Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------

PHẠM THỊ THANH YÊN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DƯ LƯỢNG MỘT SỐ
CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC VÀ ĐỘNG VẬT
THỦY SINH TRONG MỘT SỐ HỒ HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------

Phạm Thị Thanh Yên

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DƯ LƯỢNG MỘT SỐ
CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC VÀ ĐỘNG VẬT
THỦY SINH TRONG MỘT SỐ HỒ HÀ NỘI
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 62520320

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS Huỳnh Trung Hải
2. PGS.TS Nguyễn Quang Trung

Hà Nội – 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa
học của GS.TS Huỳnh Trung Hải và PGS.TS Nguyễn Quang Trung. Các số liệu, kết quả
được nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được cá nhân hay tổ chức khoa học nào
công bố trên bất kỳ công trình nào khác trong và ngoài nước.
Hà Nội, ngày …… tháng ……. Năm 2017
Giáo viên hướng dẫn I

Giáo viên hướng dẫn II

Tác giả

GS.TS Huỳnh Trung Hải

PGS.TS Nguyễn Quang Trung

Phạm Thị Thanh Yên


Lời cảm ơn
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Huỳnh Trung Hải, PGS.TS
Nguyễn Quang Trung đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp nhiều ý kiến trong quá
trình thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Thanh Thảo, anh chị em tại phòng Độc Chất Học
Môi Trường – Viện Công Nghệ Môi Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ

Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ về trang thiết bị, chuyên môn kỹ thuật trong quá
trình thực hiện các nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo đã hướng dẫn và đưa ra
những ý kiến đóng góp trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các phòng ban, khoa Công nghệ Hóa trường
Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ và động viên tôi trong
quá trình thực hiện luận án.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới người thân trong gia đình, bạn bè đã luôn động
viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày …. tháng …. năm 2017

Phạm Thị Thanh Yên


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................................. i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.......................................................... IV
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. VI
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ................................................................. VIII
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 3
1.1.Tổng quan về thuốc kháng sinh ................................................................................... 3
1.1.2. Thuốc kháng sinh họ sulfornamides và trimethoprim ................................................. 3
1.1.3. Thuốc kháng sinh họ quinolones ................................................................................. 6
1.2. Tổng quan về hồ Hà Nội và động vật thủy sinh ......................................................... 9
1.2.1. Tổng quan về năm hồ Hà Nội ...................................................................................... 9
1.2.2. Động vật thủy sinh ..................................................................................................... 10
1.3. Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh....................................................................... 11
1.3.1. Hiện trạng sử dụng kháng thuốc sinh trên thế giới .................................................... 11
1.3.1.1. Kháng sinh sử dụng cho người ............................................................................... 11

1.3.1.2. Kháng sinh sử dụng trong nông nghiệp .................................................................. 12
1.3.2. Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh ở Việt Nam .................................................... 13
1.3.2.1. Kháng sinh dùng trong điều trị bệnh ở người ......................................................... 13
1.3.2.2. Kháng sinh sử dụng trong nông nghiệp .................................................................. 14
1.4. Ô nhiễm thuốc kháng sinh và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái ..................... 15
1.4.1. Thuốc kháng sinh trong môi trường .......................................................................... 15
1.4.1.1. Kháng sinh trong môi trường nước ........................................................................ 16
1.4.1.2. Sự tích tụ kháng sinh trong sinh vật, trong đất và trầm tích ................................... 16
1.4.2. Ảnh hưởng của kháng sinh trong môi trường............................................................ 18
1.5. Đánh giá nguy hại môi trường................................................................................... 19
1.5.1. Tích lũy sinh học ....................................................................................................... 19
1.5.2. Độc tính sinh học và thương số nguy hại.............................................................. 20
1.6. Các phương pháp loại bỏ kháng sinh ....................................................................... 23
1.7. Phân tích kháng sinh .................................................................................................. 24
1.7.1. Kỹ thuật xử lý mẫu .................................................................................................... 24
1.7.2. Các phương pháp phân tích kháng sinh ..................................................................... 25
1.7.2.1. Phương pháp ELISA............................................................................................... 25
1.7.2.2. Phương pháp von - ampe ........................................................................................ 26
1.7.2.3. Phương pháp điện di mao quản (CE) ..................................................................... 26
1.7.2.4. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)................................................... 27
1.7.2.5. Phương pháp sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) ...................................... 28
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 30
I


2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................. 30
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ..................................................................................... 31
2.2.1. Hóa chất ..................................................................................................................... 31
2.2.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm .................................................................................. 32
2.3. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu .............................................................................. 32

2.4. Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời kháng sinh quinolones, sulfonamides và
trimethoprim trong nước, trầm tích và cá rô phi ...................................................... 35
2.4.1. Khảo sát điều kiện tối ưu cho sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) ............... 35
2.4.2. Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu nước xác định đồng thời các kháng sinh ................ 38
2.4.3. Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời các kháng sinh .......... 39
2.4.4. Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu cá rô phi xác định đồng thời các kháng sinh .......... 40
2.5. Hàm lượng và sự phân bố kháng sinh quinolones, sulfonamides và trimethoprim
trong các hồ của Hà Nội ............................................................................................... 41
2.6. Đánh giá sự nguy hại của kháng sinh ....................................................................... 42
2.6.1. Xác định hệ số tích tụ kháng sinh trong trầm tích và động vật thủy sinh của hồ Hà
Nội .................................................................................................................................. 42
2.6.2. Ảnh hưởng của kháng sinh tới quần thể sinh vật ...................................................... 42
2.7. Thẩm định phương pháp ........................................................................................... 43
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 45
3.1. Tối ưu hóa quy trình phân tích kháng sinh quinolones, sulfonamides và
trimethoprim trong nước, trầm tích và cá.................................................................. 45
3.1.1. Khảo sát pha động sử dụng cho LC/MS/MS ............................................................. 45
3.1.2. Quy trình xử lý mẫu nước hồ xác định đồng thời các kháng sinh ............................... 46
3.1.2.1.Tối ưu hóa quá trình chiết........................................................................................ 46
3.1.2.2. Thẩm định phương pháp phân tích ......................................................................... 48
3.1.3. Quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời các kháng sinh ........................... 51
3.1.3.1. Tối ưu hóa quá trình chiết....................................................................................... 51
3.1.3.2. Thẩm định phương pháp ......................................................................................... 54
3.1.4. Quy trình xử lý mẫu cá xác định đồng thời kháng sinh............................................. 57
3.1.4.1. Tối ưu hóa quá trình chiết kháng sinh .................................................................... 57
3.1.4.2. Thẩm định phương pháp phân tích ........................................................................ 60
3.1.5. Kết quả phân tích mẫu đối chứng .............................................................................. 64
3.2. Hàm lượng kháng sinh trong nước, trầm tích và động vật thủy sinh ở năm hồ của
Hà Nội ............................................................................................................................ 65
3.2.1. Hàm lượng kháng sinh trong nước hồ ....................................................................... 65

3.2.2. Hàm lượng kháng sinh trong trầm tích ...................................................................... 71
3.2.3. Hàm lượng kháng sinh trong động vật thủy sinh ...................................................... 75
3.3. Sự phân bố nồng độ kháng sinh theo không gian và thời gian............................... 80
II


3.3.1 Sự phân bố nồng độ kháng sinh trong nước hồ .......................................................... 80
3.3.2. Sự phân bố nồng độ kháng sinh trong trầm tích ........................................................ 87
3.4. Đánh giá sự nguy hại của kháng sinh ....................................................................... 92
3.4.1. Ảnh hưởng của kháng sinh đối với quần thể sinh vật trong nước ............................. 92
3.4.2. Ảnh hưởng của kháng sinh tới quần thể sinh vật trong trầm tích .............................. 96
3.4.3. Sự tích tụ sinh học của kháng sinh trong động vật thủy sinh .................................... 97
3.5. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm kháng sinh trong các hồ Hà Nội ......... 99
3.5.1. Giải pháp quản lý....................................................................................................... 99
3.5.2. Giải pháp kỹ thuật ................................................................................................... 101
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 109
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 124
PHỤ LỤC……………………………………………………………………………..….132

