Vorkommen und Umweltverhalten von Cytostatika in Oberflächengewässern

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: 2001.H.19

Schlüsselwörter (Deutsch)

Cytostatika
Gewässerschutz
Heilmittel
Metaboliten
Abwasserreinigungsanlagen
umweltgefährdende Stoffe

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Rückstände von Heilmitteln der Humanmedizin in der Umwelt haben in den letzten Jahren vermehrt kritische Beachtung gefunden. Heilmittelwirkstoffe, sowie deren Metaboliten, werden vor allem via Einnahme, renale Ausscheidung und anschliessend über häusliche Abwässer und Abwasserreinigungsanlagen in die aquatische Umwelt ausgebracht. Zu den potentiell umweltgefährdenden Stoffen gehören cytostatische Heilmittel, die bei verschiedenen Formen von Krebs in der Chemotherapie und zur Therapie von Autoimmunkrankheiten (z.B. Rheuma) eingesetzt werden. Zu diesen gehört die Gruppe der Oxazaphosphorine. Die Gruppe umfasst drei Vertreter, Cyclophosphamid, Ifosfamid und Trofosfamid. Es handelt sich um relativ niedermolekulare, polare, schwerflüchtige und wasserlösliche Phosphonsäureamide.

Die Wirkstoffe werden in der stationären Behandlung in Dosierungen bis 40 mg/kg Körpergewicht x Tag eingesetzt. In vivo erfolgt die Aktivierung und Metabolisierung in der Leber, wobei die cytostatische Wirkung von den alkylierenden Seitenketten ausgeht. Die Wirkstoffe werden jedoch nur teilweise metabolisiert und deshalb auch zu einem beträchtlichen Teil unmetabolisiert oder nur geringfügig metabolisiert wieder mit dem Urin ausgeschieden.

Bedingt durch deren Stabilität und hohe biologische Aktivität ist eine Umweltgefährdung durch Cytostatika und deren primäre Abbauprodukte denkbar z.B. cytotoxische Wirkung, Immunosuppression resp. Mutagenität bei höheren aquatischen Organismen. In dieser Arbeit sollen die Grundlagen erarbeitet werden, um die Umweltbelastung mit Cytostatika (Kläranlagen, Oberflächengewässer) und das Umweltverhalten abzuklären.

Projektziele (Deutsch)

Zu den einzelnen Schritten und zu den Zielen des Projektes gehören folgende Punkte:

Literaturrecherche:
Durchführen einer Literaturrecherche zu den Themen Analytik, Vorkommen in der Umwelt, Umweltverhalten und Oekotoxikologie der Verbindungen, um den aktuellen Stand des Wissens über diese Verbindungen zu dokumentieren. Beschaffung der noch fehlenden Referenzsubstanzen.

Ausarbeitung der Nachweisverfahren zur Bestimmung von Rückständen in Wasser und Abwasser:
Der Einsatz von GC-MS und HPLC-MS zur Bestimmung von Rückständen wird evaluiert. Die ggf. in der Literatur verfügbaren Methoden zur Aufkonzentrierung der Zielverbindungen aus wässerigen Proben, ggf. Derivatisierung und Aufreinigung zum Spurennachweis mit den instrumentellen Methoden sollen angepasst und eingeführt werden, um hinreichend gute Nachweisempfindlichkeiten und Selektivität zu erzielen.

Abklärungen zum Einsatz von Cytostatika in der Medizin, zu Transfer und Metabolisierung im Menschen und Prozesse von Spitalabwässern auf dem Weg in die Kläranlage:
In Zusammenarbeit mit ausgewählten, spezialisierten Kliniken im Raum Zürich wird die Häufigkeit und die Modalitäten zur Behandlung von Patienten mit Cytostatika abgeklärt (Einsatz der Wirkstoffe, Behandlungen stationär/ambulant, Dosierungen, Anzahl Patienten pro Jahr), was eine Abschätzung der eingesetzten Wirkstoffmengen erlaubt. Falls sich Patienten zur Verfügung stellen, sollen 24h-Urinproben untersucht werden, um eine Relation von Dosierung und renaler Ausscheidung zu erhalten. Basierend auf diesen Angaben sollen erste Range-finding-Studien zum Vorkommen in Kläranlagen mit Anteil Spitalabwässer durchgeführt werden (Vorklärbecken-Nachklärbecken), um erste Informationen über mögliche Belastungen von Fliessgewässern und Seen zu erhalten.

Pilotstudie zur Validierung der entwickelten Nachweismethode in Wasserproben aus Kläranlagen und Oberflächengewässern:
In ausgewählten Proben wird die Nachweismethode auf Selektivität und Stabilität überprüft und gleichzeitig werden erste Informationen über Konzentrationen der Zielverbindungen in Kläranlagen und Oberflächenwässern gesammelt.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Während einer Zeitperiode mit Chemotherapie-Behandlung wurden im Zu- und Ablauf der kommunalen Kläranlage, an die das behandelnde Spital angeschlossen ist, Cyclophosphamid-Konzentrationen von 11 bzw. 10 ng/l gemessen. Die Verbindungen wurden in der Kläranlage kaum eliminiert. Zum Vergleich wurde auch Abwasser während einer Zeitperiode ohne Behandlungen in Spital analysiert. Die Cyclophosphamid-Konzentrationen waren zu diesem Zeitpunkt deutlich tiefer (ca. 4 ng/l im Zulauf und 2 ng/l im Ablauf) und können durch dessen Verwendung als Immunsuppressivum erklärt werden. Ifosfamid wurde nicht verabreicht und wurde im Abwasser der kommunalen Kläranlage auch nicht detektiert. In den untersuchten Oberflächengewässern lagen die Konzentrationen der Cytostatika unterhalb der Detektionsgrenze von 1 ng/l.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Mit den erzielten Resultaten wird es möglich sein, im Herbst 2002 erste Daten über Vorkommen von solchen Stoffen in Kläranlagen und Oberflächengewässern zu präsentieren, um allenfalls über ein Folgeprogramm und dessen Ausrichtung diskutieren zu können.