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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
G. Hamscher Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie 27.11.13
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
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