Medikamente kontaminieren Wasser
Sind „verunreinigte Gewässer“ eine Bedrohung für die Wasserqualität?
Bestimmte Arzneimittel, die zur Förderung der menschlichen Gesundheit und des Wohlbefindens entwickelt wurden, werden heute als potenziell neue Klasse von Wasserverunreinigungen beachtet. Solche Medikamente wie Antibiotika, Antidepressiva, Antibabypillen, Krampfmedikamente, Krebsbehandlungen, Schmerzmittel, Beruhigungsmittel und cholesterinsenkende Mittel wurden in verschiedenen Wasserquellen nachgewiesen. Woher kommen sie? Pharmazeutische Industrien, Krankenhäuser und andere medizinische Einrichtungen sind offensichtliche Quellen, aber auch Haushalte tragen einen erheblichen Anteil bei. Menschen entsorgen ungenutzte Medikamente oft, indem sie sie in die Toilette spülen, und menschliche Exkremente können verschiedene unvollständig metabolisierte Medikamente enthalten.
Diese Medikamente können intakt durch herkömmliche Kläranlagen in Wasserstraßen, Seen und sogar Grundwasserleiter gelangen. Darüber hinaus landen entsorgte Pharmazeutika oft auf Deponien und Mülldeponien, was eine Bedrohung für das darunter liegende Grundwasser darstellt. Nutztiere sind ebenfalls eine Quelle für Pharmazeutika, die durch die Aufnahme von Hormonen, Antibiotika und Tierarzneimitteln in die Umwelt gelangen. (Etwa 40 Prozent der in den USA hergestellten Antibiotika werden als Wachstumsförderer an Vieh verfüttert.) Gülle, die Spuren solcher Pharmazeutika enthält, wird auf dem Land verteilt und kann dann in Oberflächengewässer gespült werden und sogar in das Grundwasser sickern. Zusammen mit Pharmazeutika tauchen auch Körperpflegeprodukte im Wasser auf.
Im Allgemeinen sind diese Chemikalien die Wirkstoffe oder Konservierungsmittel in Kosmetika, Toilettenartikeln oder Duftstoffen. Zum Beispiel haben Nitromoschusverbindungen, die als Duftstoff in vielen Kosmetika, Waschmitteln, Toilettenartikeln und anderen Körperpflegeprodukten verwendet werden, Besorgnis erregt, da sie persistent sind und mögliche schädliche Umweltauswirkungen haben können. Einige Länder haben Maßnahmen ergriffen, um Nitromoschusverbindungen zu verbieten. Auch Sonnenschutzmittel wurden in Seen und Fischen nachgewiesen. Die Forscher Christian G. Daughton und Thomas A. Ternes berichteten in der Dezemberausgabe von „Environmental Health Perspectives“, dass die Menge an Pharmazeutika und Körperpflegeprodukten, die jährlich in die Umwelt gelangen, etwa der Menge an jährlich verwendeten Pestiziden entspricht.
Die Besorgnis über die Auswirkungen dieser Chemikalien auf die Wasserqualität gewann zuerst in Europa an Bedeutung, wo Wissenschaftler seit über einem Jahrzehnt Seen, Flüsse und Grundwasser auf pharmazeutische Verunreinigungen untersuchen. Amerikanische Beamte und Wissenschaftler nehmen dies zur Kenntnis, wobei zwei kürzlich gegründete US-amerikanische Berufsverbände – die National Ground Water Associations und die American Chemical Society – das Thema auf ihren Jahrestagungen in diesem Sommer behandelten. Das Problem tauchte in Europa vor etwa zehn Jahren auf, als deutsche Umweltwissenschaftler Clofibinsäure, ein cholesterinsenkendes Medikament, im Grundwasser unter einer deutschen Wasseraufbereitungsanlage fanden.
Später fanden sie Clofibinsäure in den lokalen Gewässern, und eine weitere Suche ergab Phenazon und Fenofibrat, Medikamente zur Regulierung der Lipidkonzentrationen im Blut, sowie Analgetika wie Ibuprofen und Diclofenac im Grundwasser unter einer Kläranlage. In der Zwischenzeit entdeckten andere europäische Forscher Chemotherapeutika, Antibiotika und Hormone in Trinkwasserquellen. In den Vereinigten Staaten hätte das Problem möglicherweise früher Beachtung gefunden, wenn Beamte Beobachtungen von vor 20 Jahren nachgegangen wären. Damals fanden EPA-Wissenschaftler heraus, dass Schlamm aus einer US-amerikanischen Kläranlage ausgeschiedenes Aspirin, Koffein und Nikotin enthielt. Damals wurde den Ergebnissen keine Bedeutung beigemessen.
