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

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1 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fluoroquinolones - Antibiotiques dans les eaux usées, les boues dépuration et les eaux de surface Alfredo Alder, Eva M. Golet, Irene Xifra, Adrian Strehler, Thi Ngoc Anh Pham, Walter Giger EAWAG, CH-8600 Dübendorf

2 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Index Introduction Méthodes analytiques Eaux usées, Boues dépuration Présence et comportement - Eaux usées provenant dhôpitaux - Flux dans la STEP Zürich-Werdhölzli - Présence et comportement dans le Glattal Évaluation du risque Résumé

3 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Analyses dans lenvironnement (Monitoring) 1976:1-2 µg/L dacide clofibrique & salicilique dans des STEPs Garrison et al., Athens, EPA. 1985:jusquà 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. 2001Analyse de 60 médicaments dans les eaux souterraines (D) Sacher et al. J. Chromatogr. A 938, 199-210 2002Analyse de 95 médicaments dans les eaux de surface (USA) Kolpin et al. ES&T 36, 1202-1211

4 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Concentrations faibles dans lenvironnement 2 à 3000 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 limportance dune contamination des écosystèmes aquatiques par ces substances? - des modifications progressives et peu manifestes? - des impacts à long terme?

5 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Voies des émissions

6 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Voies des émissions

7 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 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 lévaluation du risque: - PEC, "MEC - Apparition de résistances

8 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Treuhandstelle der Antibiotika-Importeure und BLW 0 20 40 60 80 100 120 199519961997199819992000 Tonnes Consommation totale Additifs dans les produits fourragères: Stimulateurs de performances antimicrobiennes et aliments médicamenteux Médecine humaine Médecine vétérinaire *interdits depuis 1999 Consommation des antibiotiques en Suisse

9 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Consommation des antibiotiques en médecine humaine en Suisse (1997, 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

10 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fluoroquinolones Quinolone: la structure Norfloxacine (NOR) Ciprofloxacine (CIP)

11 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Importance pour lenvironnement - 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 lurine, 25% dans les fèces -NOR env. 30 % dans lurine, 28 % dans les fèces

12 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Importance pour lenvironnement - 2 Propriétés physico-chimiques: -Pk COOH : 6-7; pK NH2 : 8-10 molécule portante une charge positive et négative à pH neutre -log K ow : -1.03 - 0.28 -log K d (boues): 4.3 L/Kg (CIP) Adsorption élevée Comportement dans lenvironnement: - non dégradable par les bactéries - photodégradable

13 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Détermination dans les eaux usées et dans les eaux de surface Enrichissement:SPE (échangeur de cations, MPC), pH 3 Élution avec 5% de NH 3 aqueux dans méthanol HPLC/FLD:Colonne RP-Amide (250 x 3 mm), Phosphate / ACN gradient HPLC/MS:Colonne RP-C 18 (250 x 2 mm) 0.1% TFA / ACN gradient Détection:Fluorescence:Ex: 278 nm, Em: 445 nm MS:Platform LC (Micromass), +ESI MS/MS:API 365 (Sciex) +ESI Litérature:Golet et al. (2001) Anal. Chem. 73, 3632-3638

14 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Détermination dans les boues et dans le sol Extraction:ASE (Accelerated Solvent Extraction) 50 mM H 3 PO 4 / ACN : 1 / 1 100 °C, 100 bar; 4 x 15 min Enrichissement:SPE (échangeur de cations, MPC), pH 3 Elution avec 5% de NH 3 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

15 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Accelerated Solvent Extraction (ASE)

16 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Chromatogramme dun extrait de boues

17 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Extraction séquentielle Boues dépuration Sol (traîté avec des boues) Nombre dextractions Pourcentage extrait

