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Fluoroquinolones - Antibiotiques dans les eaux usées, les boues d‘épuration et les eaux de surface. Alfredo Alder , Eva M. Golet, Irene Xifra, Adrian Strehler, Thi Ngoc Anh Pham, Walter Giger EAWAG, CH-8600 Dübendorf. Index. Introduction
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Fluoroquinolones - Antibiotiques dans les eaux usées, les boues d‘épuration et les eaux de surface Alfredo Alder, Eva M. Golet, Irene Xifra, Adrian Strehler, Thi Ngoc Anh Pham, Walter Giger EAWAG, CH-8600 Dübendorf
Index • 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 (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 l‘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?
Objectifs Eaux usées des hôpitaux STEP Eaux de surface • 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
Consommation des antibiotiques en Suisse 120 100 Consommation totale 80 Additifs dans les produitsfourragères: Stimulateurs de performancesantimicrobiennes et alimentsmédicamenteux 60 Tonnes 40 Médecine humaine 20 Médecine vétérinaire *interdits depuis 1999 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Treuhandstelle der Antibiotika-Importeure und BLW
Consommation des antibiotiques en médecine humaine en Suisse (1997, TSA) 13.2 t Pénicillines &Ampicillines 4.3 t Cephalosporines 2.3 t autres 1.0 t Tetracyclines 5.5 t Sulfonamides 4.0 t Fluoroquinolones 4.3 t Macrolides
Fluoroquinolones Norfloxacine(NOR) Ciprofloxacine(CIP) Quinolone: la structure
Importance pour l‘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 l‘environnement - 2 • Propriétés physico-chimiques:- PkCOOH: 6-7; pKNH2:8-10 Þ molécule portante une charge positive et négative à pH neutre - log Kow: -1.03 - 0.28 - log Kd (boues): 4.3 L/Kg (CIP) Þ Adsorption élevée • Comportement dans l‘environnement:- non dégradable par les bactéries - photodégradable
Détermination dans les eaux usées et dans les eaux de surface Enrichissement: SPE (échangeur de cations, MPC), pH 3Élution avec 5% de NH3aqueux 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 dans 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 NH3aqueux 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
Extraction séquentielle Boues d‘épuration Pourcentage extrait Nombre d‘extractions Sol (traîté avec des boues) Pourcentage extrait Nombre d‘extractions
Concentrations dans les boues mg/kg MS Matrice Ciprofloxacin Norfloxacin ± ± Boues fraîchesa D ü bendorf 1.40 0.12 1.54 0.03 ± ± Zürich-Werdhölzli 2.03 0.20 1.96 0.15 ± ± Boues stabiliséesa Kloten-Opfikon 2.42 0.06 2.37 0.07 ± ± Zürich-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.
Variabilité des concentrations dans les eaux usées provenant d‘hôpitaux heure (h)
Ciprofloxacine dans des échantillons globaux journaliers Eaux uséesEffluents décantation primaireEffluents décantation secondaireEffluents filtration Flux [g/j] merc jeudi ven sam dim lundi mardi Golet et al.
Flux de Ciprofloxacine dans la STEP Werdhölzli Golet et al.
Fluoroquinolones dans le Glatt STEPs [g / jour] [g / jour] Golet et al., 2002
Fluoroquinolones dans le Glatt STEPs [g / jour] [g / jour] Golet et al., 2002
Emissions de Ciprofloxacinvers le Glatt Flux dansles eaux uséesGlatt Flux (g/j) Distance (km) Golet et al., 2002
Fluoroquinolones dans les eaux usées Eaux (hôpitaux) Eaux usées Affluents biologie Effluents filtration Glatt Concentrations [μg/l]
Evaluation du risque (Ciprofloxacine) • Algues (Selenastrum capricornutum):EC50: 3 mg/L (inhibition de la croissance) EU-TGD (eaux de surface): facteur de sécurité 1‘000 ÞPNEC 3 µg/L • Bactéries (Pseudomonas putida): EC50: 80 µg/l (inhibition de la croissance)EU-TGD (STEP): facteur de sécurité 10 ÞPNEC 8 µg/L • umuC-Genotoxicité LOEC: 5 µg/L(Hartmann et al., 1998) • „CIM“ (Concentration d’inhibition minimale): LOEC:10 µg/LFacteur de sécurité 10 (variabilité entre les éspèces)ÞPNEC 1 µg/L
Fluoroquinolones dans les eaux usées PNEC Eaux (hôpitaux) Eaux usées Affluents biologie Effluents filtration Glatt Concentrations [μg/l]
Distribution de résistances aux antibiotiques ? ? ? Est-ce que les émissions d‘antibiotiques dansl‘environnement contribuent aux résistances?
Méthode: Antibiogramme Sensible Résistent intermédiaire INTERPRETATIVE STANDARDS CIPROFLOXACIN Résistent < 15 mm Intermédaire = 17 mm Sensible > 21 mm Corvaglia, Demarta, Gaia, Peduzzi (2002) Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona
Concentrations - résistances Aeromonas, AntibiogrammResistance aux Ciprofloxacin hôpital 1 hôpital 2 hôpital 3 hôpital 4 40 30 Sensible Intermédiaire Résistant 20 Diamètre [mm] 10 0 0 5 10 15 Concentrations [µg/L] Unpublished results (2002)EAWAG, Dübendorf and Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona
Résumé • 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 supplémentaires • 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), Hamburghttp://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