Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fluoroquinolones - Antibiotiques dans les eaux usées, les boues dépuration et les eaux de surface Alfredo Alder,

Journée d‘information SEA , 6 mars 2003

Fluoroquinolones - Antibiotiques Fluoroquinolones - Antibiotiques dans les eaux usées, les boues dans les eaux usées, les boues

d‘épuration et les eaux de d‘épuration et les eaux de surfacesurface

Alfredo Alder, Eva M. Golet, Irene Xifra, Adrian Strehler,

Thi Ngoc Anh Pham, Walter Giger

EAWAG, CH-8600 Dübendorf


IndexIndex

Introduction

Méthodes analytiquesEaux usées, Boues d’épuration

Présence et comportement- Eaux usées provenant d’hôpitaux- Flux dans la STEP Zürich-Werdhölzli- Présence et comportement dans le Glattal

Évaluation du risque

Résumé


Analyses dans l’environnement Analyses dans l’environnement (Monitoring)(Monitoring)

1976: 1-2 µg/L d’acide clofibrique & salicilique dans des STEPs Garrison et al., Athens, EPA.

1985: jusqu’à 1 µg/L de résidus de médicaments dans des STEPs et des eaux de surface Richardson & Bowron, London.

depuis 1995: 80 médicaments ont été analysés dans les eaux de surface Ternes, Stumpf, Hirsch et al., Wiesbaden.

2001 Analyse de 60 médicaments dans les eaux souterraines (D) Sacher et al. J. Chromatogr. A 938, 199-210

2002 Analyse de 95 médicaments dans les eaux de surface (USA) Kolpin et al. ES&T 36, 1202-1211


Concentrations faibles dans Concentrations faibles dans l‘environnementl‘environnement

2 à 3‘000 substances (médecine humaine et vétérinaire)

Les médicaments sont utilisés:- pour déclencher une réaction biochimique

spécifique- pour un organisme spécifique- pendant une période définie

mais,

Quel est l‘importance d‘une contamination des écosystèmes aquatiques par ces substances?- des modifications progressives et peu manifestes? - des impacts à long terme?


Voies des émissionsVoies des émissions

Médicaments humains

Excretion

Eaux usées

STEP

Eaux de surface

Eaux potable

Eaux souterraines

Sol

Déchets ménagers

Décharge

Déverse-ments

Désapprovisionnement

fuites

Ruissellementv

v


Voies des émissionsVoies des émissions

Médicaments humains

Excretion

Eaux usées

STEP

Eaux de surface

Eaux potable

Eaux souterraines

Sol

Déchets ménagers

Décharge

Déverse-ments

Désapprovisionnement

fuites

Ruissellementv

v

et vétérinaires

Engrais de ferme

ExcretionAquaculture


ObjectifsObjectifs

Eaux usées des hôpitaux Eaux usées des hôpitaux STEP STEP Eaux de Eaux de surfacesurface

Mise en place des méthodes analytiques

Détermination des flux:- Les émissions dans les STEPs et dans les eaux de surface- Interprétation des processus

Informations pour l‘évaluation du risque:

- PEC, "MEC”- Apparition de résistances

Journée d‘information SEA , 6 mars 2003Treuhandstelle der Antibiotika-Importeure und BLW

0

20

40

60

80

100

120

1995 1996 1997 1998 1999 2000

Ton

nes

Consommation totale

Additifs dans les produitsfourragères:Stimulateurs de performancesantimicrobiennes et alimentsmédicamenteux

Médecine humaine

Médecine vétérinaire

*interdits depuis 1999

Consommation des antibiotiques en Consommation des antibiotiques en SuisseSuisse


Consommation des antibiotiques en Consommation des antibiotiques en médmédeecine humaine en Suisse (1997, cine humaine en Suisse (1997, TSA)TSA)

13.2 t Pénicillines &Ampicillines

2.3 t autres

4.3 t Cephalosporines

5.5 t Sulfonamides

4.3 t Macrolides

4.0 t Fluoroquinolones

1.0 t Tetracyclines


FluoroquinolonesFluoroquinolones

NH

O

Quinolone: la structure

Norfloxacine(NOR)

Ciprofloxacine(CIP)

N

O

COO–F

N

N

N

O

COO–F

N

N+ +


Importance pour Importance pour l‘environnement - 1l‘environnement - 1

Consommation: - env. 4.8 t (CH 1999)- CIP et NOR représentent env. 90 % de tous

les FQs

Inhibition de la Gyrase microbienne

Excrétion des substances non métabolisées pour la plus grande partie

- CIP env. 45% dans l’urine, 25% dans les fèces

- NOR env. 30 % dans l’urine, 28 % dans les fèces


Importance pour Importance pour l‘environnement - 2l‘environnement - 2

Propriétés physico-chimiques:- PkCOOH: 6-7; pKNH2: 8-10

molécule portante une charge positive et négative à pH neutre

- log Kow: -1.03 - 0.28

- log Kd (boues): 4.3 L/Kg (CIP)

Adsorption élevée

Comportement dans l‘environnement:- non dégradable par les bactéries- photodégradable


Détermination dans les eaux Détermination dans les eaux usées et dans les eaux de usées et dans les eaux de surfacesurface

Enrichissement: SPE (échangeur de cations, MPC), pH 3Élution avec 5% de NH3 aqueux dans méthanol

HPLC/FLD: Colonne RP-Amide (250 x 3 mm), Phosphate / ACN gradient

HPLC/MS: Colonne RP-C18 (250 x 2 mm)0.1% TFA / ACN gradient

Détection: Fluorescence: Ex: 278 nm, Em: 445 nmMS: Platform LC (Micromass), +ESIMS/MS: API 365 (Sciex) +ESI

Litérature: Golet et al. (2001) Anal. Chem. 73, 3632-3638


Détermination dans les boues et Détermination dans les boues et dans le soldans le sol

Extraction: ASE (Accelerated Solvent Extraction)50 mM H3PO4 / ACN : 1 / 1100 °C, 100 bar; 4 x 15 min

Enrichissement:SPE (échangeur de cations, MPC), pH 3 Elution avec 5% de NH3 aqueux dans méthanol

HPLC/FLD: RP-Amide (250 x 3 mm), Phosphate / ACN Gradient

Detektion: Fluorescence: Ex: 278 nm, Em: 445 nm

Literatur: Golet et al. (2002) Anal. Chem. 74, 5455-5462


Accelerated Solvent Extraction Accelerated Solvent Extraction (ASE)(ASE)


Chromatogramme dChromatogramme d’’un extrait de un extrait de bouesboues


Extraction séquentielleExtraction séquentielle

Boues d‘épuration

Sol (traîté avec des boues)

Nombre d‘extractions

Nombre d‘extractions

Pou

rcen

tage

ext

rait

Pou

rcen

tage

ext

rait


Concentrations dans les bouesConcentrations dans les boues

Matrice Ciprofloxacin Norfloxacin

Boues fraîchesa Dübendorf 1.40 ± 0.12 1.54 ± 0.03Zürich-Werdhölzli 2.03 ± 0.20 1.96 ± 0.15

Boues stabiliséesa Kloten-Opfikon 2.42 ± 0.06 2.37 ± 0.07Zürich-Werdhölzli 2.27 ± 0.20 2.13 ± 0.19

Sol (traîté avec des boues)b Wetzikon 0.35 ± 0.04 0.32 ± 0.01(t = 5 mois) Reckenholz 0.40 ± 0.03 0.29 ± 0.01

Sol (traîté avec des boues)b Wetzikon 0.28 ± 0.01 0.27 ± 0.01(t = 21 mois) Reckenholz 0.27 ± 0.04 0.30 ± 0.01

a Conditions ASE : 100 °C, 100 bar, 4 x 15 Min.b Conditions ASE : 100 °C, 100 bar, 6 x 15 Min.

mg/kg MS


Antibiotiques dans les eaux Antibiotiques dans les eaux usées provenant d‘hôpitaux usées provenant d‘hôpitaux


Variabilité des concentrations Variabilité des concentrations dans les eaux usées provenant dans les eaux usées provenant d‘hôpitaux d‘hôpitaux

0.0

4.0

8.0

12.0

16.0

20.0

7 10 13 16 19 22 1 4

Tageszeit (h)

Norfl

oxaci

n [

µg/L)

0

5

10

15

20

25

30

35

Cip

rofl

oxaci

n [

µg/L]

heure (h)


STEP Zürich-WerdhölzliSTEP Zürich-Werdhölzli


Ciprofloxacine dans des Ciprofloxacine dans des échantillons globaux échantillons globaux journaliersjournaliers

Golet et al.

Flu

x [

g/j

]

Eaux uséesEffluents décantation primaireEffluents décantation secondaireEffluents filtration

merc jeudi ven sam dim lundi mardi


Flux de Flux de Ciprofloxacine Ciprofloxacine

dans la STEP dans la STEP WerdhölzliWerdhölzli

Golet et al.

Floculationsur filtre

49 ± 2Boues en excès

93 ± 12 g/jEaux usées

72 %28 %

Décantationprimaire

Traitementdes boues

87 ± 16Boues fraîches

60 ± 9Effluents

décantationprimaire

78 ± 11Boues digérées

15 ± 3Effluents

décantationsecondaire

11 ± 2Effluentsfiltration

Traitement biologique

adsorbé

soluble


Fosse pédologiqueFosse pédologique


Fluoroquinolones dans le GlattFluoroquinolones dans le Glatt

Golet et al., 2002

STEPs [g / jour]

[g / jour]


Fluoroquinolones Fluoroquinolones dans le Glattdans le Glatt

Golet et al., 2002

STEPs [g / jour]

[g / jour]

Journée d‘information SEA , 6 mars 2003Golet et al., 2002

Emissions de Emissions de CiprofloxacinCiprofloxacinvers le Glattvers le Glatt

Flux dansles eaux uséesGlatt

Flu

x (g

/j)

Distance (km)


Fluoroquinolones dans les eaux Fluoroquinolones dans les eaux uséesusées

Eaux (hôpitaux)

Eaux usées

Affluents biologie

Effluents filtration

Glatt

Concentrations [μg/l]


Evaluation du risque Evaluation du risque (Ciprofloxacine)(Ciprofloxacine)

Algues (Selenastrum capricornutum):EC50: 3 mg/L (inhibition de la croissance)

EU-TGD (eaux de surface): facteur de sécurité 1‘000 PNEC 3 µg/L

Bactéries (Pseudomonas putida): EC50: 80 µg/l (inhibition de la croissance)

EU-TGD (STEP): facteur de sécurité 10 PNEC 8 µg/L

umuC-Genotoxicité LOEC: 5 µg/L (Hartmann et al., 1998)

„CIM“ (Concentration d’inhibition minimale): LOEC: 10 µg/L Facteur de sécurité 10 (variabilité entre les éspèces) PNEC 1 µg/L


Fluoroquinolones dans les eaux Fluoroquinolones dans les eaux uséesusées

PNECPNEC

Concentrations [μg/l]

Eaux (hôpitaux)

Eaux usées

Affluents biologie

Effluents filtration

Glatt


? ?

?

Est-ce que les émissions d‘antibiotiques dansl‘environnement contribuent aux résistances?

Distribution de Distribution de résistances aux résistances aux antibiotiquesantibiotiques


Méthode: Méthode: AntibiogrammeAntibiogramme

INTERPRETATIVE STANDARDS

CIPROFLOXACINRésistent < 15 mm

Intermédaire = 17 mmSensible > 21 mm

Corvaglia, Demarta, Gaia, Peduzzi (2002)Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona

Sensible

Résistent

intermédiaire


Concentrations Concentrations -- résistances résistances

Aeromonas, AntibiogrammResistance aux Ciprofloxacin

0

10

20

30

40

0 5 10 15

Concentrations [µg/L]

Dia

mètr

e [

mm

]

hôpital1

hôpital 2

hôpital 4

hôpital3

Unpublished results (2002)EAWAG, Dübendorf and Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona

Sensible

Intermédiaire

Résistant


RésuméRésumé

Mise en place de méthodes analytiques spécifiques, QS

Détermination des flux dans des systèmes techniques et naturels

Mise en place d‘études régionales

Interprétations d‘après les processus

Utilisation de méthodes chimiques combinées avec des „endpoints“ biologiques (p.ex résistance aux antibiotiques)

Aucuns impacts aiguës pour les écosystèmes sont causés par les antibiotiques.


Pour des informations Pour des informations supplémentairessupplémentaires

European Agency for the Evaluation of Medicinal Products: http://www.emea.eu.int

U.S. Environmental Protection Agencyhttp://www.epa.gov/nerlesd1/chemistry/pharma/index.htm

Food and Drug Administrationhttp://www.fda.gov

Bund/Länder-Ausschuss Chemikaliensicherheit (BLAC), Hamburg http://www.blac-info.de

Institut für Veterinärpharmakologie und -toxikologiehttp://www.vetpharm.unizh.ch

http://www.snf.ch/NFP/NFP49/Home_d.html

http://www.bag.admin.ch

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