| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Hormonforstyrrende stoffer og lægemidler i spildevand

2 Hormonforstyrrende stoffer og lægemidler i spildevand

Projektets formål har været at undersøge forekomsten af hormonforstyrrende stoffer og lægemidler i spildevand i Danmark. I det følgende gives en kort oversigt over den eksisterende viden om sådanne stoffer i miljøsammenhæng med fokus på spildevand, og der argumenteres for udvælgelsen af specifikke stoffer til undersøgelsesprogrammet. Naturlige og syntetiske kønshormoner indgår også som en kategori blandt de øvrige lægemidler (Gruppe G), men gennemgås særskilt i dette kapitel.

2.1 Naturlige og syntetiske kønshormoner

I lighed med den internationale forskning og undersøgelser vedrørende miljøeffekter af kønshormoner og kønshormonlignende kemiske stoffer fokuseres der i dette projekt på det hunlige kønshormon, østrogen, og deraf afledte forbindelser.

Der findes tre naturlige østrogener hos mennesker og andre hvirveldyr; østron (kaldet E1), østradiol (17b-østradiol; kaldet E2) og østriol (kaldet E3). Disse hormoner produceres og udskilles i følge sagens natur langt overvejende af kvinder, men også i mindre omfang af mænd (omtrent samme mængde som kvinder efter overgangsalderen). De tre nævnte østrogener samt en række afledede forbindelser, der dannes metabolisk, udskilles efter endt funktion overvejende med urinen i form af konjugater med sulfat eller glukoronider. En mindre del udskilles med fæces i form af ukonjugerede metabolitter (Christiansen et al. 2002).

Svangerskabsforebyggende midler er i vore dage baseret på det syntetiske østrogen 17a-ethinyløstradiol (kaldet EE2). Dette stof udskilles, i lighed med de naturlige østrogener, overvejende på konjugeret, inaktiv form.

Det er således overvejende de konjugerede, hormonalt inaktive former af både naturlige og syntetiske østrogener, der udskilles og tilføres kloaksystemer for sanitært spildevand. På grund af den store bakterielle aktivitet i såvel selve kloaknettet som på renseanlæggene kan de konjugerede forbindelser imidlertid blive spaltet tilbage til de oprindelige, aktive østrogener (Bjerregaard 2002, Christiansen 2002). Disse vil således kunne påvirke naturlige vandsystemer i det omfang, de ikke nedbrydes eller bindes til slam i renseanlæggene.

Den østrogene aktivitet af de naturlige og syntetiske østrogener er forskellig. I in vitro assays til bestemmelse af den relative østrogene aktivitet af kemiske stoffer (incl. østrogenerne selv) benyttes 17b-østradiol (E2) som referencestof, hvis aktivitet derfor sættes = 1,0. Derudover bestemmes som regel også østron (E1), hvis aktivitet er noget lavere end E2's, men stadig betydende, hvorimod der sjældent måles for E3, fordi det har en aktivitet, der kun er ca. en tusindedel af E2's (Takigama et al. 2000). Afledede forbindelser af østrogener bestemmes tilsyneladende kun sjældent, formodentlig fordi de ikke i sig selv er hormonalt aktive og desuden er vanskelige at håndtere analyseteknisk.

Aktiviteten af 17a-ethinyløstradiol (EE2) er mindst lige så stor som E2's (Murk et al. 2002), og dette stof bestemmes derfor næsten også altid i forbindelse med miljøundersøgelser af (køns)hormonforstyrrende stoffer.

På baggrund af ovenstående er det i dette projekt valgt at begrænse analyserne for naturlige og syntetiske kønshormoner til tre stoffer; E1, E2 og EE2.

I tabel 2-1 vises nogle resultater fra litteraturen om forekomsten af østrogener i urenset og renset spildevand i en række europæiske lande samt USA.

Tabel 2-1
Koncentrationer af østrogener i indløb til og udløb fra offentlige
renseanlæg i forskellige lande, angivet som E2-ækvivalenter (ng/l).

2.2 Hormonforstyrrende industrikemikalier

En række industrielle kemikalier har vist sig også at have forskellige former for hormonforstyrrende egenskaber, hvoriblandt der i miljøsammenhæng i særlig grad har været fokus på de hunlige (østrogene) kønshormonale egenskaber. Nordisk Ministerråd udgav allerede i 1996 en rapport, TemaNord 1996:580, der beskrev stofferne dibutylphthalat (DBP), butylbenzylphthalat (BBP), bisphenol A, octylphenol og nonylphenol (og -ethoxylater) med hensyn til kilder, forekomst, spredning, skæbne og (østrogenlignende) effekter i miljøet.

