4.3.2 Pharmazeutika
Antibiotika einschließlich antimikrobieller Chemotherapeutika sind in der Human- und Veterinärmedizin wichtige Mittel im Kampf gegen Infektionskrankheiten. Sie gelangen durch Wirtschaftsdünger (bzw. direkt durch die Ausscheidungen von Weidetieren) oder durch Klärschlamm auf landwirtschaftlich genutzte Böden. Humanarzneimittel können ebenfalls im Abwasser von Kläranlagen und im Deponiesickerwasser nachgewiesen werden. Ihr Einsatz wird aber aufgrund des Nachweises von Rückständen in der Umwelt zunehmend kritisch beurteilt. Fach- wie Medienberichte lenken die Aufmerksamkeit insbesondere auf Wirkstoffe, die in der Nutztierhaltung als Leistungsförderer oder Pharmazeutika eingesetzt werden. Dabei wird in der Öffentlichkeit zunehmend eine Verbindung zwischen den Rückstandsfunden, der Bildung resistenter Pathogene[1] und dem Verlust der Wirksamkeit pharmazeutischer Antibiotika geknüpft. Diese Schlussfolgerung ist derzeit aufgrund fehlender Kenntnisse über das Umweltverhalten der Antibiotika jedoch weder stichhaltig zu belegen noch zu widerlegen. Antibiotika machen etwa 70-90 % der in der Nutztierhaltung eingesetzten Medikamente aus.
Aus diesem Grund führt das Institut für Bodenkunde und Pflanzenernährung der Universität Rostock seit 1999 Forschungen zum Verhalten landwirtschaftlich genutzter Antibiotika in Böden durch. Dabei werden Proben von typischen, landwirtschaftlich genutzten Böden der norddeutschen jungpleistozänen Landschaft gezielt antibiotische Wirkstoffe zugegeben und deren Verhalten im Labor untersucht. Die untersuchten Sand-Braunerden und Lehm-Fahlerden treten miteinander vergesellschaftet weitverbreitet in Mecklenburg-Vorpommern auf.
Im Rahmen einer ersten, groben Abschätzung der in Mecklenburg-Vorpommern in Verkehr gebrachten antibiotisch wirksamen Stoffe zur Anwendung bei landwirtschaftlichen Nutztieren wurden für den Raum Weser-Ems (Winckler und Grafe 2000) und das Land Brandenburg (Linke und Kratz 2001) publizierte Daten auf die für Mecklenburg-Vorpommern angegebenen Tierbestandszahlen umgerechnet. Bei Übertragung der in Brandenburg in Verkehr gebrachten antibiotisch wirksamen Stoffe auf den Tierbestand von ca. 658.000 Schweinen und 573.000 Rindern in Mecklenburg-Vorpommern im Jahr 2000 ergeben sich Jahresverbrauchs-Mengen von 8,3 t Wirkstoffe, wobei der größte Teil (>95 %) in der Schweinehaltung eingesetzt wird (Thiele und Schaack 2001, unveröffentlicht). Bezogen auf 1.490.580 ha landwirtschaftlicher Nutzfläche ergibt sich potentiell eine durchschnittliche Ausbringungsmenge von 5,57 g antibiotisch wirksamer Stoffe aus der Tierhaltung je ha LF. Dabei sind jedoch die lokal sehr unterschiedliche Verteilung der Tierbestände und die daraus resultierende Antibiotika-Applikationen nicht berücksichtigt. Auch wurden mögliche Abbauprozesse, Gülleim- und -exporte sowie der gesamte Komplex der Humanarzneimittel aus Klärschlamm und Abwasser nicht in die Kalkulation einbezogen. Um die in Mecklenburg-Vorpommern in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung abgegebenen antibiotisch wirksamen Stoffe nach Substanzen und Mengen besser einschätzen zu können, werden derzeit in Kooperation mit dem Landesveterinär- und Lebensmitteluntersuchungsamt (LVL), Rostock, die dort zentral erfassten, tierärztlichen Herstellungsaufträge für Fütterungsarzneimittel für ausgewählte Zeiträume ausgewertet.
Von den in der Nutztierhaltung eingesetzten antibiotischen Wirkstoffe machen die Tetracycline etwa 50 % und die Sulfonamide rund 20 % aus. Die mengenmäßige Bedeutung dieser zwei Wirkstoffgruppen scheint sich auch für Mecklenburg-Vorpommern auf Basis einzelner Befragungen von Personen in der tierärztlichen Praxis zu bestätigen (Thiele und Schaack 2001, unveröffentlicht).
Nach Angaben der FEDESA wurden 1999 in der Europäischen Union und der Schweiz 13.216 Tonnen Antibiotika verbraucht, 35 % hiervon im Veterinärbereich. Hiervon wurden 786 Tonnen als Futterzusatzstoffe bzw. Wachstumsförderer eingesetzt, 3.902 Tonnen wurden zu therapeutischen Zwecken verwendet. Der Verbrauch an antibiotischen Wachstumsförderern hat sich seit 1997 stark reduziert (FEDESA 2001).
In Deutschland wurden im Jahr 1997 etwa 743 Tonnen Antibiotika im Veterinärbereich, d.h. als Therapeutika und als Futterzusatz, verabreicht. Dagegen wurden 1996 bundesweit nur etwa 320 Tonnen Antibiotika im Bereich der Humanarzneimittel abgesetzt (Kratz, Abbas und Linke 2000). Der Anteil der Antibiotika für den Humangebrauch liegt somit, anders als in der EU, weit unter dem Anteil des Veterinärbereiches.
In der EU sind zur Zeit nur noch vier Wachstumsförderer als Futterzusatz erlaubt: Avilamycin, Flavophospholipol, Monensin-Natrium und Salinomycin-Natrium.
Tabelle 126: Einsatz von Antibiotika
|
|
EU und Schweiz |
Deutschland |
||||
|
1997 |
1999 |
1997 |
||||
|
Tonnen |
% |
Tonnen |
% |
Tonnen |
% |
|
|
Humanmedizin |
7.659 |
60 |
8.528 |
65 |
320* |
30,1 |
|
Therapeutischer Einsatz an
Tieren |
3.494 |
27,5 |
3.902 |
29 |
488 |
45,9 |
|
Futterzusatz/Wachstumsförderer |
1.599 |
12,5 |
786 |
6 |
255 |
24,0 |
|
Gesamt |
12.752 |
100 |
13.216 |
100 |
1.063 |
100 |
*
Menge für 1996 nach Kratz, Abbas und Linke (2000)
Quelle: EMEA (1999) und FEDESA (2001)
Tabelle 127: Therapeutischer Einsatz von Antibiotika-Wirkstoffen an Tieren in der EU 1997
|
|
Menge |
Anteil |
|
Tonnen |
% |
|
|
Tetracycline |
2.294 |
65,7 |
|
Macrolide |
424 |
12,1 |
|
Penicillin |
322 |
9,2 |
|
Aminoglykoside |
154 |
4,4 |
|
Sulfonamid/Trimethoprim |
75 |
2,1 |
|
Fluorchinolone |
43 |
1,2 |
|
Sonstige |
182 |
5,2 |
|
Gesamt |
3.494 |
100 |
Quelle:
FEDESA (1998) und EMEA (1999)
Mit der Applikation von Gülle oder Klärschlamm auf die Felder gelangen Antibiotika auf die Bodenoberflächen, wo sie prinzipiell dem Abbau durch Licht unterliegen. Während in Flüssigkeiten Tetracycline binnen vier Tagen zu über 90 % und ausgewählte Sulfonamide zu über 30 % durch Photodegradation abgebaut wurden, verblieben bei Auftrag dieser Substanzen auf Bodenoberflächen auch nach 28 Tagen über 15 % der initial nachweisbaren Gehalte an Chlortetracyclin, während eine Photodegradation von Sulfapyridin nicht signifikant war (Thiele und Peters 2001, unveröffentlicht). Demnach ist zu erwarten, dass Antibiotika, die auf Bodenoberflächen gelangen, zu erheblichen Anteilen auch in diese eindringen können. Diese Schlussfolgerung gilt, zumal Antibiotika nicht als Reinsubstanzen sondern in organischen Düngern enthalten ausgebracht werden.
In Böden unterliegen Antibiotika wie andere organische Fremdstoffe einer Festlegung. Dabei ist das Ausmaß der Adsorption abhängig von den Eigenschaften der Substanzen und der Böden (Thiele und Leinweber 2000). Vor allem die organischen Bodensubstanzen sind wichtige Austauscher für die Tetracycline, die zudem mit Calciumionen unlösliche Komplexe bilden. Auf diese Weise kommt es in kalkhaltigen Böden, die in Mecklenburg-Vorpommern verbreitet sind, zu einer überaus starken Festlegung und geringen Mobilität dieser Substanzen. Demgegenüber weist Sulfapyridin als Sulfonamid in den untersuchten Böden eine Adsorption mittleren Ausmaßes auf (KOC-Werte um 1.400). Die Normierung von Sorptionskoeffizienten (K) auf den Gehalt an organischer Bodensubstanz (OC) ist jedoch von beschränkter Aussagekraft, da deren Qualität und Eigenschaften stark variieren. Daher wurden organo-mineralische Partikelgrößen-Fraktionen verwendet, um die Sorption ausgewählter Sulfonamide zu bestimmen.
Das Ausmaß der Adsorption nahm in der Reihenfolge Feinschluff > Ton > Mittelschluff > Sand > Gesamtboden > Grobschluff ab. Es ist zu vermuten, dass bei den sehr feinen organomineralischen Partikeln der Tonfraktion die Zugänglichkeit der Adsorptionsplätze, v.a. der organischen Bodensubstanz in Porenräumen und inneren Oberflächen für die Antibiotika geringer ist. Daraus resultiert eine gegenüber dem Feinschluff geringere Adsorption. Die Schluff- und Feinsandfraktionen unterliegen vorrangig einem möglichen Abtrag durch Wasser- und Winderosion, wodurch anhaftende Schad- und Fremdstoffe mit verbreitet würden.
