ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΗΣ ΚΤΗΝΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΕΠΡΙΝΟΜΕΚΤΙΝΗΣ (EPRINOMECTIN B1a) ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΚΤΗΝΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΖΩΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ, ΙΧΘΥΟΛΟΓΙΑΣ, ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΗΣ ΚΤΗΝΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΕΠΡΙΝΟΜΕΚΤΙΝΗΣ (EPRINOMECTIN B1a) ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΛΙΤΣΚΑΣ Δ. ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΓΕΩΠΟΝΟΣ M.Sc. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 Υποβλήθηκε στην Κτηνιατρική Σχολή ΑΠΘ Εργαστήριο Οικολογίας και Προστασίας Περιβάλλοντος Τομέας Ζωικής Παραγωγής, Ιχθυολογίας Οικολογίας και Προστασίας Περιβάλλοντος ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Καραμανλής Ν. Ξάνθιππος, επιβλέπων (αναπλ. Καθηγητής - Κτηνιατρική Σχολή ΑΠΘ) Μπατζίας Χ. Γεώργιος, μέλος (αναπλ. Καθηγητής - Κτηνιατρική Σχολή ΑΠΘ) Τσιούρης Ε. Σωτήριος, μέλος (Καθηγητής - Γεωπονική Σχολή ΑΠΘ) ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Βερεσόγλου Σ. Δημήτριος, μέλος (Καθηγητής - Γεωπονική Σχολή ΑΠΘ) Κουτσοβίτη - Παπαδοπούλου Μαρία, μέλος (Καθηγήτρια - Κτηνιατρική Σχολή ΑΠΘ) Μενκίσογλου - Σπυρούδη Ουρανία, μέλος (Καθηγήτρια - Γεωπονική Σχολή ΑΠΘ) Παυλάτου - Βε Αθηνά, μέλος (αναπλ. Καθηγήτρια - Γεωπονική Σχολή ΑΠΘ) Λίτσκας Δ. Βασίλειος ΑΠΘ Μελέτη της διασποράς της κτηνιατρικής φαρμακευτικής ουσίας επρινομεκτίνη (eprinomectin B1a) στο περιβάλλον. ISBN Η έγκριση της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής από την Κτηνιατρική Σχολή του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ.2). 2

3 Περιεχόμενα Πρόλογος Ευχαριστίες 6 Α. Εισαγωγή - βιβλιογραφική ανασκόπηση 7 1. Κτηνιατρικά φάρμακα και περιβάλλον Είσοδος των φαρμάκων στο περιβάλλον Παραγωγή των φαρμάκων Χρήση των φαρμάκων στην κτηνοτροφία Χρήση των φαρμάκων στις ιχθυοκαλλιέργειες Τύχη των κτηνιατρικών φαρμάκων στο περιβάλλον Προσρόφηση και διάσπαση στο έδαφος Μετακίνηση στο έδαφος Επιφανειακά και υπόγεια ύδατα Πρόσληψη από τους ζωντανούς οργανισμούς Επιπτώσεις των κτηνιατρικών φαρμάκων στο περιβάλλον και στον άνθρωπο Νομοθετικό πλαίσιο των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη χρήση κτηνιατρικών φαρμάκων Αβερμεκτίνες και επρινομεκτίνη Χημική δομή και φυσικοχημικές ιδιότητες των αβερμεκτινών Τρόπος δράσης και χρήση των αβερμεκτινών ως αντιπαρασιτικών φαρμάκων Μεταβολισμός και απέκκριση των αβερμεκτινών στο περιβάλλον Διασπορά στο περιβάλλον και οικοτοξικότητα των αβερμεκτινών Επρινομεκτίνη Χημική δομή και φυσικοχημικές ιδιότητες της επρινομεκτίνης Τρόπος δράσης και χρήση της ΕΠΜ ως αντιπαρασιτικού φαρμάκου Μεταβολισμός και απέκκριση της ΕΠΜ στο περιβάλλον Διασπορά στο περιβάλλον και οικοτοξικότητα της ΕΠΜ Ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός ΕΠΜ - αβερμεκτινών σε βιολογικά και περιβαλλοντικά δείγματα Στόχοι της έρευνας 50 Β. Πειραματικό μέρος Υλικά και Μέθοδοι Επιλογή, συλλογή και επεξεργασία δειγμάτων εδάφους και κοπριάς Συλλογή και επεξεργασία του εδαφικού υλικού Συλλογή και επεξεργασία της κοπριάς των βοοειδών Ανάπτυξη της αναλυτικής μεθόδου για τον προσδιορισμό της ΕΠΜ στο έδαφος, την κοπριά και το νερό Όργανα και αντιδραστήρια Παραλαβή, απομόνωση και παραγωγοποίηση της ΕΠΜ Συνθήκες χρωματογραφικής ανάλυσης Καμπύλη αναφοράς Διερεύνηση της αξιοπιστίας της μεθόδου Μελέτη της διασποράς της ΕΠΜ στο περιβάλλον Μελέτη της προσρόφησης - εκρόφησης της ΕΠΜ στο έδαφος Προκαταρκτικοί πειραματισμοί Μελέτη της προσρόφησης - εκρόφησης δημιουργία ισόθερμων καμπυλών Στατιστική επεξεργασία Έκπλυση της ΕΠΜ σε εδαφικές στήλες Κατασκευή των εδαφικών στηλών και προσδιορισμός των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών τους Εφαρμογή και έκπλυση της ΕΠΜ στο έδαφος μετά από άρδευση Στατιστική επεξεργασία Μελέτη της διάσπασης της ΕΠΜ στο έδαφος σε σχέση με το χρόνο 76 3

4 4.3.4 Μελέτη της διάσπασης της ΕΠΜ στην κοπριά σε σχέση με το χρόνο Προβλεπόμενες συγκεντρώσεις της ΕΠΜ στο περιβάλλον σύμφωνα με την ευρωπαϊκή νομοθεσία (ΕΜΕΑ) 82 Γ. Αποτελέσματα συζήτηση Αποτελέσματα Μελέτη της διασποράς της ΕΠΜ στο περιβάλλον Προσρόφηση - εκρόφηση της ΕΠΜ στο έδαφος Έκπλυση της ΕΠΜ σε εδαφικές στήλες Διάσπαση της ΕΠΜ στο έδαφος σε σχέση με το χρόνο Διάσπαση της ΕΠΜ στην κοπριά σε σχέση με το χρόνο Προβλεπόμενες συγκεντρώσεις της ΕΠΜ στο περιβάλλον Συζήτηση Ανάπτυξη της αναλυτικής μεθόδου για την ανίχνευση και τον ποσοτικό προσδιορισμό της ΕΠΜ στο έδαφος, στην κοπριά βοοειδών και στο νερό Διασπορά της ΕΠΜ στο περιβάλλον Προσρόφηση και εκρόφηση της ΕΠΜ στο έδαφος Έκλυση της ΕΠΜ σε εδαφικές στήλες Αερόβια και αναερόβια διάσπαση της ΕΠΜ στο έδαφος με το χρόνο Αναερόβια διάσπαση της ΕΠΜ στην κοπριά με το χρόνο Περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη χρήση της ΕΠΜ 117 Δ. Συμπεράσματα προτάσεις Συμπεράσματα και προτάσεις Επιπτώσεις της ΕΠΜ στο περιβάλλον Διαχειριστικές προτάσεις Προτάσεις για την επέκταση της έρευνας 124 Περίληψη 126 Abstract 129 Βιβλιογραφία 132 Παράρτημα 145 4

5 Αρκτικόλεξα CVMP: Committee for Medicinal Products for Veterinary use - Επιτροπή της Ε.Ε. για τη χρήση των κτηνιατρικών φαρμάκων. DT x : Degradation Time x% - Χρόνος για τη διάσπαση του ποσοστού x% της αρχικής ποσότητας μιας χημικής ένωσης. ECx: Effective Concentration x% - Συγκέντρωση της χημικής ένωσης για την οποία παρατηρούνται επιπτώσεις σε ποσοστό x% του πληθυσμού ενός είδους που εκτίθεται σε αυτή. E.E.: Ευρωπαϊκή Ένωση, Ε.Κ.: Ευρωπαϊκή Κοινότητα. EIC: Environment Introduction Concentration - Αρχική συγκέντρωση της χημικής ένωσης στο περιβάλλον. EMEA (πλέον EMA): European Medicines Agency - Υπηρεσία Φαρμάκων της Ε.Ε. ΕΠΜ: Επρινομεκτίνη. ERA: Environmental Risk Assessment - Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ). FOCUS: FOrum for Co-ordination of pesticide fate models and their Use - Τόπος συζήτησης περί της χρήσης των μοντέλων με σκοπό τη διευκρίνηση της τύχης των φυτοφαρμάκων. Ζ.Β.: Ζων Βάρος (ή βάρος ζώντος ζώου). LCx: Lethal Concentration x% - Συγκέντρωση που προκαλεί θάνατο σε ποσοστό x% του πληθυσμού ενός είδους. LDx: Lethal Dose x% - Θανατηφόρος δόση για ποσοστό x% του πληθυσμού ενός είδους. LOD/LOQ: Limit of Detection/Quantification - Όριο ανίχνευσης/ποσοτικοποίησης. Μ.Β.: Μοριακό Βάρος μιας χημικής ένωσης. MRL: Maximum Residue Limit - ανώτατη (επιτρεπόμενη) συγκέντρωση των καταλοίπων μιας χημικής ένωσης σε κάποιο δείγμα π.χ. στα τρόφιμα. NOEC: NO Effect Concentration - Συγκέντρωση της χημικής ένωσης για την οποία δεν παρατηρούνται επιπτώσεις σε ένα είδος. ξ.β./υ.β.: ξηρό βάρος/ υγρό βάρος. OECD: Organization for Economic Co-operation and Development - Οργανισμός Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης (Ο.Ο.Σ.Α.). ΟC %: Organic Carbon % - οργανικός άνθρακας % στο έδαφος. PEC: Predicted Environmental Concentration - Προβλεπόμενη συγκέντρωση στο περιβάλλον. PNEC: Predicted No Effect Concentration - Προβλεπόμενη συγκέντρωση για την οποία δεν παρατηρούνται επιπτώσεις στα είδη. RQ (=PEC/PNEC): Risk Quotient - Πηλίκο κινδύνου. SFO, GH (FOMC), HS models: Simple First Order kinetics (Κινητική πρώτης τάξης), μοντέλο Gustafson - Holden (First Order Multi Compartment), μοντέλο Hockey Stick. VICH: International Cooperation on Harmonization of technical requirements for registration of Veterinary medicinal products - Διεθνής συνεργασία για την εναρμόνιση των τεχνικών απαιτήσεων των φαρμακευτικών προϊόντων κτηνιατρικής χρήσης. 5

6 Πρόλογος - Ευχαριστίες «Ξέρω πως ποτέ δεν σημαδεύουνε στα πόδια, το μυαλό είναι ο στόχος. Το νου σου, ε;» Κ. Γώγου. Η παρούσα έρευνα έχει ως στόχο τη μελέτη της διασποράς στο περιβάλλον του κτηνιατρικού φαρμάκου επρινομεκτίνη. Το κείμενο απαρτίζεται από τέσσερα μέρη. Το πρώτο αποτελεί τη βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με την τύχη και τη μελέτη των επιπτώσεων των κτηνιατρικών φαρμάκων, των αβερμεκτινών και της επρινομεκτίνης στο περιβάλλον. Στο τέλος του, παρουσιάζονται οι στόχοι της έρευνας. Για την επίτευξή τους, επιλέχθηκαν συγκεκριμένα πειραματικά πρωτόκολλα, τα οποία περιγράφονται στο δεύτερο μέρος, μαζί με τα υλικά και τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν κατά τους πειραματισμούς καθώς και την επεξεργασία των δεδομένων που προέκυψαν από αυτούς. Στο τρίτο μέρος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της έρευνας και γίνεται η συζήτηση τους με βάση τη βιβλιογραφία. Στο τέταρτο και τελευταίο μέρος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και γίνονται διαχειριστικές προτάσεις για την αποφυγή των επιπτώσεων από τη χρήση της επρινομεκτίνης καθώς επίσης και προτάσεις για επέκταση της έρευνας που σχετίζεται με την τύχη της επρινομεκτίνης στο περιβάλλον. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα του διδακτορικού μου κ. Ξάνθιππο Καραμανλή, Αν. καθηγητή της Κτηνιατρικής Σχολής ΑΠΘ, για την καθοδήγηση και τη διαρκή στήριξη, όπως και για τις γνώσεις που με υπομονή μου μετέδωσε. Ευχαριστώ τον κ. Γιώργο Μπατζία, Αν. καθηγητή της Κτηνιατρικής Σχολής ΑΠΘ, για τη συνεχή συμπαράσταση και την επιμονή του να μου μεταδώσει γνώσεις καθοριστικές για την ολοκλήρωση της έρευνας. Ευχαριστώ θερμά τους κ. Τσιούρη Σωτήριο, καθηγητή της Γεωπονικής Σχολής ΑΠΘ και κ. Αθ. Καμαριανό, Αν. Καθηγητή της Κτηνιατρικής Σχολής ΑΠΘ για την υποστήριξη και τις γνώσεις που μου παρείχαν κατά τις διδακτορικές μου σπουδές. Ευχαριστώ εκ βάθους καρδίας τους συναδέλφους στο εργαστήριο της Οικολογίας - Προστασίας Περιβάλλοντος της Κτηνιατρικής, τον Dr. Χημικό κ. Ιωάννη Δόση και την Κτηνίατρο, Μ.Sc., κ. Σοφία Προύσαλη, όπως επίσης και τον μεταπτυχιακό φοιτητή της Γεωπονικής Σχολής κ. Καραολή Χριστόδουλο για τη βοήθειά τους σε όλη τη διάρκεια της έρευνάς μου. Οφείλω τις ευχαριστίες μου στον επίκ. καθηγητή κ. Δόβα Χρυσόστομο και στο επιστημονικό προσωπικό του εργαστηρίου της Μικροβιολογίας και Λοιμωδών Νοσημάτων, καθώς η χρήση του εξοπλισμού τους βελτίωσε την αποδοτικότητα της εργασίας μου. Ευχαριστώ επίσης τον κ. Μαμώλο Αντρέα, επίκουρο καθηγητή της Γεωπονικής Σχολής ΑΠΘ και τον κ. Παρασκευά Χαράλαμπο, υπ. διδάκτορα της Γεωπονικής Σχολής, για την πολύτιμη βοήθεια και τις συμβουλές κατά το σχεδιασμό και την υλοποίηση των πειραματισμών της διάσπασης και της μετακίνησης της επρινομεκτίνης σε εδαφικές στήλες, αντίστοιχα. Πιστεύω ότι χωρίς την ηθική και υλική συμπαράσταση αλλά και την κατανόηση των γονέων μου, Δημήτρη και Βασιλικής Λίτσκα και του αδερφού μου Γιώργου δεν θα κατάφερνα να ολοκληρώσω το διδακτορικό και για αυτό θα τους είμαι πάντοτε ευγνώμων. Τέλος, ευχαριστώ την κ. Ιωάννα Κρητιώτου η οποία ήταν καθημερινά δίπλα μου, με στήριζε με κάθε δυνατό τρόπο και με βοηθούσε ώστε να αισιοδοξώ και να επιμένω να αγωνίζομαι. Βασίλης Δ. Λίτσκας Θεσσαλονίκη, Ιανουάριος