In Phoenix ereignete sich etwa zu dieser Zeit ein weiteres Ereignis, das die Beamten ebenfalls hätte alarmieren können, dass Pharmazeutika eine Bedrohung für die Wasserqualität darstellen könnten. Herman Bouwer vom US Agricultural Research Service in Phoenix erinnert sich, dass Clofibinsäure im Grundwasser unter Infiltrationsbecken gefunden wurde, die Grundwasser künstlich mit Kläranlagenabwasser anreicherten. Bouwer sagt, dass den Ergebnissen mehr Aufmerksamkeit hätte geschenkt werden müssen; wenn Clofibinsäure eine Kläranlage passieren und in das Grundwasser sickern könnte, könnten dies auch viele andere Medikamente. Die Europäer übernahmen jedoch die Führung bei der Erforschung des Problems. Mitte der 1990er Jahre untersuchte Thomas A. Ternes, ein Chemiker in Wiesbaden, Deutschland, was mit verschreibungspflichtigen Medikamenten geschieht, nachdem sie ausgeschieden wurden.
Ternes wusste, dass viele solcher Medikamente verschrieben werden und dass wenig über die Umweltauswirkungen dieser Verbindungen nach ihrer Ausscheidung bekannt war. Er untersuchte das Vorkommen von Medikamenten in Abwasser, gereinigtem Wasser und Flüssen, und seine Ergebnisse überraschten ihn. Er erwartete, nur wenige medizinische Verbindungen zu identifizieren, fand aber stattdessen 30 der 60 gängigen Pharmazeutika, die er untersuchte. Zu den von ihm identifizierten Medikamenten gehörten lipidsenkende Medikamente, Antibiotika, Analgetika, Antiseptika, Beta-Blocker-Herzmedikamente, Rückstände von Medikamenten zur Epilepsiekontrolle sowie Medikamente, die als Kontrastmittel für diagnostische Röntgenaufnahmen dienten. Ergebnisse jüngster Forschung in Nordamerika geben ebenfalls Anlass zur Besorgnis.
Auf der National Groundwater Association Konferenz im Juni berichtete Glen R. Boyd, Bauingenieur an der Tulane University, über den Nachweis von Medikamenten im Mississippi River, im Lake Pontchartrain und im Leitungswasser von Tulane. Boyd und sein Team fanden in den getesteten Gewässern geringe Mengen an Clofibinsäure, dem Schmerzmittel Naproxen und dem Hormon Estron. Proben des Tulane-Leitungswassers zeigten Estron im Durchschnitt von 45 Teilen pro Billion mit einem Höchstwert von 80 Teilen pro Billion. Auf der kürzlichen Konferenz der American Chemical Society berichtete Chris Metcalfe von der Trent University in Ontario über das Auffinden einer Vielzahl von Medikamenten, die kanadische Kläranlagen verlassen, manchmal in höheren Konzentrationen als in Deutschland berichtet. Zu diesen Medikamenten gehörten Krebsmedikamente, Psychopharmaka und entzündungshemmende Verbindungen.
Nordamerikanische Kläranlagen weisen möglicherweise höhere Konzentrationen an Pharmazeutika auf, da sie oft nicht die technologische Raffinesse deutscher Anlagen besitzen. Der U.S.G.S. führt derzeit die erste landesweite Bewertung „neu auftretender Verunreinigungen“ in ausgewählten Gewässern durch, einschließlich des Vorkommens menschlicher und tierärztlicher Pharmazeutika, Geschlechts- und Steroidhormone sowie anderer Medikamente wie Antidepressiva und Antazida. Hundert Fließgewässerstandorte wurden identifiziert, die eine große Vielfalt geografischer und hydrogeologischer Gegebenheiten repräsentieren. Vier dieser Standorte befinden sich in Arizona: Santa Cruz River an der Cortaro Road; Santa Cruz River in der Nähe von Rio Rico; Salt River unterhalb der Kläranlage an der 91. Avenue; und Gila River oberhalb der Abzweigungen am Gillespie Dam.
Es wurden Gewässerstandorte ausgewählt, von denen erwartet wurde, dass sie besonders anfällig für Kontaminationen durch die Zielverbindungen sind. Die Untersuchung der Standorte wird einen ersten Hinweis auf das Potenzial dieser Verbindungen geben, in die Umwelt zu gelangen, sowie eine Gelegenheit zur Entwicklung geeigneter Labormethoden zur Messung von Verbindungen in Umweltproben bei sehr niedrigen (Sub-ppb-)Konzentrationen. Zu den nachgewiesenen Verunreinigungen gehören Koffein, das der größte Schadstoff war, Codein, cholesterinsenkende Mittel, Antidepressiva und Premarin, ein Östrogenersatzmedikament, das von etwa 9 Millionen Frauen eingenommen wird. Auch Chemotherapeutika wurden flussabwärts von Krankenhäusern gefunden, die Krebspatienten behandeln. Die endgültigen Ergebnisse der Studie werden voraussichtlich im Herbst veröffentlicht. Weitere Informationen zur U.S.G.S.-Studie finden Sie auf der Website: toxics.usgs.gov/regional/emc.html
Welches Risiko birgt die chronische Exposition gegenüber Spurenkonzentrationen von Pharmazeutika für Mensch oder Tier? Einige Wissenschaftler glauben, dass Pharmazeutika keine Probleme für den Menschen darstellen, da sie in geringen Konzentrationen im Wasser vorkommen. Andere Wissenschaftler sagen, dass Langzeit- und synergistische Effekte von Pharmazeutika und ähnlichen Chemikalien auf den Menschen nicht bekannt sind und raten zur Vorsicht. Sie befürchten, dass viele dieser Medikamente das Potenzial haben, die Hormonproduktion zu stören. Chemikalien mit dieser Wirkung werden als endokrine Disruptoren bezeichnet und erregen die Aufmerksamkeit von Wasserqualitätsexperten. Für einige Wissenschaftler ist die Freisetzung von Antibiotika in Gewässer besonders besorgniserregend.
Sie befürchten, dass die Freisetzung dazu führen kann, dass krankheitserregende Bakterien immun gegen die Behandlung werden und sich arzneimittelresistente Krankheiten entwickeln. Wissenschaftler sind sich im Allgemeinen einig, dass aquatische Lebewesen am stärksten gefährdet sind, da ihr Lebenszyklus, von der Geburt bis zum Tod, in potenziell medikamentenverunreinigten Gewässern stattfindet. Zum Beispiel wurden Antidepressiva für die Veränderung von Spermienzahlen und Laichmustern bei Meerestieren verantwortlich gemacht. Die meisten Studien über pharmazeutische und pharmazeutisch aktive Chemikalien im Wasser haben sich hauptsächlich auf aquatische Tiere konzentriert. Zum Beispiel deuten jüngste britische Forschungen darauf hin, dass Östrogen, das weibliche Sexualhormon, hauptsächlich für die Deformation der Fortpflanzungssysteme von Fischen verantwortlich ist, wobei festgestellt wurde, dass Blutplasma von männlichen Forellen, die unterhalb von Kläranlagen leben, das weibliche Eiprotein Vitellogenin enthielt.
Diese Feststellung scheint mit den Vermutungen US-amerikanischer Forscher übereinzustimmen, die davon ausgehen, dass dies flussabwärts von Kläranlagen in Las Vegas und Minneapolis geschehen ist. Karpfen in diesen Gebieten zeigen die gleichen Effekte wie die britischen Fische. Einige Wissenschaftler glauben, dass trockene Regionen des Westens besonders anfällig für die Auswirkungen von medikamentenbelasteten Abwässern sind. In diesen Gebieten gibt es eher Bäche, die fast ausschließlich auf Abwasser für ihren Abfluss angewiesen sind, insbesondere in trockenen Monaten. Darüber hinaus wird Abwasser ausgiebig in der Bewässerung und sogar zur Anreicherung von Trinkwasserbrunnen verwendet. Auch haben Gebiete des Westens eine große Anzahl von Rentnern angezogen, die wahrscheinlich mehr Pharmazeutika verwenden als andere Bevölkerungsgruppen; folglich gibt es mehr Pharmazeutika im Abwasser.
Kartierung des menschlichen Genoms
Bedeutet mehr Medikamente, möglicherweise mehr Umweltverschmutzung
Die Anzahl und Art der Pharmazeutika nimmt stark zu, mit einer größeren Wahrscheinlichkeit von Freisetzungen in die Umwelt. Vor der jüngsten Ankündigung der nahezu vollständigen Kategorisierung des menschlichen Genoms schrieben Christian G. Daughton und Thomas A. Ternes in einem Artikel, der in Environmental Health Perspectives erschien: „Die enorme Vielfalt an Pharmazeutika wird sich weiter diversifizieren und wachsen, wenn das menschliche Genom kartiert wird. Heute gibt es etwa 500 verschiedene biochemische Rezeptoren, auf die Medikamente abzielen. … Die Anzahl der Ziele wird voraussichtlich in naher Zukunft um das 20-fache (was 3.000 bis 10.000 Arzneimittelziele ergibt) zunehmen.“ Die Autoren warnen: „Diese Explosion neuer Medikamente wird unser begrenztes Wissen über Medikamente in der Umwelt stark verschärfen und möglicherweise die Expositions-/Effektrisiken für Nicht-Zielorganismen erhöhen.“