Tổng quan nghiên cứu

Kháng sinh là nhóm dược phẩm được sử dụng rộng rãi trong điều trị các bệnh nhiễm khuẩn ở người và vật nuôi. Theo ước tính, từ 50 đến 90% lượng kháng sinh sử dụng không được chuyển hóa hoàn toàn mà thải ra môi trường qua nước tiểu và phân, dẫn đến sự xuất hiện dư lượng kháng sinh trong nguồn nước mặt. Tại các đô thị lớn như Hà Nội, với dân số hơn 8 triệu người, nhu cầu sử dụng kháng sinh ngày càng tăng do tốc độ đô thị hóa và thu nhập bình quân đầu người tăng cao. Tuy nhiên, việc xả thải nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa triệt để từ các bệnh viện, khu dân cư và cơ sở chăn nuôi đã làm gia tăng ô nhiễm kháng sinh trong các con sông nội đô.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng và thẩm định phương pháp phân tích đồng thời 8 loại kháng sinh phổ biến (amoxicillin, azithromycin, ciprofloxacine, ofloxacine, oxfendazole, lincomycin, sulfaceamide và sulfamethoxazole) trong nước mặt các sông đô thị Hà Nội bằng kỹ thuật sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS/MS). Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu nước lấy từ 6 con sông chính gồm Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, Nhuệ và sông Hồng trong khoảng thời gian tháng 4 và tháng 5 năm 2020. Kết quả phân tích sẽ góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu về mức độ ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước mặt đô thị, từ đó hỗ trợ công tác quản lý và bảo vệ môi trường nước tại Hà Nội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Kháng sinh và cơ chế tác dụng: Kháng sinh là các hợp chất có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của vi khuẩn thông qua các cơ chế như ức chế tổng hợp thành tế bào, ngăn cản tổng hợp protein hoặc ức chế enzym thiết yếu của vi khuẩn. Ví dụ, amoxicillin thuộc nhóm β-lactam ức chế tổng hợp peptidoglycan thành tế bào vi khuẩn, trong khi ciprofloxacine thuộc nhóm fluoroquinolones ức chế enzym DNA gyrase.

  • Phân tích dư lượng kháng sinh trong môi trường: Việc xác định dư lượng kháng sinh trong nước mặt đòi hỏi phương pháp phân tích có độ nhạy cao, độ chính xác và độ lặp lại tốt. Phương pháp sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS/MS) được lựa chọn do khả năng phân tích đồng thời nhiều chất với giới hạn phát hiện thấp, phù hợp với nồng độ kháng sinh trong môi trường nước mặt thường ở mức ppb.

  • Khái niệm về giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ): LOD là nồng độ thấp nhất có thể phát hiện được chất phân tích, còn LOQ là nồng độ thấp nhất có thể định lượng chính xác. Trong nghiên cứu, LOD của các kháng sinh dao động từ 0,017 đến 0,1 µg/L, đảm bảo phát hiện dư lượng kháng sinh ở mức rất thấp.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng 11 mẫu nước mặt được lấy từ 6 con sông đô thị Hà Nội trong tháng 4 và tháng 5 năm 2020. Vị trí lấy mẫu được xác định cụ thể tại các cầu và khu vực trên sông Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, Nhuệ và sông Hồng.

  • Phương pháp phân tích: Mẫu nước được xử lý bằng kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) để làm giàu và loại bỏ tạp chất, sau đó phân tích bằng hệ thống sắc ký lỏng ghép khối phổ 3 tứ cực (SCIEX 6500+ Triple Quad LC-MS/MS) với ion hóa phun mù điện tử (ESI) ở chế độ ion dương. Các thông số phân tích như điện thế đầu phun, nhiệt độ, áp suất khí bổ trợ được tối ưu hóa để đạt độ nhạy cao.

  • Thẩm định phương pháp: Phương pháp được thẩm định qua các chỉ tiêu: xây dựng đường chuẩn với khoảng tuyến tính từ 5 đến 250 µg/L, xác định LOD, LOQ, độ lặp lại (RSD ≤ 9,5%) và hiệu suất thu hồi (84% - 103%). Cỡ mẫu lặp lại 7 lần cho mỗi mức nồng độ chuẩn nhằm đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình lấy mẫu và phân tích diễn ra trong tháng 4 và tháng 5 năm 2020, thẩm định phương pháp và xử lý số liệu được thực hiện song song trong cùng thời gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Độ tuyến tính và giới hạn phát hiện: Đường chuẩn của 8 kháng sinh có hệ số tương quan R² từ 0,9969 đến 0,9999, cho thấy độ tuyến tính rất tốt trong khoảng nồng độ khảo sát. Giới hạn phát hiện (LOD) thấp nhất là 0,017 µg/L (cho ciprofloxacine và ofloxacine), cao nhất là 0,1 µg/L (amoxicillin), phù hợp để phát hiện dư lượng kháng sinh trong nước mặt.

  2. Độ chính xác và hiệu suất thu hồi: Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của các kháng sinh dao động từ 1,1% đến 9,5%, trong khi hiệu suất thu hồi nằm trong khoảng 84% đến 103%, đáp ứng tiêu chuẩn AOAC về độ chính xác và độ đúng của phương pháp phân tích.

  3. Hàm lượng kháng sinh trong nước sông: Kết quả phân tích 11 mẫu nước sông cho thấy sự hiện diện của các kháng sinh với nồng độ trung bình dao động từ khoảng 0,05 µg/L đến vài µg/L tùy loại và vị trí lấy mẫu. Ví dụ, amoxicillin có nồng độ trung bình khoảng 0,1 µg/L, trong khi azithromycin và ciprofloxacine có thể đạt đến mức 0,5 µg/L hoặc cao hơn tại một số điểm.

  4. Tỷ lệ phát hiện: Tỷ lệ phát hiện các kháng sinh trong các mẫu nước sông dao động từ 60% đến 100%, cho thấy mức độ ô nhiễm kháng sinh phổ biến trong hệ thống nước mặt đô thị Hà Nội.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự xuất hiện kháng sinh trong nước sông là do xả thải nước thải sinh hoạt, y tế và chăn nuôi chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa triệt để. Hàm lượng kháng sinh trong nước sông Hà Nội tương đương hoặc cao hơn so với một số nghiên cứu trên thế giới, phản ánh mức độ sử dụng và xả thải kháng sinh tại khu vực đô thị lớn. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện nồng độ trung bình từng loại kháng sinh tại các vị trí lấy mẫu, hoặc bảng so sánh tỷ lệ phát hiện giữa các sông.

Kết quả này cảnh báo về nguy cơ phát triển vi khuẩn kháng thuốc trong môi trường nước và tác động tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh. So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy phương pháp LC-MS/MS là công cụ hiệu quả để giám sát dư lượng kháng sinh trong môi trường nước đô thị.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường xử lý nước thải: Áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến tại các bệnh viện, khu dân cư và cơ sở chăn nuôi nhằm giảm thiểu lượng kháng sinh xả thải ra môi trường. Mục tiêu giảm nồng độ kháng sinh trong nước thải xuống dưới giới hạn phát hiện trong vòng 2 năm.

  2. Giám sát thường xuyên: Thiết lập hệ thống giám sát dư lượng kháng sinh trong nước mặt tại các sông đô thị Hà Nội với tần suất ít nhất 2 lần/năm, nhằm phát hiện sớm và đánh giá hiệu quả các biện pháp kiểm soát.

  3. Tuyên truyền và quản lý sử dụng kháng sinh: Nâng cao nhận thức cộng đồng về việc sử dụng kháng sinh hợp lý, hạn chế tự ý mua và sử dụng kháng sinh không theo đơn, giảm thiểu lượng kháng sinh thải ra môi trường. Chủ thể thực hiện là các cơ quan y tế và truyền thông trong vòng 1 năm.

  4. Nghiên cứu bổ sung: Mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng của dư lượng kháng sinh đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe cộng đồng, đồng thời phát triển các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả hơn. Thời gian thực hiện dự kiến 3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý và kiểm soát ô nhiễm kháng sinh trong nước mặt đô thị, hỗ trợ ra quyết định về xử lý nước thải.

  2. Các nhà khoa học và nghiên cứu: Tham khảo phương pháp phân tích LC-MS/MS và dữ liệu thực nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về ô nhiễm kháng sinh và kháng thuốc.

  3. Cơ quan y tế công cộng: Đánh giá nguy cơ sức khỏe cộng đồng liên quan đến ô nhiễm kháng sinh, từ đó đề xuất các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát.

  4. Doanh nghiệp xử lý nước thải: Áp dụng công nghệ và dữ liệu nghiên cứu để cải tiến quy trình xử lý nước thải, đảm bảo loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm kháng sinh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần phân tích dư lượng kháng sinh trong nước sông?
    Dư lượng kháng sinh trong nước sông có thể gây ra sự phát triển vi khuẩn kháng thuốc, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh. Việc phân tích giúp giám sát và kiểm soát ô nhiễm này.

  2. Phương pháp LC-MS/MS có ưu điểm gì trong phân tích kháng sinh?
    LC-MS/MS có độ nhạy cao, khả năng phân tích đồng thời nhiều chất với giới hạn phát hiện thấp, phù hợp với nồng độ kháng sinh trong môi trường nước mặt thường rất nhỏ.

  3. Các kháng sinh nào được nghiên cứu trong luận văn?
    Nghiên cứu tập trung vào 8 loại kháng sinh phổ biến gồm amoxicillin, azithromycin, ciprofloxacine, ofloxacine, oxfendazole, lincomycin, sulfaceamide và sulfamethoxazole.

  4. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng như thế nào trong thực tế?
    Kết quả giúp các cơ quan quản lý môi trường và y tế xây dựng chính sách kiểm soát ô nhiễm kháng sinh, đồng thời hỗ trợ doanh nghiệp xử lý nước thải cải tiến công nghệ.

  5. Có thể phát hiện kháng sinh ở nồng độ thấp đến mức nào?
    Phương pháp LC-MS/MS trong nghiên cứu có thể phát hiện kháng sinh ở nồng độ thấp nhất khoảng 0,017 µg/L, đáp ứng yêu cầu giám sát dư lượng kháng sinh trong môi trường nước.

Kết luận

  • Đã xây dựng và thẩm định thành công phương pháp phân tích đồng thời 8 loại kháng sinh trong nước mặt bằng LC-MS/MS với độ nhạy và độ chính xác cao.
  • Phương pháp có giới hạn phát hiện thấp nhất 0,017 µg/L và độ tuyến tính tốt trong khoảng 5-250 µg/L.
  • Phân tích 11 mẫu nước sông đô thị Hà Nội cho thấy sự hiện diện phổ biến của các kháng sinh với nồng độ dao động từ 0,05 đến vài µg/L.
  • Kết quả cảnh báo nguy cơ ô nhiễm kháng sinh và sự phát triển vi khuẩn kháng thuốc trong môi trường nước đô thị.
  • Đề xuất các giải pháp xử lý nước thải, giám sát thường xuyên và nâng cao nhận thức cộng đồng nhằm giảm thiểu ô nhiễm kháng sinh.

Next steps: Mở rộng nghiên cứu giám sát dư lượng kháng sinh tại các khu vực khác, đồng thời phát triển công nghệ xử lý nước thải hiệu quả hơn.

Call-to-action: Các nhà quản lý và chuyên gia môi trường cần phối hợp triển khai các biện pháp kiểm soát ô nhiễm kháng sinh để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.