Fluorochinolon antiinfektiva in abwasser kl rschlamm und fliessgew ssern
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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, Klärschlamm und Fliessgewässern

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Presentation Transcript


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.

200160 Pharmazeutika im Grundwasser (D) Sacher et al.J. Chromatogr. A 938, 199-210

200295 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?


Eintragspfade

Eintragspfade


Eintragspfade1

Eintragspfade


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

Norfloxacin(NOR)

Ciprofloxacin(CIP)

Chinolon-Struktur


Umweltrelevanz 1

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


Umweltrelevanz 2

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


Bestimmung in abwasser und gew ssern

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


Bestimmung in kl rschlamm und boden

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


Accelerated solvent extraction ase

Accelerated Solvent Extraction (ASE)


Chromatogramm eines kl rschlamm extraktes

Chromatogramm eines Klärschlamm-Extraktes


Sequentielle extraktion

Sequentielle Extraktion


Konzentrationen im schlamm

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.


Antibiotika in spitalabw sser

Antibiotika in Spitalabwässer


Tagesgang im spitalabwasser

Tagesgang im Spitalabwasser


Ara z rich werdh lzli

ARA Zürich-Werdhölzli


Ciprofloxacin in tagesmischproben

Ciprofloxacin in Tagesmischproben

Golet et al.


Ciprofloxacin massenfluss in ara werdh lzli

Ciprofloxacin Massenfluss in ARA Werdhölzli

Golet et al.


Bodentiefenprofile

Bodentiefenprofile


Fluorochinolone in der glatt

Fluorochinolone in der Glatt

Golet et al., 2002


Fluorochinolone in der glatt1

Fluorochinolone in der Glatt

Golet et al., 2002


Eintrag von ciprofloxacin in der glatt

Eintrag von Ciprofloxacin in der Glatt

Golet et al., 2002


Fluorochinolone im abwasser

Fluorochinolone im Abwasser


Risikobeurteilung ciprofloxacin

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


Fluorochinolone im abwasser1

Fluorochinolone im Abwasser

PNEC


Verbreitung von antibiotika resistenzen

Verbreitung von Antibiotika-Resistenzen

?

?

?

Können Umweltkonzentrationen zum Erhalt und

zur Verbreiterung von Resistenzen beitragen?


Fluorochinolon antiinfektiva in abwasser kl rschlamm und fliessgew ssern

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


Konzentrationen versus resistenz

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


Zusammenfassung

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


Informationsbeschaffung

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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