Assessing the added value of wastewater-based epidemiology to monitor illicit drug use

Wastewater-based epidemiology consists in acquiring relevant information about the lifestyle and health status of the population through the analysis of wastewater samples collected at the influent of a wastewater treatment plant. Whilst being a very young discipline, it has experienced an astonishing development since its firs application in 2005. The possibility to gather community-wide information about drug use has been among the major field of application. The wide resonance of the first results sparked the interest of scientists from various disciplines. Since then, research has broadened in innumerable directions. Although being praised as a revolutionary approach, there was a need to critically assess its added value, with regard to the existing indicators used to monitor illicit drug use. The main, and explicit, objective of this research was to evaluate the added value of wastewater-based epidemiology with regards to two particular, although interconnected, dimensions of illicit drug use. The first is related to trying to understand the added value of the discipline from an epidemiological, or societal, perspective. In other terms, to evaluate if and how it completes our current vision about the extent of illicit drug use at the population level, and if it can guide the planning of future prevention measures and drug policies. The second dimension is the criminal one, with a particular focus on the networks which develop around the large demand in illicit drugs. The goal here was to assess if wastewater-based epidemiology, combined to indicators stemming from the epidemiological dimension, could provide additional clues about the structure of drug distribution networks and the size of their market. This research had also an implicit objective, which focused on initiating the path of wastewater- based epidemiology at the Ecole des Sciences Criminelles of the University of Lausanne. This consisted in gathering the necessary knowledge about the collection, preparation, and analysis of wastewater samples and, most importantly, to understand how to interpret the acquired data and produce useful information. In the first phase of this research, it was possible to determine that ammonium loads, measured directly in the wastewater stream, could be used to monitor the dynamics of the population served by the wastewater treatment plant. Furthermore, it was shown that on the long term, the population did not have a substantial impact on consumption patterns measured through wastewater analysis. Focussing on methadone, for which precise prescription data was available, it was possible to show that reliable consumption estimates could be obtained via wastewater analysis. This allowed to validate the selected sampling strategy, which was then used to monitor the consumption of heroin, through the measurement of morphine. The latter, in combination to prescription and sales data, provided estimates of heroin consumption in line with other indicators. These results, combined to epidemiological data, highlighted the good correspondence between measurements and expectations and, furthermore, suggested that the dark figure of heroin users evading harm-reduction programs, which would thus not be measured by conventional indicators, is likely limited. In the third part, which consisted in a collaborative study aiming at extensively investigating geographical differences in drug use, wastewater analysis was shown to be a useful complement to existing indicators. In particular for stigmatised drugs, such as cocaine and heroin, it allowed to decipher the complex picture derived from surveys and crime statistics. Globally, it provided relevant information to better understand the drug market, both from an epidemiological and repressive perspective. The fourth part focused on cannabis and on the potential of combining wastewater and survey data to overcome some of their respective limitations. Using a hierarchical inference model, it was possible to refine current estimates of cannabis prevalence in the metropolitan area of Lausanne. Wastewater results suggested that the actual prevalence is substantially higher compared to existing figures, thus supporting the common belief that surveys tend to underestimate cannabis use. Whilst being affected by several biases, the information collected through surveys allowed to overcome some of the limitations linked to the analysis of cannabis markers in wastewater (i.e., stability and limited excretion data). These findings highlighted the importance and utility of combining wastewater-based epidemiology to existing indicators about drug use. Similarly, the fifth part of the research was centred on assessing the potential uses of wastewater-based epidemiology from a law enforcement perspective. Through three concrete examples, it was shown that results from wastewater analysis can be used to produce highly relevant intelligence, allowing drug enforcement to assess the structure and operations of drug distribution networks and, ultimately, guide their decisions at the tactical and/or operational level. Finally, the potential to implement wastewater-based epidemiology to monitor the use of harmful, prohibited and counterfeit pharmaceuticals was illustrated through the analysis of sibutramine, and its urinary metabolite, in wastewater samples. The results of this research have highlighted that wastewater-based epidemiology is a useful and powerful approach with numerous scopes. Faced with the complexity of measuring a hidden phenomenon like illicit drug use, it is a major addition to the panoply of existing indicators. -- L'épidémiologie basée sur l'analyse des eaux usées (ou, selon sa définition anglaise, « wastewater-based epidemiology ») consiste en l'acquisition d'informations portant sur le mode de vie et l'état de santé d'une population via l'analyse d'échantillons d'eaux usées récoltés à l'entrée des stations d'épuration. Bien qu'il s'agisse d'une discipline