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Arzneimittelrückstände in der Umwelt - Identifizierung prioritärer Stoffe für die Beurteilung von Umwelt- und Gesundheitswirkungen

  • Das ubiquitäre Vorkommen von Arzneimittelrückständen ist eng mit möglichen Risiken für Mensch und Umwelt verbunden. Das übergeordnete Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Weiterentwicklung methodischer Ansätze für die Identifizierung prioritärer Arzneimittelrückstände vor dem Hintergrund bestehender Wissens- und Regulierungslücken. Unter diesem Gesichtspunkt wurden drei aktuelle Problemfelder aus dem Themenkomplex "Arzneimittel in der Umwelt " ausgewählt und anhand konkreter Fallbeispiele betrachtet. Tierarzneimittel werden häufig mit der Ausbringung von Wirtschaftsdünger in landwirtschaftlich genutzte Böden eingetragen. Gegenstand der ersten Publikation ist die Frage, inwiefern Anwendungsschemata aus der Nutztierhaltung für die retrospektive Identifizierung prioritärer Tierarzneimittelrückstände genutzt werden können. Hierzu wurde eine spezielle Herangehensweise entwickelt und am Beispiel von Antibiotika erprobt. Die durchgeführte Eintragsabschätzung ermöglichte erstmalig eine umfassende Einschätzung der potenziellen Antibiotikabelastung in Wirtschaftsdünger und landwirtschaftlich genutzten Böden im nordwestdeutschen Raum. Die Ergebnisse deuten auf erhebliche Umwelteinträge hin, die eine Neubewertung bestehender Wirkstoffzulassungen notwendig erscheinen lassen. In der zweiten Publikation wurden am Beispiel einer Mischung aus 18 Arzneistoffen verschiedene Bewertungsansätze verfolgt, um das Risiko einer kombinierten antimikrobiellen Wirkung genauer zu charakterisieren und prioritäre Mischungsbestandteile zu identifizieren. Das Risiko einer antimikrobiellen Wirkung wurde sowohl durch eine experimentelle Prüfung der Mischung als auch durch einen komponentenbasierten Berechnungsansatz bestätigt. Der komponentenbasierte Ansatz verdeutlichte zudem die besondere Relevanz der in der Mischung enthaltenen Fluorchinolon-Antibiotika. Die notwendige Grundlage für eine belastbare Abschätzung von Kombinationseffekten sind jedoch harmonisierte Einzelstoffdaten, die bisher nicht im benötigten Umfang zur Verfügung stehen. Deshalb sollte speziell für Antibiotika eine systematische Prüfung der Wirkung auf Umweltmikroorganismen durchgeführt werden. Arzneistoffe können entlang ihres Lebenszyklus verschiedene biotische und abiotische Transformationsprozesse durchlaufen, die oft zur Bildung von unvollständig charakterisierten Transformationsprodukten (TPs) führen. Die Publikationen 3-7 leisten einen allgemeinen Beitrag zur Einschätzung des möglichen Gefahrenpotenzials von pharmazeutischen TPs im Wasserkreislauf und generieren neue methodische Erkenntnisse vor dem Hintergrund einer vorausschauenden Identifizierung von prioritären Abbauprodukten. Die durchgeführten Fallstudien bestätigten, dass photochemische Transformationsprozesse nicht nur zur Abschwächung bereits vorhandener, sondern im Gegenteil auch zur Entstehung gänzlich neuer Gefahrenpotenziale beitragen können. Es ist somit stark in Frage zu stellen, ob die alleinige Fokussierung auf bekannte Aktivitäten der Muttersubstanz für eine sichere Bewertung von TPs ausreicht.
  • The ubiquitous occurrence of pharmaceutical residues is closely linked to possible risks for humans and the environment. The overall objective of this research work was the further development of methodological approaches for the prioritization of pharmaceutical residues with regard to possible gaps in knowledge and legislation. With this in mind, three current problems related to "Pharmaceuticals in the Environment" were discussed on the basis of specific case studies. Veterinary medicinal products are frequently released into agricultural soils with the application of livestock manure. The first publication dealt with the question how usage patterns from livestock farming could be applied to the retrospective prioritization of veterinary drugs. For this purpose, a special approach was developed and assessed by the example of antibiotic agents. This resulted in a first comprehensive picture of the potential antibiotic load in manure and agricultural soils in the region of northwestern Germany. The obtained findings suggested a significant environmental contamination, showing the need for a re-evaluation of existing active substance approvals. In the second publication, different assessment approaches were applied to an exemplary mixture of 18 pharmaceuticals in order to characterize the risk of a combined antimicrobial effect more precisely and to identify priority mixture components. The risk of an antimicrobial effect was confirmed by both the experimental testing of the whole mixture and a component-based calculation approach. The component-based approach also demonstrated the particular relevance of the fluorchinolone antibiotics in the mixture. However, the necessary basis for a reliable estimation of combination effects are harmonized individual substance data, which are currently not available to the extent required. This argues for a more sophisticated bacterial toxicity assessment of environmentally relevant pharmaceuticals, especially for antibiotics. Pharmaceuticals can undergo various biotic and abiotic transformation processes along their life cycle, which often lead to the formation of incompletely characterized transformation products (TPs). Publications 3-7 pursued the evaluation of potential hazards of pharmaceuti-cal TPs in the water cycle and the generation of new methodological findings with regard to a proactive identification of hazardous degradation products. The performed case studies con- firmed that photochemical transformation processes can contribute not only to the mitigation of existing, but also to the creation of completely new hazard potentials. Therefore, it must be questioned whether the sole focus on known activities of the parent substance is sufficient for a reliable evaluation of TPs.

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Metadaten
Author:Jakob Menz
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-144820
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/845
Title Additional (English):Pharmaceutical residues in the environment - Identification of priority substances for the assessment of environmental and health effects
Advisor:Klaus Kümmerer (Prof. Dr.)
Referee:Klaus Kümmerer (Prof. Dr.), Carolin Floeter (Prof. Dr.)GND, Gerd Hamscher (Prof. Dr.)GND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2017
Date of Publication (online):2018/03/06
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2018/02/20
Release Date:2018/03/06
GND Keyword:Arzneimittel; Tiermedizin; Umweltbelastung; Toxizität
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit
Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Nachhaltige Chemie und Umweltchemie (INUC)
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht