Bio- und Umgebungsmonitoring von Antibiotika und Zytostatika im Gesundheitswesen mittels LC-MS/MS

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1 Dr. Jochen TürkT Institut für Energieund Umwelttechnik e.v. Bio- und Umgebungsmonitoring von Antibiotika und Zytostatika im Gesundheitswesen mittels LC-MS/MS Analytisch-chemisches chemisches Kolloquium Essen, den

2 Übersicht Vorstellung IUTA e.v. Einleitung Monitoringverfahren Analytische Methoden Zytostatika - Messwerte Antibiotika - Studie Die MEWIP - Studie Zusammenfassung und Ausblick tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 2

3 IUTA e.v. Geschichte 1989 gegründet als Institut für Umwelttechnologie und Umweltanalytik e.v An-Institut der Universität Duisburg- Essen 1998 umbenannt in Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. Bliersheimer Str Duisburg Internet: Zahlen & Fakten (2007): Mitarbeiter(innen) 120 Büro-/Laborfläche m² Technikumsfläche m² Umsatz ca. 6,4 Mio Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 3

4 UT 4: Umwelthygiene & Analysentechnik Arbeitsschwerpunkte: Umweltrelevante Pharmazeutika (z.b. Zytostatika) Mykotoxine Innenraumhygiene Kontaminationsvermeidung Abwasser-/Abluftbehandlung Chromatographische Verfahren Fortbildungsveranstaltungen Ausstattung Spurenanalytisches Labor Labor-Infrastruktur für toxische Medien (LAF-Werkbänke, Klimaschränke, ) UV- und Ozon-Versuchsanlagen Abwasserbehandlungsanlagen tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 6

5 S2: Forschungs-Analytik Arbeitsschwerpunkte: Arzneimittelanalytik org. Spuren-Analytik Methodenentwicklung Monitoring nach GefStoffV Ausstattung HPLC-MS/MS HT-HPLC LC-MS diverse GCs diverse HPLCs Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 7

6 Einleitung Arbeitsschutzrelevante Pharmaka Zytostatika CMR-Stoffe: cancerogen, mutagen, reproduktionstoxisch Eingruppierung in Schutzstufe 3 und 4 der GefStoffV Antibiotika teilweise auch toxisch (z.b. Chloramphenicol, Ciprofloxacin) sensibilisierend und allergieauslösend Resistenzproblematik tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 8

7 Monitoringverfahren Arbeitsplatz- und produktionsbegleitende Messungen in Apotheken, Klinken und der Pharmaindustrie (Arbeitsplatzbewertung und Gefährdungsbeurteilung nach GefStoffV) Biomonitoring Urin- oder Blutproben Umgebungsmonitoring Wischproben ( MEWIP-Studie) Textilproben Luftmessungen häufig Staubmessungen (Pharmaindustrie) selten Partikel- und Gasphase tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 9

8 Analysenverfahren Eingesetzte Zytostatika: ca. 75 Stand der Zytostatika-Analytik (HPLC- oder CE-UV) Einzelstoffanalytik mittels GC/MS & LC-MS/MS - ca. 25 Wirkstoffe zurzeit analysierbar - i. d. R. 1 Wischprobe für 1 Wirkstoff! Multimethoden mittels LC-MS/MS (z.b. MEWIP) - bis zu 10 Wirkstoffe + Pt aus einer Wischprobe Gesamt-Platin (Voltammetrie oder ICP-MS) Neu: Pt-Spezies-Analytik mittels LC-ICP-MS tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 10

9 Zytostatika Standard (TIC) relative Intensität [%] Max. 2.0e4 cps c = 10 ng/ml 0,2 ng on column 1 Cytarabin 2 5-Fluorouracil 3 Chlorambucil 4 Methotrexat 5 Ifosfamid 6 Cyclophosphamid 7 Etoposid Zeit [min] tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 11

10 Nachweisgrenzen NWG WP-NWG Substanz Methode [ng/ml] [pg/cm2] Cyclophosphamid GC-MS* 10 3 LC-MS/MS 0,1 3 GC-HRMS* 0,01 0,003 Ifosfamid GC-MS* LC-MS/MS 0,1 3 GC-HRMS* 0,02 0,007 5-Fluorouracil LC-MS/MS 1 33 Chlorambucil LC-MS/MS 2 67 Cytarabin LC-MS/MS 0,4 13 Etoposid LC-MS/MS 0,1 3 Methotrexat LC-MS/MS 0,1 3 Annahme für WP-NWG: 900 cm 2 Wischfläche, 30 ml Extraktion *GC/MS & GC-HRMS: Derivatisierung und Aufkonzentrierung um den Faktor 100 tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 12

