Langzeituntersuchungen des Grundwassergefährdungspotenzials. von Tierarzneimitteln am Beispiel der Sulfonamide

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1 4. Innovationsforum Wasserwirtschaft Bad Honnef, Langzeituntersuchungen des Grundwassergefährdungspotenzials von Tierarzneimitteln am Beispiel der Sulfonamide G. Hamscher Fachbereich 08 Biologie und Chemie Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie

2 Inhalt Einführung Lysimeterstudie Ergebnisse Zusammenfassung

3 Eintragspfade für (Tier)Arzneimittel Arzneimitteleinsatz Antibiotika Tiermedizin Antidiabetika Humanmedizin Antibiotika utztiere Aquakultur Haustiere Kläranlage Fermenter Gülle Bis zu 260 mg/kg Direkte Umgebung Klärschlamm Landwirtschaftliche utzflächen (bis zu 0,5 mg/kg) Pflanzen (~10-50 µg/kg) (Stall-)Stäube Aus FM u. getr. Gülle (~mg/kg) Exkremente, Speichel, Haare?? Grundwasser (~0,1 µg/l) berflächenwasser (µg/l) Trinkwasser (~10 ng/l) Exposition Mensch Hamscher und Mohring, 2012

4 Veterinär-Antibiotika-Einsatz 2011 Deutschland*: Tonnen (576 TCs, 505 t Aminopenicilline) Frankreich: iederlande: ca Tonnen 514 Tonnen *99 % für landwirtschaftliche utztiere, 1 % an Heimtiere Quelle: Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL),

5 Entwicklung umweltfreundlicher Tierarzneimittel Lysimeterstudien Risiko Grundwasserkontamination Alle Substanzen in einem Cocktail Formulierung Granulierung, micro-verkapselung Höhere Blutspiegel, niedrige Dosierung Ranking / QSAR Identifizierung von Leitstrukturen Empfehlungen an Tierärzte Synthese von neuen Wirkstoffen Photooxidationsstudien Aquakultur: Schneller Photoabbau wichtig Toxizitätstest / Hemmstofftest Identifizierung von Abbauprodukten Anaerobe Fermentation Test von Einzelsubstanzen Toxizitätstest / Hemmstofftest Identifizierung von Abbauprodukten

6 Untersuchte Sulfonamide H 2 S H Sulfadiazin (SDZ, MW: 250 g/mol, log k ow -0,09) H 2 S H Sulfamethoxypyridazin CH 3 (SMDP, MW: 280 g/mol, log k ow 0,32 ) H 2 S H Sulfamerazin CH 3 (SMR, MW: 264 g/mol, log k ow 0,14) H 2 S H Sulfadimethoxin H 3 C (SDM, MW: 310 g/mol, log k ow 1,63) CH 3 H 2 S H Sulfamethazin (SMZ, MW: 278 g/mol, log k ow 0,89 ) H 3 C H 2 S H Sulfamethoxazol H 3 C (SMX, MW: 253 g/mol; log k ow 0,89) CH 3 H 2 S H Sulfathiazol (STZ, MW: 255 g/mol, log k ow 0,05 ) S H 2 S H Sulfachlorpyridazin (SCY, MW: 284,7 g/mol, log k ow 0,87 ) Cl H 2 S H Sulfapyridin (SPY, MW: 249,3 g/mol, log k ow 0,35)

7 Lysimeterstudien Praxisnahe Bedingungen Witterung und Bewirtschaftung Wetterverhältnisse werden nicht beeinflusst (iederschläge / Temperatur) Repräsentative Boden-Dauerbeobachtungsflächen rtsübliche Bewirtschaftung Methodik Felduntersuchung mit Großlysimetern Sulfonamide werden als Cocktail in Schweinegülle gegeben (20 mg/kg je Wirkstoff), Kaliumbromid als Tracer 5 Gülle-Beaufschlagungen über einen Zeitraum von 2,5 Jahren Sickerwasser wird vollständig aufgefangen, Analytik: SPE + LC/MS/MS

8 Lysimeterstudien Worst-Case Standortbedingungen Sandboden: hoch auswaschungsgefährdet wegen geringer Feldkapazität Tonboden: Bildung von Schrumpfrissen, flachgründiger Standort über Festgestein Höper, 2012

9 Lysimeterstudien Studiendesign 2 Lysimeter/Standort Fläche 1 m², 2 m tief (1 m in Jühnde) Wägbar, vollständige Gewinnung des Abflusses Großlysimeter LBEG / Höper, 2012

10 Lysimeterstudien Sandboden Hohenzethen Verlagerung von Bromid und Sulfamethazin H. Höper / Abschlussbericht DBU-Projekt Az

11 Lysimeterstudien Festgesteinsboden Jühnde Verlagerung von Bromid und Sulfamethazin (1 m Tiefe) H. Höper / Abschlussbericht DBU-Projekt Az

12 Lysimeterstudien Zusammenfassende Bewertung Besonders Auswaschungsgefährdete Sulfonamide: Sulfamethazin (Synonym: Sulfadimidin) (SMZ), Sulfamethoxazol (SMX) icht nachgewiesen: Sulfaguanidin (SGA), Sulfathiazol (STZ) Alle übrigen Sulfonamide in einzelnen Proben nachweisbar Konzentrationen: Positivbefunde: max. 0,06 µg/l Einzelbefund (SMX): 0,23 µg/l Frachten: Bromid: (65) % der Zufuhr (Jühnde) % der Zufuhr (Hohenzethen, Sandboden) SMZ: << 1 % der Zufuhr SMX: << 1 % der Zufuhr

13 Zusammenfassung Sulfamethazin und Sulfamethoxazol als schnell verlagerbare Substanzen identifiziert; Gesamtfrachten << 1% Langzeitstudien zeigen, dass fast alle untersuchten Sulfonamide verlagerbar sind Starke Sorption der Substanzen im Boden, langfristiges Auswaschungspotenzial Einsatz von Tierarzneimitteln muss verringert werden: Minimierungsmaßnahmen sind auf tiermedizinischer, legislativer, technologischer und edukativer Ebene möglich

14 Herzlichen Dank an alle Beteiligten Durchführung und Auswertung der Lysimeterstudien: Dr. Heinrich Höper (LBEG) Analytik der Sulfonamide mittels SPE und LC-MS/MS: Dr. Siegrun Mohring (JLU), Anja Platt (JLU), Marion Schröder (TiHo)... und natürlich Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!