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Fluorochinolon - Antiinfektiva in Abwasser, Klärschlamm und Fliessgewässern

Fluorochinolon - Antiinfektiva in Abwasser, Klärschlamm und Fliessgewässern. Alfredo Alder , Eva M. Golet, Irene Xifra, Adrian Strehler, Thi Ngoc Anh Pham, Walter Giger EAWAG, CH-8600 Dübendorf. Inhalt. Einleitung Analytik Abwasser, Klärschlamm

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Fluorochinolon - Antiinfektiva in Abwasser, Klärschlamm und Fliessgewässern

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Presentation Transcript

  1. Fluorochinolon - Antiinfektiva in Abwasser, Klärschlamm und Fliessgewässern Alfredo Alder, Eva M. Golet, Irene Xifra, Adrian Strehler, Thi Ngoc Anh Pham, Walter Giger EAWAG, CH-8600 Dübendorf

  2. Inhalt • Einleitung • AnalytikAbwasser, Klärschlamm • Vorkommen und Verhalten- Spitalabwasser- Massenfluss in ARA Zürich-Werdhölzli-Auftreten und Verhalten im Glattal • Risikobeurteilung • Zusammenfassung

  3. Messungen in der Umwelt (Monitoring) 1976: 1-2 µg/L Clofibrinsäure & Salicylsäure in ARA Garrison et al., Athens, EPA. 1985: bis 1 µg/L Pharmazeutika in ARA und Flüssen Richardson & Bowron, London. seit 1995: Gewässer untersucht nach 80 Pharmazeutika Ternes, Stumpf, Hirsch et al., Wiesbaden. 2001 60 Pharmazeutika im Grundwasser (D) Sacher et al.J. Chromatogr. A 938, 199-210 2002 95 Pharmazeutika in Fliessgewässern (USA) Kolpin et al. ES&T 36, 1202-1211

  4. Tiefe Umweltkonzentrationen 2-3‘000 Wirkstoffe (Human- und Veterinärmedizin) Arzneimittel werden eingesetzt:- zur Auslösung eines spezifischen biochemischen Effekts - für ein spezifischer Zielorganismus - während einer definierten Zeit aber, Was bedeutet eine kontinuierliche, weitverbreitete Belastung in der aquatischen Umwelt?- allmähliche, kaum nachweisbare Veränderungen? - langfristige Auswirkungen?

  5. Eintragspfade

  6. Eintragspfade

  7. Zielsetzungen Spitalabwasser  ARA  Oberflächengewässer • Entwicklung von analytischen Methoden • Massenflüsse:-Einträge in ARA und Gewässer - Prozessorientierte Interpretationen • Information für Risikobeurteilung:- PEC, "MEC” - Resistententwicklung

  8. Antibiotika-Verbrauch in der Schweiz 120 100 80 Gesamtverbrauch 60 Tonnen Futtermittelzusätze: antimikrobielle Leistungförderer* und Medizinalfutter 40 Humanmedizin 20 Veterinärmedizin Einzeltier *Verbot seit 1999 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Treuhandstelle der Antibiotika-Importeure und BLW

  9. Antibiotika Verbrauch in der Schweiz Humanmedizin (1997, TSA) 13.2 t Penicilline &Ampicilline 4.3 t Cephalosporine 2.3 t Sonstige 1.0 t Tetracycline 5.5 t Sulfonamides 4.0 t Fluorochinolone 4.3 t Makrolide

  10. Fluorochinolone Norfloxacin(NOR) Ciprofloxacin(CIP) Chinolon-Struktur

  11. Umweltrelevanz - 1 • Verbrauchsmengen:- ca. 4.8 t (CH 1999) - CIP und NOR machen ca. 90 % aller FQs aus • Hemmung der bakteriellen Gyrase • weitgehend unmetabolisiert ausgeschieden- CIP ca. 45% in Urin, 25% in Faeces - NOR ca. 30 % in Urin, 28 % in Faeces

  12. Umweltrelevanz - 2 • Physikalisch-chemische Daten:- PkCOOH: 6-7; pKNH2:8-10 Þ Zwitterion bei neutralem pH - log Kow: -1.03 - 0.28 - log Kd (Klärschlamm): 4.3 L/Kg (CIP) Þ starke Adsorption • Umweltverhalten:- Nicht abbaubar durch Bakterien - Photolabil

  13. Bestimmung in Abwasser und Gewässern Anreicherung: SPE (Kationenaustauscher, MPC), pH 3Elution mit 5% wässerig. NH3 in Methanol HPLC/FLD: RP-Amide Säule (250 x 3 mm), Phosphat / ACN Gradient HPLC/MS: RP-C18 Säule (250 x 2 mm)0.1% TFA / ACN Gradient Detektion: Fluoreszenz: Ex: 278 nm, Em: 445 nmMS: Platform LC (Micromass), +ESIMS/MS: API 365 (Sciex) +ESI Literatur: Golet et al. (2001) Anal. Chem. 73, 3632-3638

