förekomst, spridningssätt och ekotoxikologiska egenskaper

Ekotoxikologi 2, VT-06 Lunds universitet 2006-05-18 Läkemedelsrester i miljön, förekomst, spridningssätt och ekotoxikologiska egenskaper Av: Stefan Larsson Handledare: Jeanette Andersson 1

Inledning Läkemedel och bekämpningsmedel är designade för att vara biologiskt aktiva. Årligen säljs mer än 1000 ton läkemedel, räknat i viktmängd aktiv substans, i Sverige. Detta är i samma storleksordning som viktmängden bekämpningsmedel. När det gäller bekämpningsmedel fokuserar lagstiftningen på miljö och arbetsmiljö medan lagstiftningen gällande läkemedel fokuserar mest på den medicinska säkerheten. Informationen om läkemedel som finns i avloppsvatten, ytvatten, grundvatten och i marken finns spridd från många länder men kunskapen är i vissa fall knapphändig. Vissa läkemedel kan ge upphov till märkbara effekter på djur, växter och mikroorganismer som utsätts för exponering av läkemedel eller deras metaboliter. ( Läkemedelsboken 2005/2006) Nästan all fokus ligger på påverkan i akvatiska miljöer eftersom en stor del av läkemedlen förr eller senare hamnar i våra vatten via reningsverken. Många akvatiska organismer lever hela sitt liv i vatten och påverkas därför under hela sin livscykel. Kunskap saknas om hur detta påverkar organismerna. De flesta läkemedel detekteras i låga halter och någon akut risk föreligger sällan, dock saknas kunskap om hur organismerna påverkas av kroniska utsläpp. Den akuta effekten av många läkemedel är väl undersökt men den kunskapen om den kroniska effekten är endast marginell. (Fent et al 2006) Tidigare studier har mest fokuserat på antibiotika och tillväxthormoner och dessa preparats påverkan är väl dokumenterad. (Läkemedelsboken 2005/2006) Detta arbete syftar till att visa spridningsvägar, konsumtionsmängd, miljöpåverkan samt ge förslag på eventuella åtgärder som kan vara aktuella. Vägen ut Läkemedel eller deras metaboliter sprids till miljön på en mängd olika sett. Den vanligaste vägen är att rester av läkemedlen, eller deras nedbrytningsprodukter, utsöndras via urin eller fekalier och därmed når våra vattendrag via avloppssystem och reningsverk. Spridningen av läkemedlen är beroende av i vilken form av ämnet kommer ut i miljön. Människokroppens upptag och nedbrytning av substanser är beroende på ämnets biotillgänglighet och absorptionsgrad. Ämne med låg biotillgänglighet och absorptionsbenägenhet passerar i högre grad direkt igenom kroppen, vilket oftast kompenseras med högre doser av medicinen. I regel utsöndras en blandning bestående av substanser som är opåverkade, nedbrytningsprodukter samt konjugat. Konjugaten bildas när substansen binder till andra molekyler men kan aktiveras av mikroorganismer i ett senare skede. Vissa metaboliter är mer reaktiva och ibland mer toxiska än ursprungsämnet. Metabolisering sker antingen via s.k. Fas I eller Fas IIreaktion. Fas I innebär normalt en oxidation, reduktion eller hydrolys av ämnet. Metaboliten är ofta mer reaktiv och ibland mer toxisk än det ursprungliga ämnet. Fas II reaktioner innebär att ämnet konjugeras, vilket normalt leder till inaktivering av substansen. Både Fas I och Fas II reaktioner förändrar ämnets fysikaliska egenskaper eftersom metaboliten blir mer hydrofil än ursprungsämnet.(socialstyrelsen 2001) Ett exempel på ett ämne inte blir mindre potent efter nedbrytning är fluoxetin (mer om det ämnet senare) vars metabolit är mer aktivt än ursprungsämnet. Största delen av läkemedel som når naturen kommer från diffusa utsläpp, t.ex. toaletter i våra hem. Vidare uppskattas att ca 10 % av utsläppen är punktutsläpp från våra sjukhus. Dessa utsläpp består ofta av mer potenta läkemedel t.ex. cytostatika eller cellhämmande läkemedel. Halterna från sjukhusen blir ofta än högre genom den låga utspädningsgraden. En del läkemedel, mörkertalet är stort, 2