récente, elle a vécu des développements importants depuis sa première mise en oeuvre en 2005, notamment dans le domaine de l'analyse des résidus de stupéfiants. Suite aux retombées médiatiques des premiers résultats de ces analyses de métabolites dans les eaux usées, de nombreux scientifiques provenant de différentes disciplines ont rejoint les rangs de cette nouvelle discipline en développant plusieurs axes de recherche distincts. Bien que reconnu pour son coté objectif et révolutionnaire, il était nécessaire d'évaluer sa valeur ajoutée en regard des indicateurs couramment utilisés pour mesurer la consommation de stupéfiants. En se focalisant sur deux dimensions spécifiques de la consommation de stupéfiants, l'objectif principal de cette recherche était focalisé sur l'évaluation de la valeur ajoutée de l'épidémiologie basée sur l'analyse des eaux usées. La première dimension abordée était celle épidémiologique ou sociétale. En d'autres termes, il s'agissait de comprendre si et comment l'analyse des eaux usées permettait de compléter la vision actuelle sur la problématique, ainsi que déterminer son utilité dans la planification des mesures préventives et des politiques en matière de stupéfiants actuelles et futures. La seconde dimension abordée était celle criminelle, en particulier, l'étude des réseaux qui se développent autour du trafic de produits stupéfiants. L'objectif était de déterminer si cette nouvelle approche combinée aux indicateurs conventionnels, fournissait de nouveaux indices quant à la structure et l'organisation des réseaux de distribution ainsi que sur les dimensions du marché. Cette recherche avait aussi un objectif implicite, développer et d'évaluer la mise en place de l'épidémiologie basée sur l'analyse des eaux usées. En particulier, il s'agissait d'acquérir les connaissances nécessaires quant à la manière de collecter, traiter et analyser des échantillons d'eaux usées, mais surtout, de comprendre comment interpréter les données afin d'en extraire les informations les plus pertinentes. Dans la première phase de cette recherche, il y pu être mis en évidence que les charges en ammonium, mesurées directement dans les eaux usées permettait de suivre la dynamique des mouvements de la population contributrice aux eaux usées de la station d'épuration de la zone étudiée. De plus, il a pu être démontré que, sur le long terme, les mouvements de la population n'avaient pas d'influence substantielle sur le pattern de consommation mesuré dans les eaux usées. En se focalisant sur la méthadone, une substance pour laquelle des données précises sur le nombre de prescriptions étaient disponibles, il a pu être démontré que des estimations exactes sur la consommation pouvaient être tirées de l'analyse des eaux usées. Ceci a permis de valider la stratégie d'échantillonnage adoptée, qui, par le bais de la morphine, a ensuite été utilisée pour suivre la consommation d'héroïne. Combinée aux données de vente et de prescription, l'analyse de la morphine a permis d'obtenir des estimations sur la consommation d'héroïne en accord avec des indicateurs conventionnels. Ces résultats, combinés aux données épidémiologiques ont permis de montrer une bonne adéquation entre les projections des deux approches et ainsi démontrer que le chiffre noir des consommateurs qui échappent aux mesures de réduction de risque, et qui ne seraient donc pas mesurés par ces indicateurs, est vraisemblablement limité. La troisième partie du travail a été réalisée dans le cadre d'une étude collaborative qui avait pour but d'investiguer la valeur ajoutée de l'analyse des eaux usées à mettre en évidence des différences géographiques dans la consommation de stupéfiants. En particulier pour des substances stigmatisées, telles la cocaïne et l'héroïne, l'approche a permis d'objectiver et de préciser la vision obtenue avec les indicateurs traditionnels du type sondages ou les statistiques policières. Globalement, l'analyse des eaux usées s'est montrée être un outil très utile pour mieux comprendre le marché des stupéfiants, à la fois sous l'angle épidémiologique et répressif. La quatrième partie du travail était focalisée sur la problématique du cannabis ainsi que sur le potentiel de combiner l'analyse des eaux usées aux données de sondage afin de surmonter, en partie, leurs limitations. En utilisant un modèle d'inférence hiérarchique, il a été possible d'affiner les actuelles estimations sur la prévalence de l'utilisation de cannabis dans la zone métropolitaine de la ville de Lausanne. Les résultats ont démontré que celle-ci est plus haute que ce que l'on s'attendait, confirmant ainsi l'hypothèse que les sondages ont tendance à sous-estimer la consommation de cannabis. Bien que biaisés, les données récoltées par les sondages ont permis de surmonter certaines des limitations liées à l'analyse des marqueurs du cannabis dans les eaux usées (i.e., stabilité et manque de données sur l'excrétion). Ces résultats mettent en évidence l'importance et l'utilité de combiner les résultats de l'analyse des eaux usées aux indicateurs existants. De la même façon, la cinquième partie du travail était centrée sur l'apport de l'analyse des eaux usées du point de vue de la police. Au travers de trois exemples, l'utilisation de l'indicateur pour produire du renseignement concernant la structure et les activités des réseaux de distribution de stupéfiants, ainsi que pour guider les choix stratégiques et opérationnels de la police, a été mise en évidence. Dans la dernière partie, la possibilité d'utiliser cette approche pour suivre la consommation de produits pharmaceutiques dangereux, interdits ou contrefaits, a été démontrée par l'analyse dans les eaux usées de la sibutramine et ses métabolites. Les résultats de cette recherche ont mis en évidence que l'épidémiologie par l'analyse des eaux usées est une approche pertinente et puissante, ayant de nombreux domaines d'application. Face à la complexité de mesurer un phénomène caché comme la consommation de stupéfiants, la valeur ajoutée de cette approche a ainsi pu être démontrée.

