亞利桑那州坦佩市——亞利桑那州立大學實驗室裡裝著的兩升汙水，呈現出煙霧般的黃棕色。這瓶汙水是從最近要求亞利桑那州立大學開始研究其廢水中化學特徵的六個城市中的一個連夜運來的，這些特徵可能有助於拯救生命。這種糞便和尿液的混合物已經成為社群目前試圖解決阿片類藥物危機的最新、也是最刺鼻的方式之一。
亞利桑那州立大學生物設計環境健康工程中心主任羅爾夫·哈爾登說，汙水是“你腳下的資訊高速公路”。在過去的15年裡，哈爾登的人類健康觀察站已經在全球300多個城市檢查過這種汙泥，最初是在約翰霍普金斯大學，自2008年以來在亞利桑那州立大學。他的網路——包括在中國、澳大利亞和其他地方的合作伙伴——是地球上最大的廢水監測站點集合。（第二大網路在歐洲，約有60個城市。）在過去的十年裡，他的亞利桑那州立大學團隊一直在汙水中尋找關於社群健康的線索：壓力荷爾蒙、危險化學物質、飲食選擇和尼古丁。但是，隨著藥物過量導致的死亡人數上升到流行病程度——2016年超過63,000人——越來越多的城市開始要求他尋找阿片類藥物使用的證據。“我認為廢水是一種很有希望的新工具，它為我們提供了另一種解決這個問題的指標，”普吉特海峽大學的化學教授丹尼爾·伯加德說，他沒有參與這項工作。“我不認為它會是萬能藥，但面對這種流行病，我認為使用所有可能的工具是一個好主意。”
哈爾登的實驗室每月至少向六個城市提供居民集體攝入海洛因、羥考酮、芬太尼和其他阿片類藥物的資料。傳統上，公共衛生官員依賴醫院資料和調查，這些資料可能需要數年時間才能收集，而且往往不可靠。“歷史告訴我們，當你詢問人們的吸毒情況時，你往往得不到真實的答案，”哈爾登說。但是“汙水不會說謊”。例如，從2015年到2017年，亞利桑那州立大學的研究人員監測了兩個人口統計特徵相似的中西部城市，期望發現相似的阿片類藥物使用模式。但廁所水卻講述了一個不同的故事——其中一個社群的廢水中含有的羥考酮是另一個社群的四倍多。
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研究汙水樣本正在幫助一些城市追蹤阿片類藥物危機。圖片來源：Keridwen Cornelius
在實驗室裡，研究人員將汙水透過液相色譜法進行處理，這種方法將混亂的化合物分離並按直線排列，就像消防演習中的學生一樣。然後，有序的溶液透過一個已經校準以識別每種物質的質譜儀。該機器測量每種藥物的丰度，根據這些資料，研究人員可以粗略估計每1000人每種阿片類藥物的劑量數。哈爾登向一些城市傳送關於他們所在地區阿片類藥物使用情況的匿名資訊，而其他城市則要求提供特定城市的資料，以瞭解他們與網路中的其他城市的比較情況。“使用質譜儀，我們可以得到樣本中特定化合物的非常準確的含量，”伯加德說。“問題之一是：該樣本對人口的代表性有多強？” 由於遊客、通勤者和城市快速湧入導致的人口模式變化，使得難以獲得人均藥物使用的絕對數字。他說，檢視相對數字更有用，尤其因為汙水是追蹤藥物使用變化的一種非常快速的方式。
哈爾登的研究人員可以在一兩天內分析一個汙水樣本，產生關於特定阿片類藥物潮起潮落的近即時資料。對於正在實施干預措施以控制其流行病的城市來說，這是至關重要的資訊。如果一個城市關閉了一個藥丸廠——一個醫療工作者不恰當地開出強效麻醉劑的秘密行動——或者逮捕了一個毒販團伙，它可以衡量即時影響。如果阿片類藥物開始從廢水中消失，這可能是一個成功的早期跡象。但是，如果汙水中突然充滿了芬太尼，這可能表明，被剝奪處方的合法使用者正在尋求街頭毒品。