11 Einzelmessungen (ohne MEWIP), Stand n CP 5-FU Eto MTX IF Gem Pac Doc Platin % pos Perz. 30,3 0,136 23,5 0,30 6,0 0,061 7,0 0,006 16,1 0,033 22,0 0,126 11,0 0,146 5,5 0,058 45,3 0,137 c [ng/cm 2 ] ,1 0,01 0,001 tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 13

12 Antibiotika - Studie Untersuchung einer Normal- und einer Intensivstation in einem nordrheinwestfälischen Krankenhaus: Bestimmung von 15 Antibiotika in Wisch-, Textil- und Urinproben 1. Umgebungsmonitoring (Exposition) Oberflächen: Arbeitskleidung: Arbeitsflächen, Equipment, Mülleimer, Vials, Lichtschalter, Flure, Türen, etc. Baumwollstoffe (an die Kleidung geheftet) Extraktion der Wisch- und Textilproben mit VE-H 2 O 2. Biomonitoring (Inkorporation) Festphasenextraktion von Urinproben tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 14

13 Laborwiederfindungsraten n = 3, c = 100 ng/ml 120 Umgebungsmonitoring Biomonitoring Wiederfindungsrate [%] 0 Amoxicillin Ampicillin Cefazolin Cefotaxim Cefotiam Cefuroxim Chloramphenicol Ciprofloxacin Ofloxacin Penicillin G Penicillin V Piperacillin Trimethoprim Sulfamethoxazol Vancomycin tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 15

14 Antibiotika Standard (TIC) relative Intensität [%] Zeit [min] Max. 8.7e5 cps. c = 100 ng/ml Standard 1 Cefotiam 2 Amoxicillin 3 Vancomycin 4 Trimethoprim 5 Ampicillin 6 Ofloxacin 7 Ciprofloxacin 8 Cefotaxim 9 Cefazolin 10 Cefuroxim 11 Sulfammethoxazol 12 Chloramphenicol 13 Piperacillin 14 Penicillin G 15 Penicillin V tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 16

15 Flächenbelastung Intensivstation c [ng/wischprobe] Piperacillin Amoxicillin Ampicillin Cefazolin Cefotaxim Cefotiam Cefuroxim Chloramphenicol Ciprofloxacin Ofloxacin Penicillin G Penicillin V Trimethoprim Vancomycin Sulfamethoxazol Piperacillin 0 Vancomycin Penicillin V WPI.1 WPI.3 WPI.5 WPI.7 WPI.9 WPI.11 WPI.13 WPI.15 WPI.17 WPI.19 WPI.21 Ofloxacin Chloramphenicol Cefotiam Cefazolin Amoxicillin tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 17

16 Flächenbelastung Normalstation Cefuroxim Amoxicillin Cefazolin Cefotiam c [ng/wischprobe] Chloramphen Ciprofloxacin Ofloxacin Penicillin G Penicillin V Trimethoprim Vancomycin Sulfamethox Piperacillin 5000 Ampicillin Cefotaxim Cefotaxim 0 WPII.1 WPII.3 WPII.5 WPII.7 WPII.9 WPII.11 WPII.13 WPII.15 WPII.17 Piperacillin Vancomycin Penicillin V Ofloxacin Chloramphen Cefazolin Cefuroxim tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 18

17 Ergebnisse Antibiotika - Studie 37 von 38 Oberflächen belastet bis 223 µg/wp = 248 ng/cm 2 10 von 15 Antibiotika nachweisbar oft Mehrfachbelastungen (bis zu 9 Substanzen pro Wischprobe) 21 von 21 Textilproben belastet bis zu 288 µg/textilprobe = 960 ng/cm 2 fast immer Mehrfachbelastungen (bis zu 5 Substanzen pro Probe) Korrelationen zur Exposition feststellbar! 10 von 40 Urinproben (10 von 21 MA) positiv niedriger ng/ml - Bereich, keine Mehrfachbelastungen tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 19

