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Fluorochinolon - Antiinfektiva in Abwasser, Klärschlamm und Fliessgewässern - PowerPoint PPT Presentation


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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 kl rschlamm und fliessgew ssern

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
Inhalt

  • Einleitung

  • AnalytikAbwasser, Klärschlamm

  • Vorkommen und Verhalten- Spitalabwasser- Massenfluss in ARA Zürich-Werdhölzli-Auftreten und Verhalten im Glattal

  • Risikobeurteilung

  • Zusammenfassung


Messungen in der umwelt monitoring
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


Tiefe umweltkonzentrationen
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?




Zielsetzungen
Zielsetzungen

Spitalabwasser  ARA  Oberflächengewässer

  • Entwicklung von analytischen Methoden

  • Massenflüsse:-Einträge in ARA und Gewässer - Prozessorientierte Interpretationen

  • Information für Risikobeurteilung:- PEC, "MEC” - Resistententwicklung


Antibiotika verbrauch in der schweiz
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


Antibiotika verbrauch in der schweiz humanmedizin 1997 tsa
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


Fluorochinolone
Fluorochinolone TSA)

Norfloxacin(NOR)

Ciprofloxacin(CIP)

Chinolon-Struktur


Umweltrelevanz 1
Umweltrelevanz - 1 TSA)

  • 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


Umweltrelevanz 2
Umweltrelevanz - 2 TSA)

  • 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


Bestimmung in abwasser und gew ssern
Bestimmung in Abwasser und Gewässern TSA)

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


Bestimmung in kl rschlamm und boden
Bestimmung in Klärschlamm und Boden TSA)

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





Konzentrationen im schlamm
Konzentrationen im Schlamm TSA)

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.






Ciprofloxacin massenfluss in ara werdh lzli
Ciprofloxacin Massenfluss TSA)in ARA Werdhölzli

Golet et al.



Fluorochinolone in der glatt
Fluorochinolone in der Glatt TSA)

Golet et al., 2002


Fluorochinolone in der glatt1
Fluorochinolone in der Glatt TSA)

Golet et al., 2002




Risikobeurteilung ciprofloxacin
Risikobeurteilung (Ciprofloxacin) TSA)

  • 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



Verbreitung von antibiotika resistenzen
Verbreitung von Antibiotika-Resistenzen TSA)

?

?

?

Können Umweltkonzentrationen zum Erhalt und

zur Verbreiterung von Resistenzen beitragen?


Methode: Antibiogram TSA)

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


Konzentrationen versus resistenz
Konzentrationen TSA)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


Zusammenfassung
Zusammenfassung TSA)

  • 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


Informationsbeschaffung
Informationsbeschaffung TSA)

  • 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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