  14. Bestimmung in Klärschlamm und Boden Extraktion: ASE (Accelerated Solvent Extraction)50 mM H3PO4 / ACN : 1 / 1100 °C, 100 bar; 4 x 15 min Anreicherung: SPE (Kationenaustauscher, MPC), pH 3Elution mit 5% wässerig. NH3 in Methanol HPLC/FLD: RP-Amide Säule (250 x 3 mm), Phosphat / ACN Gradient Detektion: Fluoreszenz: Ex: 278 nm, Em: 445 nm Literatur: Golet et al. (2002) Anal. Chem. 74, 5455-5462

  15. Accelerated Solvent Extraction (ASE)

  16. Chromatogramm eines Klärschlamm-Extraktes

  17. Sequentielle Extraktion

  18. Konzentrationen im Schlamm mg/Kg TS Matrix Ciprofloxacin Norfloxacin ± ± Frischschlamma D ü bendorf 1.40 0.12 1.54 0.03 ± ± Zürich-Werdhölzli 2.03 0.20 1.96 0.15 ± ± Faulschlamma Kloten-Opfikon 2.42 0.06 2.37 0.07 ± ± Zürich-Werdhölzli 2.27 0.20 2.13 0.19 ± ± Boden (Schlammbehandelt)b Wetzikon 0.35 0.04 0.32 0.01 (t = 5 Mt) ± ± Reckenholz 0.40 0.03 0.29 0.01 ± ± Boden (Schlammbehandelt)b Wetzikon 0.28 0.01 0.27 0.01 (t = 21 Mt) ± ± Reckenholz 0.27 0.04 0.30 0.01 a ASE Bedingungen: 100 °C, 100 bar, 4 x 15 Min. b ASE Bedingungen: 100 °C, 100 bar, 6 x 15 Min.

  19. Antibiotika in Spitalabwässer

  20. Tagesgang im Spitalabwasser

  21. ARA Zürich-Werdhölzli

  22. Ciprofloxacin in Tagesmischproben Golet et al.

  23. Ciprofloxacin Massenfluss in ARA Werdhölzli Golet et al.

  24. Bodentiefenprofile

  25. Fluorochinolone in der Glatt Golet et al., 2002

  26. Fluorochinolone in der Glatt Golet et al., 2002

  27. Eintrag von Ciprofloxacin in der Glatt Golet et al., 2002

  28. Fluorochinolone im Abwasser

  29. Risikobeurteilung (Ciprofloxacin) • Alge (Selenastrum capricornutum):EC50: 3 mg/L (Wachstumshemmung) EU-TGD(Fliessgewässer): Sicherheitsfaktor 1‘000 ÞPNEC 3 µg/L • Bakterie (Pseudomonas putida): EC50: 80 µg/l (Wachstumshemmung)EU-TGD (ARA): Sicherheitsfaktor 10 ÞPNEC 8 µg/L • umuC-Gentoxizität LOEC: 5 µg/L(Hartmann et al., 1998) • MHK (Minimale Hemmkonzentration): LOEC:10 µg/LSicherheitsfaktor 10 (Interspezies Variabilität)ÞPNEC 1 µg/L

  30. Fluorochinolone im Abwasser PNEC

  31. Verbreitung von Antibiotika-Resistenzen ? ? ? Können Umweltkonzentrationen zum Erhalt und zur Verbreiterung von Resistenzen beitragen?

  32. Methode: Antibiogram Sensitiv Resistent intermediär INTERPRETATIVE STANDARDS CIPROFLOXACIN Resistent < 15 mm Intermedär = 17 mm Sensitiv > 21 mm Corvaglia, Demarta, Gaia, Peduzzi (2002) Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona

  33. Konzentrationen versus Resistenz Aeromonas, AntibiogrammResistenz gegen Ciprofloxacin Spital 1 Spital 2 Spital 3 Spital 4 40 30 Sensitiv Intermediär Resistent Durchmesser [mm] 20 10 0 0 5 10 15 Konzentration [µg /L] Unpublished results (2002)EAWAG, Dübendorf and Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona

  34. Zusammenfassung • Spezifische analytische Methoden, QS • Massenflüsse in technischen und natürlichen Systemen • Regionale Studien • Prozessorientierte Interpretationen • Kombination von chemischen Methoden mit biologischen Endpunkten(Beispielsweise Antibiotikaresistenz) • Keine akute Gefährdung der Oekosystemedurch Antibiotika

  35. Informationsbeschaffung • European Agency for the Evaluation of Medicinal Products: http://www.emea.eu.int • U.S. Environmental Protection Agencyhttp://www.epa.gov/nerlesd1/chemistry/pharma/index.htm • Food and Drug Administrationhttp://www.fda.gov • Bund/Länder-Ausschuss Chemikaliensicherheit (BLAC), Hamburghttp://www.blac-info.de • Institut für Veterinärpharmakologie und -toxikologiehttp://www.vetpharm.unizh.ch • http://www.snf.ch/NFP/NFP49/Home_d.html • http://www.bag.admin.ch

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