Le burnout ou la perte de sens au travail : le rôle des nouveaux mode d'organisation du travail

De plus en plus de personnes se plaignent de burnout. Quelles transformations dans l'organisation du travail provoquent cette "épidémie" ? La question était au centre de la journée syndicale organisée à Genève le 26 mai dernier. Viviane Gonik et Lysiane Rochat, de l'Institut universitaire romand de santé au travail (IST), y sont intervenues. [Ed.]

Relations entre le poids la fécondité des reines de fourmis récemment accouplées et leur mode de fondation

Schématiquement on distingue chez les fourmis deux modes principaux de fondation des nouvelles sociétés: la fondation indépendante et la fondation dépendante. Ces deux stratégies entraînent des particularités biologiques importantes. On a étudié dans le présent travail les conséquences du type de fondation sur la fécondité des jeunes reines. Chez les reines monogynes des espèces à fondation indépendante (Camponotus ligniperda, Camponotus herculeanus, Lasius niger), on observe une fécondité d'abord très faible puis qui augmente ensuite régulièrement avec le temps. Chez les reines polygynes des espèces à fondation dépendante (Plagiolepis pygmaea, Iridomyrmex humilis), la fécondité atteint pratiquement son niveau maximal dans les semaines qui suivent l'accouplement. Ces différences dans le niveau de l'activité ovarienne sont confrontées à l'espérance de vie des femelles. ll apparaît que les espèces monogynes à fondation indépendante ont une durée de vie de plusieurs années; leur fécondité ne s'exprimera pleinement qu'au bout de plusieurs saisons d'activité. A l'inverse, les reines polygynes à fondation dépendante ont une vie bien plus courte; elles compensent ce handicap par une ponte qui atteint son niveau maximal dès la fondation.

Analyse des cannabinoïdes par spectrométrie de masse en mode tandem = Analysis of cannabinoids by tandem mass spectrometry

Depuis quelques années, la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) ne cesse de gagner du terrain comme méthode d'analyse en toxicologie forensique, notamment pour le dosage des cannabinoïdes. Couplée à la chromatographie liquide (LC) ou gazeuse (GC), elle permet l'identification fiable et le dosage rapide du THC, de son précurseur acide, et de ses principaux métabolites, y compris les glucuronides. Au cours de ces dix dernières années, un nombre significatif de publications sont parues sur ce sujet. L'objectif de cet article est de passer en revue les analyses par spectrométrie de masse en tandem des cannabinoïdes dans diverses matrices biologiques. In recent years, tandem mass spectrometry (MS/MS) is gaining ground as a reference method of analysis in clinical and forensic toxicology, especially for the determination of cannabinoids. Coupled to liquid chromatography (LC) or gas chromatography (GC), it allows the definitive identification and rapid determination of THC, its acid precursor, and its major metabolites, including the glucuronides. During the past decade, several methods of analysis of cannabinoids in different matrices have appeared on this subject. The aim of this paper is to review the analysis of cannabinoids by tandem mass spectrometry methods in various biological matrices

Breath acetone to monitor life style interventions in field conditions: An exploratory study.

OBJECTIVE: To assess whether breath acetone concentration can be used to monitor the effects of a prolonged physical activity on whole body lipolysis and hepatic ketogenesis in field conditions. METHODS: Twenty-three non-diabetic, 11 type 1 diabetic, and 17 type 2 diabetic subjects provided breath and blood samples for this study. Samples were collected during the International Four Days Marches, in the Netherlands. For each participant, breath acetone concentration was measured using proton transfer reaction ion trap mass spectrometry, before and after a 30-50 km walk on four consecutive days. Blood non-esterified free fatty acid (NEFA), beta-hydroxybutyrate (BOHB), and glucose concentrations were measured after walking. RESULTS: Breath acetone concentration was significantly higher after than before walking, and was positively correlated with blood NEFA and BOHB concentrations. The effect of walking on breath acetone concentration was repeatedly observed on all four consecutive days. Breath acetone concentrations were higher in type 1 diabetic subjects and lower in type 2 diabetic subjects than in control subjects. CONCLUSIONS: Breath acetone can be used to monitor hepatic ketogenesis during walking under field conditions. It may, therefore, provide real-time information on fat burning, which may be of use for monitoring the lifestyle interventions.

Differentiation of blue ballpoint pen by positive and negative mode LDI-MS

Usually, the differentiation of inks on questioned documents is carried out by optical methods and thin layer chromatography (TLC). Therefore, spectrometric methods were also proposed in forensic literature for the analysis of dyes. Between these techniques, laser desorption/ionization mass spectrometry (LDI-MS) has demonstrated a great versatility thanks to its sensitivity to blue ballpoint ink dyes and minimal sample destruction. Previous researches concentrated mostly on the LDI-MS positive mode and have shown that this analytical tool offers higher discrimination power than high performance TLC (HPTLC) for the differentiation of blue ballpoint inks. Although LDI-MS negative mode has already been applied in numerous forensic domains like the studies of works of art, automotive paints or rollerball pens, its potential for the discrimination of ballpoint pens was never studied before. The aim of the present paper is therefore to evaluate its potential for the discrimination of blue ballpoint inks. After optimization of the method, ink entries from 33 blue ballpoint pens were analyzed directly on paper in both positive and negative modes by LDI-MS. Several cationic and anionic ink components were identified in inks; therefore, pens were classified and compared according to their formulations. Results show that additional information provided by anionic dyes and pigments significantly increases the discrimination power of positive mode. In fact, it was demonstrated that classifications obtained by the two modes were, to some extent, complementary (i.e., inks with specific cationic dyes not necessarily contained the same anionic components).

Long-term transcutaneous monitoring of oxygen tension and carbon dioxide at 42 degrees C in critically ill neonates: improved performance of the tcpo2 monitor with topical metabolic inhibition.

Whereas during the last few years handling of the transcutaneous PO2 (tcPO2) and PCO2 (tcPCO2) sensor has been simplified, the high electrode temperature and the short application time remain major drawbacks. In order to determine whether the application of a topical metabolic inhibitor allows reliable measurement at a sensor temperature of 42 degrees C for a period of up to 12 h, we performed a prospective, open, nonrandomized study in a sequential sample of 20 critically ill neonates. A total of 120 comparisons (six repeated measurements per patient) between arterial and transcutaneous values were obtained. Transcutaneous values were measured with a control sensor at 44 degrees C (conventional contact medium, average application time 3 h) and a test sensor at 42 degrees C (Eugenol solution, average application time 8 h). Comparison of tcPO2 and PaO2 at 42 degrees C (Eugenol solution) showed a mean difference of +0.16 kPa (range +1.60 to -2.00 kPa), limits of agreement +1.88 and -1.56 kPa. Comparison of tcPO2 and PaO2 at 44 degrees C (control sensor) revealed a mean difference of +0.02 kPa (range +2.60 to -1.90 kPa), limits of agreement +2.12 and -2.08 kPa. Comparison of tcPCO2 and PaCO2 at 42 degrees C (Eugenol solution) showed a mean difference of +0.91 (range +2.30 to +0.10 kPa), limits of agreement +2.24 and -0.42 kPa. Comparison of tcPCO2 and PaCO2 at 44 degrees C (control sensor) revealed a mean difference of +0.63 kPa (range 1.50 to -0.30 kPa), limits of agreement +1.73 and -0.47 kPa. CONCLUSION: Our results show that the use of an Eugenol solution allows reliable measurement of tcPO2 at a heating temperature of 42 degrees C; the application time can be prolongued up to a maximum of 12 h without aggravating the skin lesions. The performance of the tcPCO2 monitor was slightly worse at 42 degrees C than at 44 degrees C suggesting that for the Eugenol solution the metabolic offset should be corrected.