journée dinformation sea, 6 mars 2003 fluoroquinolones - antibiotiques dans les eaux usées, les...
TRANSCRIPT
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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?
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
FluoroquinolonesFluoroquinolones
NH
O
Quinolone: la structure
Norfloxacine(NOR)
Ciprofloxacine(CIP)
N
O
COO–F
N
N
N
O
COO–F
N
N+ +
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
Accelerated Solvent Extraction Accelerated Solvent Extraction (ASE)(ASE)
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
Chromatogramme dChromatogramme d’’un extrait de un extrait de bouesboues
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
Antibiotiques dans les eaux Antibiotiques dans les eaux usées provenant d‘hôpitaux usées provenant d‘hôpitaux
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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)
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
STEP Zürich-WerdhölzliSTEP Zürich-Werdhölzli
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
Fosse pédologiqueFosse pédologique
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
Fluoroquinolones dans le GlattFluoroquinolones dans le Glatt
Golet et al., 2002
STEPs [g / jour]
[g / jour]
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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)
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
Fluoroquinolones dans les eaux Fluoroquinolones dans les eaux uséesusées
Eaux (hôpitaux)
Eaux usées
Affluents biologie
Effluents filtration
Glatt
Concentrations [μg/l]
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
Fluoroquinolones dans les eaux Fluoroquinolones dans les eaux uséesusées
PNECPNEC
Concentrations [μg/l]
Eaux (hôpitaux)
Eaux usées
Affluents biologie
Effluents filtration
Glatt
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
? ?
?
Est-ce que les émissions d‘antibiotiques dansl‘environnement contribuent aux résistances?
Distribution de Distribution de résistances aux résistances aux antibiotiquesantibiotiques
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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.
Journée d‘information SEA , 6 mars 2003
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