18 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Concentrations dans les boues MatriceCiprofloxacin Norfloxacin Boues fraîches a Dübendorf 1.40 ± 0.121.54 ± 0.03 Zürich-Werdhölzli 2.03 ± 0.201.96 ± 0.15 Boues stabilisées a Kloten-Opfikon 2.42 ± 0.062.37 ± 0.07 Zürich-Werdhölzli 2.27 ± 0.202.13 ± 0.19 Sol (traîté avec des boues) b Wetzikon 0.35 ± 0.040.32 ± 0.01 (t = 5 mois) Reckenholz 0.40 ± 0.030.29 ± 0.01 Sol (traîté avec des boues) b Wetzikon 0.28 ± 0.010.27 ± 0.01 (t = 21 mois) Reckenholz 0.27 ± 0.040.30 ± 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

19 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Antibiotiques dans les eaux usées provenant dhôpitaux

20 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Variabilité des concentrations dans les eaux usées provenant dhôpitaux heure (h)

21 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 STEP Zürich-Werdhölzli

22 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Ciprofloxacine dans des échantillons globaux journaliers Golet et al. Flux [g/j] Eaux usées Effluents décantation primaire Effluents décantation secondaire Effluents filtration merc jeudi ven sam dim lundi mardi

23 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Flux de Ciprofloxacine dans la STEP Werdhölzli Golet et al.

24 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fosse pédologique

25 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fluoroquinolones dans le Glatt Golet et al., 2002 STEPs[g / jour]

26 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fluoroquinolones dans le Glatt Golet et al., 2002 STEPs[g / jour]

27 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Golet et al., 2002 Emissions de Ciprofloxacin vers le Glatt Flux dans les eaux usées Glatt Flux (g/j) Distance (km)

28 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fluoroquinolones dans les eaux usées Eaux (hôpitaux) Eaux usées Affluents biologie Effluents filtration Glatt Concentrations [μg/l]

29 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Evaluation du risque (Ciprofloxacine) Algues (Selenastrum capricornutum): EC 50 : 3 mg/L (inhibition de la croissance) EU-TGD (eaux de surface): facteur de sécurité 1000 PNEC 3 µg/L Bactéries (Pseudomonas putida): EC 50 : 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 dinhibition minimale): LOEC: 10 µg/L Facteur de sécurité 10 (variabilité entre les éspèces) PNEC 1 µg/L

30 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Fluoroquinolones dans les eaux usées PNEC Concentrations [μg/l] Eaux (hôpitaux) Eaux usées Affluents biologie Effluents filtration Glatt

31 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 ? ? ? Est-ce que les émissions dantibiotiques dans lenvironnement contribuent aux résistances? Distribution de résistances aux antibiotiques

32 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Méthode: Antibiogramme INTERPRETATIVE STANDARDS CIPROFLOXACIN Résistent < 15 mm Intermédaire = 17 mm Sensible > 21 mm Corvaglia, Demarta, Gaia, Peduzzi (2002) Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona Sensible Résistent intermédiaire

33 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Concentrations - résistances Aeromonas, Antibiogramm Resistance aux Ciprofloxacin 0 10 20 30 40 051015 Concentrations [µg/L] Diamètre [mm] hôpital 1 hôpital 2 hôpital 4 hôpital 3 Unpublished results (2002) EAWAG, Dübendorf and Istituto Cantonale di Microbiologia, Bellinzona Sensible Intermédiaire Résistant

34 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Résumé Mise en place de méthodes analytiques spécifiques, QS Détermination des flux dans des systèmes techniques et naturels Mise en place détudes régionales Interprétations daprès 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.

35 Journée dinformation SEA, 6 mars 2003 Pour des informations supplémentaires European Agency for the Evaluation of Medicinal Products: http://www.emea.eu.int U.S. Environmental Protection Agency http://www.epa.gov/nerlesd1/chemistry/pharma/index.htm Food and Drug Administration http://www.fda.gov Bund/Länder-Ausschuss Chemikaliensicherheit (BLAC), Hamburg http://www.blac-info.de Institut für Veterinärpharmakologie und -toxikologie http://www.vetpharm.unizh.ch http://www.snf.ch/NFP/NFP49/Home_d.html http://www.bag.admin.ch


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