III


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Ký hiệu

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

1

A2O

Anaerobic Anoxic Oxic

Công nghệ gồm 3 quá trình yếm
khí, thiết khí, hiếu khí

2

AF

Assessment factor

Hệ số đánh giá

3

AOPs

Advanced oxidation processes

Phương pháp oxy hóa tiến tiến

4

BAF

Bioaccumulation factor

Hệ số tích lũy sinh học

5

BOD5

Biological Oxygen Demand

6

CAS

Convetional Activated Sludge

Công nghệ xử lý sinh học bùn hoạt
tính truyền thống dạng liên tục

7

CE

Capillary electrophoresis

Điện di mao quản

8

CIP

Ciprofloxacin

Ciprofloxacin

9

EC50

Effective concentration

Nồng độ ảnh hưởng 50%

10

EMEA

European Medicines
Evaluation Agency

Tổ chức đánh giá y học Châu Âu

11

ENR

Enrofloxacin

Enrofloxacin

12

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa hóa học

13

FDA

Food and Drug Administration

Cục Quản lý Thực phẩm và Dược
phẩm Hoa Kỳ

14

HNK

15

HQ

16

HT

Hồ Tây

17

HTB

Hồ Trúc Bạch

18

HTL

Hồ Thủ Lệ

19

HYS

Hồ Yên Sở

20

KOW

21

LC50

22

Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 5
ngày

Hồ Ngọc Khánh
Hazard quotients

Thương số nguy hại

Octanol - water partition
coefficient

Hệ số phân bố octanol - nước

Lethal concentration

Nồng độ gây chết 50%

LC/MS/MS

Liquid chromatography
tandem mass spectrometry

Sắc ký lỏng hai lần khối phổ

23

LLE

Liquid–liquid extraction

Chiết lỏng – lỏng

24

m/z

Mass to charge ratio

25

MEC

Measured environmental
concentration
IV

Tỷ số giữa khối lượng trên điện
tích
Nồng độ chất ô nhiễm đo được


STT

Ký hiệu

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

26

MDL

Method detection limits

Giới hạn phát hiện của phương
pháp

27

MQL

Method quantification
limits

Giới hạn định lượng của phương
pháp

MRL

Maximum residue limit

Giới hạn dư lượng tối đa

28

MSPD

Matrix solid-phase dispersion

Phân tán mẫu pha rắn

29

Nd

Not detected

Không phát hiện thấy

30

NOEC

No observed effect
concentration

Nồng độ ảnh hưởng không quan sát
được

31

NOR

Norfloxacin

Norfloxacin

32

OFL

Ofloxacin

Ofloxacin

33

OHTBL

Ốc hồ Trúc Bạch cỡ lớn

34

OHTBN

Ốc hồ Trúc Bạch cỡ nhỏ

35

PEC

Predicted environmental
concentration

Nồng độ môi trường được dự đoán

36

PLE

Pressurised liquid extraction

Chiết lỏng áp cao

37

PNEC

Predicted no effect
concentration

Nồng độ không gây tác động được
dự đoán

38

QNS

Quinolones

Nhóm kháng sinh quinolone

39

R2

Correlation coefficients

Hệ số tương quan

40

RSD

Relative standard deviation

Độ lệch chuẩn tương đối

41

SAS

Sulfonamides

Nhóm kháng sinh sulfonamide

42

SMR

Sulfamerazine

Sulfamerazine`

43

SMX

Sulfamethoxazole

Sulfamethoxazole

44

SMZ

Sulfamethazine

Sulfamethazine

45

SBR

Sequencing Batch Reactor

Bể phản ứng sinh học hoạt động
theo mẻ

46

SPE

Solid phase extraction

Chiết pha rắn

47

STZ

Sulfathiazole

Sulfamethiazole

48

TN

Nồng độ N tổng số (nitơ Kjeldahl)

49

TP

Nồng độ photpho tổng số

50

TRI

Trimethoprim

Trimethoprim

51

USE

Ultrasonic-assisted extraction

Chiết siêu âm

52

U

Measurement uncertainty

Độ không đảm bảo đo của phương
pháp

53

VSV

Vi sinh vật
V


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của kháng sinh họ SAs và TRI ........................... 5
Bảng 1.2. Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của các kháng sinh họ quinolones ...................... 8
Bảng 1.3. Tên các cống thải và lưu lượng nước thải vào hồ Tây ......................................... 9
Bảng 2.1. Diện tích,cống tiêu và thoát nước của 5 hồ Hà Nội ............................................ 30
Bảng 2.2. Bảng tổng hợp số mẫu lấy tại năm hồ Hà Nội .................................................... 33
Bảng 2.3. Thời gian lưu, thông số khối phổ của các kháng sinh họ SAs, QNs và TRI ...... 37
Bảng 3.1. Chế độ chạy gradien pha động đối với kháng sinh QNs, SAs và TRI ............... 46
Bảng 3.2. Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn và hệ số tương quan của các

kháng sinh SAs, TRI và QNs trên nền mẫu nước ........................................................... 49
Bảng 3.3. Độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo của các kháng sinh
trong nước ....................................................................................................................... 50
Bảng 3.4. Giới hạn phát hiện của phương pháp, giới hạn định lượng của phương pháp xác
định kháng sinh trong nước ............................................................................................ 50
Bảng 3.5. Hiệu suất thu hồi của kháng sinh ở trạng thái mẫu trầm tích khác nhau ............ 52
Bảng 3.6. Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn và hệ số tương quan của kháng
sinh SAs, TRI và QNs trên nền trầm tích ....................................................................... 55
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, ảnh hưởng của nền mẫu, độ không
đảm bảo đo của kháng sinh nghiên cứu trong trầm tích ................................................. 56
Bảng 3.8. Giới hạn phát hiện của phương pháp, giới hạn định lượng của phương pháp xác
định kháng sinh trong trầm tích ...................................................................................... 57
Bảng 3.9. Khảo sát dung dịch hòa tan cặn và loại bỏ chất béo ........................................... 59
Bảng 3.10. Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn, bình phương hệ số tương quan
và ảnh hưởng nền mẫu của các kháng sinh nghiên cứu trên nền mẫu cá ....................... 60
Bảng 3.11. Bảng tổng hợp độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo của
kháng sinh SAs, QNs, TRI thêm chuẩn trên nền mẫu cá trắng nồng độ 1 μg/kg; 5 μg/kg;
10 μg/kg .......................................................................................................................... 61
Bảng 3.12. Giới hạn phát hiện của phương pháp, giới hạn định lượng của phương pháp xác
định kháng sinh trong cá ................................................................................................. 62
Bảng 3.13. Kết quả phân tích đối chứng tổng nồng độ kháng sinh trong nước, cá, trầm tích
và ốc ................................................................................................................................ 63
Bảng 3.14. Sự chênh lệch giữa nồng độ kháng sinh NCS phân tích với nồng độ kháng sinh
đo ở phòng thí nghiêm khác............................................................................................ 64
Bảng 3.15. Bảng tổng hợp nồng độ và tần suất phát hiện kháng sinh CIP, ENR, OFL, NOR
trong các hồ Hà Nội ........................................................................................................ 68
Bảng 3.16. Bảng tổng hợp nồng độ kháng sinh và tần suất phát hiện SMX, STZ, SMZ,
SMR, TRI trong các hồ ................................................................................................... 69
Bảng 3.17. Nồng độ kháng sinh trong trầm tích của hồ Tây .............................................. 71
VI