Das Ausmaß der Desorption war hingegen in den Fraktionen Feinschluff und Ton am stärksten. Dies weist daraufhin, dass Sulfonamide außer durch die organischen Bodensubstanzen auch durch die Mineralpartikel des Bodens adsorbiert werden. Die Stärke der Adsorption an Mineralpartikel ist jedoch deutlich geringer, wodurch Anteile der Substanzen über längere Zeit mobil und bioverfügbar bleiben (Seibicke und Thiele 2001).
Entscheidend für die Umweltrelevanz der Antibiotika ist deren Wirkung auf Organismen. Bodenbiologische Untersuchungen zeigten, dass wachsende Mikroorganismenpopulationen durch Antibiotika in ihrer Aktivität gehemmt werden. Die Beeinflussung ist abhängig von der Substanz, der Dosis und den Bodeneigenschaften, z.B. dem Ausmaß der Adsorption. Antibiotische pharmazeutische Substanzen werden in Böden zwar rasch und stark festgelegt; sie zeigen jedoch in einigen Fällen schon unterhalb des Richtwertes der Europäischen Agentur für Arzneimittelzulassung von 100 µg/kg[2] konzentrationsabhängige Wirkungen auf Bodenmikroorganismen. Die Wirkung ist abhängig von den Substanz- und Bodeneigenschaften (Adsorption bzw. Bioverfügbarkeit), zeitabhängig und z.T. anhaltend. Kurzzeittests erfassen die Wirkung der Antibiotika daher nicht oder unzureichend. Die Wirkung von Antibiotika auf Bodenbakterien wird durch eine Aktivierung der Mikroorganismen angeregt. In den getesteten Böden Mecklenburg-Vorpommerns geht von den Antibiotika ein Selektionsdruck auf Bodenmikroorganismen aus (Thiele und Beck 2001).
Die vorgestellten Ergebnisse bedürfen weiterer Verifizierungen und Ergänzungen, um zumindest das Verhalten ausgewählter Antibiotika/Pharmazeutika in Böden in den wesentlichen Grundzügen zu verstehen und modellieren zu können. Untersuchungen und Beprobungen im Gelände müssen klären, inwieweit die im Labor gefundenen Zusammenhänge unter den in den landwirtschaftlich genutzten Böden Mecklenburg-Vorpommerns auftretenden Verhältnissen zutreffen.
Gegenwärtig wird für Mecklenburg-Vorpommern ein erstes Untersuchungsprogramm für relevante Arzneimittelwirkstoffe aus dem Bereich der Veterinärmedizin durchgeführt. Dieses Untersuchungsprogramm ist vom LUNG in Auftrag gegeben. Auf ausgewählten Flächen (Gülleverwertungsflächen aus DDR-Zeiten und gegenwärtige Verwertungsflächen) wird die stichprobenhafte Kontrolle möglicher schädlicher Bodenveränderungen durchgeführt. Da nach Niederschlagsereignissen eine partielle Verlagerung in das Grund- und Oberflächenwasser stattfinden kann, wird das Grundwasser im ersten ungedeckten Grundwasserleiter ebenfalls untersucht. Humanarzneimittel wurden bereits im Abwasser von Kläranlagen und im Deponiesickerwasser nachgewiesen (Bund/Länderausschuss für Chemikaliensicherheit 1999).
Die Recherche, die auch den Zeitraum vor 1990 berücksichtigt, umfasst die:
· Darstellung der wesentlichsten in Mecklenburg-Vorpommern eingesetzten Stoffgruppen der Antibiotika und ggf. weiterer Arzneimittel, sofern diese mengenmäßig und toxikologisch relevant sind,
· Ableitung des relevanten Parameterspektrums zur Analyse der Antibiotikarückstände unter Berücksichtigung von Literaturangaben und der in Mecklenburg-Vorpommern eingesetzten Verbindungen und die
· Darstellung der Flächen mit erheblicher Gülleausbringung sowie vorhandener Grundwassermessstellen auf diesen Flächen bzw. im Abstrom erfolgen. Das Untersuchungsprogramm baut inhaltlich auf die Ergebnisse aus Sachsen (Deutsch, K., U. Dornebrger, K. Jochmann und H. Pfützner) auf und wird im 1. Quartal 2002 abgeschlossen.
Auch endokrin wirksame Human- und Veterinärpharmazeutika können die Funktionen des Bodens, insbesondere die Funktion als Lebensraum und Lebensgrundlage für Bodenorganismen, beeinträchtigen.
Auf das Vorkommen von endokrin wirksamen Arzneimitteln und anderen endokrin wirksamen Substanzen im Klärschlamm sowie auf ihr Verhalten im Boden wird in Kapitel 4.1.3.1 eingegangen.
|
|
|
|