Også andre phthalater end de nævnte og stofgrupper som chlorerede pesticider, chlorerede biphenyler (PCB), chlorerede dioxiner, organiske tinforbindelser (især tributyltin) og parabener (estere af p-hydroxybenzoesyre) vides at omfatte enkeltstoffer med større eller mindre grad af østrogen aktivitet (Bjerregaard, 1999 og 2002). Den østrogene aktivitet af disse industrikemikalier - såkaldte xeno-østrogener - er dog mange gange lavere end E2's, men til gengæld er koncentrationerne i renset spildevand ofte meget højere (det gælder især phthalater, phenoler og parabener). De relativt mest potente blandt industristofferne er alkylphenoler og bisphenol A. Phthalater har noget svagere effekt, men forekommer til gengæld typisk i højere koncentrationer.

I en ny rapport, Miljøprojekt nr. 729 fra Miljøstyrelsen (Christiansen et al. 2002), gennemgås den eksisterende viden om østrogener og østrogenlignende kemiske stoffer med hensyn til effekter på (vand)miljøet og forekomst og skæbne i spildevandssystemer og i naturen. Rapporten omhandler naturlige og syntetiske østrogener samt alkylphenoler og bisphenol A.

Derudover har det hollandske "National Institute of Inland Water Management and Waste Water Treatment" (RIZA) for nylig udgivet en omfattende rapport (Vethaak et al. 2002), der afrapporterer et stort studie af østrogener og xeno-østrogener i det akvatiske miljø i Holland. I dette studie er der, ud over de stoffer, der indgår i det danske litteraturstudie, også foretaget undersøgelser af en række phthalater og polybromerede diphenylethere (PBDE) i spildevand og overfladevand. Hvad angår sidstnævnte gruppe af stoffer, er den væsentligste hormonforstyrrende effekt imidlertid ikke af østrogen karakter, men overvejende thyroid-hormonal (indvirkning på skjoldbruskkirtlens hormonsystem, dvs. reguleringen af stofskiftet).

I tabel 2-2 gives en oversigt over en række industrikemikaliers østrogene aktivitet i forhold til E2, primært baseret på resultater fra Murk et al. (2002).

Tabel 2-2
Relativ østrogen aktivitet af naturlige og syntetiske østrogener samt en række hormonforstyrrende industrikemikalier målt i forhold til E2 ved forskellige in vitro assays.

På baggrund af ovenstående er det i dette projekt valgt kun at undersøge forekomst og skæbne af alkylphenoler (incl. små ethoxylater), bisphenol A og phthalater i forbindelse med renseanlæg.

I tabel 2-3 gives en oversigt over rapporterede koncentrationer af de nævnte kemikalier i indløb til og udløb fra renseanlæg for kommunalt spildevand.

Det fremgår ved sammenligning af tabel 2-3 med tabel 2-1, at de klart mest østrogent aktive industrikemikalier (nonylphenol og bisphenol A, jf. tabel 2-2) forekommer i koncentrationer i udløb fra renseanlæg, der er omkring eller lidt under 1000 gange højere end de naturlige og syntetiske østrogener (opgjort som E2-ækvivalenter). Da østrogernes aktivitet omvendt er ca. 1.000 - 10.000 gange større end de nævnte phenolers, kan det forventes, at bidraget fra sidstnævnte stoffer til den samlede østrogene aktivitet (i in vitro test) af spildevand typisk vil være i størrelsesordenen 10-50%.

Tabel 2-3
Alkylphenoler, bisphenol A og phthalater i indløb og udløb fra offentlige renseanlæg. De danske værdier er middelværdier af målinger foretaget under NOVA-2003 (det nationale overvågningsprogram for vandmiljøet), mens de øvrige angiver intervaller for de fundne koncentrationer.

Se her!

2.3 Lægemiddelstoffer

Der er påvist rester af mere end 100 lægemiddelstoffer i miljøet (Ingerslev, 2000). Traditionelle miljøeffekter er sjældent påviselige, men det kan ikke udelukkes, at nogle af disse stoffer ikke bare påvirker mennesker, men også miljøet. En række af de mest anvendte aktivstoffer i Danmark vurderes at have potentiale for effekter på miljøet (Stuer-Lauridsen et al., 2002; Halling-Sørensen et al., 1998), og tilsvarende vurderinger er gjort i Tyskland (Henschel et al., 1997), Østrig (Sattelberger, 1999) og England (Jones et al., 2002).

I Danmark er der mere end 4000 lægemidler med ca. 1000 forskellige aktivstoffer på markedet. Der er tale om et relativt dynamisk marked, hvor nye midler med nye aktivstoffer erstatter gamle og opnår store markedsandele. Det vil sige en meget anderledes situation end den, der gælder for almindelige industrikemikalier, og snarere noget i retning af situationen på bekæmpelsesmiddelområdet. I en række publicerede undersøgelser har det, for at begrænse omfanget, derfor været almindelig at tage udgangspunkt i de mest anvendte stoffer opgjort som definerede døgndoser (DDD), typisk Top 25. DDD kan opfattes som den samlede "effektstyrke" eller "potens" af et aktivstof i landet.

Der er endnu ret begrænsede datasæt med hensyn til lægemidlers forekomst, skæbne og effekter i miljøet og der er ikke et simpelt og entydigt datagrundlag for at udpege "de værste" (udover DDD). En udvælgelse af specifikke lægemidler til et analyseprogram må tage udgangspunkt i den iboende farlighed af stoffet samt den risiko, som stoffets farlighed i sammenhæng med den mulige forekomst i miljøet kan medføre. Hertil kommer praktiske, analysetekniske og økonomiske hensyn.

2.3.1 Iboende egenskaber

De iboende egenskaber, som normalt vurderes ved en miljøfareklassificering af et stof, er en række parametre, som normalt ikke umiddelbart er offentligt tilgængelige for lægemiddelaktivstoffer:

	Fysisk-kemiske egenskaber som molvægt, fordampelighed, opløselighed, oktanol-vandforhold (log KOW) m.v.
	Biologiske egenskaber som toksicitet, nedbrydelighed og bioakkumulering.

Det kan med god grund antages at aktivstoffers biotilgængelighed ikke er begrænset af molekylvægt, høj fordampelighed o. lign. De vigtigste parametre er vandopløseligheden og oktanol-vandforholdet, som er indbyrdes forbundne. En overordnet vurdering kan derfor i en snæver vending baseres på blot den ene. Begge egenskaber kan normalt modelleres med acceptable resultater ud fra stoffernes kemiske struktur.

Med hensyn til vurdering af biologiske forhold er databegrænsningen mere kritisk. Lægemidler er, som bekæmpelsesmidler, specifikt virkende og en vurdering af økotoksicitet burde i bedste tilfælde baseres på både standard økotoksikologiske tests og tests, som tager højde for stoffets "mode of action". For de mest anvendte stoffer er der i løbet af de sidste få år kommet et begrænset og inhomogent datasæt til rådighed, som kan anvendes til at beregne nul-effektkoncentration (PNEC).

Nedbrydelighedsdata er kun sjældent til rådighed og kan ikke umiddelbart modelleres for så komplicerede molekyler, som aktivstoffer gerne er.

Potentialet for bioakkumulering af et stof kan estimeres ud fra oktanol-vandforholdet. Lægemiddelaktivstoffer er typisk så tilpas fedtopløselige, at de let passerer cellemembraner, men omvendt ikke så meget, at de ikke kan udskilles i urin.

En udpegning af kandidater til et analyseprogram alene på basis af nedbrydningsdata og oktanol-vandforholdet vil være præget af, at der for en række stoffer ingen data er til rådighed for bionedbrydelighed. Hvis der ved udpegningen fokuseres på manglende bionedbrydning, samt at stoffet skal være på Top 25-listen (se tabel 2-6), vil en liste se således ud:

Ibuprofen
Nitrazapam
Paracetamol
Østrogen

For en række stoffer, som anvendes i større mængder, er der dog ingen data for nedbrydelighed, heriblandt bendroflumethiazid, budesonid, citalopram, desogestrel, digoxin m.fl.

I tabel 2-4 gives en oversigt over logK_ow samt oplysninger om nedbrydelighed for en række lægemiddelaktivstoffer på det danske marked.

Tabel 2-4
Oktanol-vand fordelingskoefficient (LogK_ow) og nedbrydelighed for en række aktivstoffer på det danske marked.

* let efter akklimatisering

Der foreligger kun relativt få offentligt tilgængelige resultater fra økotoksicitetstest med lægemiddelaktivstoffer eller formulerede lægemidler. Den amerikanske "Food and Drug Administration, FDA" har analyseret standard økotoksikologiske testresultater fra forsøg med humane lægemidler. En analyse af testresultaterne viste, at for mere end 90% af alle udførte test (278 testresultater på 76 stoffer) var de fundne koncentrationer for 50% effekt højere end 1 ppm (mg/l), mens resten af testresultaterne lå mellem 1 ppm og 1 ppb (mg/l). De beregnede eller eksperimentelt bestemte "ingen effekt niveauer" (no-effect concentration (NOEC), minimum inhibitory concentration, lowest observed effect concentration) var alle over 1 ppb (m g/l). FDA konkluderede herudfra, at lægemidler i koncentrationer på mindre end 1 ppb normalt ikke vil have nogen betydende effekt på relevante testorganismer og ikke vil have nogen signifikante effekter i miljøet.

Det skal dog nævnes, at det er usikkert om disse standardtest er i stand til at afsløre specifikt virkende lægemidlers effekter, jf. de effekter af kønshormoner, som kan observeres i det lave ng/l område i ikke-standardtest. Det er også vist for visse antibiotika, at deres giftighed er 100-1000 gange større over for blågrønalger end over for grønalgen Selenastrum capricornutum (Halling-Sørensen 2000).

Tabel 2-5
Danske Top 25 aktivstoffer af lægemidler, som PNEC kan beregnes for (Stuer-Lauridsen et al 2000)

Østrogens PNEC er, når beregningen baseres på ikke-standard test, kun 5 ng/l. PNEC er i øvrigt relativt lav, ofte under 10 µg/l. Når der sammenlignes med forekomst, skønnes digoxin og diazepam ikke at udgøre problemer.

2.3.2 Anvendelse af Definerede Døgn Doser (DDD)

Udvælgelsen af stoffer er begrænset til de mest anvendte, men anvendelse af Definerede Døgn Doser (DDD) som basis er dog plaget af et indbygget problem, når der tages udgangspunkt i de 25 mest anvendte lægemidler. Lægemidler grupperes efter ATC-systemet (Anatomical Therapeutical Chemical Classification System), som inddeles med 14 hovedgrupper inden for den medicinske behandling og aktivstofferne henføres hertil. De 14 anatomiske grupper er:

	A  Fordøjelse og stofskifte
	B  Blod og bloddannende organer
	C  Hjerte og kredsløb
	D  Hud
	G  Kønshormoner m.m.
	H  Hormoner til systemisk brug
	J   Infektionssygdomme
	L  Cancer m.m.
	M  Muskler, led og knogler
	N  Centralnervesystemet
	P  Parasitmidler
	R  Åndedrætsorganer
	S  Sanseorganer
	V  Diverse

Tabel 2-6
De mest solgte lægemiddelstoffer i den primære sundhedssektor i år 2000. Stoffer der årligt anvendes i mere end 1000 kg er mærket med ^A.

De fleste grupper er repræsenteret på Top 25. Dog kan grupper, som samlet kan have et stort forbrug i DDD, men hvor forbruget er fordelt på flere forskellige lægemidler, risikere ikke at blive fanget af en DDD-screening. I de danske opgørelser mangler f.eks. midler til behandling af infektionssygdomme.

Målt på stoffets "styrke", forstået som DDD, ligger furosemid og bendroflumethiazid højt sammen med de smertestillende præparater og kønshormonerne. Ved rangordning alene efter forbrug i kg/år ligger de smertestillende præparater stadig i top. Der er i øvrigt stor forskel på de anvendte mængder af lægemidlers aktivstoffer: Fra de to mest anvendte stoffer, acetylsalicylsyre og paracetamol, til nummer tre, ibuprofen, er der en faktor 10 og yderligere en faktor 10 til furosemid på fjerdepladsen. Alt i alt falder mængden næsten en faktor 1000 fra godt 300.000 kg til 300 kg og videre til p-pille midlerne på omkring 3 kg/år blandt de 25 mest anvendte stoffer (Stuer-Lauridsen et al., 2002).