7 Α. Εισαγωγή βιβλιογραφική ανασκόπηση 1. Κτηνιατρικά φάρμακα και περιβάλλον 1.1. Είσοδος των φαρμάκων στο περιβάλλον Τα κτηνιατρικά φάρμακα τόσο κατά τη διαδικασία της παραγωγής τους όσο και κατά τη χρήση τους στην κτηνοτροφία είναι πιθανό να εισέλθουν στο περιβάλλον (χερσαία και υδάτινα οικοσυστήματα). Όταν τα φάρμακα βρεθούν στο περιβάλλον δύνανται να προκαλέσουν άμεσες και έμμεσες επιπτώσεις σε οργανισμούς μη στόχους και να εισέλθουν στην τροφική αλυσίδα (Schiermeier 2003, Oaks et al. 2004, Markandya et al. 2008). Η είσοδος των φαρμάκων στα χερσαία οικοσυστήματα γίνεται είτε με τη χρήση της κοπριάς ως λιπάσματος είτε με την έκπλυση των φαρμάκων από την επιφάνεια του σώματος του ζώου, στην περίπτωση που αυτά εφαρμόζονται με ενστάλαξη ή επίπαση. Τα φάρμακα εισέρχονται στα επιφανειακά ή και στα υπόγεια νερά είτε άμεσα όπως στην περίπτωση της εφαρμογής θεραπευτικής αγωγής σε ιχθυοκαλλιέργειες είτε έμμεσα με την έκπλυση των εδαφών που έχουν δεχθεί κοπριά. Οι πιθανές οδοί εισόδου των κτηνιατρικών φαρμάκων στο εδαφικό και υδάτινο περιβάλλον, παρουσιάζονται στο Σχήμα 1.1. Σχήμα 1.1. Πιθανές οδοί εισόδου των κτηνιατρικών φαρμάκων στο περιβάλλον (Boxall 2010, τροποποιημένο). 7

8 Όπως φαίνεται από το Σχήμα 1.1, τα φάρμακα μπορεί να εισέλθουν στο χερσαίο και υδάτινο περιβάλλον: 1) κατά τη διαδικασία παραγωγής τους στις αντίστοιχες βιομηχανικές εγκαταστάσεις, 2) με τη χρήση τους στην κτηνοτροφία και 3) με τη χρήση τους στις ιχθυοκαλλιέργειες Παραγωγή των φαρμάκων Τα φάρμακα, κατά την παραγωγή τους, μπορεί να καταλήξουν στην ατμόσφαιρα, στο νερό και στο έδαφος μέσω των εργοστασιακών αποβλήτων ή λυμάτων, τα οποία προκύπτουν κατά τις διεργασίες της παραγωγής της δραστικής ουσίας και των φαρμακομορφών, όπως και του καθαρισμού του μηχανολογικού εξοπλισμού που χρησιμοποιείται ώστε να πάρει το σκεύασμα την τελική του μορφή. Σύμφωνα με τους Velagaleti et al. (2002), η βιολογική και χημική διάσπαση των φαρμάκων (π.χ. υδρόλυση, φωτόλυση, ανοργανοποίηση) που γίνεται κατά τη διαδικασία της επεξεργασίας των παραπάνω λυμάτων ελαχιστοποιεί τη συγκέντρωσή τους στην τελική εκροή. Για την επεξεργασία των λυμάτων χρησιμοποιούνται (Boxall 2010): 1) οι διεργασίες της εξουδετέρωσης (neutralization) και της εξισορρόπησης (equalization), 2) η τεχνολογία των βιολογικών καθαρισμών (activated sludge), 3) ο ενεργός άνθρακας και 4) η χημική οξείδωση και άλλες βιολογικές διεργασίες. Επιπρόσθετα, η φαρμακευτική βιομηχανία υποχρεούται να ελέγχει τη διαδικασία παραγωγής με στόχο την ελαχιστοποίηση του κινδύνου ρύπανσης του περιβάλλοντος. Ο έλεγχος αυτός περιλαμβάνει (US EPA 1997): 1) τη βελτιστοποίηση και τον προγραμματισμό των διεργασιών παραγωγής, 2) τον εντοπισμό υπολειμμάτων στους χώρους των εγκαταστάσεων και 3) το διαχωρισμό και την κατάλληλη επεξεργασία των αποβλήτων Χρήση των φαρμάκων στην κτηνοτροφία Τα φάρμακα ανεξάρτητα από την οδό της χορήγησης τους (από το στόμα, ενέσιμα, με επίπαση ή ενστάλαξη) απεκκρίνονται από το σώμα του ζώου με τα κόπρανα και τα ούρα, καταλήγοντας στο περιβάλλον. Ιδιαίτερη περίπτωση αποτελούν τα παρασιτοκτόνα φάρμακα που χορηγούνται με επίπαση ή ενστάλαξη (εφαρμογή σκόνης ή διαλύματος του φαρμάκου) στην επιφάνεια του σώματος των ζώων. Στις εκτατικές εκτροφές, τα φάρμακα αυτά καταλήγουν στο περιβάλλον με το ξέπλυμα των ζώων λόγω βροχής ή με την είσοδό 8

