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Humanarzneimittel im aquatischen Ökosystem

Human drugs in aquatic ecosystems: Approach for the environmental risk assessment of drug residues

Bewertungsansatz zur Abschätzung des ökotoxikologischen Risikos von Arzneimittelrückständen

Zusammenfassung

Zielstellung

Im Landesumweltamt Brandenburg wurde auf der Grundlage einer für das Jahr 1999 durchgeführten landesspezifischen Verbrauchsmengenerhebung ein Bewertungsansatz für das Gefährdungspotenzial von Arzneimittelrückständen im aquatischen Ökosystem mit der Zielstellung entwickelt, eine mögliche Umweltrelevanz wichtiger Wirkstoffe festzustellen oder auszuschließen sowie prioritäre Analyten für künftige Monitoringprogramme zu definieren.

Methode

Dieses an 60 Arzneimittelwirkstoffen erprobte Bewertungskonzept basiert auf einer Expositionsabschätzung unter Berücksichtigung des Haupteintragspfades Mensch-Abwasser-Kläranlage-Oberflächengewässer, auf einer stoffspezifischen Wirkungsanalyse sowie auf einer Analyse bekannter Umweltverhaltensmuster wie Kompartimentverteilungstendenzen, Bioakkumulationsvermögen und Persistenz.

Ergebnisse

Während in Brandenburger Oberflächengewässern für acht der betrachteten Wirkstoffe von Wirkstoffkonzentrationen oberhalb von 1 μg/l auszugehen ist, liegt für mindestens 13 der untersuchten Wirkstoffe die PNEC im aquatischen Ökosystem unter 1 μg/l.

Für die Antibiotika Ciprofloxacin-HCl und Clarithromycin, die Desinfektionsmittelwirkstoffe Benzalkoniumchlorid, Cocospropylendiaminguaniacetat, Glucoprotamin, Laurylpropylendiamin und Polyvidon-Iod, das Sexualhormon Ethinylestradiol, das Antidiabetikum Metformin-HCl, das Antiepileptikum Carbamazepin sowie für den Lipidsenkermetaboliten Clofibrinsäure lässt sich anhand des Vergleiches von Expositionskonzentrationen und ökotoxischen Wirkungen ein Umweltgefährdungspotential für Brandenburger Oberflächengewässer ableiten, da die entsprechenden PEC:PNEC-Verhältnisse um 1 oder darüber liegen. Für weitere 19 Wirkstoffe muss aufgrund ihrer Verhaltensmuster in der Umwelt ebenfalls von einer Umweltrelevanz ausgegangen werden, ohne dass diese derzeit wegen des Fehlens von ökotoxikologischen Wirkungsdaten wirkungsseitig belegt werden kann.

Schlussfolgerung

Diese erste Risikoabschätzung zeigt trotz einer unvollständigen Basis valider Daten, dass Schadwirkungen in der aquatischen Umwelt durch einige Arzneimittelwirkstoffe nicht auszuschließen sind. Es ist uns jedoch bewusst, das diese Bewertung zunächst orientierenden Charakter hat und im Zuge zu erwartender und zu fordernder neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse fort-und möglicherweise auch umgeschrieben werden muss.

Abstract

Goal

In the Brandenburg State Office for the Environment an approach to assess the potential risk of drug residues in aquatic ecosystems has been developed based on an investigation of the consumption amounts in 1999 to identify or to exclude a potential environmental risk of important human drugs and further to define priority substances for monitoring programs in Brandenburg in the future.

Method

This assessment approach tested with 60 drug agents is based on an exposure estimation considering the main path for the entry human—waste water—sewage plant—surface water, on a substance specific analysis of effects and on an analysis of the environmental fate as compartment distribution, bioaccumulation and persistence.

Results

In Brandenburg surface waters the drug agent concentration for eight of the considered substances is supposed to be greater than 1 μg/l and for at least 13 of the considered substanoes the PNEC in aquatic ecosystems is assumed to be lower than 1 μg/l. A potential risk for the environment can be seen for the antibiotics Ciprofloxacin-HCl and Clarithromycin, the disinfectants Benzalkonium Chloride, Cocospropylendiaminguaniacetat, Glucoprotamine, Laurylpropylenediamine and Polyvidone-iodine, the sexual hormon Ethinylestradiol, the antidiabetic Metformin-HCl, the antiepileptic Carbamazepine and the lipid regulator Clofibrinic acid on the basis of effects because their PEC:PNEC-relation is about 1 or higher. For further 19 drug agents an environmental risk is to be assumed because of their environmental behaviour without support by ecotoxicological data at present.

Conclusion

Although there is only a small base of valid ecotoxicological data, this risk assessment shows that adverse effects in the aquatic environment by some drug agents cannot be excluded. However, it should be noted that this first assessment gives only a crude orientation. Appropriate test data are necessary to refine the assessment in future.

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OnlineFirst: 09. Februar 2004

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Hanisch, B., Abbas, B., Kratz, W. et al. Humanarzneimittel im aquatischen Ökosystem. UWSF - Z Umweltchem Ökotox 16, 223–238 (2004). https://doi.org/10.1065/uwsf2004.02.076

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Schlagwörter

  • Aquatisches Ökosystem
  • Expositionsanalyse
  • Gefährdungsabschätzung
  • Humanarzneimittel
  • Land Brandenburg
  • Oberflächengewässer
  • Ökotoxikologie
  • ökotoxikologische Bewertung
  • Wirkungsanalyse

Keywords

  • Aquatic ecosystem
  • ecotoxicological assessment, effect analysis
  • ecotoxicology
  • exposure analysis
  • human pharmaceuticals
  • Land Brandenburg
  • risk assessment
  • surface water