18 Die MEWIP - Studie Monitoring-Effekt-Studie für Wischproben in Apotheken (Monitoring-Effect Study of Wipe Sampling in Pharmacies) Projektpartner: IfAP Ziele Umgebungsbelastung mit Zytostatika ermitteln Basis zur Ableitung von Orientierungswerten schaffen Auswirkungen eines Wischproben-Monitorings untersuchen Entstehung und Verbreitung von Kontaminationen aufklären tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 20

19 Studienteilnehmer 254 Interessensbekundungen 201 Anmeldungen 10 Apotheken ausgeschlossen < 500 Zubereitungen Isolatoren (Um-)Baumaßnahmen geografische Lage 130 Teilnehmer gelost Stratifizierung nach Apothekenart Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 21

20 Einteilung der Apotheken in zwei Gruppen* Gruppe A: quartalsweise Wischprobennahme, Apotheken erhielten jeweils Rückmeldung mit Messergebnis; (Anzahl: 55 Apotheken) Teilnahme an allen 5 Messzyklen/Wischproben Gruppe B: Wischproben zu Beginn und am Ende der Studie, Apotheken erhielten Informationen über ihre Messergebnisse erst nach Abschluss des Monitorings; (Anzahl: 75 Apotheken) Teilnahme an 1. und 5. Messzyklus/Wischprobe * Die Einteilung erfolgte per Losverfahren mit Stratifizierung (IMSIE) nach Apothekentyp (KH/Offizin) basierend auf der vorab-auswertung des 2. Fragebogens tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 22

21 Beispiele für f Probenahmeorte Einschweißgerät Wechselsprechanlage/Telefon Abfallbehälter Fläche unter LAF Arbeitsfläche Boden vor LAF tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 23

22 Probenahmeort 1: Arbeitsfläche Vorgabe: Am häufigsten benutzte Arbeitsfläche auswählen! Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 24

23 Probenahmeort 2: Fußboden Vorgabe: Fußboden vor der Zytostatikawerkbank auswählen! Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 25

24 Probenahmeort 3: KühlschranktK hlschranktür Vorgabe: Vorderseite des Kühlschranks (inkl. Türgriff) auswählen! Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 26

25 Analytische Bestimmung: MEWIP-Methode Methode Intensität [cps] 1,9e5 1,8e5 1,7e5 1,6e5 1,5e5 1,4e5 1,3e5 1,2e5 1,1e5 1,0e5 9,0e4 8,0e4 7,0e4 6,0e4 5,0e4 4,0e4 3,0e4 2,0e4 1,0e4 0,0 1, Zeit [min] Fluorouracil 2 Gemcitabin (3 Chlorambucil) 4 Methotrexat 5 Ifosfamid 6 Cyclophosphamid 7 Etoposid 8 Paclitaxel 9 Docetaxel 8 9 tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 28

26 Laborwiederfindungsraten ng/probe 500 ng/probe 2000 ng/probe 5000 ng/probe WDF [%] FU Gem MTX CP IF Eto Doc Pac tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 30

27 Probenehmereinfluss (n = 28) 140 WDF [%] FU Gem MTX CP IF Eto* Doc Pac Wiederfindungsraten: Probenahme durch 28 verschiedene Personen (n=112, c= 10 ng/cm 2 ) *Etoposid: Messwerte von 13 Personen (n=50) tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 31

28 Materialeinfluss (n=9, c= 10 ng/cm 2 ) Glas Stahl Arbeitsplatte PVC lackierte Edelstahloberfläche WDF [%] FU Gem MTX CP IF Eto Doc Pac tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 32

29 Ergebnisse aus den Wischproben Anteil positiver Proben nach Probenahmeort Anteil positiver Wischproben (%) Fußboden Arbeitsfläche Kühlschrank tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 33

30 Anteil positiver Wischproben nach Substanzen Anteil positiver Wischproben (%) FU Gem MTX CP IF Eto Doc Pac tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 34

31 Substanzspezifische Belastung n. Probenahmeort aufsummierte Belastung (ng cm 2 ) Fluorouracil Gemcitabin Cyclophosphamid Ifosphamid Einzelwert: ng/cm 2 Zum Vergleich: Aufsummierte Flächenbelastung (Gesamt-MEWIP): ng/cm Fußboden Arbeitsfläche Kühlschrank tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 35