9 τους σε υδατοσυλλογές. Επιπλέον, είναι διαδεδομένη η χρήση των λουτρών αποπαρασιτισμού (στην προβατοτροφία) τα νερά των οποίων καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον. Στην εκτατική εκτροφή το μίγμα (κοπράνων και ούρων) καταλήγει απευθείας στο έδαφος ή στα επιφανειακά νερά. Σε αυτή την περίπτωση, τα φάρμακα αποτίθενται άμεσα στο έδαφος και στα επιφανειακά νερά με αποτέλεσμα οι αντίστοιχοι οργανισμοί μη στόχοι να εκτίθενται τοπικά σε υψηλές συγκεντρώσεις φαρμάκων (Halling-Sorenson et al. 1998, Pope 2009). Στην εντατική εκτροφή το μίγμα κοπράνων, ούρων και πιθανόν αχυροστρωμνής (κοπριά) είτε εφαρμόζεται αμέσως στους αγρούς είτε παραμένει για κάποιο χρονικό διάστημα στο χώρο της εκτροφής. Τα φάρμακα που περιέχονται στην κοπριά μπορεί να διασπαστούν κατά το διάστημα της παραμονής τους στην κοπροσωρό. Στη βιβλιογραφία υπάρχουν λιγοστές δημοσιεύσεις για τη διάσπαση των φαρμάκων στην κοπριά και εντοπίζονται κυρίως στα αντιβιοτικά (Loke et al. 2000, Teeter and Meyerhoff 2003, Kolz et al. 2005). Οι β-λακτάμες και τα μακρολίδια θεωρείται ότι διασπώνται σχετικά γρήγορα στην κοπριά ανεξάρτητα από το είδος του ζώου από όπου προέρχονται, ενώ οι αβερμεκτίνες και οι τετρακυκλίνες δεν διασπώνται τόσο εύκολα (Boxall 2010). Η διάσπαση των φαρμάκων στην κοπριά διαφέρει από αυτή στο έδαφος. Η διάσπαση στην κοπριά οφείλεται περισσότερο στους αναερόβιους μικροοργανισμούς, ενώ στο έδαφος κυριαρχεί συνήθως η αερόβια διάσπαση (Blackwell et al. 2005). Τα φάρμακα είναι δυνατό επίσης να δεσμεύονται στις επιφάνειες των οργανικών και ανόργανων υλικών της κοπριάς και του εδάφους, με αποτέλεσμα να ακινητοποιούνται. Σε αυτή την περίπτωση προκύπτουν κατάλοιπα στενά συνδεδεμένα με τα συστατικά του εδάφους. Το φάρμακο σε αυτή την περίπτωση φαίνεται ότι εξαφανίζεται, δύσκολα εντοπίζεται κατά την ανάλυση δειγμάτων του υλικού, ενώ στην πραγματικότητα δεν διασπάται. Ελάχιστα είναι γνωστά περί της τύχης και των επιπτώσεων που έχουν τα δεσμευμένα κατάλοιπα των φαρμάκων στο περιβάλλον (Boxall 2010). Τέλος, επισημαίνεται ο κίνδυνος της ρύπανσης του περιβάλλοντος από τις εγκαταλελειμμένες συσκευασίες των φαρμάκων που περιέχουν υπολείμματα των δραστικών ουσιών Χρήση των φαρμάκων στις ιχθυοκαλλιέργειες Τα φάρμακα χρησιμοποιούνται κατά την εκτροφή των ιχθύων σε ιχθυοκλωβούς στο υδάτινο περιβάλλον και σε δεξαμενές στο χερσαίο περιβάλλον. Τα φάρμακα χορηγούνται είτε με την τροφή είτε διαλύονται μέσα σε σάκους θεραπείας, στους οποίους παραμένουν 9

10 οι ιχθύες κατά τη διάρκεια της θεραπευτικής αγωγής. Τα υπολείμματα της τροφής που δεν καταναλώνεται από τον πληθυσμό και οι εκκρίσεις των υπό θεραπεία ιχθύων είναι οι κύριες αιτίες ρύπανσης του περιβάλλοντος από τη χρήση φαρμάκων στις ιχθυοκαλλιέργειες (Boxall 2010). Οι βακτηριακές λοιμώξεις των ιχθύων αντιμετωπίζονται με τη χορήγηση τροφής, μέσα στην οποία ενσωματώνεται το φάρμακο. Επειδή όμως οι ιχθύες που νοσούν εμφανίζουν μειωμένη όρεξη, μέρος της τροφής διαπερνά τους κλωβούς και καταλήγει στο υδάτινο περιβάλλον της εκτροφής με αποτέλεσμα την απελευθέρωση του φαρμάκου. Οι σάκοι θεραπείας χρησιμοποιούνται κατά τη χορήγηση των παρασιτοκτόνων φαρμάκων. Μετά το τέλος της θεραπείας, το νερό των σάκων καταλήγει στο υδάτινο περιβάλλον στην περίπτωση της εκτροφής σε ιχθυοκλωβούς. Στην περίπτωση της χερσαίας εκτροφής (δεξαμενές) το νερό που περιέχει το φάρμακο μπορεί να καταλήξει στο έδαφος ή σε κάποιο βιολογικό καθαρισμό. Στη δεύτερη περίπτωση, τα φάρμακα εφόσον είναι ανθεκτικά στη διάσπαση, μπορεί να καταλήξουν στο έδαφος μετά από την εφαρμογή της λυματολάσπης ως εδαφοβελτιωτικό (Montforts 1999, Boxall 2010) Τύχη των κτηνιατρικών φαρμάκων στο περιβάλλον Τα κτηνιατρικά φάρμακα εντοπίζονται συνήθως και σε μεγάλες συγκεντρώσεις στην κοπριά των υπό θεραπεία ζώων (Πίνακας 1.1). Επίσης, κτηνιατρικά φάρμακα έχουν εντοπιστεί στο έδαφος, στα επιφανειακά και υπόγεια νερά, στα ιζήματα, βεβαίως και στους ζωντανούς οργανισμούς. Ομάδα φαρμάκων Φθόροκινολόνες Πίνακας 1.1. Συγκεντρώσεις των κτηνιατρικών φαρμάκων στην κοπριά των υπό θεραπεία ζώων. Δραστική ουσία Υλικό Συγκέντρωση Αναφορά Ενροφλοξακίνη Κιπροφλοξακίνη (μεταβολίτης της Ενροφλοξακίνης) Κοπριά χοίρων μg/kg * Zhou et al. Ούρα χοίρων μg/l 2008 Δεξαμενή ρευστής κοπριάς χοίρων (lagoon) 5 μg/l Campagnolo et al Κοπριά χοίρων μg/kg * Zhou et al. Ούρα χοίρων μg/l 2008 Ιονοφόρα Σαλινομυκίνη Κοπριά χοίρων 11 μg/kg * Schlusener et al Λινκοσαμίδες Λινκομυκίνη Ρευστή κοπριά χοίρων (slurry) Δεξαμενή ρευστής κοπριάς χοίρων (lagoon) 9870 μg/l 240 μg/l Kuchta & Cessna 2009 Campagnolo et al

11 Μακρολίδια Σουλφοναμίδες Τετρακυκλίνες Αμινογλυκοσίδες Διαμινοπυριδίνη Πίνακας 1.1. Συνέχεια. Δεξαμενή Campagnolo et Ερυθρομυκίνη ρευστής κοπριάς 275 μg/l al χοίρων (lagoon) Τυλοσίνη Κοπριά βοοειδών μg/kg * De Liguoro et al Κοπριά χοίρωναποθήκευση 43 μg/kg * Schlusener et Τιαμουλίνη al μήνες Σουλφαδιαζίνη Σουλφαδιαζόλη Σουλφαμεθαζίνη Χλωροτετρακυκλίνη Όξυτετρακυκλίνη Σπεκτινομυκίνη Τριμεθοπρίμη Κοπριά πουλερικών Αποθηκευμένη κοπριά χοίρων Ρευστή κοπριά χοίρων Martinez μg/kg * Carballo et al μg/kg υ.β μg/l Haller et al Burkhardt et al Κοπριά χοίρων μg/kg * Carballo et al. Martinez Αποθηκευμένη κοπριά χοίρων Αποθηκευμένη κοπριά βοοειδών Δεξαμενή ρευστής κοπριάς χοίρων (lagoon) Αποθηκευμένη κοπριά χοίρων Δεξαμενή ρευστής κοπριάς χοίρων (lagoon) 8700 μg/kg υ.β μg/kg υ.β. 400 μg/l 2600 μg/kg υ.β. 2,5 μg/l Haller et al Haller et al Campagnolo et al Haller et al Campagnolo et al Κοπριά χοίρων μg/kg * Carballo et al. Martinez Ρευστή κοπριά χοίρων Δεξαμενή ρευστής κοπριάς χοίρων (lagoon) μg/l 1000 μg/l Wincler & Grafe 2001 Campagnolo et al Κοπριά βοοειδών 100 μg/kg * Hamscher et al Martinez- Κοπριά χοίρων μg/kg * Carballo et al Κοπριά βοοειδών μg/kg * De Liguoro et al Αποθηκευμένη ρευστή κοπριά χοίρων μg/l Wincler & Grafe 2001 Κοπριά χοίρων μg/kg * Martinez- Carballo et al Κοπριά βοοειδών 4000 μg/kg * Hamscher et al Ρευστή κοπριά χοίρων Δεξαμενή ρευστής κοπριάς χοίρων (lagoon) 686 μg/l 2,5 μg/l * Δεν γίνεται αναφορά εάν πρόκειται για ξηρό ή υγρό βάρος Kuchta & Cessna 2009 Campagnolo et al

12 Προσρόφηση και διάσπαση στο έδαφος Ως προσρόφηση του φαρμάκου στο έδαφος ορίζεται ο βαθμός της δέσμευσής του σε αυτό. Ο βαθμός της προσρόφησης εκτιμάται από το συντελεστή κατανομής (K d ), ο οποίος ορίζεται ως το πηλίκο της συγκέντρωσης του φαρμάκου στη στερεά προς την αντίστοιχη συγκέντρωση στην υδατική φάση του εδάφους (Tolls 2001). Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του πηλίκου τόσο περισσότερο δεσμεύεται το φάρμακο στο έδαφος. Από τη διαίρεση της τιμής του συντελεστή K d με την επί τοις εκατό περιεκτικότητα του εδάφους σε οργανικό άνθρακα προκύπτει ο συντελεστής Κ oc, που κυρίως χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του βαθμού της προσρόφησης ενός φαρμάκου στο έδαφος (OECD 2000, Tolls 2001, Schwarchenbach et al. 2003). Από τα παραπάνω προκύπτει ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής Κ oc τόσο περισσότερο δεσμεύεται το φάρμακο στο έδαφος και επομένως είναι περισσότερο δυσκίνητο στο έδαφος. Από τις τιμές του συντελεστή K oc στη βιβλιογραφία προκύπτει ότι οι σουλφοναμίδες και τα οργανοφωσφορικά παρασιτοκτόνα αναμένεται να είναι ευκίνητα στο εδαφικό προφίλ, ενώ αντίθετα δυσκίνητα είναι οι τετρακυκλίνες, τα μακρολίδια και οι φθοροκινολόνες (Πίνακας 1.1 και 1.2). Η προσρόφηση εξαρτάται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες τόσο του εδάφους όσο και του φαρμάκου. Τα χαρακτηριστικά του εδάφους που επηρεάζουν την προσρόφηση των φαρμάκων είναι (OECD 2000): 1) η μηχανική του σύσταση, 2) το ph, 3) το ποσοστό της περιεκτικότητάς του σε οργανικό άνθρακα, 4) η περιεκτικότητά του σε οξείδια δισθενών και τρισθενών μετάλλων (π.χ. Ca, Fe), 5) η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων. Η προσρόφηση των φαρμάκων στο έδαφος εξαρτάται από το βαθμό ιονισμού τους. Τα φάρμακα απαντώνται στο έδαφος είτε ως ουδέτερα είτε ως ιονισμένα μόρια, εξαιτίας του γεγονότος ότι οι τιμές pka των φαρμάκων και το ph των εδαφών καθορίζουν βαθμό ιονισμού τους. Τα φάρμακα ενδέχεται να δεσμεύονται τόσο στις επιφάνειες των αργιλικών ορυκτών του εδάφους όσο και των οργανικών ουσιών με τους παρακάτω τρόπους (Schwarzenbach et al. 2003): 1) ηλεκτροστατικά, 2) με υδροφοβικούς δεσμούς, 3) με δεσμούς υδρογόνου και 4) με γέφυρες ιόντων. 12

13 Ως αποικοδόμηση του φαρμάκου ορίζεται η διάσπασή του σε απλούστερες μορφές. Για τη μελέτη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη χρήση των φαρμάκων σημαντικός παράγοντας είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη διάσπασή τους. Συνήθως χρησιμοποιείται ο χρόνος που απαιτείται για να μειωθεί στο μισό η αρχική τιμή της συγκέντρωσης ενός φαρμάκου στο έδαφος (χρόνος ημίσειας ζωής, Degradation Time 50%, DT 50 ). Υπάρχουν περιπτώσεις φαρμάκων που διασπώνται εντός ολίγων ωρών και άλλων που η διάσπασή τους διαρκεί ακόμη και έτη. Η διάσπαση ενός φαρμάκου στο έδαφος εξαρτάται κατά τον Boxall (2010) από: 1) τον τύπο του εδάφους (φυσικές και χημικές ιδιότητες), 2) το κλίμα της περιοχής (υγρασία, ηλιακή ακτινοβολία, βλάστηση κλπ), 3) την παρουσία και τη δραστηριότητα των αερόβιων μικροοργανισμών και 4) τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του φαρμάκου. Οι μηχανισμοί διάσπασης είναι αβιοτικοί (π.χ. φωτόλυση, υδρόλυση) και βιοτικοί (μικροοργανισμοί). Η διάσπαση των φαρμάκων μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία νέων χημικών ουσιών (μεταβολιτών) στο έδαφος, οι οποίες πιθανόν να είναι περισσότερο ευκίνητες, τοξικές ή και περισσότερο ανθεκτικές σε παραπέρα διάσπαση και πιθανόν προκαλούν μεγαλύτερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τις μητρικές φαρμακευτικές ουσίες. Με βάση τις διαθέσιμες από τη βιβλιογραφία τιμές DT 50 προκύπτει ότι οι σουλφοναμίδες διασπώνται γρήγορα στο έδαφος, ενώ αντίθετα οι αβερμεκτίνες ανθίστανται στη διάσπαση (Πίνακας 1.2) Πίνακας 1.2. Κατάταξη της κινητικότητας βάση του συντελεστή προσρόφησης (Koc) και της ανθεκτικότητας στη διάσπαση (DT 50 ) για διάφορες κτηνιατρικές φαρμακευτικές ουσίες στο έδαφος (Pope et al. 2009, τροποποιημένο). Koc DT 50 Koc<15 (εξαιρετικά ευκίνητο) Koc: (ευκίνητο) Koc: (μετρίως ευκίνητο) Koc: (μικρής κινητικότητας) Μη ανθεκτικό DT 50 <5 ημέρες Ελάχιστα ανθεκτικό DT ημέρες Μετρίως ανθεκτικό DT ημέρες Ανθεκτικό DT 50 >60 ημέρες Σουλφαμεθαζίνη Σουλφαδιμεθοξίνη Μετρονιδαζόλη Χλωροσουλόνη - - Τυλοσίνη Εμαμεκτίνη Φθοροφενικόλη - - Δελταμετρίνη Επρινομεκτίνη Ντικλαζουρίλη Οξφενταζόλη Αλμπενταζόλη Ντοραμεκτίνη Ιβερμεκτίνη Μοξιντεκτίνη Οξυτετρακυκλίνη Σελαμεκτίνη Koc: ο συντελεστής προσρόφησης (L/kg) στο έδαφος σταθμισμένος βάση του ποσοστού οργανικού άνθρακα (%OC), DT 50 : ο χρόνος, σε ημέρες, που απαιτείται για να διασπαστεί το 50% της ποσότητας του φαρμάκου στο έδαφος. 13

