Untersuchungen zum Eintrag von Antibiotika und natürlichen endokrinen Disruptoren nach Gülleausbringung in Gewässer Nordrhein-Westfalens

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Themenkomplex „Antibiotikarückstände in der aquatischen Umwelt“. Es werden dazu relevante Kompartimente und Eintragspfade in die Oberflächengewässer, ausgehend von Gülle und Bodenuntersuchungen, sowie Kläranlagenzulauf- und -ablaufproben auf Gehalte an Human- und Veterinärantibiotika untersucht. Zentrale Fragestellung war, wie Rückstände in die Gewässer gelangen, welche Zusammenhänge im aquatischen System bestehen, ob die veterinärmedizinische Anwendung einen Einfluss auf die Gehalte hat und welche Risiken oder Problematiken sich aus den Befunden ergeben. Nach der Vorstellung der untersuchten Klassen, der Wirkungsmechanismen, der Resistenzproblematik, der Darstellung der rechtlichen Grundlagen, der Verbrauchsmengen, der Eintragswege, sowie der abgeschätzten Umweltkonzentrationen, werden die verwendeten Nachweisverfahren, HPLC-UV, LC-MS/MS und Immunoassay (ELISA) zur Bestimmung von Rückständen in den besagten Matrizes, beschrieben. Es wurde ein SPE-Anreicherungsverfahren entwickelt, das in Kombination mit einem LCMS/ MS-Verfahren zur Bestimmung von Antibiotikarückständen in Oberflächengewässern diente. Daneben wurden Immunoassays u.a. für Sulfonamid-Antibiotika entwickelt und angepaßt, die die Bestimmung von Rückständen in Bodenextrakten und Güller erlauben. Ausgehend von Messungen in den Primär-Matrizes, wie Abwasser und Gülle konnten Rückstände im Bereich weniger μg/L im Abwasser bzw. weniger mg/L in Gülle (bis zu 19 mg/L) bestimmt werden. In mit Gülle beaufschlagten Böden konnten ebenfalls Rückstände, allerdings nur noch im μg/kg-Bereich, gefunden werden. In Oberflächenwasser lagen die Konzentration im ng/L-Bereich mit Höchstwerten von 300 ng/L. Am häufigsten traten Makrolide, Sulfonamide und Lincosamide auf. Dabei konnten Antibiotika sowohl aus der Human-, als auch aus der Veterinäranwendung gefunden werden, letztere allerdings in deutlich niedrigeren Konzentration von weniger als 10 ng/L (maximal 90 ng/L Tylosin). Daher konnte ein Einfluss der Landwirtschaft auf das Vorkommen von Rückständen in Gewässern nachgewiesen werden, wenngleich dieser Einfluss im Vergleich zum Einfluss der Humananwendung unbedeutend ist. Insgesamt gesehen, konnten die Eintragspfade von Antibiotika in die aquatische Umwelt aber aus beiden Bereichen der Anwendung nachverfolgt werden. Zwischen ländlichen Gebieten und dichter besiedelten Gebieten wurden keine Unterschiede deutlich. Da der weitaus größte Anteil aus Humanpharmaka besteht, die mit Kläranlagenabflüssen eingetragen werden, ist für die Gehalte der Anteil von Abwasser in den Gewässern bestimmend. Anhand von Gewässerscreeninguntersuchungen und Zeitreihen konnten interessante Zusammenhänge im aquatischen System erkannt werden: In den Flüssen besteht eine umgekehrte Proportionalität zwischen den Konzentrationen und den Wasserabflussmengen. Im Gegensatz dazu sind die Konzentrationen umso höher, je höher der Abwasseranteil in den Gewässern ist (direkte Proportionalität). Es wurden, ausgehend von den Konzentrationen im Oberflächenwasser und den Abflussmengen, die Frachten bestimmt. Die Frachten in einem Gewässer korrelieren mit der Anzahl der Einwohner in den Einzugsgebieten, deren Abwässer in die Flüsse und Bäche, oder deren Vorfluter eingeleitet werden. Außerdem sind die Frachten in den Gewässern in den Wintermonaten deutlich höher als in den Sommermonaten, was die Verschreibungssituation im Jahresverlauf widerspiegelt. Anhand der Frachten pro Einwohner wurden Unterschiede in den Flussgebieten deutlich, die auf die unterschiedlichen Abbauleistungen der Kläranlagen hinweisen. Dazu wurde festgestellt, dass die Frachten pro Einwohner, umso höher sind, je schlechter die Fähigkeit der Kläranlagen zur Stickstoffeliminierung ist. Es konnten also drei große Einflussfaktoren erkannt werden, die gemeinsam das Auftreten von Antibiotikarückständen in den Gewässern Nordrhein-Westfalens bestimmen: die Anwendungsseite, die hydrologische Seite und die Eliminationsseite. Die Bewertung der Ergebnisse zeigte, dass eine negative Beeinflussung der Resistenzsituation bei Bakterien oder eine sonstige Gefährdung durch die gefundenen, niedrigen Konzentrationen in den Umweltkompartimenten der hier untersuchten Boden- und Wasserproben zur Zeit nicht abgeleitet werden kann.