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中国武汉COVID-19第一波流行期间及之后合并症与心理冲击对地表水中微量有机污染物的影响（2019—2021年）

赵健 ,  康瑾 ,  曹晓峰 ,  边睿 ,  刘刚 ,  胡胜超 ,  吴兴华 ,  李翀 ,  王殿常 ,  齐维晓 ,  黄存瑞 ,  刘会娟 ,  曲久辉

工程（英文） ›› 2024, Vol. 37 ›› Issue (6) : 44 -54.

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工程（英文） ›› 2024, Vol. 37 ›› Issue (6) : 44 -54. DOI: 10.1016/j.eng.2023.08.020
研究论文

中国武汉COVID-19第一波流行期间及之后合并症与心理冲击对地表水中微量有机污染物的影响（2019—2021年）

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Impacts of Comorbidity and Mental Shock on Organic Micropollutants in Surface Water During and After the First Wave of COVID-19 Pandemic in Wuhan (2019-2021), China

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摘要

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的首波大流行导致地表水中几种抗病毒药物和抗生素的浓度明显增加。COVID-19的常见症状为病毒和细菌感染，但合并症（如高血压和糖尿病）以及心理冲击（如失眠和焦虑）也不容忽视。然而，人们对COVID-19相关的合并症和心理冲击对地表水中微量有机污染物（OMPs）的长期影响知之甚少。在此，我们在2019年至2021年期间对中国武汉地表水和污水处理厂（WWTPs）中的114种OMPs进行了检测。结果显示26种OMPs浓度显著增加，这证实疫情导致地表水OMPs污染加重。4种降压药和1种糖尿病药物浓度显著增加，这表明合并症的治疗也会提升地表水中部分OMPs的污染水平。值得注意的是，可替宁（尼古丁的代谢物）浓度增加了155倍，达到187 ng∙L-1，这一变化可能与吸烟量的增加有关。此外，唑吡坦和舒必利浓度的增加可能由失眠和抑郁加重引起。因此，心理健康保护药物/行为也可能加剧地表水OMPs污染。在检测到的OMPs中，替米沙坦、洛匹那韦和利托那韦因其较低的WWTPs去除率和较高的生态毒性而具有显著较高的生态风险。本研究为疫情期间合并症与心理冲击对地表水中OMPs的影响提供了新的视角，并强调了监测相关药物在水生环境中的归宿以及提高WWTPs对此类药物去除效率的必要性。

Abstract

The first pandemic wave of coronavirus disease 2019 (COVID-19) induced a considerable increase in several antivirals and antibiotics in surface water. The common symptoms of COVID-19 are viral and bacterial infections, while comorbidities (e.g., hypertension and diabetes) and mental shock (e.g., insomnia and anxiety) are nonnegligible. Nevertheless, little is known about the long-term impacts of comorbidities and mental shock on organic micropollutants (OMPs) in surface waters. Herein, we monitored 114 OMPs in surface water and wastewater treatment plants (WWTPs) in Wuhan, China, between 2019 and 2021. The pandemic-induced OMP pollution in surface water was confirmed by significant increases in 26 OMP concentrations. Significant increases in four antihypertensives and one diabetic drug suggest that the treatment of comorbidities may induce OMP pollution. Notably, cotinine (a metabolite of nicotine) increased 155 times to 187 ng·L−1, which might be associated with increased smoking. Additionally, the increases in zolpidem and sulpiride might be the result of worsened insomnia and depression. Hence, it is reasonable to note that mental-health protecting drugs/behavior also contributed to OMP pollution. Among the observed OMPs, telmisartan, lopinavir, and ritonavir were associated with significantly higher ecological risks because of their limited WWTP-removal rate and high ecotoxicity. This study provides new insights into the effects of comorbidities and mental shock on OMPs in surface water during a pandemic and highlights the need to monitor the fate of related pharmaceuticals in the aquatic environment and to improve their removal efficiencies in WWTPs.

关键词

新型冠状病毒肺炎 / 合并症 / 心理冲击 / 微量污染物 / 地表水

Key words

Coronavirus disease 2019 / Comorbidities / Mental shock / Micropollutant / Surface water

Highlight

• The pandemic-related organic micropollutants (OMPs) in surface water were confirmed.

• Significant increases in four antihypertensives and one diabetic drug were observed.

• The increase in cotinine (155-fold) may be related to increased smoking.

• Comorbidity and mental shock of the COVID-19 pandemic could induce OMP pollution.

• High ecological risks were associated with lopinavir, ritonavir and telmisartan.

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赵健,康瑾,曹晓峰,边睿,刘刚,胡胜超,吴兴华,李翀,王殿常,齐维晓,黄存瑞,刘会娟,曲久辉. 中国武汉COVID-19第一波流行期间及之后合并症与心理冲击对地表水中微量有机污染物的影响（2019—2021年）[J]. 工程（英文）, 2024, 37(6): 44-54 DOI:10.1016/j.eng.2023.08.020

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1 引言

2019年12月，新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情暴发，该病由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）导致，已导致全球超2.65亿例确诊病例，其中死亡病例超525万[1]。首波COVID-19疫情于武汉暴发，世界卫生组织于2020年1月30日宣布该场暴发为国际关注的突发公共卫生事件[2]。SARS-CoV-2的传播、变种和有效药物的问题亟待研究[3‒5]。COVID-19疫情对环境的影响也引起了越来越多的关注[6‒9]。为了遏制SARS-CoV-2传播，从2020年1月23日至2020年4月8日，武汉实施了为期76天的封城。城市的封锁导致人类和工业活动显著减少，从而改善了空气质量（如空气动力直径小于或等于2.5 μm的颗粒物和二氧化氮浓度减少），提升了水质[如铵态氮（NH4 +-N）、化学需氧量和溶解氧指标改善] [7‒8]。相比之下，地表水中微量有机污染物（OMPs）的增加是意料之中的，这一点也得到了一些研究的证实[6,9]，这可能与COVID-19疫情期间的药物使用有关[10‒12]。

早期的研究采用定量构效关系模型关注了COVID-19大流行对地表水中11种抗病毒药物赋存浓度的影响。Kuroda等[13]预测，传统的污水处理厂（WWTPs）并不能对其中6种抗病毒药物（如瑞德西韦和利巴韦林）进行有效消除；其中8种抗病毒药物（如洛匹那韦、利托那韦、瑞德西韦和利巴韦林）可能会增导致受纳河水出现高/中度生态风险。目前已有一些实地研究调查了COVID-19疫情对地表水中OMPs污染的影响[6,9]。Chen等[6]在封锁解除后的第8周以及第5个月对武汉地表水中的72种药物（抗病毒药物利巴韦林、31种抗生素和40种糖皮质激素）进行了分析，发现利巴韦林和阿奇霉素的检出率高于以往报道，磺胺甲𫫇唑和阿奇霉素对水生生物具有潜在风险。Zhang等[9]在解除封锁后2周、3个月和8个月对武汉地表水中的3种抗病毒药物（即洛匹那韦、利托那韦和氯喹）进行了分析，发现COVID-19疫情可能导致洛匹那韦和利托那韦在地表水中的浓度以及生态风险增加。如预期所料，在COVID-19疫情期间，抗病毒药物（利巴韦林、洛匹那韦和利托那韦）和抗生素（阿奇霉素和磺胺甲𫫇唑）在地表水中的浓度或生态风险有所增加。季节变化是影响地表水中OMPs（尤其是药物）浓度的一个重要因素[14‒15]。因此，使用与COVID-19疫情相关的同一季节（如2021年5月）的OMPs数据作为参考，将增加的OMPs污染归因于COVID-19大流行可能更为合理。

大量文献有力表明，COVID-19疫情对地表水中OMPs的影响可能并不仅限于抗病毒药物和抗生素。COVID-19疫情也对公众造成了身体上的损害和心理上的冲击[16‒18]。COVID-19患者最常见的身体损伤是病毒感染（SARS-CoV-2）和细菌合并感染[10,12,19]。此外，出现在COVID-19患者的合并症也不可忽略[20‒21]。在中国武汉的一项回顾性队列研究纳入了191例COVID-19患者（54例住院死亡案例），其中91例（48%）患者出现合并症，其中最为常见的为高血压（30%的患者），其次是糖尿病（19%的患者）和冠心病（8%的患者）[18]。因此，有必要监测COVID-19疫情对地表水中心血管等药物污染水平的影响。然而，关于用于治疗合并症的药物（如非抗病毒药和抗生素）的变化研究却较为稀缺。此外，COVID-19疫情对公众造成了巨大的心理冲击，受影响的群体不仅限于COVID-19患者和一线医务人员，还包括未感染的普通民众[22‒23]。治疗焦虑和失眠的精神药物可以减少和消除急性应激反应的副作用。然而，很少有研究关注COVID-19疫情对地表水中的精神药物含量的影响。更好地了解COVID-19疫情与OMP污染之间的关系有助于减轻未来类似疫情对地表水造成的不利影响。

因此，本研究分别于2019年12月（COVID-19疫情初期）、2020年5月（COVID-19疫情第一波后）和2021年5月（COVID-19疫情第一波一年后），对武汉典型地表水体中多类可能受COVID-19疫情影响的OMPs（如抗病毒药物、抗生素、心血管药物和精神药物）的浓度进行了分析；同时也对OMPs在WWTPs中的归趋及其在地表水中的生态风险进行了评估。这项研究增进了我们对COVID-19疫情及其对地表水中OMPs影响的理解，并提出了可能的策略，以减轻疫情对地表水中OMPs污染的负面影响。

2 材料和方法

2.1 化学品

根据COVID-19患者用药的临床记录[即身体损伤——病毒和细菌感染（6种抗病毒药和42种抗生素）；合并症（11种心血管药物）；心理冲击——失眠和焦虑（14种精神药物）]、处方频率以及药物销售数据与环境优先级[6,12,18,24‒26]，本研究共筛选了114种OMPs。OMPs的详细信息见附录A表S1。所选的OMPs（粉末纯度大于95%或溶液纯度大于100 mg∙mL-1）购自First Standard（中国）或Sigma-Aldrich（加拿大），并储存于-20 °C环境内。22个内标物（浓度为100 μg∙mL-1）均购自First Standard公司，并储存于-20 °C环境内。在液相色谱实验过程中，OMPs的溶剂和流动相分别为甲醇（纯度99.9%；赛默飞世尔科技公司，美国）和乙腈（纯度99.9%；赛默飞世尔科技公司）。Oasis HLB（6 cm3，500 mg）固相萃取（SPE）柱购自Waters（美国）。

2.2 研究地点和样本采集

武汉（面积为8569 km2）是湖北省省会，人口约1365万，位于长江中游。研究在长江（11个标为Y1、Y2、……、Y11的点）和汉江（3个标为H1、H2和H3的点）共选择了14个采样点[附录A图S1（a）]。此外，在武汉第三大城市湖泊南湖中选择了7个采样点（分别标记为N1、N2、……、N7）[附录A图S1（b）]。武汉市金银潭医院是首批接收COVID-19患者的医院之一。因此，研究选择了该医院附近的2个WWTPs（A和B），评估WWTPs进水和出水中OMPs的发生情况，以确定WWTPs的OMPs去除效率。研究分别于2019年12月（COVID-19疫情开始时）、2020年5月（COVID-19疫情第一波后）和2021年5月（COVID-19疫情第一波一年后）从长江和汉江采集水样。长江和汉江在三个采样时段的流量分别为10 500和667 m3∙s-1、17 900 和1200 m3∙s-1、29 500和1670 m3∙s-1。2020年5月和2021年5月，WWTPs A和B的污水处理能力分别为630 000、510 000、580 000和540 000 t∙d-1。由于未能获取监测期间南湖的水位数据，因此假设该期间的水位波动不会明显影响OMPs赋存浓度。研究在南湖（七个指定采样点）和两个WWTPs（进水和出水）进行了两次水样（2020年5月和2021年5月）采集。WWTPs进、出水水质参数见附录A表S2。在18个月期间，研究共采集了77份水样。

2.3 样品预处理和OMPs分析

使用Oasis HLB柱对采集到的500 mL水样进行SPE预处理至0.5 mL。随后，将样品通过0.7 μm玻璃纤维滤膜，加入0.25 g乙二胺四乙酸二钠，用3 mol∙L-1 HCl将pH值调至小于或等于3，再加入100 μL 22种混合内标（每种100 μg∙L-1）。SPE程序采用参考文献[27]中方法进行。

采用混合式三重四极杆离子阱质谱系统（QTRAP5500 LC-MS/MS；AB SCIEX，美国）对114种OMPs进行分析，该系统配备电喷雾离子源，并与EXION LCTM AD（AB SCIEX）相连。此外，研究还使用了Phenomenex分析柱（Kinetex 2.6 μm F5 100A；50 mm ×3.0 mm；美国）对样本进行液相色谱分离，柱温保持在40 °C，梯度洗脱时间为14 min；另外，X相含有0.1%（V/V）高效液相色谱（HPLC）级甲酸Milli-Q纯水，Y相为HPLC级乙腈。研究采用液相法，并根据参考文献[27]的方法对质谱（MS）参数进行设定。进样量为5 μL。114种OMPs和22种内标物的MS/MS参数见表S1。研究使用Multi-Quant软件（版本2.0.2，AB SCIEX）对数据进行处理。结果显示8种OMPs（5种OMPs：17%~38%；3种OMPs：> 150%）回收率的稳定性和重复性在可接受范围内，其余106种显示出良好的回收率（47%~143%）（附录A表S3）。

2.4 生态风险评估

地表水中OMPs的潜在生态风险根据风险系数（RQ）计算，计算公式如下：

R Q   =   M E C / P N E C

式中，MEC为地表水中OMPs的实测浓度；PNEC为OMPs的预测无效应浓度。预测无效应浓度值是根据毒性测试数据与相应的评估系数（AF）之比计算得出的，计算公式如下[28‒29]：

P N E C   =   E C 50    o r    L C 50 A F

式中，单个OMP的半数最大有效浓度（EC50）和中位致死浓度（LC50）值通过ECOSAR软件（2.2版）预测，该软件由美国环境保护局化学品安全与污染防治办公室开发，或取自参考文献[9]，见附录A表S4。急性毒性的AF值为1000。RQ分级标准如下：RQ ≥ 1，高风险；0.1 ≤ RQ < 1，中等风险；0.01 ≤ RQ < 0.1，低风险；RQ < 0.01，边际风险[30‒31]。

3 结果与讨论

3.1 在地表水中OMPs的赋存特征

根据2021年5月获得的数据，在汉江、长江和南湖的所有水样中均检测到33种OMPs。这些药物包括β受体阻滞剂中间体（阿替洛尔酸）、8种抗生素（3种大环内酯类和5种磺胺类）、解热镇痛药（非那松）、4种抗病毒药物（卡比醇、拉米夫定、洛匹那韦和利托那韦）、5种心血管药物（地尔硫卓、厄贝沙坦、利多卡因、替米沙坦和缬沙坦）、3种兴奋剂（1,7-二甲基黄嘌呤、咖啡因和可替宁）、5种杀虫剂（2,3,5-三甲威、克百威、仲丁威、异丙威和残杀威）、4种精神类药物（卡马西平、地西泮、苯海拉明和舒必利）和2种广谱抗生素（克拉巴唑和氟康唑）。在南湖的水样中检测出的前三类OMPs为兴奋剂（44%~62%）、阿替洛尔酸（16%~29%，由于检测水平较高，对阿替洛尔酸进行了单独分类）以及心血管药物（11%~18%），而在汉江和长江中，兴奋剂（36%~71%）、磺胺类药物（6%~25%）和阿替洛尔酸（6%~11%）则占据主导地位[图1（a）]。因此，尽管河流和湖泊中OMPs组成不同，但两条河流中的OMPs成分相似。在河流和湖泊中检测到的OMPs目录高度一致，这表明OMPs污染在这两种类型水体中普遍存在。此外，抗生素、心血管药物、精神药物、兴奋剂和杀虫剂的存在与以往地表水研究中的报道一致[24,32‒33]。研究检测出四种抗病毒药物（卡比多、拉米夫定、洛匹那韦和利托那韦），表明抗病毒药物污染地表水的问题亟待解决。

检测到OMPs的浓度范围分布从未检出至1187 ng∙L-1（南湖中1,7-二甲基黄嘌呤）[图1（b）]，该结果与全球范围内其他地表水中OMPs的检出浓度水平相似[34‒35]。咖啡因（154 ng·L-1）是长江中浓度最高的OMPs，但其浓度值低于之前报道的长江下游地区浓度值（南京：786 ng∙L-1，上海：824 ng∙L-1）[36]，这可能由咖啡因从上游到下游的累积效应导致。此外，1,7-二甲基黄嘌呤是咖啡因的主要代谢物[37]，其浓度（67 ng∙L-1）位居第二。咖啡因和1,7-二甲基黄嘌呤的同时存在表明长江中较为严重的咖啡因污染。阿替洛尔酸（28 ng∙L-1）为阿替洛尔和美托洛尔的主要代谢产物，具有难生物降解性，排在第三位[38]。其次为林可霉素（22 ng∙L-1）、可替宁（21 ng∙L-1）和克百威（21 ng∙L-1）。汉江中OMPs前六位为咖啡因（68 ng∙L-1）、1,7-二甲基黄嘌呤（51 ng∙L-1）、克百威（51 ng∙L-1）、磺胺氯嗪（46 ng∙L-1）、林可霉素（37 ng∙L-1）和阿替洛尔酸（34 ng∙L-1）；在南湖则为1,7-二甲基黄嘌呤（1187 ng∙L-1）、阿替洛尔酸（326 ng∙L-1）、替米沙坦（111 ng∙L-1）、咖啡因（57 ng∙L-1）、克拉巴唑（50 ng∙L-1）和厄贝沙坦（46 ng∙L-1）。其中，在长江、汉江和南湖中检测到两种OMPs代谢产物（阿替洛尔酸和1,7-二甲基黄嘌呤），这表明应更加关注OMPs代谢产物在地表水中的浓度和生态风险。总体而言，汉江中33种OMPs的总浓度范围为323~359 ng∙L-1（中位数：355 ng∙L-1），长江为237~328 ng∙L-1（中位数：271 ng∙L-1），南湖为736~1946 ng∙L-1（中位数：896 ng∙L-1）。OMPs污染等级顺序为：南湖>汉江>长江，这可能与水的流量、流速和WWTPs尾水的受纳量有关。尽管结果表明河流受到OMPs代谢物的威胁较小，但总体威胁仍然存在，因为OMPs可向下游或海洋转移。因此，需要采取措施从源头和水处理过程中对OMPs污染进行有效控制。

3.2 COVID-19对地表水中OMPs赋存特征的影响

在3个采样期中，7种OMPs（唑吡坦、利巴韦林、阿奇霉素、瑞德西韦、磺胺氯嗪、格列齐特和罗红霉素）仅在2020年5月的水样中被检出 [图2（a）]，这表明COVID-19疫情可能导致长江（Y6~Y11）出现新的OMPs（附录A图S1）。2020年5月水样中的16种OMPs的浓度，即2种抗病毒药（洛匹那韦和利托那韦）、2种抗生素（克拉霉素和林可霉素）、3种降压药（替米沙坦、缬沙坦和厄贝沙坦）、3种兴奋剂（可替宁、咖啡因和1,7-二甲基黄嘌呤）和6种其他药物（利多卡因、比沙可啶、扑米酮、安替比林、萘普生和舒必利），显著高于2019年12月水样中的浓度（T检验，P < 0.05）[图2（b）]。此外，与2020年5月相比，2021年5月采集的水样中16种OMPs的浓度有所下降，这表明COVID-19疫情对OMPs引发的负面影响可能会随着时间的推移有所减弱。值得注意的是，2021年5月水样中7种药物[克拉霉素、洛匹那韦、厄贝沙坦、扑米酮、林可霉素、比沙可啶和缬沙坦（较低）]的浓度几乎等于或低于2019年12月水样，然而，2021年5月水样中9种OMPs的浓度高于2019年12月的浓度[图2（a）]，这表明疫情的影响可能持续了一年时间。此外，与2019年12月相比[图2（c）]，2020年5月水样中可替宁、替米沙坦和比沙可啶增加了187 ng∙L-1（155倍）、14 ng∙L-1（66倍）和1.86 ng∙L-1（64倍），而林可霉素、咖啡因和1,7-二甲基黄嘌呤分别增加了180 ng∙L-1（30倍）、150 ng∙L-1（5倍）和31 ng∙L-1（5倍）。此外，下游替米沙坦和林可霉素的浓度高于上游[图2（d）和（f）]，表明二者在长江中的污染加剧是由武汉的排放物导致。

