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 !