Metabolismus und Verbleib der Tierarzneimittel Sulfadiazin ... · Metabolismus und Verbleib der Tierarzneimittel Sulfadiazin und Difloxacin in Gülle und Boden Marc Lamshöft S. Zühlke

Metabolismus und Verbleib der Tierarzneimittel

Sulfadiazin und Difloxacin in Gülle und Boden

Marc LamshöftS. Zühlke - P. Sukul - M. Spiteller

Kolloquium "15 Jahre Bodenmonitoring in Sachsen"

Dresden 30.09-01.10.2010

Übersicht

• Sulfadiazin und Difloxacin• Experimenteller Ansatz• Metabolismus im Tier• Lagerung der Gülle• System Gülle/Boden• Modellanpassung• Zusammenfassung

Difloxacin/ Sarafloxacin

N

O

OH

O

N

F

NH

F

N

O

OH

O

N

F

N

FDifloxacin(DIF)

C21H19F2N3O3Mol. Wt :

399.37

Sarafloxacin(Sara)

C20H17F2N3O3Mol. Wt :385.37

- Wird verwendet bei bakteriellen Infektionen von gram-negativen und positiven Bakterien

- Wirkt als DNA-gyrase Inhibitor- Zugelassen für Hunde, Schweine, Kälber, Ziegen und Geflügel

• Gehört zur Klasse der Sulfonamide• Jährliche Applikationsmenge (Sulfonamide)‏

in der EU : ~ 78 t• SDZ ist ein bakteriostatisch wirkender Stoff für

Schweine und Kälber und blockiert die Syntheseder Dihydrofolsäure

Sulfadiazin

NH2 S NH

O

O

N

N

Sulfadiazin(SDZ)

C10H10N4O2SMol. Wt :

251.1

Applikationsdaten

• Drei parallel durchgeführte Experimente mit jeweils zwei Schweinen (Kontrolle, 12C-Wirkstoff,14C-Wirkstoff) ‏

• Die Wirkstoffe wurden je nach empfohlener Applikationsmenge den Tieren über einen Zeitraum von 4-5 Tagen oral verabreicht

• Probennahme begann einen Tag nach der ersten Applikation für die Dauer von 10 Tagen

Applikation Probennahmeder Gülle

Tage0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Metabolismus von Difloxacin in Schweinen

N

O

OH

O

N

F

NH

F

N

O

OH

O

N

F

N

F

N

O

OH

O

NH2

F

F

N

O

OH

O

NH

F

NH

F

N

O

OH

O

N

F

N

F

O

Difloxacin Sarafloxacin

*Radioaktive Markierung

* *

* * *

Sukul, P.; Lamshöft, M.; Kusari, S.; Zühlke, S.; Spiteller, M. (2009),Environmental Research, 109, 225-231.

max. 5 %

max. 0.3 % max. 0.1 %max. 0.1 %

NH2 SO

ONH

N

N

OH

NH SO

ONH

N

NOH

OCH3

NH SO

ONH

N

N

OH

4-Hydroxy-Sulfadiazin

N-Formyl-SulfadiazinN-Acetyl-SulfadiazinN-Acetyl-4-Hydroxy-Sulfadiazin

NH2 SO

ONH

N

N

Sulfadiazin

OCH3

NH SO

ONH

N

N

**

* * *

* radioaktive Markierung

Metabolismus von Sulfadiazin in Schweinen

Lamshöft, M.; Sukul, P.; S.; Zühlke, S.; Spiteller, M. (2007),Analytical and Bioanalytical Chemistry, 388, 1733-1745.

Zusammensetzung der Güllen

Sukul, P.; Lamshöft, M.; Kusari, S.; Zühlke, S.; Spiteller, M. (2009)‏Environmental Research, 109, 225-231.

4-OH-SDZ26%

SDZ44%

Ac-SDZ21%

Unbekannt3%

Spurenmetaboliten2%

Schwein4%

DIF90%

Unbekannt5%

SARA4%

Lamshöft, M.; Sukul, P.; S.; Zühlke, S.; Spiteller, M. (2007),Analytical and Bioanalytical Chemistry, 388, 1733-1745.