2020年5月，南湖水样中11种OMPs的浓度，即2种抗病毒药（洛匹那韦和利托那韦）、3种降压药（缬沙坦、替米沙坦和氯沙坦）、2种抗生素（磺胺氯哒嗪和氟康唑）、2种兴奋剂（咖啡因和可替宁）、精神类药物（舒必利）和解热镇痛药（萘普生），显著高于2021年5月水样中的浓度[图3（a）]。此外，替米沙坦和咖啡因分别增加了346 ng∙L-1（5.9倍）和112 ng∙L-1（6.1倍），洛匹那韦和利托那韦分别增加4.3 ng∙L-1（21倍）和0.9 ng∙L-1（9倍）[图3（b）]。此外，南湖（11种）中受COVID-19疫情影响的OMPs的数量小于长江（23种），但很显然COVID-19疫情也加剧了南湖OMPs污染。

在WWTPs的水样中，2020年5月水样中15种OMPs[即3种抗病毒药（利巴韦林、洛匹那韦和利托那韦）、4种降压药（替米沙坦、厄贝沙坦、缬沙坦和氯沙坦）、5种抗生素（阿奇霉素、磺胺吡啶、林可霉素、磺胺甲𫫇唑和氟康唑）、2种兴奋剂（可待因和可替宁）和精神药物（舒必利）]的浓度（20 380~33 378 ng∙L-1）高于2021年5月水样中的浓度（6759~15 403 ng∙L-1）（附录A图S2），而去除效率则略有下降（分别为90%~94%和92%~96%）（附录A图S3）。OMPs的去除效率越高，表明WWTPs对OMPs的阻隔功能更有效，而COVID-19疫情期间的去除效率有所降低，这可能与WWTPs进水中一些难降解OMPs的浓度增加有关。此外，WWTPs对单个OMP的去除率为-100%（小于-100%记录为-100%）至100%不等（附录A图S4），OMPs显示出负去除率可能与目标OMPs的前体降解或OMPs从固相解吸到水相等行为有关[39]。尤其在2020年5月，洛匹那韦和利托那韦的去除效率为负，说明该类药物在污水处理中可能难以被去除。

研究中我们绘制了一张维恩图来表示OMPs之间的关系[图3（c）]，从图中可以观察到2020年5月长江、南湖以及WWTPs进水和出水中的OMPs浓度增加。有7种OMPs为相同化合物，在这四种水样类型中的浓度均有所升高，这表明水环境中的药物污染有着密切的联系。可待因和磺胺吡啶仅在WWTPs的进水中发现，这表明WWTPs可有效防止二者进入地表水。此外，在WWTPs出水和南湖中的水样中分别发现了1种和2种特有的OMPs，而在长江的水样中发现了11种特有的OMPs，长江的长期污染和多种污染源或可导致该情况的发生。

3.3 COVID-19对地表水OMPs污染的影响途径

根据药物分类，以下药物的浓度有所增加：4种抗病毒药、10种抗生素、4种降压药、4种兴奋剂和8种其他药物（表1）。COVID-19疫情初期，长江中的替米沙坦浓度[(0.19 ± 0.13) ng∙L-1]低于世界其他地表水中的浓度（7~720 ng∙L-1）[40‒42]，COVID-19疫情后，其浓度为(13.26 ± 4.40) ng∙L-1，属于世界其他地表水中的较低浓度范围。在COVID-19疫情初期，长江中利托那韦浓度为(0.10 ± 0.04) ng∙L-1，与德国和南非的地表水中浓度相近[43‒44]。而COVID-19疫情后，利托那韦的浓度为(1.01 ± 0.40) ng∙L-1，低于肯尼亚、赞比亚和南非地表水中报道的数值[45]。尽管COVID-19疫情导致了长江中部分OMPs的污染，但与全球地表水中该类污染浓度报告相比，其浓度仍处于较低水平。

在COVID-19的治疗中，抗病毒药物洛匹那韦和利托那韦的处方剂量分别为每人每天800 mg和200 mg [9]，这两种药物分别有93%和38%的成分并不会在体内进行代谢，可直接经粪便和尿液排出体外[46‒47]，这也合理解释了其浓度在水样中的增加。此外，利巴韦林和瑞德西韦作为抗病毒药物被用于武汉COVID-19的治疗[5]。尤其在COVID-19疫情后，武汉地表水中利巴韦林的浓度被证实要高于既往研究中检测到的浓度[6]。2019年12月至2020年4月期间，武汉超过70%的COVID-19患者接受了抗生素治疗[12]，这一事实有助于解释地表水中抗生素浓度的增加。

此外，在COVID-19治疗中降压药的使用或导致水样中四种降压药物的浓度增加，因为有心血管疾病病史的患者会有较高风险出现COVID-19并发症[48]。缬沙坦具有如保护心脏、抗炎和抗纤维化作用，可用于辅助COVID-19患者的治疗，尤其可用于诱导性心脏损伤的重度病例[49]。替米沙坦有抗炎特性，可用于降低住院COVID-19患者的发病率和死亡率[50]，氯沙坦和厄贝沙坦也可用于COVID-19患者的治疗[26]。在中国，18岁以上的成年人中约有23.2%（约2.45亿人）患有高血压[51]，而在中老年人群体中这一比例更高。高血压是全球心血管疾病和过早死亡的主要风险因素[52]。因此，高血压（COVID-19患者的主要合并症）的药物治疗可能导致地表水中降压药物浓度增加。

咖啡因能够缓解呼吸道症状，具有抗炎、抗氧化、免疫调节以及抗病毒作用，因此咖啡因可作为一种辅助剂用于COVID-19的治疗[53]。1,7-二甲基黄嘌呤是咖啡因的主要中间体，可能会同时发生两种化合物的污染。此外，扑热息痛和可待因可在重度牙痛治疗中作为有效镇痛剂[54]。在本研究中，我们观察到水样中的可替宁浓度较高，这可能是由吸烟增加所致，因为可替宁是尼古丁在人体内初级代谢后的主要副产物。最近的一项研究发现，吸烟有助于缓解与COVID-19相关的焦虑，这也间接佐证了我们的假设[22]。

其他8种药物浓度的增加可能与COVID-19治疗相关。其中，气管拔管前静脉注射利多卡因可有效缓解急诊中的咳嗽症状[55]。值得注意的是，精神疾病患者更容易感染COVID-19 [56]，因此，水样中高浓度的精神病药物舒必利或由COVID-19治疗导致。萘普生也可改善COVID-19患者的咳嗽和气短症状[57]。非那宗可与Cys145和His41作用，进而对SARS-CoV-2的主要蛋白酶进行抑制[58]，而扑米酮可用于COVID-19癫痫患者的治疗[59]。此外，唑吡坦是一种用于短期治疗失眠的催眠药[60]，这表明公众或COVID-19患者在疫情期间可能出现失眠症状。最后，格列齐特和比沙可啶可分别用于糖尿病和便秘治疗，也可用于COVID-19的相关治疗[61‒62]。

在WWTPs和地表水的样本中共监测到30种OMPs浓度升高。其中地表水中有26种OMPs浓度有所升高。大多数OMPs（22/26）为身体损伤治疗药物，即4种抗病毒药、8种抗生素、4种降压药和6种其他药物。4种降压药物的检出凸显了疫情期间监测治疗合并症药物的必要性。值得注意的是，尼古丁的代谢物可替宁的浓度增加最多（增加187 ng∙L-1，增加了155倍），这可能与吸烟量的增加有关。此外，唑吡坦和舒必利浓度的增加可能与失眠和抑郁增加有关。因此，心理冲击相关的药物或行为是COVID-19大流行期间导致地表水中OMPs污染增加的一个不容忽视的原因。

3.4 OMPs的生态风险评估

研究对2020年5月长江水样（16种OMPs）和南湖水样（11种OMPs）中浓度明显偏高的OMPs的风险系数进行计算，以对其生态风险的变化进行评估。在长江中（图4），3种OMPs（替米沙坦、洛匹那韦和利托那韦）的生态风险水平发生明显变化。在2019年12月、2020年5月和2021年5月的水样中，替米沙坦的生态风险水平分别为边缘风险、中等风险和低风险，与2019年12月相比，2020年5月的风险水平从边缘风险增加至中风险，这表明疫情明显影响了替米沙坦的风险水平。替米沙坦风险系数值较高，即使在低浓度下也具有较高的潜在毒性，这可能是由于其预测无效应浓度值较低所致[41,68]。在2021年5月的水样中，替米沙坦风险水平仍处于较低水平，并未恢复至边缘风险水平，这表明在第一波疫情结束一年后，COVID-19可能仍存在轻微影响。此外，在2019年12月、2020年5月和2021年5月的水样中，利托那韦的生态风险水平分别为低、中和低/中，这表明由于COVID-19疫情，2020年5月的水样中的利托那韦风险水平有所增加，其影响甚至在第一波疫情结束一年后仍然存在。最后，2019年12月、2020年5月和2021年5月水样中洛匹那韦的生态风险水平分别为低、中和低/中。COVID-19疫情导致的洛匹那韦浓度升高可能增加了其在2020年5月水样中的风险水平。随后在2021年5月的水样中，洛匹那韦的风险水平恢复至低风险水平，但其风险系数值仍略高于2019年12月水样中的观测值。这表明COVID-19引发的洛匹那韦负面影响甚至可能在第一波疫情一年后仍然存在。这些结果与近期研究结果相似，该研究报道称，在第一波COVID-19疫情后两周，洛匹那韦和利托那韦的风险水平为中高水平，而在疫情后的8个月时，洛匹那韦和利托那韦的风险水平则降至低水平[9]。在武汉长江上游（Y1、Y2和Y3），2020年5月水样中的替米沙坦、洛匹那韦和利托那韦的环境风险明显升高（与2019年12月相比）[图S1（b）]（附录A图S5），表明该类药物环境风险的升高或与上游城市的排放有关。

此外，2020年5月南湖水样中替米沙坦、洛匹那韦和利托那韦的生态风险水平高于2021年5月。具体而言，与2021年5月相比，2020年5月水样中替米沙坦的生态风险水平显示为高和中/高。因此，与长江相比，南湖的状况相对较差。在2020年5月和2021年5月的水样中，洛匹那韦的生态风险水平分别为中/高和低。利托那韦的结果与洛匹那韦相同。这些结果与长江水样的检测结果高度相似，这表明在地表水中，主要OMPs风险水平的变化可能普遍存在。此外，南湖的生态风险高于长江，这意味着南湖的OMPs污染相对更为严重。2021年5月，水样中洛匹那韦和利托那韦的风险系数几乎降至低风险水平，而替米沙坦的风险系数仍显示为中等。生态风险评估存在一些局限性，尤其是在风险系数计算中采用的是估计EC50值而非测量值，且未对OMPs的代谢物进行仔细考量。

4 结论

在本研究中，我们对2019年至2021年武汉市地表水和WWTPs中的114种OMPs进行了监测。地表水中有26种OMPs浓度显著增加，这证明COVID-19疫情可能导致地表水中的OMPs污染增加。4种降压药和1种降糖药浓度的显著增加表明合并症的药物治疗或可导致OMPs污染。此外，可替宁、唑吡坦和舒必利浓度的增加表明，用于保护精神健康的药物/行为也可能导致地表水中OMPs污染的增加。在对观察到的OMPs生态风险进行评估时发现，在疫情后替米沙坦、洛匹那韦和利托那韦似乎引发了较高的生态风险，因为WWTPs对该类药物去除能力有限，且它们具有相对较高的生态毒性。本研究表明应对先进的处理技术进行进一步研究，以提升流行病期间WWTPs中OMPs的去除率。此外，未来或可通过多学科研究，收集更多更全面的与药物临床治疗和环境风险相关的数据，制定环境友好型处方策略，实现人类健康与环境健康之间的平衡。

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