32 Fallbeispiel 1 Was beeinflusst das Kontaminationslevel? Neuer Kühlschrank! tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 36

33 90. Perzentile nach Probenahmeort 90.Perzentil (ng cm 2 ) Fußboden Arbeitsfläche Kühlschrank tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 38

34 90. Perzentil nach Substanzen Messwerte < 90. Perzentil sind realisierbar Stand der Technik bei 0,1 ng/cm 2?! 90.Perzentil (ng cm 2 ) FU Gem MTX CP IF Eto Doc Pac tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 39

35 Anteil positiver Wischproben nach Apothekenart Fluorouracil Gemcitabin Methotrexat Cyclophosphamid Ifosphamid Etoposid Docetaxel Paclitaxel Anteil positiver Wischproben (%) Offizin Krankenhaus tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 40

36 90. Perzentil nach Apothekenart 90.Perzentil (ng cm 2 ) Offizin Krankenhaus 5-Fluorouracil Gemcitabin Cyclophosphamid Ifosphamid tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 41

37 Korrelation zur Zubereitungsanzahl (5-FU, 2006)? Substanzbelastung (ng cm 2 ) MEWIP-060 nicht in Grafik enthalten Substanzbelastung = ng cm 2 Zubereitungen = kein statistisch belastbarer Zusammenhang!? Zubereitungen 5-Fluorouracil tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 42

38 Tag der letzten Reinigung (hier: Kühlschrank) K Substanzbelastung (ng cm 2 ) Wischzyklus 2.Wischzyklus 3.Wischzyklus 4.Wischzyklus 5.Wischzyklus Kein statistisch belastbarer Zusammenhang!? letzte Reinigung vor... Tagen tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 43

39 Erwarteter Verlauf der Belastung keine Mitteilung der Ergebnisse keine Mitteilung der Ergebnisse Gruppe B Mitteilung der Ergebnisse (1. Messung) Mitteilung der Ergebnisse (2. Messung) Gruppe A Mitteilung der Ergebnisse (3. u. 4. Messung) tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 44

40 Fallbeispiel 2 gute und schlechte Apotheken tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 45

41 Ergebnisse aus den Wischproben Unterschiedlich schlechte Apotheken Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 46

42 Ergebnisse aus den Wischproben (Gruppe A) Einzelverläufe für verschiedene Substanzen in einer Apotheke 5-Fluorouracil Gemcitabin Methotrexat abnehmende Belastung = Bestätigung der Erwartung tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 47

43 Ergebnisse aus den Wischproben (Gruppe A) Einzelverläufe in drei Apotheken Cyclophosphamid 5-Fluorouracil 5-Fluorouracil zunehmende Belastung entspricht nicht der Erwartung! Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 48

44 Anteil positiver Wischproben nach Zyklus und Orten Anteil positiver Wischproben (%) Fußboden Arbeitsfläche Kühlschrank Gruppe A Gruppe B Gruppe A Gruppe A Gruppe A Gruppe A Gruppe B Zyklus 1 Zyklus 2 Zyklus 3 Zyklus 4 Zyklus 5 tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 49

45 90. Perzentil nach Zyklus, Gruppen und Orten 90.Perzentil der Gesamtsubstanzbelastung (ng cm 2 ) Fußboden Arbeitsfläche Kühlschrank Gruppe A Gruppe B Gruppe A Gruppe A Gruppe A Gruppe A Gruppe B Zyklus 1 Zyklus 2 Zyklus 3 Zyklus 4 Zyklus 5 tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 50

46 90. Perzentil nach Zyklus über alle Orte und Substanzen 90.Perzentil (ng cm 2 ) Gruppe A Gruppe B Zyklus 1 Zyklus 2 Zyklus 3 Zyklus 4 Zyklus 5 tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 51

47 allgemeine Erkenntnisse der MEWIP-Studie Gute und schlechte Apotheken unterscheidbar; gute Apotheken blieben meist während der gesamten Studie sauber 84 % (= 8.483) der Messwerte unterhalb der Nachweisgrenze, max ng/cm 2 Gemcitabin Verteilung der positiven Proben: Boden > Arbeitsflächen > Kühlschrank 5-FU/CP/Gemcitabin > Ifosphamid > Etop./MTX > Paclitaxel Docetaxel kein Unterschied zwischen Krankenhaus- und Offizinapotheken Messwerte < 0,1 ng/cm 2 sind erreichbar ( Stand der Technik?!) Abnahme positiver Messwerte vom 1. zum 5. Zyklus in Gruppe A bei 5-FU und CP ( Monitoring-Effekt ) tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 52