Anaerobe Lagerung der DIF-haltigen Schweinegülle

20°C

0

5

10

15

20

0 30 60 90 120 150Tage

(mg/

l)

DIF SARALamshöft, M.; Sukul, P.; Zühlke, S.; Spiteller, M. (2010):Science of the Total Environment, 408, 1563-1568.

Mineralisierung < 1 %

Anaerobe Lagerung der DIF-haltigen SchweinegülleAnaerobe Lagerung der DIF-haltigen SchweinegülleAnaerobe Lagerung der DIF-haltigen Schweinegülle

20°C

0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120 150

Tage

Con

cent

ratio

n (m

g/l)

Anaerobe Lagerung der SDZ-haltigen Schweinegülle

Mineralisierung < 1 %

Sorption von DIF in drei verschiedenen Böden

95

96

97

98

99

100

0 8 16 24

Time (h)

% s

orpt

ion Infu-o

Mon-0Merz-0

KF 1/n KD Soil sorp desorp sorp desorp

H sorp desorp

Infu-0

pH 4.33152.9 2690.9 1.62 1.28 0.79 656.8 2585.1

Infu-0

pH 6.15714.5 6537.3 1.20 2.44 2.03 970.1 1256.2

Infu-0

pH 9.05222.6 679.7 1.93 1.62 0.83 1162.3 1617.3

Adsorption/ Desorption Parameter für DIF

Vergleich verschiedener Extraktionsmethoden für Difloxacin in Boden

nach 31 Tagen bei 20°C

ASE (Golet ,2002; 50% CH3CN/

50% H2O

+50mM H3PO4)

CaCl2Acetone

+0.1 % HCl

Sohxlet (MeOH+0.1%

formic acid)MeOH

ASE (INFU, 2008)

0

25

50

75

100

extr

acta

ble

radi

oact

ivity

[%]

60% EA, 20% MeOH, 15% H2O, 5% NH

3

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

0 20 40 60 80Tage

[%]

extractable radioactivity Sum (Dif+Sara) Sarafloxacin Difloxacin

unbekannteMetaboliten ??

LC-MS/MS Analyse von Difloxacin und des Haupt-metaboliten Sarafloxacin nach ASE in Gülle/Boden

(a) CaCl2 + MeOH-Extraktion→ Bioverfügbare Fraktion;(b) Mikrowellenextraktion

(Acetonitril/Wasser→ Residualfraktion;

BR (Bound residues)‏

LC-MS/MS Analyse und Modellanpassung von SDZ und seinen Hauptmetaboliten in Gülle/Boden

Förster, M.; Laabs, V.; Lamshöft, M.; Groeneweg, J,; Zühlke, S. Spiteller, M.; Krauss, M.; Kaupenjohann,M.; Amelung, W. (2009): Environ. Sci. Technol., 43 (6), 1824-1830.

Modell für SDZ und seinen Hauptmetaboliten in Gülle/Boden

Zarfl, C., Klasmeier, J., Matthies, M. (2009): Chemosphere 77, 720-726.

• Metabolismus und Ausscheidungskinetik nach Applikation an Schweinen wurde ermittelt

• Sarafloxacin einziger Hauptmetabolit (5%) ‏• Kein Abbau und keine Bildung gebundener

Rückstände bei der Güllelagerung• Sehr schnelle Sorption an Boden• ASE-Extraktion liefert ca. 20% der applizierten

Verbindungen • Hoher Anteil (30%) nicht identifizierbarer

Verbindungen im ASE-Extrakt

Ergebnisse Difloxacin

Ergebnisse Sulfadiazin

• Metabolismus und Ausscheidungskinetik nach Applikation an Schweinen wurde ermittelt

• 2 Hauptmetabolite (Ac-SDZ,4-OH-SDZ) und zei Spurenmetabolite

• Deacetylierung während der Güllelagerung• Keine Bildung gebundener Rückstände in Gülle• Schnelle Sorption an Boden• Anteile in der Residualfraktion werden durch

kinetisch kontrollierten, reversiblen Prozess gut abgebildet.

• Erste Ergebnisse mit wiederholter Extraktion deuten darauf hin das nur <10% als kovalent gebundene Rückstände vorliegen

Danksagung

Laborteam des INFU: Jennifer Hardes, Jürgen Storp und Jana Gaskow

DFG (Forschergruppe FOR 566: Tierarzneimittel in Böden) ‏

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit !