如表 2所示.
1.6 不确定性分析为了减少使用均值的输入参数引起的不确定性, 使用蒙特卡洛模拟法(Oracle Crystal Ball版本11.1.4716.0)分析滥用量和流行率的不确定性.流量和服务区人口数量设置为正态分布, 5种毒品浓度和氨氮浓度设置为对数正态分布, 甲基苯丙胺和海洛因滥用剂量和频率数据设置为对数正态分布, 氯胺酮滥用剂量和频率数据设置为三角分布[19].
2 结果与讨论 2.1 生物标志物浓度水平各污水厂5种毒品的浓度水平如表 3所示.在2020年和2021年两次毒品检测中, 所有污水样品均检出甲基苯丙胺, 浓度范围分别为6.16~66.10 ng·L-1和3.55~89.01 ng·L-1, 平均浓度分别为23.69 ng·L-1和20.64 ng·L-1.吗啡和氯胺酮在2020年所有污水样品中均被检出, 其浓度范围分别为7.65~43.98 ng·L-1和0.51~4.52 ng·L-1, 均值为23.21 ng·L-1和2.40 ng·L-1; 2021年部分污水处理厂未检出吗啡和氯胺酮, 其中ρ(吗啡)范围 < LOD(低于检出限, 下同)~62.89 ng·L-1, 均值为20.92 ng·L-1, ρ(氯胺酮)范围 < LOD~1.81 ng·L-1, 均值为0.47 ng·L-1. 2021年3种毒品平均浓度均低于2020年, 其中甲基苯丙胺和氯胺酮的浓度均低于2015年全国平均浓度水平[25]; 各个污水厂吗啡平均浓度均低于2016年全国平均浓度水平[26].所有污水样品中均未检出摇头丸和苯甲酰芽子碱.
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表 3 2020~2021年污水中氨氮和目标化合物质量浓度 Table 3 Mass concentrations of NH4+-N and target compounds in wastewater in 2020-2021 |
2.2 甲基苯丙胺滥用趋势
通过检测各个污水处理厂甲基苯丙胺浓度, 结合氨氮浓度及调查访问污水厂流量等信息, 除DL6、DL11、DL13、DL16、DL19、DL21、DL23和DL24为排除工业来源使用服务人口[27], 其余污水处理厂由公式(1)计算人口, 2020年甲基苯丙胺人均滥用量范围为2.78~69.08 μg·d-1, 利用公式(3)估算大连市甲基苯丙胺人均滥用量为21.53 μg·d-1, 2021甲基苯丙胺人均滥用量范围为2.06~69.62 μg·d-1, 估算大连市人均滥用量为22.50 μg·d-1.近两年人均滥用量远低于2018年全国平均水平157 μg·d-1[28], 相比国外, 远低于澳大利亚的405~1 733 μg·d-1[29]; 远高于欧洲国家波兰的7.07 μg·d-1[30]; 与瑞典的3.7~118.4 μg·d-1[31]和加拿大的54 μg·d-1[32]相当.
结合大连市2015~2019年毒情监控数据[27, 33], 大连市2015~2021年甲基苯丙胺人均滥用量如图 2所示, 甲基苯丙胺的人均滥用量远低于2015~2018年滥用水平.甲基苯丙胺的人均滥用量由2018年53.92 μg·d-1增加到2019年134.37 μg·d-1, 2020年大幅度减少, 相比于2019年减少了112.84 μg·d-1, 下降了84%, 具有明显统计学差异(P < 0.05), 2021年虽有增加趋势, 相比2020年仅增加5%, 远小于2019年.虽不同于欧洲新冠疫情下甲基苯丙胺增加趋势[34], 但与冯立洲等[35]研究发现疫情前后广东省某市甲基苯丙胺滥用量下降约45%的结果相似, 且与袁媛等[36]研究发现疫情期间甲基苯丙胺的滥用量、流行率和滥用人数均下降的结果一致.因此初步推断, 2019年12月底, 新冠疫情的暴发, 我国坚持贯彻落实非药物物理隔离的防控措施, 使得毒品进出口流通渠道受阻, 居民生活水平受到影响且大量娱乐会所关闭, 导致毒品滥用量急剧下降.
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图 2 2015~2021年大连市甲基苯丙胺滥用量 Fig. 2 Consumption of METH in samples collected from Dalian in 2015-2021 |
吗啡是海洛因的主要尿代谢产物, 但也可能来自合法药物的代谢, 主要是治疗性吗啡和可待因.因此, 要反算海洛因的消费量, 就须扣减合法吗啡的贡献[37].结合文献[27], 2019~2021年大连市海洛因的滥用量如图 3所示, 远低于Du等[26]的研究中全国人均滥用量, 2015年为(64.6±78.7) μg·d-1, 2016年为0~(263.9±115.9) μg·d-1.同时低于Du等[38]的研究中2018~2019年的全国人均滥用量[(56.7±56.8) μg·d-1].以上研究中大连的海洛因人均滥用量分别为2015年(6.4 μg·d-1)、2016年(10 μg·d-1)和2018~2019年[(16±0.8)μg·d-1]与本研究中海洛因人均滥用量相似.相比国外, 远低于西班牙的190 μg·d-1[39]和意大利的92 μg·d-1[5], 可见大连市海洛因的滥用一直处于低水平.本研究发现海洛因由2019年的28.68 μg·d-1下降至2020年的9.89 μg·d-1, 下降66%, 2021年几乎不变(10.02 μg·d-1), 此3年海洛因人均滥用量具有统计学差异(P < 0.05), 总体呈现先上升后下降趋势.不同于意大利2010~2014年持续下降的趋势[6], 海洛因人均滥用量与澳大利亚2013~2015年在基线水平上下小幅度变化相似[7], 且与本研究中甲基苯丙胺的变化趋势相同.
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图 3 2019~2021年大连市海洛因和氯胺酮的人均消费量 Fig. 3 Consumption of HER and KET in samples collected from Dalian in 2019-2021 |
2020~2021年大连市氯胺酮的滥用量如图 3, 其均值分别为3.28 μg·d-1和0.76 μg·d-1.经公式(3)计算人口权重后氯胺酮的人均滥用量分别为3.22 μg·d-1和0.84 μg·d-1, 持续低于2015年的深圳、上海和广州等地[31]; 且低于2018~2019年全国人均滥用量[(35.3±65.2)μg·d-1], 表明大连市2年来氯胺酮的滥用一直处于较低水平且较为稳定.
2.4 2020~2021年毒品空间特征分析根据公式(3)得到大连市2020年和2021年各行政区毒品的人均滥用量如图 4和图 5所示, 甲基苯丙胺是主要的滥用毒品, 部分地区海洛因滥用情况也较为严重, 氯胺酮次之.这与我国2019年毒品形势报告的结果一致[17].整体上, 2020年和2021年除DL7所在行政区甲基苯丙胺人均滥用量较低, 其余行政区滥用水平相差不大; 而经济水平较高, 交通较为发达的行政区海洛因的滥用相对较多; 氯胺酮的人均滥用量则普遍较低.
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图 4 2020年大连甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的人均消费量 Fig. 4 Consumption of METH, HER, and KET in samples collected from Dalian in 2020 |
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图 5 2021年大连甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的人均消费量 Fig. 5 Consumption of METH, HER, and KET in samples collected from Dalian in 2021 |
利用Crystal Ball通过蒙特卡洛模拟的方法对大连市3种毒品的人均滥用量进行不确定性分析, 得到大连市人均滥用量统计分布结果如图 6所示.根据概率分布大连市2020年甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的人均滥用量分别为22.00 μg·d-1(95%CI: 20.11~24.08 μg·d-1)、10.58 μg·d-1(95% CI: 9.17~12.13 μg·d-1)和3.27 μg·d-1(95% CI: 2.99~3.58 μg·d-1). 2021年甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的人均滥用量分别为21.90 μg·d-1(95%CI: 19.44~24.66 μg·d-1)、11.86 μg·d-1(95% CI: 9.70~14.39 μg·d-1)和0.79 μg·d-1(95% CI: 0.65~0.94 μg·d-1).
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所有模拟试验进行100 000次, (a)2020年甲基苯丙胺(显示99 429个), (b)2021年甲基苯丙胺(显示99 380个), (c)2020年海洛因(显示99 422个), (d)2021年海洛因(显示99 322个), (e)2020年氯胺酮(显示99 430个), (f)2021年氯胺酮(显示99 282个) 图 6 2020年和2021年甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的滥用量的概率分布 Fig. 6 Probability distribution of consumption of METH, HER, and KET in 2020 and 2021 |
利用公式(4)计算并通过蒙特卡洛模拟的方法对大连市3种毒品的流行率进行不确定性分析, 大连市3种毒品流行率统计分布结果如图 7所示.根据概率分布, 大连市2020年甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的流行率分别为0.141 1%(95%CI: 0.012 3%~0.603 5%)、0.006 6%(95% CI: 0.000 8%~0.025 2%)和0.007 4%(95% CI: 0.002 7%~0.017 8%).2021年甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的流行率分别为0.014 05%(95%CI: 0.012 2%~0.601 2%)、0.007 4%(95% CI: 0.000 9%~0.028 4%)和0.001 8%(95% CI: 0.000 6%~0.004 3%).2020~2021年甲基苯丙胺和海洛因流行率远低于2019年大连的流行率(METH: 0.30%, HER: 0.02%), 同时远低于世界毒品报告显示东亚和东南亚苯丙胺类和阿片类流行率(0.62%和0.21%).可见大连市近两年毒品流行率仍处于较低水平.
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所有模拟试验进行100 000次, (a)2020年甲基苯丙胺(显示97 929个), (b)2021年甲基苯丙胺(显示97 923个), (c)2020年海洛因(显示97 866个), (d)2021年海洛因(显示97 812个), (e)2020年氯胺酮(显示97 957个), (f)2021年氯胺酮(显示97 931个) 图 7 2020年和2021年甲基苯丙胺、海洛因和氯胺酮的流行率的概率分布 Fig. 7 Probability distribution of the prevalence of METH, HER, and KET in 2020 and 2021 |
通过分析2020~2021年大连市22家污水处理厂进水口污水发现, 2020年ρ(甲基苯丙胺)、ρ(吗啡)和ρ(氯胺酮)均值分别为23.69、23.21和2.40 ng·L-1; 2021年均值分别为20.64、20.92和0.47 ng·L-1; 摇头丸和可卡因在大连市所有污水样品中均未检出.大连市甲基苯丙胺的人均滥用量在2015~2018年持续降低后, 在2019年有所增加, 2020年有显著下降趋势, 2021年基本不变. 2019~2021年大连市海洛因人均滥用量变化趋势与甲基苯丙胺相同, 氯胺酮滥用则一直处于较低水平.蒙特卡洛模拟分析大连市近两年毒品流行率仍处于较低水平.新冠疫情防控措施可能导致毒品流通受阻, 使得毒品的滥用大幅度减少.
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