48 Einflussfaktoren / Fragebogenauswertung keine Korrelation zur gemessenen Umgebungsbelastung: - Zubereitungsmenge - Anzahl Zubereitungen - Tag der letzten Reinigung eine gewisse Korrelation ist zu erkennen bei: Merkmal positiver Einfluss Desinfektionsart Wischdesinfektion (CP in B-Gruppe, explorativ signifikant) Desinfektionsgrad Desinfektion (CP in B-Gruppe explorativ signifikant) Abluftsystem Fortluftbetrieb (Tendenz erkennbar; aber nicht statistisch signifikant) tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 53

49 Zusammenfassung Entwicklung von neuen LC-MS/MS - Methoden zur Bestimmung von Arzneimitteln im Arbeitsschutz - Einzelmethoden für Zytostatika - Multimethoden für Zytostatika und Antibiotika - Höhere Aussagekraft durch Multimethoden Integration der Pt-Species-Analytik Wischproben sind als Monitoringverfahren im Sinne der GefStoffV ( 11, Abs. 2) geeignet Bildung von Orientierungswerten auf Basis statistischer Auswertungen wie z.b. dem 90. Perzentil möglich tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 54

50 Zusammenfassung II Erstmaligen Untersuchung der Belastungssituation beim Umgang mit Antibiotika 98 % Flächen 100 % Textilien 52 % Mitarbeiter Korrelationen zur Exposition feststellbar! - Weitere Studien und Entwicklung von Minderungsmaßnahmen notwendig - Langzeiteffekte durch subtherapeutische Belastungen? - Bildung von Antibiotikaresistenzen? tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 55

51 Ausblick Etablierung des vorgeschlagenen Orientierungswertes von 0,1 ng/cm 2 Europäische Vergleichsuntersuchungen Routinemessungen zur Qualitätssicherung und Prozessvalidierung Ausweitung der Messungen Ambulanzen, Pharmaindustrie, Stationen, Veterinärmedizin etc. weitere Substanzen (CMR-Stoffe, Antibiotika etc.) Wirkungsbezogene Untersuchungen Korrelation zwischen Bio- und Umgebungsmonitoring Toxikologische Betrachtungen tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 56

52 Fragen und Diskussion Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!! Weitere Informationen: Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 57

53 Weitere CMR-Stoffe Arzneimittelgruppe krebserzeugend fruchtschädigend fortpflanzungsgefährdend Anabolika X X X Antibiotika X X Glukocorticoide X X Monoklonale Antikörper X Steinkohlenteerdestillate X Steroidhormone, Andro- X X X gene, Estrogene etc. Virustatika X Zytostatika X X X Nicht alle Arzneimittel einer Gruppe haben die angegebenen Eigenschaften! tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 58

54 Luftprobenahme Partikelfilter Kühlfalle Pumpe Kühlmittel -78 C tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 59

55 Probenahme I 1. Probenahme-Set auspacken 2. Dokumentationsblätter ausfüllen 3. Fläche markieren, Dokumentation 4. (Probengefäße beschriften) 5. Wischtücher aus dem PE-Gefäß entnehmen 6. 1 ml der Probenahmelösung (ph 3) auf ein Wischtuch geben 7. Fläche gleichmäßig in eine Richtung abwischen 8. Tuch in das Probenahmegefäß zurückgeben tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 60

56 Probenahme II 9. Wischvorgang mit den beiden anderen Tüchern wiederholen, dabei Wischrichtung variieren! Handschuhe nach jeder Probenahme wechseln 11. Nächste Probenahme durchführen (s. Punkte 4-9) 12. Gefrorenen Kühlakku zusammen mit den Proben und den Dokumentationsblättern in die Transportbox geben 13. Proben sicher verpackt und gekühlt am selben Tag per Kurierdienst an IUTA senden (ggf. über Nacht einfrieren und dann gekühlt versenden) tuerk@iuta.de Arzneimittel Bio- und Umgebungsmonitoring 61