En pragmatisk udvælgelse alene baseret på forbruget kan f. eks. pege på de seks stoffer, hvoraf der årligt anvendes mere end 1000 kg (mærket med ^A). Hvis man i stedet ser på lægemiddelforbruget målt i DDD, og lister f.eks. de ti mest anvendte tilføjes bendroflumethiazid, amlodipin, budesonid, citalopram, enalapril og desogestrel, gestoden og østrogen, som er aktive i meget lave koncentrationer. Det giver en liste med følgende stoffer:

Acetylsalicylsyre + salicylsyre
Furosemid
Bendroflumethiazol
Enalapril
Ketoconazol
Metoprolol
Ibuprofen
Paracetamol
Citalopram
Terbutalin
Budesonid
Amlodipin
Desogestrel, gestoden og østrogen

Hvis det medtages, at antibiotika ikke vil komme ind på Top 25 pga. af anvendelsen af mange forskellige præparater og aktivstoffer, kan eksempler på antibiotika overvejes til et analyseprogram:

phenoxymethylpenicillin (= Penicillin V)
sulfamethizol
amoxicillin
erythromycin

Beregninger af koncentrationer i udløb fra renseanlæg giver, selv med ret konservative forudsætninger, "worst case"-koncentrationer på under 1 m g/l for en betragtelig del af Top 25-lægemidlerne (Stuer-Lauridsen et al 2002). Dog ikke de smertestillende midler acetylsalicylsyre, paracetamol og ibuprofen samt furosemid, som teoretisk vil kunne forekomme i koncentrationer op til mg/l niveauet, hvilket er noget over de beregnede PNEC-værdier.

Fjernelsesgraden for 14 lægemidler og metabolitter ved passage af et biologisk renseanlæg er blevet undersøgt i Tyskland. Fjernelsesgraderne varierer fra blot 7% op til 96%, men fjernelsen af 10 ud af de 14 stoffer er større end 60%. For flertallet af stofferne er der ingen præcise informationer om deres nedbrydelighed eller fordeling mellem vand og slam, og det er derfor vanskeligt at vurdere, hvorvidt fjernelsen skyldes nedbrydning eller sorption til slamfasen. Forfatteren konkluderer også, at dette ikke kan afgøres på det foreliggende grundlag, men det antages, at lav logK_ow og høj elimination er en indikation på nedbrydelighed. For tre stoffer på den danske liste er der givet fjernelsesprocenter:

Metoprolol, som ikke var på den danske liste i 2000, er der ikke umiddelbart en analysemetode for, som kan honorere kravene til detektion, dvs. kvantificerbarhed ved de forventede koncentrationer i spildevand.

Slam

Det vurderes, at lægemidler eller metabolitter med logK_ow > 3 i betydeligt omfang vil fordele sig til slamfasen i et typisk dansk renseanlæg. Af lægemidlerne på Top 25 har kønshormonerne logK_ow over 3, det gælder også for ibuprofen, enalapril, ketoconazol and xylometazolin. En række lægemidler har logK_ow mellem 2 og 3, hvor adsorption til slam også kan være betydningsfuld. Dette gælder furosemid, amlopidin, diazepam, citalopram, zopiclon og acetylsalicylsyre-metabolitten salicylsyre.

2.3.3 Udvælgelse af stoffer til undersøgelsen

Baseret på den overordnede vurdering vil et bud på lægemidler, der i lyset af det tilgængelige materiale bør undersøges, som minimum omfatte

	acetylsalicylsyre
	ibuprofen
	furosemid
	bendroflumethiazid
	kønshormoner og
	paracetamol.

I den danske undersøgelse af Top 25 lægemidler (Stuer-Lauridsen et al 2000) er det paracetamol, acetylsalicylsyre, ibuprofen og østrogen, som kommer ud som med mulige miljøeffekter. En vurdering af Top 25 lægemidler i England (Jones et al 2002) viste tilsvarende, at paracetamol, ibuprofen, amoxicilin og mefenaminsyre havde risikokvotienter større end eller lig 1 (dvs. forholdet mellem forventet miljøkoncentration og beregnet nul-effektkoncentration, PEC/PNEC, =1).

De lægemiddelaktivstoffer, der herunder foreslås til undersøgelsesprogrammet i dette projekt, repræsenterer et kompromis mellem formodet forekomst, potentiale for miljøeffekter samt et ønske om at dække spektret af forskellige anvendelseskategorier for lægemidler. Listen vil i praksis blive begrænset yderligere af de aktuelle analysetekniske muligheder, hvilket der redegøres nærmere for i afsnit 4.2.3.

Forslag til lægemidler, der vil være relevante at undersøge i dansk spildevand (lægemiddelgruppe er angivet i parentes):

acetylsalicylsyre (B + N)
furosemid (C)
bendroflumethiazid (C)
enalapril (C)
ketoconazol (D)
phenoxymethylpenicillin (penicillin V) (J)
sulfamethizol (J)
amoxicillin (J)
erythromycin (J)
ibuprofen (M)
paracetamol (N)
citalopram (N)
terbuthalin (R)
budesonid (R)

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |