Prof. Dr. Gerd Hamscher

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Prof. Dr. Gerd Hamscher

Mittwochs im MULEWF

Mainz, 21.08.2013

Pharmakologisch wirksame Stoffe in der Umwelt

G. Hamscher

Fachbereich 08 Biologie und Chemie

Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie


Gerd Hamscher – cv

Studium der Lebensmittelchemie/Umwelttoxikologie an der Universität Kaiserslautern

Promotion an der Universität Bonn über ein neues Peptidhormon beim Menschen

Habilitation und apl. Professor für das Fachgebiet „Lebensmitteltoxikologie“ an der

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

Seit Oktober 2010: Professor für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie

an der Justus-Liebig-Universität Gießen

Obmann der Arbeitsgruppe „Tierarzneimittelrückstände“ (GDCh)

Mitglied der Kommission „Pharmakologisch wirksame Stoffe und Tierarzneimittel“ (BfR)

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Inhalt

• Einführung

• Umweltrisiken durch Arzneimittel

• Reduzierung des Eintrages von Antibiotika in die Umwelt

• Zusammenfassung

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NRKP – Ergebnisse Hemmstofftest (BVL, 2010)

[%]

*

*2010: 664 von 263.970 Proben waren positiv (0.22 %)

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NRKP – Weitergehende Untersuchungen (BVL, 2010)

Untersuchung der im Hemmstofftest positiven Proben mit Bestätigungsverfahren

263 Proben (0.1 %): eine oder mehrere Substanzen > MRL (Maximum Residue Level)

Substanzgruppe

Bestätigt

Nachgewiesen

(> MRL)

(> LOD; < MRL)

Tetracycline 178 645

Fluorchinolone 83 61

Penicilline 65 79

Aminoglycoside 62 53

Sulfonamide 53 55

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Rapid Alert System for Food and Feed – Trends (EU, 2009)

• Die häufigsten Notifizierungen: Nitrofuranmetabolite in Crustaceen

• Sonstige Rückstände (einschließlich Antibiotika): Rückläufige Tendenz

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Daten aus der EU – RASFF Report 2009

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Wo sind (Tier)Arzneimittel denn überhaupt zu finden?

Arzneimitteleinsatz

Veterinärmedizin

Humanmedizin

Nutztiere

Aquakultur

Haustiere

Kläranlage

Fermenter

Gülle

(bis zu 260 mg/kg)

Direkte Umgebung

Klärschlamm

Landwirtschaftliche

Nutzflächen

(bis zu 0,5 mg/kg)

Pflanzen

(~10-50 µg/kg)

(Stall-)Stäube

Aus Futtermittel

u. getr. Gülle (~mg/kg)

Exkremente,

Speichel, Haare

??

Grundwasser

(~0,1 µg/L)

Oberflächenwasser

(µg/L)

Trinkwasser

(~10 ng/L)

Exposition Mensch

Hamscher und Mohring, 2012

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Humanarzneimittel in der aquatischen Umwelt

Götz et al., ISOE-Studientexte, Nr. 16, 2011

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Inhalt

• Einführung

• Umweltrisiken durch Arzneimittel

• Reduzierung des Eintrages von Tierarzneimitteln in die Umwelt

• Zusammenfassung

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Eigenschaften von (Tier)Arzneimitteln

Anwendung vs. Umweltrelevanz

• Hohe Stabilität (gegenüber saurem pH-Wert, Enzymen)

– Persistenz in der Umwelt

• „Gewisse“ Wasserlöslichkeit

– Mobilität in der aquatischen Umwelt

• Hochwirksame Substanzen

– Toxizität / Effekte in der Umwelt

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Arzneimittel in der Umwelt – Ein relevantes Thema

• Zahlreiche Arzneimittel sind in der Umwelt zu finden (> 150)

• Einige Arzneimittel zeigen adverse Effekte auf Insekten und Wildtiere

• Verzögerter Dungabbau durch Ivermectin (Wall und Strong, Nature 1987)

• Verweiblichung von Fischen in Vorflutern von Kläranlagen (u. a. durch

ß-Estradiol und Ethinylestradiol, NOEC: 1 ng/L, ab ca. 4 ng/L akute

Gefährdung von Fischbeständen (Sumpter 1995)

• Anfang der 90er Jahre: Massives Geiersterben in Indien (Indischer

Geier, Bengalengeier und Schmalschnabelgeier: > 97 %iger Rückgang

verschiedener Populationen)

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Unerwarteter Effekt eines Arzneimittels in der Umwelt

2005: Akutes Nierenversagen durch

Diclofenac-Rückstände in verendeten

Kühen (lethale Dosis: 0,1 – 0,2 mg/kg)

Grafiken: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2010/sep/diclofenac.shtm

2006: Verbot der Anwendung von Diclofenac in der Veterinärmedizin in

Indien und benachbarten Ländern, Ersatzmedikament: Meloxicam

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Arzneimittel in der Umwelt – Ein relevantes Thema

• Aus Oberflächengewässern gewonnenes Trinkwasser kann in Spurenkonzentrationen

mit verschiedenen Humanarzneimitteln kontaminiert sein (u. a.

Carbamazepin, Diclofenac, Röntgenkontrastmittel):

Möglicherweise kein toxikologisches, aber ein hygienisches Problem!

• Eintrag von Antibiotika, Antibiotikaresistenzgenen und antibiotikaresistenten

Keimen über Wirtschaftsdünger in die Umwelt:

• Induktion/Transfer von Resistenzen in Boden (√) und Grundwasser (?)

• Beeinflussung von mikrobiologischen Lebensgemeinschaften (√)

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Antibiotika-Einsatz in Deutschland 2003 / 2005

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Schneidereit, 2006


Antibiotika-Einsatz in der EU

Grave et al., 2010

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Antibiotika-Einsatz in Deutschland 2011

Deutschland*: 1.734 Tonnen

Frankreich:

Niederlande:

ca. 1.000 Tonnen

514 Tonnen

*99 % für landwirtschaftliche Nutztiere, 1 % an Heimtiere

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

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Feld- und Lysimeterstudien 2000-2013

2013

Tetracycline

?

Sulfonamide

• Hohe Konzentrationen (mg/kg Bereich)

von Sulfonamiden und Tetracyclinen und

in Wirtschaftsdüngern

• Sulfonamide und Tetracycline können im

Oberboden persistieren

?

?

Tetracycline 500 µg/kg)

Sulfonamide


Mineralwasser – Gesetzliche Regelungen AVV Anl. 1a

TrinkwV

0,1 µg/L

-

50 µg/L

-

0,1 µg/L

(PSM)

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Verwaltungsgerichtshof Baden-Württemberg, 01.08.13

Reinheitsgebot für "natürliches Mineralwasser" ohne normative Festlegung

unzulässig; Widerruf von Anerkennungen rechtswidrig

„Das Gebot "ursprünglicher Reinheit" der Mineral- und Tafelwasserverordnung

(MTVO) fordert keine absolute Abwesenheit von Schadstoffen, sondern nur eine

normative Reinheit. Die Grenze zwischen normativer Reinheit und Verunreinigung

muss wegen ihrer Auswirkungen auf die Berufsfreiheit von Mineralwasserunternehmen

(Klägerinnen) in der Verordnung selbst bestimmt werden. Da dies derzeit

nicht der Fall ist, können die Ablehnung einer Anerkennung als "natürliches Mineralwasser"

und damit auch deren Widerruf nicht auf eine für die menschliche Gesundheit

unschädliche Verunreinigung durch Abbauprodukte (Metaboliten) von Pflanzenschutzmitteln

gestützt werden…“

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Antibiotika in Stallstäuben: 1981-2000

SMZ OTC TC CTC TYL CAP Summe

mg/kg

12

10

8

6

4

2

0

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

1981

(Hamscher et al., EHP 2003)

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Mögliche Risiken Stallstäube

Zahn et al. (2001) zeigen, dass Tylosin nach Einsatz als Leistungsförderer

in der Abluft von Schweineställen nachweisbar ist

80 % der kultivierbaren Bakterien in der Abluft tylosin-resistent sind

Chapin et al. (2004) zeigen, dass

in der Abluft von Schweineställen multiresistente Bakterien

(Entero-, Strepto- und Staphylokokken) sind

98% resistent gegenüber 2-4 Antibiotika (Erythromycin,

Tetracyclin, Clindamycin, Virginiamycin)

Verschleppungen von Arzneimittelrückständen in die Lebensmittelkette

(Kietzmann et al. 1995)

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Effekte von Antibiotika in der Umwelt

• Mikroorganismen sind die Angriffsziele von Antibiotika in der Umwelt

und in der Human-/Tiermedizin

• Keine adversen Effekte von Oxytetracylin und Tylosin (g/kg) auf

Bodenwürmer, Springschwänze und Enchytraeiden (Baguer et al. 2000)

• Gülle, Güllekrusten und Sedimente: Hohe Tetracyclin-Konzentrationen

> MIC (0.5–2 mg/L) für verschiedene Bakterien

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Effekte von Antibiotika in der Umwelt

• Veränderungen in mikrobiologischen Gemeinschaften / Ausbreitung von

Antibiotika-Resistenzen: Sehr schwer zu untersuchen

• Schmitt et al. 2006: Mikrokosmen-Studien in verschiedenen Böden

• Gülle entscheidender Faktor für Resistenzgene

• Auch hohe Antibiotika-Konzentrationen hatten nur geringen Einfluss auf

Diversität der Resistenzgene

• Adaption der mikrobiologischen Gemeinschaften an Antibiotika

• Heuer et al. 2011:

• Anreicherung von Resistenzgenen in der Gülle

• Hohe Mobilität von Plasmiden: Über horizontalen Gentransfer

Weitergabe an Bodenmikroorganismen möglich

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Systematische Bewertung der Umweltrelevanz

(LANUV 2007)

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Systematische Bewertung der Umweltrelevanz

Stoffe Konzentration Wirkung Verhalten Menge Erfüllte

Kriterien

Oxytetracyclin X X X X 4

Chlortetracyclin X X X 3

Tetracyclin X X X 3

Sulfamethazin

(Sulfadimidin)

X X X 3

Sulfadiazin X X 2

Trimethroprim X X 2

Ivermectin X X 2

(Nach LANUV 2007)

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Inhalt

• Einführung

• Umweltrisiken durch Arzneimittel

• Reduzierung des Eintrages von Antibiotika in die Umwelt

• Zusammenfassung

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Reduzierung des Antibiotikaeintrages I

Technologische Möglichkeiten

• Getrennte Sammlung und längere Lagerung von

Wirtschaftsdüngern nach Behandlung (teuer)

• Gülle-Behandlung: Belüften, Zusatz von Säure/Lauge oder

Sorptionsmitteln (Erfolgsaussichten fraglich)

• Gülle-Fermentation/Biogaserzeugung: Abbau der Antibiotika

oder Anreicherung?

KTBL-Schrift 435, 2005

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Reduzierung des Antibiotikaeintrages II

Möglichkeiten in der Tierhaltung

• Erhalt einer hohen Tiergesundheit im Bestand (Fütterung,

Stallklima, Besatzdichte)

• Enger räumlicher Zusammenhang zwischen Ferkelerzeugern

und Mastbetrieben

• Impfungen

KTBL-Schrift 435, 2005

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Reduzierung des Antibiotikaeintrages III

Administrative Maßnahmen

• EU-weites Verbot antibiotischer Leistungsförderer seit

Januar 2006

• Rationaler Tierarzneimitteleinsatz unter Berücksichtigung

der Antibiotika-Leitlinien der BTK/ArGeVet (update: 2010)

• Berücksichtigung der Problematik in der Lehre, Aus-,

Weiter- und Fortbildung

• (AMG)

KTBL-Schrift 435, 2005

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Inhalt

• Einführung

• Umweltrisiken durch Arzneimittel

• Reduzierung des Eintrages von Antibiotika in die Umwelt

• Zusammenfassung

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Zusammenfassung

• Tier(Arzneimittel) werden weltweit in zunehmender Zahl in den

verschiedensten Umweltkompartimenten nachgewiesen

• Adverse Effekte auf Insekten und Wildtiere beschrieben

• Subtile Effekte auf Mikroorganismen im Boden

• Kontaminationen auch von nichttierischen Lebensmitteln möglich

• Minimierungsmaßnahmen sind auf tiermedizinischer, legislativer,

technologischer und edukativer Ebene möglich bzw. bereits erfolgt

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Herzlichen Dank an alle Beteiligten …

Dr. Heinrich Höper (LBEG), Prof. Jörg Kues (ehem. NLfB), Dr. Siegrun Mohring (JLU), Prof.

Heinz Nau (TiHo), Dr. Heike Pawelzick (ehem. TiHo), Anja Platt (JLU), Beate Prieß (TiHo),

Marion Schröder (TiHo), Ph D Silke Sczesny (ehem. TiHo), Dr. Astrid Spielmeyer (JLU)

... und natürlich Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit !

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