hamnar i miljön via deponier. Här kan de lakas ur och föras med vattnet till grundvattnet eller till ytvattnet och därefter till vattendrag.(läkemedelsboken 2005/2006, Socialstyrelsen 2001) Dextropropoxyfen Vägen in (1S, 2R)-1-Bensyl-3-dimetylamino-1-fenyl-2-metylpropylpropanoat Dextropropoxyfen (fig. 1) är den verksamma substansen i ett par olika läkemedel och fungerar som smärtstillare. Receptbelagt. Fig. 1 Dextropropoxyfen strukturformel (Cas nr.93-15-2) Preparat innehållande dextropropoxifen intas oralt i tablettform (rekommenderad daglig dos max 200 mg) Farmakokinetiken för dextropropoxifen uppvisar stor interindividuell variation. Dextropropoxifen har låg och variabel biotillgänglighet efter oral administrering och vid första passagen genom levern inaktiveras 60 80%. Dextropropoxifen metaboliseras i levern via N-demetylering till den aktiva metaboliten norpropoxifen som därefter utsöndras renalt. Flunitrazepam 5-(o-Fluorofenyl)-1-metyl-7-nitro-1H-1,4-bensodiazepin-2(3)-on Flunitrazepam används för korttidsbehandling av sömnbesvär samt som lugnande medel inför operationer och mindre ingrepp. Fig. 2 Flunitrazepam strukturformell (cas nr. 1622-62-4) Den verksamma beståndsdelen är det fettlösliga bensodiazepinderivatet flunitrazepam. Flunitrazepam förstärker den normala transmissionen av signalsubstansen GABA i CNS via specifika bensodiazepinreceptorer. GABA hämmar transmissionen av flera viktiga signalsubstanser, såsom noradrenalin, serotonin, dopamin och acetylkolin. Den biologiska tillgängligheten är ca 85 %. Flunitrazepam metaboliseras huvudsakligen till N- desmetylflunitrazepam och 7-aminoflunitrazepam av vilken den förra har en viss farmakologisk aktivitet. Utsöndring sker huvudsakligen via njurarna i metaboliserad form, 3

som glukuronid av desmetylflunitrazepam och 7-aminoflunitrazepam. Cirka 10 % utsöndras med faeces. Diazepam/Oxazepam 5-Fenyl-7-kloro-1-metyl-1H-1,4-bensodiazepin-2(3H)-on Diazepam och oxazepam tillhör en grupp mediciner som kallas bensodiazepiner (tillsammans med flunitrazepam). Dessa används som lugnande och kramplösande medel, eller för att få spända muskler att slappna av. Diazepam och Oxazepam behandlas som ett läkemedel i detta arbete, detta eftersom diazepam metaboliseras till oxazepam i människokroppen. Diazepam/Oxazepam strukturformel (cas nr. 439-14-5/604-75-1) Preparat innehållande diazepam/oxazepam sälj under ett flertal olika produktnamn. De kan intas rektalt, oralt eller intravenöst. (rekommenderad daglig dos 10-50 mg) Diazepam är en svag bas med mycket god fettlöslighet. Efter peroral tillförsel är biotillgängligheten 100 %. Diazepam metaboliseras huvudsakligen till den aktiva metaboliten N-desmetyldiazepam. Halveringstiden i eliminationsfasen är något längre för N- desmetyldiazepam än för diazepam. Diazepam utsöndras till största delen i urinen som glukuronid av metaboliterna N- desmetyldiazepam och oxazepam, ca 10 % utsöndras med faeces. Oxazepam är ett bensodiazepinderivat som kemiskt skiljer sig från klopoxid, diazepam, klorazepat och nitrazepam genom en aktiv OH-grupp, som förmedlar snabb glukuronsyrebindning, resulterande i väsentligt sänkt toxicitet. Oxazepams effekt är relaterad till receptorer i CNS, kopplade till GABA-komplexet. Oxazepam absorberas långsammare än diazepam och högsta plasmakoncentration nås efter ca 2 timmar. Oxazepam bildar inga aktiva metaboliter och elimineras snabbt huvudsakligen via njurarna med en halveringstid på ca 10 timmar.(www.rek-listan.nu) Fluoxetin 3-Fenyl-N-metyl-3-[p-(trifluorometyl)fenoxi]propylamin Fluoxetin är ett antidepressivt läkemedel och tillhör en grupp läkemedel, som kallas selektiva serotoninåterupptagshämmare (SSRI). Flertalet depressioner anses bero på brist på olika signalsubstanser i hjärnan, bland andra serotonin. Fluoxetin ökar halten av serotonin. Fluoxetin är även godkänd för indikationen bulimia nervosa Fluoxetin strukturformel (cas nr. 59333-67-4) 4

Fluoxetin intas i tablett form oralt (rekommenderad daglig dos 20 mg.) Fluoxetin har en icke-linjär farmakokinetisk profil med första-passage-effekt i levern. Maximal plasmakoncentration uppnås i allmänhet 6-8 timmar efter administrering. Fluoxetin metaboliseras i stor utsträckning av det polymorfa enzymet CYP 2D6. Fluoxetin metaboliseras huvudsakligen i levern till den aktiva metaboliten norfluoxetin (demetylfluoxetin), genom demetylering. Halveringstiden för eliminationen är 4-6 dagar för fluoxetin och 4-16 dagar för norfluoxetin. Dessa långa halveringstider gör att läkemedlet finns kvar i kroppen 5-6 veckor efter det att medicineringen upphört. Utsöndring sker huvudsakligen (omkring 60 %) via njurarna. Fluoxetin är ett läkemedel som används över hela världen. Framme i reningsverken Halterna av läkemedelsrester i avloppsvattnet varierar kraftigt, det verkar som om vissa läkemedel bryts ner effektivt av mikroorganismer i reningsverken medan andra passerar i stort sett rakt igenom. Landstinget i Uppsala län gjorde en undersökning av läkemedelsrester i vattnet som lämnade Akademiska sjukhuset, i vattnet som nådde reningsverket samt i vattnet som lämnade reningsverket. Vissa substanser, t.ex. diklofenak mättes till 690 ng/l i avloppet på Akademiska, 410 i vattnet till reningsverket och 350 i vattnet som lämnade reningsverket. Ibuprofen (ett antiinflammatoriskt läkemedel) mättes till 800, 14000 och 17 (allt i ng/l) (Landstinget i Uppsala län 2006) Dextropropoxifen har detekterats i halter varierande mellan 0.03 0.06 µg/l Diazepam kunde detekteras i 8 av 20 STP, (sewage treatment plants) i Tyskland i relativt låga koncentrationer, upp till 0,04µ.g/L I Belgien uppmättes koncentrationer på upp till 0,66µg/L. Diazepam interagerar med centrala nervsystemet och inhiberar GABA (gammaaminosmörsyra). GABA är en hämmande signalsubstans i CNS och hämmar nervceller från att överföra simpulser till nästa nervcell. GABA-systemet finn även hos vissa fiskar t.ex. hos regnbåge (Oncorhynchus mykiss) (Fent et al 2006) Vägen vidare Kan då läkemedelsrester ha någon biologisk effekt? Eftersom läkemedel är speciellt framtagna för att ha effekt på levande celler och organismer kan de ha biologisk effekt även i låga doser. Ett antal rapporter visar att läkemedelsrester står att finna i vattenprover nedströms vattenreningsverk, (eg. Boyd, et.al. 2003,Kreuzinger et.al. 2004) Exponering för läkemedel i dricksvatten är svårbedömd, vi i Sverige separerar våra avloppsrecipienter från dricksvattentäkter men så är det inte överallt. Lågdostillförsel under lång tid är inte självklart riskfritt, med tanke på t.ex. allergier. En annan aspekt som gör det svårt att prediktera riskerna är den ökande läkemedelskonsumtionen..(läkemedelsboken 2005/2006) Boyd och medarbetare (2003) visar på olika metoder för att förhindra att läkemedelsrester passerar avloppsreningsverken. Ett par metoder som beskrivs är klorinering och filtrering av vattnet. 5