毒販經常在街頭毒品中摻入芬太尼，芬太尼的效力是海洛因的50倍，甚至是卡芬太尼，一種大象鎮靜劑，其效力是海洛因的5000倍。街頭和處方芬太尼的化學性質過於相似，無法在汙水中區分開來。但是，由於這種藥物很少被處方，城市通常認為問題源於街頭版本，哈爾登說，他補充說，他的實驗室可以將芬太尼與卡芬太尼等類似物區分開來。
如果芬太尼等危險藥物出現激增，官員們可以迅速警告急救人員儲備阿片類藥物解毒劑納洛酮，並準備大劑量給藥（因為對海洛因效果良好的標準納洛酮水平通常不足以對抗芬太尼）。因此，“藥物檢測”廢水可以挽救生命。
亞利桑那州立大學的博士生艾琳·德賴弗正在準備汙水樣本以進行進一步分析。圖片來源：Keridwen Cornelius
興趣激增
受到歐洲汙水監測的成功（該監測始於2010年，包括各種藥物）以及最近哈爾登努力的承諾的啟發，肯塔基州路易斯維爾市目前正在尋求政府和私人資金來參與亞利桑那州立大學的專案。在周邊傑斐遜縣2016年因藥物過量死亡人數激增至364人後，路易斯維爾市像許多城市一樣意識到，它嚴重低估了阿片類藥物危機。“即使是我們最激進的估計也低於現實，”路易斯維爾市的公民創新和技術主管格蕾絲·西姆拉爾說，她負責將突破性進展帶入包括公共衛生在內的城市服務。“我們需要一個新的資料來源，以便能夠更好、更早地做出反應。”她認為，詳細的廢水資料可以幫助該市更好地預測應該分發多少清潔針頭和納洛酮劑量，以及在哪裡設立藥物回收計劃和藥物輔助治療中心。
其他城市也在嘗試將更多的糞便研究納入其阿片類藥物應對措施中。5月17日，坦佩市投票決定資助與亞利桑那州立大學的合作，將廢水分析納入藥物干預的決策過程，即時跟蹤進展。“對我來說，擁有基線資料和後續資料以確保我們真正對我們正在實施的[計劃]負責是完全合理的，”坦佩市副市長羅賓·阿雷東多-薩維奇說。她說，測試汙水中的阿片類藥物水平“是一個非常有創意的想法，我認為它會挽救生命”。
另一個城市計劃試用一種相關的方法：北卡羅來納州卡里市正在與一家麻省理工學院附屬公司合作，使用機器人清理汙水管道，這些機器人可以吸取汙水、測量藥物含量並遠端報告資料。
廢水還可以幫助城市評估藥物教育宣傳活動的即時影響。透過調查和薈萃分析，可能需要十年以上的時間才能確定一項倡議是否有效。D.A.R.E.（藥物濫用抵抗教育）在推出多年和花費數十億美元后被認為是失敗的。亞當·古什加里是一位博士後研究員，他說他之所以有動力在哈爾登的實驗室工作，是因為他有兩個朋友死於阿片類藥物過量。他說，如果在實施D.A.R.E.的學校區域或社群進行測試，汙水本可以更快地告訴我們這些區域的吸毒情況是否在下降。“我們將能夠在更短的週轉時間內調整該計劃，”他說。“然後，我們可以真正調整我們的藥物濫用計劃，以便在我們的社群內真正實現顯著的改變。”
當然，精確定位吸毒熱點的能力取決於監測站的數量。目前，亞利桑那州立大學的大部分汙水來自汙水處理廠，那裡的員工已經收集樣本以跟蹤合規情況。他們只是虹吸一部分並將其傳送到實驗室。也可以利用下水道管道獲得匿名郊區或社群特定的讀數。但這會增加成本，每個城市的成本從每年約10,000美元起，並且會根據取樣頻率和測量的代謝物列表等因素而有所不同。
哈爾登強調，這項技術還可以跟蹤對公共衛生產生更大影響的變數：源於病毒或細菌的爆發、吸菸和肥胖。他的汙水汙泥研究幫助導致了2016年聯邦政府禁止三氯卡班和三氯生——抗菌皂中干擾內分泌的成分，這些成分不易分解，最終會進入血液、尿液和母乳。“現在人們對在廢水中可以測量什麼持懷疑態度，這令人驚訝，”他說。但是“我認為這將成為未來一種常見的思維方式。”
西姆拉爾表示同意。“這可以改變城市向社群提供公共衛生的方式，”她說。“我認為我們正站在為大眾健康提供服務的新方式的開端。”