Ansätze zur Minderung von Arzneimitteleinträgen. Klaus Kümmerer

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1 Ansätze zur Minderung von Arzneimitteleinträgen Reduzierung von Arzneimitteln im Abwasser Ziele und Rahmenbedingungen Pills-Projekt, Gelsenkirchen, Klaus Kümmerer Prof. Dr. rer. nat. Dipl. Chem.

2 Inhalt Einführung Lösungsansätze Beispiele Schlussfolgerungen

3 Arzneimittel und Chemikalien im Wasserkreislauf Krankenhäuser Hersteller Haushalte Kläranlage Bodenpassage Mülldeponie Trinkwasser Gewässer Infiltration Grundwasser Aufbereitung Wasserwerk Uferfiltrat

4 Spurenstoffe ( Micro Pollutants ) in der aquatischen Umwelt Konzentration: µg/l oder darunter Große Zahl (> Chemikalien in der EU) z.b. Waschmittel, Pflanzenschutzmittel, Körperpflegemittel, Ca t Arzneimittel pro Jahr in Deutschland, ca Wirkstoffe Unbeabsichtigte Nebenprodukte, z.b. aus Verbrennung und Verkehr, z.b. Dioxine, PAH, Partikel,

5 1. Technikansatz (erw.) Abwasserbehandlung kurz-mittelfristig Risikomanagement & Kümmerer (2007) Green Chem. 9, 899

6 Entfernung von Spurenstoffen: Abwasserbehandlung klassische Behandlung Zulauf mit Spurenkontaminanten Ablauf ohne Spurenkontaminanten Erweiterte Abwasserbehandlung Adsorption (Schlamm, Kohle) Membran (bio-, Membranfiltration, Ultrafiltration, ) Advanced xidation (zon, Fenton-, Photo-, ) Langsamsandfiltration

7 Metabolite und Transformationsprodukte Chemischer Stoff (Muttersubstanz) Metabolite Umbau in rganen des Menschen (Leber, Mukosa, Blut...) Umbau durch Mikroorganismen (Bakterien: Darm, Haut) Mensch Transformationsprodukte Biologische Transformation (rganismen) Nichtbiologische Transformation (Hydrolyse, Photolyse...) Technische Transformation ((Photo)xidation zonierung, Chlorung...) Abwasser Kläranlage Umwelt Transformationsprodukte Technische Transformation ((Photo)xidation, zonierung, Chlorung,...) Trinkwasseraufbereitung

8 Arzneimittel sind anders! S H 2 N N H S N N N + H - Ceftazidim sauer basisch zwitterionisch

9 Ladungen als Funktion des ph Ceftazidim

10 Elimination von Antibiotika in einer Kläranlage: Einfluss der Struktur & Alexy R, Sommer A, Lange FTKümmerer K, Acta Hydrochim Hydrobiol (2006), Konzentration [ng/l] oder [µg/kg TS] Clarithromycin Zulauf Ablauf Belebtschlamm Überschussschlamm Konzentration [ng/ [µ g /kg T S ] Roxithrom ycin Zula uf Ablauf Belebtsch la m m Überschusssch la m m NCH 2 CH 2 CH 3

11 Herstellung Indien, China z.t. Konzentrationen im therapeutischen Bereich im Trinkwasser Indien (& Larsson et al. 2007) China (& Li et al. 2008)

12 Erweiterte Abwasserbehandlung (4. Stufe) die Lösung? Filtrationstechniken (Umkehrosmose, Membranfiltration, Nanofiltration), (Photo)oxidation, wurden untersucht Effizienz hängt stark vom Wirkstoff ab Reaktionsprodukte?

13 Biologische Abbaubarkeit der Photoprodukte (Closed Bottle test) 5 4,5 4 0 min 2 min 4 min Cipro Concentration 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, days & Vasconcelos T, Henriques D, König A, Martins M, Kümmerer K, Chemosphere, 2009, 76,

14 Stabile Produkte des biologischen Abbaus (ZWT, Kläranlage) Röntgenkontrastmittel H ß-Blocker N Antidiabetikum NH 2 I I * N H 2 N N NH 2 H 3 C N N CH 3 H H I I H I * N NH NH 2 H 2 N NH 2 H 2 N N NH 2 I & A. Haiß, K. Kümmerer, Chemosphere, 62 (2006) & C. Trautwein, K. Kümmerer, J. Metzger Chemosphere, 72 (2008) & C. Trautwein, K. Kümmerer, Chemosphere, 85 (2011)

15 Eintrag und Ausbreitung von Spurenstoffen in aquatischen Systemen

16 1. Technikansatz (erw.) Abwasserbehandlung kurz-mittelfristig Umzulänglichkeiten: - nicht für alle Stoffe - unerwünschte Nebenprodukte - nicht alles Abwasser behandelt - hoher Energiebedarf - in vielen Ländern nicht möglich Nicht nachhaltig Risikomanagement & Jones et al. (2007) Environ. Sci. Technol 41: , Wenzel et al. (2008) Water Sci. Technol. 57:27-32 & Kümmerer (2007) Green Chem. 9, 899

17 Risikomanagement 1. Technikansatz (erw.) Abwasserbehandlung kurz-mittelfristig Umzulänglichkeiten: - nicht für alle Stoffe - unerwünschte Nebenprodukte - nicht alles Abwasser behandelt - hoher Energiebedarf - in vielen Ländern nicht möglich Nicht nachhaltig & Jones et al. (2007) Environ. Sci. Technol 41: , Wenzel et al. (2008) Water Sci. Technol. 57: Verhalten Gebrauch: Patienten, Ärzte Apotheker, Hersteller; mittelfristig & Kümmerer (2007) Green Chem. 9, 899

18 Verbaucher & Hersteller Information, Packungsgröße etc. Dieser Ansatz kann aber nur nicht benutzte Arzneimittel erfassen!

19 Risikomanagement 1. Technikansatz (erw.) Abwasserbehandlung kurz-mittelfristig Umzulänglichkeiten: - nicht für alle Stoffe - unerwünschte Nebenprodukte - nicht alles Abwasser behandelt - hoher Energiebedarf - in vielen Ländern nicht möglich Nicht nachhaltig & Jones et al. (2007) Environ. Sci. Technol 41: , Wenzel et al. (2008) Water Sci. Technol. 57: Verhalten Gebrauch: Patienten, Ärzte Apotheker, Hersteller; Life Style Drugs mittelfristig Unzulänglichkeiten: - Braucht Zeit Nur für den nicht eigenommenen Anteil 3. Stoffe Benign by Design langfristig & Kümmerer (2007) Green Chem. 9, 899

20 Inhärent (umwelt)sichere Stoffe leicht abbaubar nach Anwendung keine Exposition keine Wirkungen, kein Risiko

21 Beispiel existierender Wirkstoff Valproinsäure Seit 40 Jahren in Gebrauch Weltweit eines der häufigsten benutzen Antiepileptika 67 t pro Jahr in D (2006), 16. Stelle H Leicht biologisch abbaubar ECD 301D 72 % ECD 301F 78 % & Bergheim & Kümmerer, unveröffentlicht

22 Beispiel neuer Wirkstoff Valproinsäure Variation des Zuckers Variation des Substituenten am Furan

23 Suytematische Strukturvariantion Struktur ID Log Kow Wirkschwelle (rel. Einheiten) Biol. Abbaubarkeit [%] GSF -2, _2 (Glu,Cyclohex) -1,8 > _3 (Gal, Cyclohex) -1,8 > _4 (Glu-Br) -0,5 > _5 (Glu-F) -0,9 > _6 (Glu-Cl) -0,7 > _7 (Glu-I) -0,5 > _8-2,0 <0, _9 (Desoxyglu) -1,5 > 1 31 H H H R= 2211_4 = Br 2211_5 = F 2211_6 =Cl 2211_7 = I H R H S 3 H H Frei et al., patent pending 2211_8 2211_9 2211_3 H H H H S 3 H H 2211_2 H H H H H 3 S

24 Risikomanagement 1. Technikansatz (erw.) Abwasserbehandlung kurz-mittelfristig Umzulänglichkeiten: - nicht für alle Stoffe - unerwünschte Nebenprodukte - nicht alles Abwasser behandelt - hoher Energiebedarf - in vielen Ländern nicht möglich Nicht nachhaltig & Jones et al. (2007) Environ. Sci. Technol 41: , Wenzel et al. (2008) Water Sci. Technol. 57: Verhalten Gebrauch: Patienten, Ärzte Apotheker, Hersteller; Life Style Drugs mittelfristig Unzulänglichkeiten: - Braucht Zeit Nur für den nicht eigenommenen Anteil 3. Stoffe Benign by Design langfristig - Steht erst am Anfang - Neue Sichtweise - für alle Stoffe? - elegante Lösung - Einführung in die Ausbildung - neue Märkte Wichtiger Baustein für nachhaltige Pharmazie und Chemie & Kümmerer (2007) Green Chem. 9, 899

25 Zusdammenfassung Lokal und global denken Stoffströme reduzieren Mix von Maßnahmen, möglichst nah an der Quelle Nachhaltig

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