亚利桑那州坦佩市——亚利桑那州立大学实验室里装着的两升污水，呈现出烟雾般的黄棕色。这瓶污水是从最近要求亚利桑那州立大学开始研究其废水中化学特征的六个城市中的一个连夜运来的，这些特征可能有助于拯救生命。这种粪便和尿液的混合物已经成为社区目前试图解决阿片类药物危机的最新、也是最刺鼻的方式之一。
亚利桑那州立大学生物设计环境健康工程中心主任罗尔夫·哈尔登说，污水是“你脚下的信息高速公路”。在过去的15年里，哈尔登的人类健康观察站已经在全球300多个城市检查过这种污泥，最初是在约翰霍普金斯大学，自2008年以来在亚利桑那州立大学。他的网络——包括在中国、澳大利亚和其他地方的合作伙伴——是地球上最大的废水监测站点集合。（第二大网络在欧洲，约有60个城市。）在过去的十年里，他的亚利桑那州立大学团队一直在污水中寻找关于社区健康的线索：压力荷尔蒙、危险化学物质、饮食选择和尼古丁。但是，随着药物过量导致的死亡人数上升到流行病程度——2016年超过63,000人——越来越多的城市开始要求他寻找阿片类药物使用的证据。“我认为废水是一种很有希望的新工具，它为我们提供了另一种解决这个问题的指标，”普吉特海峡大学的化学教授丹尼尔·伯加德说，他没有参与这项工作。“我不认为它会是万能药，但面对这种流行病，我认为使用所有可能的工具是一个好主意。”
哈尔登的实验室每月至少向六个城市提供居民集体摄入海洛因、羟考酮、芬太尼和其他阿片类药物的数据。传统上，公共卫生官员依赖医院数据和调查，这些数据可能需要数年时间才能收集，而且往往不可靠。“历史告诉我们，当你询问人们的吸毒情况时，你往往得不到真实的答案，”哈尔登说。但是“污水不会说谎”。例如，从2015年到2017年，亚利桑那州立大学的研究人员监测了两个人口统计特征相似的中西部城市，期望发现相似的阿片类药物使用模式。但厕所水却讲述了一个不同的故事——其中一个社区的废水中含有的羟考酮是另一个社区的四倍多。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保关于当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
研究污水样本正在帮助一些城市追踪阿片类药物危机。图片来源：Keridwen Cornelius
在实验室里，研究人员将污水通过液相色谱法进行处理，这种方法将混乱的化合物分离并按直线排列，就像消防演习中的学生一样。然后，有序的溶液通过一个已经校准以识别每种物质的质谱仪。该机器测量每种药物的丰度，根据这些数据，研究人员可以粗略估计每1000人每种阿片类药物的剂量数。哈尔登向一些城市发送关于他们所在地区阿片类药物使用情况的匿名信息，而其他城市则要求提供特定城市的数据，以了解他们与网络中的其他城市的比较情况。“使用质谱仪，我们可以得到样本中特定化合物的非常准确的含量，”伯加德说。“问题之一是：该样本对人口的代表性有多强？” 由于游客、通勤者和城市快速涌入导致的人口模式变化，使得难以获得人均药物使用的绝对数字。他说，查看相对数字更有用，尤其因为污水是追踪药物使用变化的一种非常快速的方式。
哈尔登的研究人员可以在一两天内分析一个污水样本，产生关于特定阿片类药物潮起潮落的近实时数据。对于正在实施干预措施以控制其流行病的城市来说，这是至关重要的信息。如果一个城市关闭了一个药丸厂——一个医疗工作者不恰当地开出强效麻醉剂的秘密行动——或者逮捕了一个毒贩团伙，它可以衡量即时影响。如果阿片类药物开始从废水中消失，这可能是一个成功的早期迹象。但是，如果污水中突然充满了芬太尼，这可能表明，被剥夺处方的合法使用者正在寻求街头毒品。
毒贩经常在街头毒品中掺入芬太尼，芬太尼的效力是海洛因的50倍，甚至是卡芬太尼，一种大象镇静剂，其效力是海洛因的5000倍。街头和处方芬太尼的化学性质过于相似，无法在污水中区分开来。但是，由于这种药物很少被处方，城市通常认为问题源于街头版本，哈尔登说，他补充说，他的实验室可以将芬太尼与卡芬太尼等类似物区分开来。
如果芬太尼等危险药物出现激增，官员们可以迅速警告急救人员储备阿片类药物解毒剂纳洛酮，并准备大剂量给药（因为对海洛因效果良好的标准纳洛酮水平通常不足以对抗芬太尼）。因此，“药物检测”废水可以挽救生命。
亚利桑那州立大学的博士生艾琳·德赖弗正在准备污水样本以进行进一步分析。图片来源：Keridwen Cornelius
兴趣激增
受到欧洲污水监测的成功（该监测始于2010年，包括各种药物）以及最近哈尔登努力的承诺的启发，肯塔基州路易斯维尔市目前正在寻求政府和私人资金来参与亚利桑那州立大学的项目。在周边杰斐逊县2016年因药物过量死亡人数激增至364人后，路易斯维尔市像许多城市一样意识到，它严重低估了阿片类药物危机。“即使是我们最激进的估计也低于现实，”路易斯维尔市的公民创新和技术主管格蕾丝·西姆拉尔说，她负责将突破性进展带入包括公共卫生在内的城市服务。“我们需要一个新的数据来源，以便能够更好、更早地做出反应。”她认为，详细的废水数据可以帮助该市更好地预测应该分发多少清洁针头和纳洛酮剂量，以及在哪里设立药物回收计划和药物辅助治疗中心。
其他城市也在尝试将更多的粪便研究纳入其阿片类药物应对措施中。5月17日，坦佩市投票决定资助与亚利桑那州立大学的合作，将废水分析纳入药物干预的决策过程，实时跟踪进展。“对我来说，拥有基线数据和后续数据以确保我们真正对我们正在实施的[计划]负责是完全合理的，”坦佩市副市长罗宾·阿雷东多-萨维奇说。她说，测试污水中的阿片类药物水平“是一个非常有创意的想法，我认为它会挽救生命”。
另一个城市计划试用一种相关的方法：北卡罗来纳州卡里市正在与一家麻省理工学院附属公司合作，使用机器人清理污水管道，这些机器人可以吸取污水、测量药物含量并远程报告数据。
废水还可以帮助城市评估药物教育宣传活动的即时影响。通过调查和荟萃分析，可能需要十年以上的时间才能确定一项倡议是否有效。D.A.R.E.（药物滥用抵抗教育）在推出多年和花费数十亿美元后被认为是失败的。亚当·古什加里是一位博士后研究员，他说他之所以有动力在哈尔登的实验室工作，是因为他有两个朋友死于阿片类药物过量。他说，如果在实施D.A.R.E.的学校区域或社区进行测试，污水本可以更快地告诉我们这些区域的吸毒情况是否在下降。“我们将能够在更短的周转时间内调整该计划，”他说。“然后，我们可以真正调整我们的药物滥用计划，以便在我们的社区内真正实现显著的改变。”
当然，精确定位吸毒热点的能力取决于监测站的数量。目前，亚利桑那州立大学的大部分污水来自污水处理厂，那里的员工已经收集样本以跟踪合规情况。他们只是虹吸一部分并将其发送到实验室。也可以利用下水道管道获得匿名郊区或社区特定的读数。但这会增加成本，每个城市的成本从每年约10,000美元起，并且会根据采样频率和测量的代谢物列表等因素而有所不同。
哈尔登强调，这项技术还可以跟踪对公共卫生产生更大影响的变量：源于病毒或细菌的爆发、吸烟和肥胖。他的污水污泥研究帮助导致了2016年联邦政府禁止三氯卡班和三氯生——抗菌皂中干扰内分泌的成分，这些成分不易分解，最终会进入血液、尿液和母乳。“现在人们对在废水中可以测量什么持怀疑态度，这令人惊讶，”他说。但是“我认为这将成为未来一种常见的思维方式。”
西姆拉尔表示同意。“这可以改变城市向社区提供公共卫生的方式，”她说。“我认为我们正站在为大众健康提供服务的新方式的开端。”