Bảng 3.18. Nồng độ kháng sinh trong trầm tích hồ Trúc Bạch .......................................... 72
Bảng 3.19. Nồng độ kháng sinh trong cá rô phi, ốc của hồ Trúc Bạch .............................. 76
Bảng 3.20. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh trong ốc theo thời gian .................................. 76
Bảng 3.21. Nồng độ kháng sinh trong cá rô phi tại hồ Ngọc Khánh, hồ Thủ lệ, hồ Yên Sở
và hồ Tây của Hà Nội ..................................................................................................... 77
Bảng 3.22. Hệ số octanol - nước (KOW), hệ số hấp phụ (Kd) của các kháng sinh nghiên cứu
trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch ......................................................................... 87
Bảng 3.23. Nồng độ kháng sinh trong mẫu trầm tích lấy vào tháng 6 năm 2015 tại hồ Tây
(μg/kg) ............................................................................................................................ 90
Bảng 3.24. Nồng độ kháng sinh nghiên cứu trong mẫu bùn lấy tháng 6 năm 2015 tại hồ
Trúc Bạch (μg/kg bùn khô) ............................................................................................. 91
Bảng 3.25. Giá trị EC50 (mg/L) ở vi khuẩn, tảo, động vật không xương sống và cá của các
kháng sinh họ QNs, SAs và TRI ..................................................................................... 94
Bảng 3.26. Thương số nguy hại của các kháng sinh nghiên cứu trong nước HT và HTB . 95
Bảng 3.27. Thương số nguy hại (HQs) của các kháng sinh trong trầm tích HT, HTB ....... 96
Bảng 3.28. Hệ số tích tụ sinh học trung bình (BAF) của các kháng sinh ........................... 98

VII


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Tổng lượng kháng sinh tiêu thụ ở một số quốc gia năm 2000 và 2010 .............. 12
Hình 1.2.Tổng kháng sinh sử dụng tại 15 bệnh viện Việt Nam năm 2008 ......................... 14
Hình 2.1. Công thức cấu tạo của vật liệu làm cột Oasis HLB ............................................ 31
Hình 2.2. Cột chiết pha rắn Water Oasis® PlusHLB ......................................................... 31
Hình 2.3. Cột chiết pha rắn Water Oasis HLB 6cc, 200mg ................................................ 31
Hình 2.4. Thiết bị LC/MS-MS TSQ Quantum Access của hãng Thermo .......................... 32
Hình 2.5. Vị trí lấy mẫu nước ở hồ Ngọc Khánh, hồ Thủ Lệ và hồ Yên Sở ..................... 34

Hình 2.6. Vị trí lấy mẫu nước và trầm tích của hồ Tây và hồ Trúc Bạch ........................... 34
Hình 2.7. Sắc đồ khối phổ ion mẹ của kháng sinh ciprofloxacin ....................................... 36
Hình 2.8. Sắc đồ khối phổ ion con của kháng sinh TRI .................................................... 37
Hình 2.9. Sơ đồ xác định đồng thời kháng sinh QNs, SAs, TRI trong nước ...................... 39
Hình 2.10. Quy trình phân tích kháng sinh trong trầm tích ................................................ 40
Hình 2.11. Sơ đồ xác định đồng thời kháng sinh QNs, SAs, TRI trong động vật thủy sinh
............................................................................................................................. 41
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn cường độ tín hiệu của kháng sinh họ QNS, SAS, TRI ở điều kiện
pha động khác nhau với nồng độ chất chuẩn là 25 µg/L .................................... 45
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thể tích mẫu chiết đến cường độ tín hiệu kháng sinh SAs, TRI 47
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thể tích mẫu chiết đến cường độ tín hiệu kháng sinh QNs ....... 47
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH mẫu tới hiệu suất thu hồi kháng sinh họ SAS ..................... 48
Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH mẫu tới hiệu suất thu hồi kháng sinh họ QNS và TRI ........ 48
Hình 3.6. Quy trình phân tích kháng sinh trong nước hồ ................................................... 51
Hình 3.7. Ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất thu hồi kháng sinh ................................ 53
Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất chiết kháng sinh SAs, TRI và QNs trong mẫu
trầm tích .............................................................................................................. 54
Hình 3.9. Sắc đồ phân tích kháng sinh SMX và TRI trong trầm tích nồng độ 0,5 μg/L .... 55
Hình 3.10. Sơ đồ phân tích đồng thời kháng sinh SAs, QNs, TRI trong trầm tích ............ 57
Hình 3.11. Ảnh hưởng của môi trường axit tới hiệu suất thu hồi kháng sinh trong cá rô phi
............................................................................................................................. 58
Hình 3.12. Quy trình phân tích kháng sinh trong cá ........................................................... 62
Hình 3.13. Nồng độ trung vị của các kháng sinh trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch 73
Hình 3.14. Mối quan hệ giữa nồng độ kháng sinh trong nước với trầm tích của hồ Tây ... 75
Hình 3.15. Mối quan hệ giữa tổng nồng độ kháng sinh trong nước với trầm tích của HTB
............................................................................................................................. 75
Hình 3.16. Mối quan hệ giữa tổng nồng độ kháng sinh trong nước và trong cá của HTL . 78
Hình 3.17. Mối quan hệ giữu tổng kháng sinh trong nước với kháng sinh trong cá và ốc
của HTB .............................................................................................................. 79
VIII

Hình 3.18. Mối quan hệ giữu tổng kháng sinh trong trầm tích với kháng sinh trong cá và
ốc của HTB ......................................................................................................... 79
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi tổng nồng độ kháng sinh trong nước theo vị trí lấy
mẫu của hồ Tây vào T9/2014, T11/2014, T3/2015 và T6/2015 ......................... 80
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi tổng nồng độ kháng sinh trong nước theo vị trí lấy
mẫu của hồ Trúc Bạch vào T9/2014, T11/2014, T3/2015 và T6/2015 ............... 81
Hình 3.21. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của Hồ Tây ............................. 82
Hình 3.22. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của hồ Trúc Bạch ................... 83
Hình 3.23. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của hồ Thủ Lệ ........................ 83
Hình 3.24. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của hồ Ngọc Khánh ................ 83
Hình 3.25. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và nồng độ từng kháng sinh trong nước hồ Tây .... 84
Hình 3.26. Mối quan hệ giữa nhiệt độ với tổng nồng độ kháng sinh trong nước hồ Tây ... 85
Hình 3.27. Mối quan hệ giữa nồng độ các kháng sinh trong nước hồ Tây với lượng mưa 86
Hình 3.28. Sự biến đổi kháng sinh trong trầm tích hồ Tây theo thời gian.......................... 89
Hình 3.29. Sự biến đổi kháng sinh trong trầm tích hồ Trúc Bạch theo thời gian ............... 91
Hình 3.30. Tổng nồng độ kháng sinh trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch ................. 92
Hình 3.31. Thương số nguy hại trong nước của các kháng sinh ở hồ Hà Nội .................... 95
Hình 3.32. Thương số nguy hại trong trầm tích của các kháng sinh ở hồ Tây và hồ Trúc
Bạch .................................................................................................................... 97
Hình 3.33. Mối quan hệ giữa logBAF trong cá rô phi và ốc với logKow của các kháng sinh
ở HTB.................................................................................................................. 98
Hình 3.34. Mối quan hệ giữa logBAF trong cá rô phi với logKow của các kháng sinh ở
HNK .................................................................................................................... 99
Hình 3.35. Sơ đồ cải tạo hệ thống xử lý nước thải đô thị của thành phố Hà Nội ............. 102
Hình 3.36. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải đô thị tại Hà Nội ........................................... 106

IX

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Kháng sinh đóng vai trò vô cùng quan trọng, nhờ có kháng sinh mà con người đã
thoát khỏi nhiều bệnh tật hiểm nghèo, còn với động vật chúng không chỉ được dùng trong
phòng và điều trị bệnh tật mà còn dùng để kích thích tăng trưởng. Tuy nhiên với sự hạn
chế về hiểu biết và nhận thức, kháng sinh được xem là thần dược, nên con người đã sử
dụng kháng sinh quá mức, với lượng tiêu thụ hàng năm trên thế giới khoảng 100.000 đến
200.000 tấn [58]. Kháng sinh sau khi đi vào cơ thể người sẽ có khoảng 30 - 90% các chất
được đào thải qua phân hoặc nước tiểu [161]. Đối với động vật khoảng 50 - 90% lượng
dùng sẽ được đào thải, trong đó thành phần thuốc ban đầu là 9 - 30% tùy thuộc vào hình
thức sử dụng thuốc, tuổi và loài động vật [57]. Trong môi trường tự nhiên một số kháng
sinh dễ dàng bị phân hủy như penicillin, nhưng một số nhóm lại khó bị phân hủy như
fluoroquinolones và tetracyclines, do đó chúng tồn tại lâu, lan truyền trong môi trường
hoặc có thể được tích lũy trong sinh vật và trầm tích. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện thấy
sự có mặt của kháng sinh trong môi trường nước (nước thải, nước mặt, nước ngầm và nước
uống), trong phân thải của động vật, trong đất, trong trầm tích và trong động vật thủy sinh
có những nơi nồng độ lên đến vài trăm mg/L hoặc mg/kg trọng lượng khô.
Kháng sinh tồn lưu trong môi trường, thậm chí ở nồng độ thấp chưa gây ảnh hưởng
tức thời tới sinh vật, nhưng sự tiếp xúc lâu dài của sinh vật với kháng sinh và các chất
chuyển hóa của chúng có thể dẫn đến sự tích tụ trong các mô và gây tác động trực tiếp
hoặc gián tiếp đến quần thể sinh vật. Đặc biệt là sự tiếp xúc lâu dài với kháng sinh sẽ dẫn
đến sự tiến hóa của các vi khuẩn gây bệnh và vi khuẩn thông thường, sự biến đổi di truyền
và chuyển giao kháng thuốc kháng sinh (ARGs). Đây là vấn đề được các nhà khoa học trên
thế giới cũng như Việt Nam quan tâm, nó đã được Tổ chức Y tế Thế giới xếp là một trong
ba mối đe dọa nghiêm trọng nhất đối với sức khoẻ cộng đồng trong thế kỷ 21. Trong số các
nhóm ô nhiễm hóa học mới nổi, kháng sinh được xếp vào nhóm nguy cơ ưu tiên.
Sulfonamides (SAs), trimethoprim (TRI) và quinolones (QNs) là những kháng sinh phổ
rộng, chúng được sử dụng phổ biến trong y học ở người, thú y và nuôi trồng thuỷ sản,
nhằm mục đích ngăn ngừa hoặc điều trị nhiễm khuẩn [90, 150]. Chúng được sử dụng rộng

rãi ở Việt Nam bởi giá thành rẻ, có khả năng chống lại một số bệnh nhiễm khuẩn thông
thường và có hiệu quả cao trong việc thúc đẩy tăng trưởng ở động vật. Các kháng sinh này
có thời gian bán hủy dài nên chúng đã được phát hiện thấy ở nồng độ cao trong nhiều môi
trường khác nhau trên thế giới như Trung quốc, Địa Trung Hải, Ý, Việt Nam. Do đó luận
án đã lựa chọn kháng sinh SAs, QNs và TRI làm đối tượng nghiên cứu.
Hà Nội với mạng lưới các hồ dày đặc, chúng tạo nên cảnh quan đặc trưng của thành
phố và góp phần không nhỏ trong việc điều hòa khí hậu vùng. Bên cạnh đó các sông hồ Hà
Nội được đánh giá là rất phong phú và đa dạng về các chủng loại sinh vật, nơi đây tập
trung hàng trăm nghìn các nguồn gen quí hiếm của đất nước. Nhưng theo kết quả báo cáo
1


về hồ Hà Nội năm 2015 cho thấy trong 30 hồ nghiên cứu có 6 hồ ô nhiễm rất nặng, 8 hồ ô
nhiễm nặng và 11 hồ có dấu hiệu ô nhiễm [8], mà nguyên nhân chính là do các hồ thường
xuyên tiếp nhận nước thải. Các nguồn nước thải này gồm nước thải bệnh viện, nước thải
sinh hoạt và một phần nước thải chăn nuôi chưa được xử lý hoặc xử lý không triệt để nên
đã và đang là nguy cơ ô nhiễm kháng sinh trong các hồ. Chính vì vậy nghiên cứu đã tiến
hành đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước, trầm tích, cá rô phi đen
(Oreochromis mossambicus) và ốc nhồi (Pila polita) trong một số hồ Hà Nội.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời ba nhóm kháng sinh quinolones, sulfonamides
và trimethoprim trong nước, trầm tích và cá rô phi.
- Xác định hàm lượng kháng sinh trong nước, trầm tích, cá rô phi và ốc tại hồ Tây, hồ
Trúc Bạch, hồ Thủ Lệ, hồ Ngọc Khánh và hồ Yên Sở.
- Bước đầu đánh giá sự nguy hại của kháng sinh với sinh vật trong nước, trầm tích.
- Đề xuất phương pháp xử lý nước thải có chứa kháng sinh và các chất dược phẩm khác.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là hàm lượng kháng sinh SAs, QNs và TRI trong nước, trầm
tích, cá rô phi và ốc tại 5 hồ của Hà Nội
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường (lấy mẫu, bảo quản

mẫu, khảo sát hiện trạng các hồ), trong phòng thí nghiệm (xử lý mẫu và phân tích
trên sắc ký lóng hai lần khối phổ LC/MS/MS) để xác định hàm lượng kháng sinh
trong nước, trầm tích, cá rô phi và ốc tại 5 hồ của Hà Nội; sử dụng phương pháp
thống kê để xử lý số liệu phân tích; phương pháp kế thừa các số liệu thu thập được
trong các tài liệu và các kết quả đã được nghiên cứu; phương pháp đánh giá dựa
trên các số liệu thực nghiệm đo được để rút ra các kết luận.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Đã ứng dụng sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) để phân tích hàm lượng kháng
sinh họ quinolones, sulfonamides và trimethoprim.
- Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm kháng sinh trong 5 hồ Hà Nội, trên cơ sở đó xác định
nguyên nhân và đề xuất một số biện pháp giảm thiểu nồng độ kháng sinh vào hồ.
- Bước đầu nghiên cứu khả năng tích tụ kháng sinh trong ốc và cá rô phi qua hệ số tích
lũy sinh học để đưa ra các khuyến cáo với người dân trong sử dụng ốc và cá rô ở các hồ
có nguồn nước thải vào làm thực phẩm.
- Dự đoán được loại kháng sinh có nguy cơ ảnh hưởng mạnh tới quần thể sinh trong năm
hồ Hà Nội thông qua thương số nguy hại HQ.
Những điểm mới của luận án
- Đây là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam đưa ra những kết quả về ô nhiễm một số họ
kháng sinh QNs, SAs, TRI trong nước, trầm tích, cá rô phi và ốc ở các hồ Hà Nội.
- Đã đưa ra kết quả dự báo về mức độ ảnh hưởng của các kháng sinh QNs, SAs, TRI đối
với quần thể sinh vật trong nước và trầm tích của 5 hồ Hà Nội.
2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan về thuốc kháng sinh
Kháng sinh được phát hiện đầu tiên vào năm 1928 do Alexander Flemming, sau này
các nhà khoa học đã nghiên cứu sâu hơn và ứng dụng chúng trong phòng và điều trị bệnh.
Năm 1942 Waksman đã đưa ra khái niệm đầu tiên về kháng sinh “Một chất kháng sinh hay
một hợp chất có tính kháng sinh là một chất do các vi sinh vật sản xuất ra, có khả năng ức

chế sự phát triển hoặc thậm chí tiêu diệt các vi khuẩn khác”. Hiện nay kháng sinh không
chỉ được chiết tách từ động vật hoặc thực vật mà còn được tổng hợp, vì vậy giới y học đã
đưa ra một khái niệm kháng sinh hoàn chỉnh hơn “Thuốc kháng sinh là những chất có
nguồn gốc vi sinh vật, được bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học. Với liều thấp có tác dụng
kìm hãm hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh” [6].
Cơ chế tác động của kháng sinh là ức chế quá trình tổng hợp của vi khuẩn (vỏ); ức
chế chức năng của màng tế bào; ức chế quá trình sinh tổng hợp protein; ức chế quá trình
tổng hợp acid nucleic; ức chế tổng hợp acid folic (kháng chuyển hóa) [26, 85].
Có nhiều cách phân loại kháng sinh khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu và cách
sử dụng nhưng phổ biến hơn cả là dựa vào cấu tạo hóa học. Dựa vào cấu trúc hóa học
kháng sinh được chia thành 9 nhóm sau [6]: Kháng sinh -lactam; Kháng sinh
aminoglycosid (gọi tắt là aminosid); Kháng sinh tetracyclin; Nhóm phenicol; Kháng sinh
macrolid; Kháng sinh lincosamid; Kháng sinh peptid; Kháng sinh quinolones; Nhóm Co –
trimoxazol. Ở Việt Nam, trong các nhóm kháng sinh sử dụng cho người thì -lactam được
sử dụng nhiều nhất chiếm tới 87,5% tổng lượng kháng sinh kế đến là ST-mixture 5,7%,
SAx và QNs là 2 họ kháng sinh tồn dư nhiều nhất trong thực phẩm [16]. Trong môi trường
các kháng sinh họ -lactam dễ bị phân hủy còn các kháng sinh sulfonamides, quinolones
và TRI có độ bền cao. Vì vậy nghiên cứu đã lựa chọn kháng sinh TRI và một số kháng sinh
họ QNs (CIP, ENR, NOR, OFL), SAs (SMX, SMZ, STZ, SMR) để đánh giá nồng độ trong
nước, trầm tích và động vật thủy sinh của các hồ Hà Nội.
1.1.2. Thuốc kháng sinh họ sulfornamides và trimethoprim
Kháng sinh họ sulfonamides (SAs) là những kháng sinh nằm trong nhóm Co –
trimoxazol, có tác nhân kháng khuẩn tổng hợp. Các dẫn xuất của sulfanilamide không chỉ
được sử dụng chủ yếu trong nuôi trồng thủy sản và chăn nuôi thâm canh mà còn được
dùng để chữa bệnh cho con người. Trước kia sulfonamides là một trong những họ kháng
khuẩn tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, đứng thứ hai sau kháng sinh họ tetracycline được
sử dụng trong thú y ở các nước Châu Âu với lượng tiêu thụ khoảng 11-23% [97]. Hiện nay
nhiều loại vi khuẩn trước đây nhạy cảm với SAs nhưng đã kháng lại thuốc và việc tìm ra
những kháng sinh hiệu quả hơn đã làm giảm bớt sự hữu dụng của các sulfonamides. Ở các
nước phát triển sulfonamides ít được sử dụng trên người, nhưng ở các quốc gia phát triển

3


như Việt Nam chúng vẫn được sử dụng thường xuyên do giá thành rẻ (Macrolides là 1-3
USD/viên, trong khi sulfonamides là 2 cent/viên tại Việt Nam) [131].
Sulfonamides bài tiết ra từ người và động vật dưới dạng hóa chất ban đầu hoặc các
chất chuyển hóa chủ yếu là N-acetyl hóa (với acetyl hóa xảy ra ở nhóm amin thơm) [150].
Chúng cũng như các kháng sinh khác khi tồn dư trong môi trường gây ra các vấn đề sức
khỏe nghiêm trọng ở người như có khả năng gây dị ứng, tạo các phản ứng độc hại, sinh ra
các vi khuẩn kháng thuốc hay SAs còn được dự báo là chất có nguy cơ gây ung thư [141].
Cấu trúc phân tử của kháng sinh họ sulfornamides tương tự như axít p-aminobenzoic
(PABA) gồm có một nhóm amin (-NH2) và một nhóm sulfonamide (-SO2NH-) [26]. Do đó
chúng là những chất lưỡng tính với đặc điểm của axit yếu và kiềm yếu, giá trị pKa1 trong
khoảng từ 2 đến 2,5 và pKa2 từ 5 đến 8, tương ứng với nhận proton ở nhóm anilin và khử
proton của nhóm sulfonylamido. Như vậy SAs tích điện dương khi môi trường axit (pH
<2), trung tính khi pH từ 2 đến dưới 5, điện tích âm ở pH trên 5 [150]. Tính chất của một
số kháng sinhh SAs:
Sulfathiazole (STZ) tan ít trong nước, methylen cloride, khó tan trong ethanol 96%
và chloroform, tan trong dung kiềm và dung dịch axít vô cơ loãng. Nó ổn định, không
tương thích với các tác nhân oxy hóa mạnh, nhạy cảm với nhiệt, không khí và ánh sáng
trong thời gian lưu trữ lâu dài. Ngày nay, thỉnh thoảng STZ vẫn còn được sử dụng kết hợp
với sulfabenzamide và sulfacetamise để điều trị cho gia súc nhưng không còn được sử
dụng trong con người.
Sulfamethazine (SMZ) khó tan trong ethanol 96%, tan nhiều trong nước, aceton và
dung dịch axít vô cơ loãng, độ tan tăng lên khi tăng pH. Nó bị phân hủy 20% sau 180 ngày
trong trầm tích [19].
Sulfamethoxazole (SMX) tan trong nước và ít tan chloroform, ethanol 96%, tan tự do
trong aceton, dung dịch kiềm và axít loãng. Ở các quốc gia đang phát triển nó thường được
sử dụng để điều trị bệnh ở người và khi đào thải ra bên ngoài có khoảng 15% SMX ở dạng

ban đầu [29]. Kháng sinh SMX tồn lưu lâu trong môi trường, có thời gian bán hủy là trên
365 ngày [146]
Sulfamerazine (SMR) là một sulfonamid thường được sử dụng trong thuốc thú y, để
điều trị và ngăn ngừa bệnh truyền nhiễm như tiêu hóa và hô hấp nhiễm trùng và thúc đẩy
tăng trưởng của vật nuôi và cá [85]. Sulfamerazine bị hấp thụ mạnh trong tubuli thận và
lượng bài tiết qua nước tiểu là rất ít, nên khả năng đào thải ra của sulfamerazine là rất
chậm. Vì vậy các nghiên cứu hiện nay đã được chỉ định để điều tra tác động của
sulfamerazine về gan, thận và huyết thanh học [136].
Trong thực tế, một số sulfonamides thường được kết hợp với diaminopyrimidines
tổng hợp (nhóm Co – trimoxazol ) như baquiloprim, ormetoprim đặc biệt là trimethoprim
để làm giảm độc tính và tăng khả năng hoạt động. Kháng sinh TRI là chất tĩnh khuẩn khi
dùng một mình, khi phối hợp với sulfonamides cho tác dụng sát khuẩn, nó rất ít tan trong
nước (độ tan trong nước khoảng 0,04%), tan tốt trong ethanol, tan vừa trong methanol. Nó
4


được sử dụng rộng rãi trong điều trị nhiễm trùng đường hô hấp, nhiễm trùng đường tiểu
nặng và nhiễm khuẩn đường ruột [130]. Trimethoprim chuyển hóa ở gan và thải trừ qua
thận khoảng 50% ở dạng hoạt chất ban đấu [146]. Nó có độ bền tương đối cao với thời
gian bán hủy trong môi trường 20 – 100 ngày [146], loại bỏ không đáng kể trong hệ thống
xử lý nước thải, vì vậy đây cũng là một chất đáng lo ngại đối với môi trường sinh thái.
Bảng 1.1. Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của kháng sinh họ SAs và TRI [19, 129, 135, 136]

Tên kháng sinh

Công thức cấu tạo

Sulfathiazole
4-amino-N-(1,3-thiazol-2-yl)
benzenesulfonamide

Tính chất hóa lý
Công thức hóa học: C9H9N3O2S2
(M =255,319)
Độ hòa tan trong nước: 373mg/L
pKa1=2,01-2,08; pKa2=7,07-7,50
logKow = 0,05

Công thức hóa học: C12H14N4O2S
Sulfamethazine
4-amino-N-(4,6dimethylpyrimidin-2-yl)
benzenesulfonamide.

(M=278,34 g/mol)
Độ hòa tan: 1500 mg/L
pKa1=2,65; pKa2=7,65
log Kow=0,89

Công thức hóa học: C10H11N3O3S;
(M=253,279 g/mol )
Độ hòa tan trong nước 1382 mg/L
pKa1=1,4±0,1;pKa2=6,4±0,5
logKow = 0,89

Sulfamethoxazole

4-amino-N-(5-methylisoxazol3-yl)-benzenesulfonamide.

Sulfamerazine
4-methyl-2sulfanilamidopyrimidine4

5

Công thức hóa học: C11H12N4O2S
(M=264,30358 g/mol)
Độ hòa tan trong nước: 202 mg/L
pKa1=1,58-2,22; pKa2=6,77-7,15
logKow =0,14;


Tên kháng sinh

Công thức cấu tạo

Tính chất hóa lý

Công thức hóa học: C14H18N4O3
(M = 290,3 g/mol)
Độ hòa tan trong nước 400 mg/L
pKa1 = 3,23; pKa2 =6,76
Log Kow=0,91

Trimethoprim

5-(3,4,5-trithoxybenzyl)
pyrimidine-2,4-diamane
1.1.3. Thuốc kháng sinh họ quinolones
Kháng sinh họ quinolones (QNs) không có nguồn gốc tự nhiên, được điều chế bằng
phương pháp tổng hợp. Hoạt động của chúng được dựa trên sự ức chế sự hoạt động của các
enzyme DNA gyrase hoặc topoisomerase II, topoisomerase IV trong vi khuẩn [66, 67, 68].

Cơ chế này cũng có thể ảnh hưởng đến nhân bản tế bào ở động vật có vú. Nghiên cứu gần
đây đã chứng minh sự tương quan giữa khả năng gây độc tế bào động vật có vú của các
quinolones và cảm ứng của micronuclei, nhưng cơ chế gây độc như thế nào thì vẫn chưa
được biết. Ngoài ra chúng còn có khả năng gây sẩy thai khi sử dụng cho động vật mang
thai, rối loạn phát triển sương, sụn (gót asin ở người).
Trong cấu trúc phân tử, các kháng sinh quinolones thế hệ thứ nhất gồm chủ yếu là
axít oxolinic và axít nalidixic (chứa nhóm cacboxyl) nên các hợp chất có tính axít, có hiệu
lực chống lại các vi khuẩn gram âm. Còn đối các kháng sinh QNs thế hệ thứ hai trong phân
tử có chứa một nguyên tử flo ở vị trí C-3 và một nhóm piperazinyl ở vị trí C-7 nên có tính
bazơ, chúng có khả năng chống lại các vi khuẩn gram dương và gram âm [106]. Như vậy,
QNs có thể được chia thành hai nhóm theo tính chất axít-bazơ. Quinolones có tính axít giá
trị pKa trong khoảng từ 6,0 đến 6,9 và ở môi trường axít chúng ở dạng trung tính. Ngược
lại, các quinolones piperazinyl có hai hằng số phân ly pKa1 và pKa2 nằm trong khoảng 5,5 6,3 và 7,6 - 8,5, tương ứng [26]. Trong môi trường axít fluoroquinolone tồn tại ở dạng
cation, đó là điều quan trọng để giữ chúng trong các cột chiết, còn các quinolone có tính
axit không tích điện trong dung dịch và ít được giữ lại trên cột C18. Trong môi trường
kiềm, dạng anion của cả hai nhóm quinolones được giữ lại trong cột HLB kém hơn so với
dạng cation, zwitterionic và trung tính, nhưng chúng có thể được giữ lại trên cột SAX tốt.
Điều này quan trọng để thực hiện quá trình chiết mẫu ở môi trường axit mạnh, xa giá trị
pKa của các chất kháng sinh và đảm bảo dạng tồn tại của chúng theo ý muốn. Tuy nhiên ở
môi trường axit quá mạnh thì không thích hợp cho quá trình làm giàu mẫu [46].
Các kháng sinh QNs hấp thụ không hoàn toàn trong cơ thể sinh vật và con người,
nên sau khi sử dụng chúng sẽ bị đào thải ra ngoài qua đường nước tiểu và phân dưới dạng
ban đầu từ 30 – 85% [63]. Trong môi trường tự nhiên, kháng sinh QNs tương đối bền

6


nhiệt, ít bị thủy phân và khó bị phân hủy bởi sinh vật nhưng bị phân hủy bởi ánh sáng tử
ngoại ( <330nm) [45], một số chất không bền trong không khí ẩm, thời gian bán hủy
trong nước tinh khiết đối với CIP và NOR là 90 phút và 105 phút tương ứng. Tuy nhiên,

trong trầm tích floquinonol tương đối ổn định do chúng có thể bị hấp phụ lên các hạt rắn,
như axít oxolinic và flumequine có thể được giữ lại trong trầm tích từ 9,5 - 15 và 3,6 - 6,4
ngày tương ứng [131]. Trong môi trường pH từ 6 đến 8 chúng hòa tan trong nước ít nhưng
tan tốt trong chất béo và dung môi hữu cơ, do đó có thể thâm nhập vào các mô [54]. Trong
hệ thống xử lý nước thải, fluoroquinolones được loại bỏ một lượng lớn (79-87%) do chúng
có khả năng hấp phụ mạnh và liên kết với bùn thải [48]. Mặc dù hoạt tính của thuốc kháng
sinh có thể bị giảm khi hấp phụ trên đất sét và các chất humic nhưng chưa có nghiên cứu
nào công bố về vấn đề này. Tính chất của một số kháng sinh quinolones:
Norfloxacin là một kháng sinh phổ rộng hoạt động với cả vi khuẩn gram dương và vi
khuẩn gram âm. Nó thường được sử dụng để chữa các bệnh về đường tiết niệu thông
thường như viêm bàng quang, viêm bể thận, viêm tuyến tiền liệt, …, viêm dạ dày-ruột non
cấp. Kháng sinh NOR bài tiết qua đường nước tiểu dưới dạng ban đầu là 30%, thời gian
bán hủy trong môi trường 101 – 364 ngày [146]
Enrofloxacin (ENR) hấp thu nhanh chóng từ đường tiêu hóa và thâm nhập vào tất cả
các mô của cơ thể. Nó được dùng rộng rãi trong chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, không sử
dụng trên người [123]. Việc sử dụng kháng sinh này cho thực vật (rau, cỏ) sẽ làm cho cơ
thể của con người rất dễ bị nhờn thuốc.
Ciprofloxacin (CIP) tan tốt trong dung dịch axít acetic loãng, tan một phần trong
nước ở pH = 7, tan rất ít trong ethanol, methylen chloride. Nó được sử dụng phổ biến trong
y học ở con người trên toàn thế giới và được phép sử dụng trong thú y. Trong nuôi trồng
thủy sản CIP được sử dụng để dự phòng và có xu hướng ngày càng tăng đặc biệt là ở các
quốc gia như Chile, Trung Quốc [61]. Khi đi vào cơ thể người qua đường uống thì có
khoảng 40 - 50% đào thải dưới dạng không đổi qua nước tiểu nhờ lọc ở cầu thận và bài tiết
ở ống thận, khoảng 75% liều tiêm tĩnh mạch đào thải dưới dạng không đổi qua nước tiểu
và 15% theo phân. Theo kết quả nghiên cứu của Esther Turiel và cộng sự (2004) cho thấy
thời gian bán hủy của CIP phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường, trong môi trường
nước tinh khiết có ánh sáng là 90 ngày, trong nước sông có ánh sáng là 275 ngày [46]
Ofoxacin là thuốc kháng sinh diệt khuẩn phổ rộng, có tác dụng mạnh hơn
ciprofloxacin, đào thải qua đường nước tiểu ở dạng ban đầu là 75% và thời gian bán hủy
trong môi trường 101 – 364 ngày [146].

7


Bảng 1.2. Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của các kháng sinh họ quinolones [26, 61, 110, 129, 139]

Kháng sinh

Công thức cấu tạo

Norfloxacin
1-Ethyl-6-fluoro1,4-dihydro4oxo-7-(1-piperazinyl)-3quinolinecarboxylic acid

Enrofloxacin
1-Cyclopropyl-7-(4-ethy-1piperazinyl)-6-fluoro-1,4-dihydro4-oxo-3-quinolinecarboxylic acid

Ciprofloxacin
1-Cyclopropyl-6-6fluoro-1,4dihydro-4-oxo-7-1-piperazinyl3-

Tính chất hóa lý

Công thức hóa học:C16H18FN3O3
(M=319,33 g/mol)
Độ hòa tan: 178.000 mg/L
pKa1=6,22; pKa2 = 8,38
logKOW = -1,03

Công thức hóa học: C19H22FN3O3
(M = 359,4 g/mol)
Độ hòa tan: 849,7 mg/L

pKa1 = 5 và pKa2 = 8-9
logKOW=1,10

Công thức hóa học: C17H18FN3O3
(M = 331,346 gam/mol)
Độ hòa tan: 30.000 mg/L
pKa1 = 5,76; pKa2 = 8,68
logKOW = 0,28

quinolinecarboxylic acid

Ofloxacin
(±)9-Fluoro-2,3-dihyro-3-methyl10-94-methyl-1-piperazinyl)7oxo-7H-pyrido[1,2,3-de]1,4benzorazine-6-carboxylic acid

8

Công thức hóa học: C18H20FN3O4
(M = 361,38 gam/mol)
Độ hòa tan: 28300 mg/L
pKa1=5,97; pKa2= 8,28
logKOW = 0,35


1.2. Tổng quan về hồ Hà Nội và động vật thủy sinh
1.2.1. Tổng quan về năm hồ Hà Nội
Theo báo cáo về hồ Hà Nội năm 2015 cho biết năm 2010 Hà Nội có 120 hồ và ao
trong nội thành, nhưng đến năm 2015 số hồ còn lại là 112 với tổng diện tích là 6.959.305
m2 [8]. Các hồ ở Hà Nội có chức năng chủ yếu là điều tiết dòng chảy, thoát lũ, xử lý sơ bộ
nước thải, cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường, tạo cảnh quan văn hóa cũng như không
gian nuôi trồng thủy sản. Theo nhận xét của các chuyên gia, hiện nay lưu lượng nước thải

chảy vào các hồ đã vượt quá khả năng tự làm sạch dẫn đến tình trạng ô nhiễm, phú dưỡng,
đã và đang dẫn đến sự suy thoái chất lượng nước, thiếu ôxy, gia tăng lớp bùn đáy hồ và đe
dọa tới sự đa dạng sinh thái của hồ. Chính vì các hồ Hà Nội có vai trò đặc biệt quan trọng
và nguy cơ ô nhiễm cao nên nghiên cứu đã chọn hồ Tây, hồ Trúc Bạch, hồ Ngọc Khánh,
hồ Thủ Lệ và hồ Yên Sở để đánh giá.
1/ Hồ Tây
Hồ Tây nằm ở phía Tây Bắc Hà Nội, thuộc quận Tây Hồ. Theo các kết quả điều tra,
khảo sát, diện tích hồ Tây hiện nay vào khoảng 526,16 ha, chu vi 18.967 m, chỗ rộng nhất
là 3724 m, chỗ hẹp nhất là 2618 m, mực nước hồ thay đổi theo mùa, chênh lệch giữa mùa
mưa và mùa khô là 0,8 m. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước hồ là do một lượng lớn
nước thải của thành phố đổ trực tiếp vào hồ từ các cống xả được thể hiện ở bảng 1.3.
Bảng 1.3. Tên các cống thải và lưu lượng nước thải vào hồ Tây [18]

Lượng nước thải vào hồ
STT

Cống thải

Lưu lượng mùa kiệt
(m3/ngày)

Lưu lượng mùa kiệt
(m3/s)

1

Cống Tàu Bay

2592

0,030

2

Cống Cây Sy

10282

0,119

3

Cống Đõ

3268

0,042

4

Nhà nghỉ Quảng Bá

173

0,002

5

Khách sạn Tây Hồ

335

0,004

6

Khách sạn Thắng Lợi

320

0,004

7

Cống Trích Sài

518

0,006

2/ Hồ Trúc Bạch
Hồ Trúc Bạch nằm cách hồ Tây bởi đường Thanh Niên, thuộc phường Quán Thánh,
quận Ba Đình, Hà Nội, là một thắng cảnh của Hà Nội. Hồ có chiều dài lớn nhất khoảng
400m và chiều rộng lớn nhất khoảng 300m, có vai trò điều hòa nước thải của thành phố.
Xung quanh hồ có khoảng 12 cống thải vào có kích thước φ ≥300 mm, trong đó lớn nhất là
hai cống của mương Ngũ Xã, tổng lượng nước trung bình đổ vào hồ khoảng 10.000
m3/ngày đêm từ các phố: Phó Đức Chính, Châu Long, Ngũ Xã, Phạm Hồng Thái, Đặng
Dung, Nguyễn Trường Tộ, Nguyễn Biểu, Trấn Vũ…(nguồn từ trạm xử nước thải Trúc
9

Bạch), vì vậy mà nước hồ đã bị ô nhiễm nặng nề. Năm 2005 trạm xử lý nước thải Trúc
Bạch công suất 2.300 m3/ngày đêm đã đi vào hoạt động nhưng chỉ xử lý được 1/5 tới 1/3
lượng nước thải đổ ra hồ từ hai cống thải của mương Ngũ Xã nên nước hồ vẫn bị ô nhiễm.
3/ Hồ Thủ Lệ
Hồ Thủ Lệ là một trong những hồ đẹp của thủ đô Hà Nội, nằm trong khuôn viên
công viên Thủ Lệ. Nước chảy vào hồ từ nhiều nguồn, trong đó nước thải vào hồ nhiều nhất
là cống thải bắt nguồn từ làng Thủ Lệ, nước mưa theo cống rãnh địa bàn lân cận chảy
xuống hồ, nước thải từ khu vườn thú với lượng phân và thức ăn của hàng ngàn cá thể sinh
vật cũng chưa được ngăn chặn đã làm cho hồ Thủ lệ ngày càng ô nhiễm.
4/ Hồ Ngọc Khánh
Theo kết quả điều tra khảo sát của Sở tài nguyên và Môi trường Hà Nội cho thấy, hồ
Ngọc Khánh có nhiều cửa xả nhỏ của các hộ dân sống quanh hồ xả vào. Ngoài ra, hồ có
một cửa lưu thông lớn nhất nằm phía bên đường Nguyễn Chí Thanh, nơi để nước chảy từ
trong hồ ra và khi trời mưa lớn nước trên đường Nguyễn Chí Thanh đổ ngược vào. Từ
tháng 6/2015 hồ đã được cải tạo, các nguồn nước thải chỉ chảy vào hồ khi có mưa lớn trên
15 phút, nhưng theo quan sát cho thấy xung quang hồ vẫn có các mạch nước thải rò rỉ vào,
điều này sẽ là những nguy cơ làm cho nước hồ tái ô nhiễm.
5/ Hồ Yên Sở
Hồ Yên Sở hoặc đầm Yên Sở thuộc quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội, gồm có 5
hồ nối thông với nhau có vai trò điều tiết khí hậu, trữ nước nhằm chống ngập úng cho
thành phố và điều hòa lưu lượng nước thải của thành phố Hà Nội. Đây là vùng rốn nước
của thành phố và có các đường cống nối thông với sông Sét, sông Kim Ngưu chứa đầy
nước thải đổ về. Vì vậy, cứ mưa to là nước ô nhiễm từ sông Sét và Kim Ngưu lại chảy tràn
vào, mang theo các chất ô nhiễm như xác súc vật, rác thải, túi ni-lông chảy vào hồ. Chính
điều này đã làm cho hệ thống hồ trở nên bị ô nhiễm nặng, tù đọng với chất thải và phát ra
mùi hôi thối khó chịu. Năm 2014 hồ Yên sở đã được cải tạo xong, với việc đưa vào vận
hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở lớn nhất Hà Nội góp phần hoàn chỉnh mạng lưới
thoát nước chung của thành phố.
1.2.2. Động vật thủy sinh

Hà Nội có hơn 100 hồ tự nhiên với diện tích mặt nước từ vài đến hàng trăm héc ta,
ngoài chức năng tạo nên cảnh quan, điều hòa khí hậu, các hồ còn là nơi lưu trữ sự đa dạng
sinh thái của thủ đô. Tuy nhiên, do sự phát triển nhanh nhưng thiếu bền vững của Thành
phố nên các chất ô nhiễm trong đó có kháng sinh đã đi vào hồ, tích tụ trong động vật thủy
sinh, trầm tích và gây ảnh hưởng ngày càng nghiêm trọng đối với sinh vật thủy sinh. Vì
vậy nghiên cứu lựa chọn ốc và cá rô phi để đánh giá khả năng tích tụ kháng sinh.
Ốc nhồi Pila polita là loài động vật thân mềm thuộc lớp chân bụng, sống trong môi
trường nước ngọt. Khi ăn mùn bã hữu cơ có kích thước nhỏ chìm dưới đáy, ốc sẽ bò trên
nền đáy và đưa vòi miệng ra thu lấy thức ăn, đối với các loại thức ăn tinh nổi trên mặt nước
10


thì ốc bò lên sát mặt nước rồi đưa vòi ra thu lấy thức ăn hoặc treo mình lên trên mặt nước
rồi thu thức ăn. Mùa khô/lạnh ốc đóng nắp, vùi bùn một phần hoặc toàn bộ cơ thể dưới mặt
bùn 5 - 20 cm, khi có nước ngập thì trồi lên sinh sống và phát triển ở môi trường
nước. Tuổi thọ trung bình của ốc từ 3 đến 4 năm. Kích thước tối đa ốc nhồi cái đạt 6 - 7 cm
(chiều cao), 5 - 6 vòng, ốc nhồi đực 4 - 5 cm (chiều cao), 3 - 5 vòng soắn [11].
Có nhiều loại cá rô phi khác nhau nhưng được chia thành ba giống là Tilapia,
Sarotherodon và Oreochromis, trong các hồ Hà Nội lại tồn tại nhiều cá rô phi đen
Oreochromis mossambicus (cá rô phi cỏ). Khi còn nhỏ, cá rô phi ăn sinh vật phù du (tảo và
động vật nhỏ) là chủ yếu (cá 20 ngày tuổi, kích thước khoảng 18 mm), cá trưởng thành ăn
mùn bả hữu cơ lẫn các tảo lắng ở đáy ao, ăn ấu trùng, côn trùng, thực vật thuỷ sinh. Trong
tự nhiên cá thường ăn từ tầng đáy có mức sâu từ 1 – 2 m. Cá rô phi thuộc loài cá sống ở
tầng giữa, ăn tạp, nguồn dinh dưỡng đa dạng. Nó có thể sống được trong ao, đầm có màu
nước đậm, mật độ tảo dày, có hàm lượng chất hữu cơ cao, thiếu oxy. Cá rô phi đực khi
nuôi trong môi trường thuận lợi có thể đạt khối lượng 200 gam trong 3 đến 4 tháng nuôi,
400 gam trong 5 đến 6 tháng, 700 gam trong 8 đến 9 tháng, kích thước cá cái thường chỉ
bằng ½ cá đực khi ở cùng độ tuổi [3].

1.3. Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh

1.3.1. Hiện trạng sử dụng kháng thuốc sinh trên thế giới
1.3.1.1. Kháng sinh sử dụng cho người
Theo kết quả nghiên cứu cho thấy các nước có thu nhập cao có xu hướng sử dụng
nhiều thuốc kháng sinh trên đầu người hơn các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình,
nhưng lượng tiêu thụ kháng sinh hàng năm hầu như ổn định hoặc giảm. Kết quả khảo sát ở
71 quốc gia có thu nhập thấp và trung bình từ giữa năm 2000 đến năm 2010 cho thấy
lượng kháng sinh sử dụng đã tăng lên 30% trong đó penicillin và cephalosporin chiếm gần
60% tổng tiêu thụ trong năm 2010 [60]. Quốc gia tiêu thụ thuốc kháng sinh nhiều nhất
trong năm 2010 là Ấn Độ với 13 tỷ SU (standard units) tiếp đến là Trung Quốc 10 tỷ SU
và Hoa Kỳ 7 tỷ SU. Tuy nhiên, nếu tính theo bình quân đầu người thì Hoa Kỳ là dẫn đầu
với 22 SU/Người, Ấn Độ 11 SU/Người, Trung Quốc 7 SU/Người [60]. Việc tiêu thụ kháng
sinh dùng cho người cũng chịu ảnh hưởng lớn bởi thời tiết, ở Bắc Mỹ và Tây Âu lượng
tiêu thụ lớn nhất là từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau, các quốc gia Nam Mỹ vào tháng 6 và
tháng 7, còn ở các vùng nhiệt đới là tháng 8 và tháng 9 [60].
Người ta ước tính có khoảng 80% thuốc kháng sinh được sử dụng bên ngoài bệnh
viện, ở các quốc gia đang phát triển tỷ lệ kháng sinh bán không theo đơn là rất cao, như ở
Saudi Arabia là 78% và Syria là 87-97%, còn Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu khoảng từ 19
- 90% [60]. Tỷ lệ kê đơn thuốc không phù hợp trong bệnh viện ở quốc gia đang phát triển
là tương đối cao như ở Nepal khoảng 10-42%, Việt Nam con số này chiếm khoảng một
phần ba số bệnh viện, còn ở các quốc gia phát triển như Mỹ trong năm 2010 cũng có tới

11


56% bệnh nhân ở 323 bệnh viện sử dụng kháng phổ rộng trong thời gian điều trị [60]. Hình
1.2 biểu diễn lượng kháng sinh tiêu thụ ở một số quốc gia.
2010
2000

Hình 1.1. Tổng lượng kháng sinh tiêu thụ ở một số quốc gia năm 2000 và 2010 [60]

1.3.1.2. Kháng sinh sử dụng trong nông nghiệp
Tỷ lệ sử dụng kháng sinh trong sản xuất nông nghiệp đã tăng lên hàng năm do nhu
cầu điều trị và phòng ngừa bệnh ở động vật. 50% các quốc gia trên thế giới, sử dụng kháng
sinh ban đầu không bắt nguồn từ việc điều trị mà nhằm đích dự phòng (như giảm thiểu lây
nhiễm và lây lan của dịch bệnh) và thúc đẩy tăng trưởng [23]. Năm 2010, tổng lượng
kháng sinh tiêu thụ toàn cầu trong chăn nuôi là khoảng 63.200 tấn, chiếm gần hai phần ba
lượng kháng sinh được sản xuất hàng năm trên toàn thế giới [60] và hầu hết các loại thuốc
kháng sinh được sử dụng trong nông nghiệp thì cũng được sử dụng cho người. Kết quả
thống kê cho thấy ở Mỹ năm 2009 có khoảng 11.200 tấn thuốc kháng sinh được sử dụng
làm chất kích thích tăng trưởng cho gia súc và gia cầm, năm 2011 có khoảng ba phần tư
các trại chăn nuôi dùng ít nhất một kháng sinh cho kích thích tăng trưởng, phòng hoặc
chữa bệnh. Tại Hàn Quốc năm 2004 có 14.791 kg SMX và 7.575 kg TRI đã được dùng
trong chăn nuôi gia súc [122, 165]. Trung Quốc là quốc gia tiêu thu nhiều kháng sinh nhất
trong chăn nuôi tiếp đến là Hoa Kỳ, Brazil, Đức, và Ấn Độ [60].
Hiện nay ở các quốc gia phát triển như Mỹ, Liên Minh Châu Âu, Nhật Bản đã đưa ra
những quy định rất nghiêm ngặt trong sử dụng kháng sinh và dư lượng các kháng sinh
trong các sản phẩm nông nghiệp. Ở EU có bảy kháng sinh quinolones (danofloxacin,
difloxacin, enrofloxacin, flumequine, marbofloxacin, axít oxolinic, và sarafloxacin) được
sử dụng trong sản xuất thực phẩm động vật (trừ động vật có trứng được dùng cho người)
và nuôi trồng thủy sản. Tại Mỹ có hai kháng sinh fluoroquinolones được sử dụng là
enrofloxacin cho lợn, bò sữa (dưới 20 tháng tuổi) và bò thịt (không bao gồm bê) và
danofloxacin cho bò thịt (không bao gồm bê), dư lượng sulfonamides cho phép là không
phát hiện được đối với sulfamerazine trong mô cá hồi, sulfathiazole và
sulfaethoxypyridazine trong mô và ở mức 100 mg/kg cho bảy sulfonamides trong trâu, bò,
lợn, gia cầm và/hoặc mô cá ăn được.
12