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 analytiques Eaux 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?

Voies des émissions

Voies des émissions

Objectifs Mise en place des méthodes analytiques 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 produits fourragères: Stimulateurs de performances antimicrobiennes et aliments médicamenteux Tonnes 60 40 Médecine humaine 20 Médecine vétérinaire *interdits depuis 1999 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Treuhandstelle der Antibiotika-Importeure und BLW

13.2 t Pénicillines & Ampicillines 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

Fluoroquinolones Quinolone: la structure Norfloxacine (NOR) Ciprofloxacine (CIP)

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 3 Élution 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 nm MS: Platform LC (Micromass), +ESI MS/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 / 1 100 °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 (ASE)

Chromatogramme d’un extrait de boues

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.

Antibiotiques dans les eaux usées provenant d‘hôpitaux

Variabilité des concentrations dans les eaux usées provenant d‘hôpitaux heure (h)

STEP Zürich-Werdhölzli

Ciprofloxacine dans des échantillons globaux journaliers Eaux usées Effluents décantation primaire Effluents décantation secondaire Effluents filtration Flux [g/j] merc jeudi ven sam dim lundi mardi Golet et al.

Flux de Ciprofloxacine dans la STEP Werdhölzli Golet et al.

Fosse pédologique

Fluoroquinolones dans le Glatt STEPs [g / jour] Golet et al., 2002

Fluoroquinolones dans le Glatt STEPs [g / jour] Golet et al., 2002

Emissions de Ciprofloxacin vers le Glatt Flux dans les eaux usées Glatt 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 Þ PNEC 3 µg/L Bactéries (Pseudomonas putida): EC50: 80 µg/l (inhibition de la croissance) EU-TGD (STEP): facteur de sécurité 10 Þ 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) Þ PNEC 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 dans l‘environnement contribuent aux résistances?

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

Concentrations - résistances Aeromonas, Antibiogramm Resistance aux Ciprofloxacin hôpital 1 hôpital 2 hôpital 3 hôpital 4 40 30 Sensible Intermédiaire Résistant 20 Diamètre [mm] 10 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 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