4. Innovationsforum Wasserwirtschaft

Bad Honnef, 26.-27.11.2013

Langzeituntersuchungen des Grundwassergefährdungs-

potenzials von Tierarzneimitteln am Beispiel der Sulfonamide

G. Hamscher

Fachbereich 08 Biologie und Chemie

Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie

Inhalt

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

• Einführung

• Lysimeterstudie

• Ergebnisse

• Zusammenfassung

Eintragspfade für (Tier)Arzneimittel

Tiermedizin

Arzneimitteleinsatz

Nutztiere Haustiere

Humanmedizin

GülleBis zu 260 mg/kg

Direkte Umgebung

Kläranlage

Exposition Mensch

Landwirt-schaftliche Nutzflächen

(bis zu 0,5 mg/kg)

Aquakultur

Pflanzen(~10-50 µg/kg)

(Stall-)StäubeAus FM u. getr. Gülle

(~mg/kg)

Exkremente, Speichel, Haare

??

AntibiotikaAntibiotika Antidiabetika

Trinkwasser(~10 ng/L)

Oberflächenwasser(µg/L)

Grundwasser(~0,1 µg/L)

KlärschlammFermenter

Hamscher und Mohring, 2012

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

Veterinär-Antibiotika-Einsatz 2011

Deutschland*: 1.734 Tonnen (576 TCs, 505 t Aminopenicilline)

Frankreich: ca. 1.000 Tonnen

Niederlande: 514 Tonnen

*99 % für landwirtschaftliche Nutztiere, 1 % an Heimtiere

Quelle: Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL), 26.09.2012

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Lysimeterstudien

• Risiko Grundwasser-kontamination

• Alle Substanzen in einem Cocktail

Anaerobe Fermentation

• Test von Einzel-

substanzen

• Toxizitätstest /

Hemmstofftest

• Identifizierung von

Abbauprodukten

Photooxidationsstudien

• Aquakultur: Schneller

Photoabbau wichtig

• Toxizitätstest /

Hemmstofftest

• Identifizierung von

Abbauprodukten

Formulierung

• Granulierung,

micro-Verkapse-

lung

• Höhere Blutspiegel,

niedrige Dosierung

Ranking / QSAR

• Identifizierung von

Leitstrukturen

• Empfehlungen an

Tierärzte

• Synthese von neuen

Wirkstoffen

Entwicklung umweltfreundlicher Tierarzneimittel

Untersuchte Sulfonamide

NH2 S NH

O

O N

N

Sulfadiazin

(SDZ, MW: 250 g/mol, log kow -0,09)

NH2 S NH

O

O N

N CH3

Sulfamerazin

(SMR, MW: 264 g/mol, log kow 0,14)

Sulfamethazin

(SMZ, MW: 278 g/mol, log kow 0,89 )

NH2 S NH

O

O

N

N

CH3

CH3

NH2 S NH

O

O

N

N

OCH3Sulfamethoxypyridazin

(SMDP, MW: 280 g/mol, log kow 0,32 )

NH2 S NH

O

O

N

N

OCH3

H3COSulfadimethoxin

(SDM, MW: 310 g/mol, log kow 1,63)

NH2 S NH

O

O

O

N

CH3Sulfamethoxazol

(SMX, MW: 253 g/mol; log kow 0,89)

NH2 S NH

O

O

S

N

Sulfathiazol

(STZ, MW: 255 g/mol, log kow 0,05 )

NH2 S NH

O

O

N

N

Cl

NH2 S NH

O

O N

Sulfachlorpyridazin

(SCY, MW: 284,7 g/mol, log kow 0,87 )

Sulfapyridin

(SPY, MW: 249,3 g/mol, log kow 0,35)

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

Lysimeterstudien – Praxisnahe Bedingungen

• Wetterverhältnisse werden nicht beeinflusst (Niederschläge / Temperatur)

• „Repräsentative“ Boden-Dauerbeobachtungsflächen

• Ortsübliche Bewirtschaftung

• 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

Methodik

Witterung und Bewirtschaftung

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

Lysimeterstudien – „Worst-Case“ Standortbedingungen

Sandboden: hoch auswaschungsgefährdet

wegen geringer Feldkapazität

Tonboden: Bildung von Schrumpfrissen, flach-

gründiger Standort über Festgestein

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

Höper, 2012

Lysimeterstudien – Studiendesign

Großlysimeter • 2 Lysimeter/Standort

• Fläche 1 m², 2 m tief (1 m in Jühnde)

• Wägbar, vollständige Gewinnung des Abflusses

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

LBEG / Höper, 2012

Lysimeterstudien – Sandboden „Hohenzethen“

Verlagerung von Bromid und Sulfamethazin

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

H. Höper / Abschlussbericht DBU-Projekt Az. 26852

Lysimeterstudien – Festgesteinsboden „Jühnde“

Verlagerung von Bromid und Sulfamethazin (1 m Tiefe)

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

H. Höper / Abschlussbericht DBU-Projekt Az. 26852

Lysimeterstudien – Zusammenfassende Bewertung

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

Besonders Auswaschungsgefährdete Sulfonamide:

Sulfamethazin (Synonym: Sulfadimidin) (SMZ), Sulfamethoxazol (SMX)

Nicht 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: 20-30 (65) % der Zufuhr (Jühnde)

40-50 % der Zufuhr (Hohenzethen, Sandboden)

SMZ: << 1 % der Zufuhr

SMX: << 1 % der Zufuhr

Zusammenfassung

G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13

– 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

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 !

Herzlichen Dank an alle Beteiligten …