Förbrukning av läkemedel Statistik över läkemedelsanvändning kan uttryckas på flera olika sätt: i pris, mängd eller med hjälp av en teknisk jämförelseenhet. DDD, definierad dygnsdos är en sådan teknisk mätenhet som används tillsammans med ATC-klassificeringssystemet. Med denna som grund kan man jämföra försäljning under tid men även mellan länder. ATC/DDD-systemet hanteras av WHO Collaborating Centre for Drug Statistics Methodology i Oslo. Centret har till sin hjälp en internationell expertgrupp som fattar beslut om ATC-koder och DDD. Med hjälp av statistik från Apoteket (www.apoteket.se) och WHO-CC i Oslo (www.whocc.no) kan man räkna ut mängden förskriven läkemedel. Försäljningen av SSRI-preparat uppgick 2005 till 159 295 059 DDD och av dessa stod fluoxetin för 14 721 539. Kvantiteten såld fluoxetin räknas därefter ut enligt följande: Fluoxetin DDD 14 721 539 A Antal inv. I Sverige 9 011 391 B Antal DDD/ inv. 1.6336 A/B Antal DDD/ 1000 inv. 1633.6 A/B*1000 DDD/1000 inv./dag 4.5 A/B*1000/365 Såld mängd skulle således teoretiskt räcka för att medicinera 4.5 personer av 1000, alltså 0.45 av hundra, 0.45% av befolkningen. Detta ger att ca 800 gram fluoxetin konsumeras varje dag. (Tabell 1) Tabell 1 Förbrukning gram/dygn av vissa mediciner i Sverige 2005. Förbrukning Läkemedel g/d Fluoxetin 811,0252 Diazepam 450,5696 Oxazepam 1802,278 Flunitrazepam 0 Dextropropoxifen 5406,835 Siffrorna för förbrukning är hämtade från officiell statistik på Apotekets hemsida. Flunitrazepam (rohypnol) säljs inte längre i Sverige och gamla försäljningssiffror är inte relevanta då denna tablett smugglades i stor omfattning. Även när medicinen förskrevs av läkare antogs att mer än 90 % smugglade in i landet. Flunitrazepam tillverkas fortfarande i flera länder och smugglingen lär fortsätta. Medicin som innehåller dextropropoxifen kommer även de till landet på olaglig väg. Att försöka göra en relevant bedömning av förbrukningen av flunitrazepam, diazepam, oxazepam samt dextropropoxifen stöter på patrull. Tullverket gör ingen direkt skillnad på preparat utan samlar alla narkotikaklassade preparaten under samma kolumn. Statistik inhämtad från tullåklagarexpeditionen i Stockholm gällande beslag av narkotikaklassade läkemedel,(tabell2) säger följande: antal beslagtagna tabletter 2005 22 000 st. Av dessa uppskattas ungefär 200 vara flunitrazepam, 100 dextropropoxifen samt 5500 vara diazepam/oxazepam (Johan Landstedt, muntligt). Dessa siffror gäller beslag i post från utlandet som anländer till Arlanda. 60 ton postförsändelser anländer till Arlanda varje vecka så gissningsvis är dessa 22 000 tabletter endast toppen på isberget. Statistik inhämtad från 6

tullverket i Malmö (Malin Svensk muntligt) ger följande information, medelvärde antal tabletter i beslag under 2000-talet 301 000 st. I denna statistik gör tullen ingen skillnad på olika preparat. Om man använder samma proportioner som Arlanda statistiken skull preparatfördelningen få följande utseende (tabell 2). Tabell 2. Uppskattad mängd preparat som smugglas till Sverige Uppskattad Preparat Arlanda Gränstull insmuggling Flunitrazepam 200 2700 5510 Dextropropoxifen 100 1350 2755 Diazepam/oxazepam 5500 75000 142 500 Gissningsvis fastnar cirka 10 % av allt smuggelgods i tullen men denna uppskattning kan vara helt felaktig men används ändå för att ge en bild av situationen. Miljöpåverkan Läkemedelsverket har ett regeringsuppdrag att utreda Miljöpåverkan från läkemedel samt kosmetiska och hygieniska produkter som ett led i EU s arbete med en ny vägledning för miljöriskbedömningar. En modell för presentation av mijödata har tagits fram för att ge information om eventuella miljörisker. Substansernas miljörisk baseras sig på kvoten mellan förväntade koncentrationer av läkemedlet i svenska vattendrag (PEC, Predicted Environmental Concentration) den koncentration som förväntas vara säker för de vattenlevande djur och växter som lever där (PNEC, Predicted Effect Concentration). Om kvoten blir lägre än 1 förväntas koncentrationen vara säker eller till och med försumbar. Är kvoten högre än 1 så kan det däremot finnas risk för miljöpåverkan. Miljöriskbedömningen kompletteras med information gällande preparatens egenskaper avseende nedbrytbarhet och potential för bioaccumulation.(svensk miljöklassifiering av läkemedel) Denna miljöklassning har påbörjats men är fortfarande under uppbyggnad. Det enda PEC/PNEC värde som finns angivet i FASS gäller fluoxetin och uppges vara 1 och > 0.1 Användning av fluoxetin har bedömts medföra låg risk för miljöpåverkan och substansen bryts ner långsamt i miljön. Fluoxetin har ingen potential att lagras i vattenlevande organismer enligt FASS men halter av fluoxetin-metaboliten norfluoxetin har uppmätts hos fiskar i USA och visar därmed på bioaccumulation. 1.6 ng/g fluoxetin har hittats i hjärnor hos fiskar men om detta har någon effekt på deras centrala nervsystem har ännu inte undersökts. (Brook et al. 2005) Fluoxetin inhiberar återupptaget av neurotransmittorn serotonin och ökar därmed halten av serotonin i den synaptiska klyftan. Denna neurotransmittor är involverad i många aktiviteter och påverkar t.ex. hunger och sexdrift. Serotonin återfinns även hos lägre ryggradsdjur och hos evertebrater. Dess funktion som transmittor är dock annorlunda hos dessa organismer och därmed kan effekten av fluoxetin variera mellan olika organismer. Serotonin har t.ex. förändrat de endokrina funktionerna hos musslan, Sphaerium striatinum och hos den japanska risfisken Oryzias latipes.(fent et al. 2006) Ett annat sätt att bedöma preparats miljöfarlighet kan göras med hjälp utav PBT-index. 7

P står för persistens, B för bioaccumulation och T för toxisitet. P,B och T kan anta värde mellan 0-3, detta medför att ett PBT-index värde kan anta vilket värde som helst mellan 0-9. Lågt värde låg farlighet, högt värde hög farlighet. En * efter värdet antyder att värdet är osäkert pga. avsaknad av data. (Tabell 3.) Tabell 3. PBT-index för vissa preparat. Subsans Risk PBT P B T Dextropropoxifen * 8 *3 *3 *2 Flunitrazepam 4 3 0 1 Diazepam * 6 * 3 0 *3 Oxazepam *6 *3 0 *3 Fluoxetin låg 6 3 0 3 Sammanfattning En samlad bild av läkemedel i miljön är inte lätt att göra då information om många preparats eventuella miljöpåverkan saknas. Fluoxetin och andra SSRI preparat verkar utgöra den största faran då de bioaccumuleras i fisk. Dessa preparat verkar också på organismer som endokrina disruptorer (EDC) Akut toxiska tester har utförts på ett antal olika organismer men kroniska effekter behövs utredas ytterliggare. Hur låga doser påverkar organismer under hela deras livscykel saknas nästan fullständigt. Det saknas även hur synergistiska effekter skulle kunna påverka vattenlevande organismer. Läkemedel som innehåller dextropropoxifen är även de preparat som kan vara farliga för miljön eftersom de inte bryts ner i någon större utsträckning i våra reningsverk. Bensodiazepin-derivaten är svårbedömda, uppgifter om hur de skulle kunna påverka miljön saknas och samtidigt gör den illegala handeln det svårt att prediktera mängden substans som belastar miljön. En effektivare rening vid våra reningsverk skulle kunna minska belastningen avsevärt, och här finns mycket arbete kvar att göra! Sjukhusens utsläpp skulle kunna omhändertas direkt i anslutning till deras utsläpp istället för att belasta vattenmiljön i deras omgivning. De flesta preparaten i detta arbete kommer förmodligen från mer diffusa utsläpp men diazepampreparat används flitigt i samband med operationer och skulle kunna omhändertas direkt i anslutning till sjukhusen. En förnyad lagstiftning är på väg men jag är tveksam till att företagen själva ska stå för miljöklassificeringen. PEC/PNEC- värdet avseende fluoxetin är gjort av företaget själv och de uppger att preparatet inte bioaccumuleras men en bioaccumulation hos fisk har påvisats. 8

Referenser Boyd GR, Reemtsma H, Grimm D, Mitra S. 2003 Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in surface and treated water of Louisiana, USA and Ontario, Canada Brooks BW, Chambliss CK, Stanley JK, Ramirez A, Banks KE, Johnson RD, Lewis RJ. 2005 Determination of select antidepressants in fish from an effluent-dominated stream Fent K, Weston AA, Caminade D. 2006 Ecotocicology of human pharmaceuticals Kreutzinger N, Clara M, Strenn B, Vogel B. 2004. Investigation on the behavior of selected pharmaceuticals in the groundwater after infiltration of treated wastewater. Landstinget i Uppsala län 2006 Recept på behandling Årgång 10 april 2006 nr.2 Läkemedelsboken 2005/2006 Apoteket AB FASS 2006 Svensk miljöklassifiering av läkemedel, Läkemedelsindustri föreningen Socialstyrelsen 2001 Läkemedel i miljön - En hälsorisk? www.apoteket.se 20060511 www.whocc.no 20060512 www.rek-listan.nu 20060517 Muntliga referenser Landstedt Johan Tullåklagare expeditionen 08-456 66 47 Svensk Malin Tullverket 0771-52 05 20 9