14 Η παρουσία της κοπριάς στο έδαφος είναι δυνατό να επιδράσει στην κινητικότητα και την ανθεκτικότητα στη διάσπαση των φαρμακευτικών ουσιών, επηρεάζοντας φυσικοχημικές παραμέτρους όπως το ph και την περιεκτικότητα του εδάφους σε οργανικό άνθρακα (Thiele Bruhn & Aust 2004) Μετακίνηση στο έδαφος Οι ποικίλοι ρύποι του εδάφους, μεταξύ των οποίων και τα φάρμακα, μπορεί να μεταφερθούν στα υδάτινα οικοσυστήματα με την επιφανειακή απορροή και τη στράγγιση του εδάφους. Η μεταφορά αυτή εξαρτάται από τις ιδιότητες του ρύπου, του εδάφους αλλά και από περιβαλλοντικές παραμέτρους (Αντωνόπουλος 1999, 2001), όπως είναι: 1) η διαλυτότητα του ρύπου στο εδαφικό νερό, 2) η προσρόφησή του στο έδαφος, 3) η διάσπασή του στο έδαφος, 4) οι φυσικοχημικές ιδιότητες του εδάφους (π.χ. δομή, ph, οργανική ουσία, ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων) και 5) οι κλιματικές παράμετροι (π.χ. ύψος και ένταση βροχής, θερμοκρασία). Στη βιβλιογραφία αρκετές είναι οι μελέτες που σχετίζονται με τη μετακίνηση των θρεπτικών στοιχείων (άζωτο, φώσφορος) και των φυτοφαρμάκων στο έδαφος (Αντωνόπουλος 1999, 2001, Τσιούρης 2004). Σχετικά πρόσφατα άρχισαν μελέτες για τη μετακίνηση των κτηνιατρικών φαρμάκων τόσο σε εδαφικές στήλες (Kay et al. 2005a, 2005b, Drillia et al. 2005) όσο και σε κλίμακα πεδίου (Kay et al. 2005c, Kreuzig and Holtge 2005, Kreuzig et al. 2005, Fernandez et al. 2011). Οι Hamscher et al εντόπισαν σε γεωργικά εδάφη της Γερμανίας συγκεντρώσεις τετρακυκλίνης έως και 41,8 μg/kg. Οι Nessel et al. (1989) στις ΗΠΑ μέτρησαν συγκεντρώσεις ιβερμεκτίνης 0,1 2 μg/kg στο έδαφος (έως 10 cm βάθος) αγελαδοτροφικής μονάδας, 28 ημέρες έπειτα από τη θεραπευτική αγωγή (200 μg/kg Ζ.Β.). Επίσης, οι Boxall et al. (2006b) εντόπισαν τις ουσίες οξυτετρακυκλίνη, λινκομυκίνη, σουλφαδιαζίνη, τριμεθοπρίμη, ιβερμεκτίνη και ενροφλοξακίνη σε γεωργικά και κτηνοτροφικά εδάφη της Βρετανίας. Το εύρος των συγκεντρώσεων κυμαίνονταν από 0,5 (τριμεθοπρίμη) έως 305 μg/kg εδάφους (οξυτετρακυκλίνη). Οι Carlson and Mabury (2006) αναφέρουν την παρουσία της χλωροτετρακυκλίνης σε βάθος cm, μετά από την εφαρμογή κοπριάς στον αγρό, ενώ αντίθετα η μονενσίνη παρέμεινε σε μικρότερο βάθος. Η προσθήκη της κοπριάς στο έδαφος βρέθηκε να ευνοεί τη μετακίνηση των σουλφοναμιδών με την επιφανειακή απορροή (Burkhard et al. 2005). Το γεγονός αυτό 14

15 αποδόθηκε στις αλλαγές του ph και στη δημιουργία σκληρής στρώσης που εμφανίστηκε στο έδαφος μετά από την προσθήκη υγρής κοπριάς. Οι Blackwell et al. (2007) επιβεβαίωσαν πειραματικά τη μετακίνηση των σουλφοναμιδών στο έδαφος, μετά από εφαρμογή υγρής κοπριάς χοίρων, σε αντίθεση με τις τετρακυκλίνες οι οποίες παρουσίασαν μικρότερη κινητικότητα. Από πειραματικές μελέτες στο πεδίο αποδείχτηκε ότι οι τετρακυκλίνες, οι σουλφοναμίδες και οι αβερμεκτίνες μεταφέρονται κυρίως με την επιφανειακή απορροή (Kay et al. 2005c, Kreuzig et al. 2005, Fernandez et al. 2011). Ωστόσο, οι τετρακυκλίνες και οι αβερμεκτίνες είναι λιγότερο ευκίνητες από τις σουλφοναμίδες λόγω του μεγαλύτερου K OC στο έδαφος. Η μετακίνηση των σουλφοναμιδών στην επιφάνεια αγρού που είχε υποστεί άροση βρέθηκε να είναι μικρότερη της αντίστοιχης σε επιφάνεια λιβαδικής έκτασης (Kreuzig et al. 2005). Η άροση συστήνεται ως πρακτική για τη μείωση του κινδύνου της μεταφοράς των φαρμακευτικών ουσιών στα υδάτινα οικοσυστήματα. Επίσης, οδηγεί σε καλύτερο αερισμό του εδάφους που ενδεχομένως συνεπάγεται ταχύτερη αποικοδόμηση των φαρμακευτικών ουσιών. Η άροση τέλος ενισχύει τη συγκράτηση της απορροής (Αντωνόπουλος 1999) οπότε μπορεί να μειωθεί η μετακίνηση των φαρμάκων μέσω του νερού στην επιφάνεια του εδάφους (Kay et al. 2004) Επιφανειακά και υπόγεια ύδατα Στη βιβλιογραφία είναι περιορισμένος ο αριθμός των εργασιών που αφορούν τη ρύπανση των επιφανειακών νερών από φάρμακα που χρησιμοποιούνται στην κτηνοτροφία. Στα ύδατα μπορεί να συμβαίνει αβιοτική (υδρόλυση και φωτόλυση) και βιοτική (αερόβιοι και αναερόβιοι οργανισμοί) αποικοδόμηση των φαρμάκων. Υπάρχουν ενώσεις οι οποίες είναι μη έμμονες, π.χ. χλωραμφαινικόλη, φθόροφαινικόλη, φουραζονιδόλη, ορμεθοπρίμη και άλλες που είναι σταθερές στη διάσπαση για μήνες ή και έτη, π.χ. οξυτετρακυκλίνη, ιβερμεκτίνη, σουλφαδιαζίνη, οξολινικό οξύ, τριμεθοπρίμη (Boxall 2010). Σε προηγούμενη έρευνα οι Boxall et al. (2006b) μέτρησαν συγκεντρώσεις αντιβακτηριδιακών φαρμάκων εύρους 0,02 (τριμεθοπρίμη) - 21,1 (λινκομυκίνη) μg/l στα επιφανειακά νερά ενώ οι συγκεντρώσεις των παρασιτοκτόνων ιβερμεκτίνη και ντοραμεκτίνη ήταν κάτω από το όριο ανίχνευσης. Η συγκέντρωση των αντιβακτηριδιακών στα ιζήματα ήταν 0,5-813 μg/kg υ.β. ενώ των παρασιτοκτόνων (ιβερμεκτίνη και ντοραμεκτίνη) ήταν 2,7-4,9 μg/kg υ.β.. Οι Κolpin et al. (2002) εντόπισαν φάρμακα σε δείγματα επιφανειακών νερών στις ΗΠΑ, τα οποία χρησιμοποιούνται τόσο στην κτηνοτροφία όσο και στον άνθρωπο (σουλφοναμίδια, φθοροκινολόνες, τετρακυκλίνες και μακρολίδια), σε συγκεντρώσεις της τάξης των ng/l. 15

16 Επίσης, οι ενώσεις εμαμεκτίνη, ιβερμεκτίνη, οξολινικό οξύ, οξυτετρακυκλίνη και φλουμεκίνη, μετά από τη χρησιμοποίησή τους στην ιχθυοκαλλιέργεια, εντοπίστηκαν στα ιζήματα, το νερό αλλά και σε υδρόβιους οργανισμούς (Boxall et al. 2010). Επίσης, οι υδρόφοβες ενώσεις είναι δυνατό να συσσωρεύονται στα αιωρούμενα στερεά και στα ιζήματα, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η συγκέντρωσή τους με την πάροδο του χρόνου (Sanderson et al. 2007). Ελάχιστες επίσης είναι οι έρευνες που αφορούν την παρουσία των κτηνιατρικών φαρμάκων στα υπόγεια νερά. Η μετακίνηση των κτηνιατρικών φαρμάκων στο έδαφος μπορεί να προκαλέσει τη ρύπανση των υπόγειων υδατοσυλλογών, όπως αναφέρεται χαρακτηριστικά στη μελέτη των Hirsch et al Σύμφωνα με τους παραπάνω συγγραφείς η παρουσία των αντιβιοτικών στα υπόγεια νερά στη Γερμανία αποδόθηκε στην προσθήκη κοπριάς και στην άρδευση των εδαφών με επεξεργασμένα αστικά λύματα. Οι Hamscher et al. (2000) εντόπισαν αντιβιοτικά σε νερό στράγγισης των γεωργικών εδαφών στη Γερμανία. Τέλος, σουλφοναμίδες μετρήθηκαν σε συγκεντρώσεις της τάξης των mg/l σε νερό στράγγισης από ένα χώρο ταφής απορριμμάτων στη Δανία, στον οποίο κατέληγαν οι ενώσεις αυτές από τη βιομηχανία για 45 περίπου χρόνια (Holm et al. 1995). Έρευνες όπως η τελευταία σπανίζουν στη βιβλιογραφία και ελάχιστα είναι γνωστά για αυτή την οδό κατάληξης των φαρμακευτικών ουσιών στο περιβάλλον Πρόσληψη από τους ζωντανούς οργανισμούς Η χρήση της κοπριάς ως λιπάσματος στο έδαφος, από ζώα που έχουν υποστεί φαρμακευτική αγωγή, ενδέχεται να οδηγήσει στην πρόσληψη των κτηνιατρικών φαρμάκων από τους φυτικούς οργανισμούς που φύονται ή καλλιεργούνται στο συγκεκριμένο έδαφος. Οι Boxall et al. (2006a) διαπίστωσαν ότι διάφορα είδη φυτών προσλαμβάνουν αντιβιοτικές ενώσεις, όταν αυτές βρίσκονται στο εδαφικό περιβάλλον. Η πρόσληψη αυτή θεωρείται ότι σχετίζεται με το συντελεστή κατανομής οκτανόλης-νερού (K ow ), ο οποίος είναι ενδεικτικός της λιποφιλικότητας και συνεπώς δυνατότητας βιομεγέθυνσης του φαρμάκου, καθώς και με το μοριακό βάρος του, το οποίο καθορίζει τη δυνατότητά του να διαπερνά τις κυτταρικές μεμβράνες. Παρόλα αυτά ο δείκτης αυτός δεν είναι αρκετός για να εξαχθούν συμπεράσματα σχετικά με τη βιοσυσσώρευση καθώς τα ανόργανα και οργανικά μέρη του εδάφους μπορεί να συμβάλλουν στη μείωση της πρόσληψης των φαρμάκων από τους φυτικούς οργανισμούς. 16

17 Επίσης, ενδέχεται οι φαρμακευτικές αυτές ουσίες να προσληφθούν και από μικροοργανισμούς ή άλλους οργανισμούς που διαβιούν στο χερσαίο αυτό περιβάλλον με αποτέλεσμα τη διαταραχή της ισορροπίας της μικροπανίδας του οικοσυστήματος. Τέλος, τα κτηνιατρικά φάρμακα ενδέχεται να φτάσουν μέσω της τροφικής αλυσίδας μέχρι τα ανώτατα επίπεδα της. Οι Oaks et al. (2004) διαπίστωσαν σοβαρή μείωση στον πληθυσμό των αρπακτικών πτηνών των ειδών Gyps bengalensis, Gyps indicus και Gyps tenuirostris σε περιοχές του Πακιστάν. Η μείωση αυτή αποδόθηκε στο γεγονός ότι τα είδη αυτά τρέφονταν με πτώματα προβάτων τα οποία περιείχαν υπολείμματα του αντιφλεγμονώδους φαρμάκου δικλοφενάκη, που προκαλούσε νεφρική ανεπάρκεια με αποτέλεσμα την εξόντωσή των πτηνών Επιπτώσεις των κτηνιατρικών φαρμάκων στο περιβάλλον και στον άνθρωπο Η χρήση των κτηνιατρικών φαρμάκων γίνεται με στόχο την πρόληψη ή τη θεραπεία ασθενειών των ζώων που προκαλούνται από μικροοργανισμούς όπως είναι οι ιοί, τα βακτήρια, οι μύκητες και τα παράσιτα. Οι δραστικές ουσίες των φαρμάκων είτε αυτούσιες είτε με τη μορφή μεταβολιτών τους καταλήγουν κυρίως μέσω της κοπριάς τόσο στο χερσαίο όσο και στο υδάτινο περιβάλλον. Η τοξική δράση των ουσιών αυτών επηρεάζει τους οργανισμούς που διαβιούν φυσιολογικά στο περιβάλλον και οι οποίοι δεν αποτελούσαν στόχο της προληπτικής ή θεραπευτικής φαρμακευτικής αγωγής. Οι επιπτώσεις αυτές μπορεί να είναι οξείες ή χρόνιες. Μπορεί δηλαδή να προκαλέσουν το θάνατο των οργανισμών μη στόχων ή να μεταβάλλουν τις φυσιολογικές τους λειτουργίες, όπως για παράδειγμα να προκαλέσουν μεταβολές στην ανάπτυξη, το μεταβολισμό και την αναπαραγωγική ικανότητα των οργανισμών αυτών. Οι επιπτώσεις από την είσοδο των κτηνιατρικών φαρμάκων στα υδάτινα οικοσυστήματα είναι: 1) αναστολή της ανάπτυξης και της αναπαραγωγής των φυκών, 2) αναστολή της αναπαραγωγής του ζωοπλαγκτού, 3) οξεία ή χρόνια τοξική δράση στα ασπόνδυλα του ιζήματος, 4) οξεία ή χρόνια τοξική δράση στα καρκινοειδή και παρεμπόδιση της αναπαραγωγής τους, 5) οξεία ή χρόνια τοξική δράση στα ψάρια, 6) αρνητική επίδραση στην αναπαραγωγή και στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης του γόνου των ψαριών, 7) βιοσυγκέντρωση στα ψάρια και τα υδρόβια πτηνά. 17

18 Οι επιπτώσεις από την είσοδο των κτηνιατρικών φαρμάκων στα χερσαία οικοσυστήματα είναι: 1) επίδραση στον κύκλο του αζώτου και τους βιογεωχημικούς κύκλους, 2) επίδραση στην βλάστηση, την ανάπτυξη και την ευρωστία των φυτών, 3) οξεία ή υποξεία δράση στους γαιοσκώληκες και την αναπαραγωγή τους, 4) οξεία ή υποξεία δράση στη μύγα και στα σκαθάρια της κοπριάς. Ενδεικτικά στον Πίνακα 1.3 παρουσιάζονται οι επιπτώσεις των κτηνιατρικών φαρμάκων σε υδρόβιους, χερσαίους οργανισμούς και στο περιβάλλον τους. Πίνακας 1.3. Επιπτώσεις των κτηνιατρικών φαρμάκων σε οργανισμούς και στο περιβάλλον τους. Ουσία(-ες) Κατηγορία Επιπτώσεις Βιβλιογραφία Ενήλικα έντομα διαταραχή της ομοιόστασης, τροφικές διαταραχές και μείωση της συσσώρευσης λίπους, διαταραχές της ανάπτυξης των ωοθηκών, μείωση της γονιμότητας, διατάραξη του Floate et al. 2005, Αβερμεκτίνες Παρασιτοκτόνα ζευγαρώματος. Προύσαλη 2009, Ανήλικα έντομα και Pope 2009, προνύμφες Διαταραχές Iglesias et al της ανάπτυξης και μείωση του ρυθμού της, σωματικές ανωμαλίες και διατάραξη της συμμετρίας του σώματος. Επιπτώσεις στην αποικοδόμηση της κοπριάς. Τετρακυκλίνες, μακρολίδια και στρεπτομυκίνη Κυπερμεθρίνη Φενμπενταζόλη Τυλοσίνη Ερυθρομυκίνη Τετρακυκλίνη Δικλοφενάκη Σουλφαμεθαζόλη Σουλφαδιαζίνη Αντιβακτηριδιακά Εκτοπαρασιτοκτόνο Παρασιτοκτόνο Αντιβακτηριδιακό Αντιβακτηριδιακό Αντιφλεγμονώδες μη στεροειδές Αντιβακτηριδιακό Αντιβακτηριδιακό Εμφάνιση ανθεκτικότητας σε βακτήρια περιοχών όπου εφαρμόστηκε κοπριά χοίρων Επιπτώσεις στην αποικοδόμηση της κοπριάς Επιπτώσεις στην αποικοδόμηση της κοπριάς Επιπτώσεις στη μικροβιακή κοινότητα του εδάφους Διακοπή της ανάπτυξης υδρόβιων φυτών Αναστολή ενζύμου στα ηπατοκύτταρα ειδών πέστροφας, επιπτώσεις σε πληθυσμούς αρπακτικών πτηνών Αναστολή ενζύμου στα ηπατοκύτταρα ειδών πέστροφας Αναστολή της αποικοδόμησης φαρμακευτικών ουσιών στο έδαφος Sengelov et al Sommer and Bibby 2002 Sommer and Bibby 2002 Westergaard et al Pomati et al Laville et al Laville et al. 2004, Oaks et al Monteiro and Boxall

19 Ιδιαίτερο κίνδυνο για τη λειτουργία των οικοσυστημάτων αποτελούν τα αντιμικροβιακά φάρμακα επειδή αναστέλλουν τη δράση των μικροοργανισμών που αποτελούν βασικούς συντελεστές της αποδόμησης της οργανικής ύλης και ως εκ τούτου της ανακύκλωσης των θρεπτικών στοιχείων. Οι Sommer and Bibby (2002) διαπίστωσαν σημαντική μείωση της αποικοδόμησης της κοπριάς των βοοειδών όταν αυτή κατέληγε στο έδαφος και περιείχε αντιβακτηριακά (ενροφλοξακίνη) και αντιπαρασιτικά (φενμπενταζόλη, ιβερμεκτίνη, κυπερμεθρίνη) φάρμακα. Οι Monteiro and Boxall (2009) αναφέρουν ότι η παρουσία της αντιβιοτικής ουσίας σουλφαμεθοξαζόλη οδήγησε σε σημαντική μείωση του ρυθμού διάσπασης στο έδαφος του μη στεροειδούς, αντιφλεγμονώδους φαρμάκου ναπροξένη. Μελέτες όπως η τελευταία δείχνουν ότι η παρουσία αντιβιοτικών στο περιβάλλον μπορεί να καθορίσει το ρυθμό διάσπασης άλλων ρύπων. Επίσης, οι Schallenberg and Armstrong (2004) παρατήρησαν τη μείωση της αφθονίας των ειδών των μικροοργανισμών σε λίμνη, η οποία δεχόταν στραγγιστικό νερό από αγροτικές εκτάσεις που περιείχε αντιβιοτικές ενώσεις. Η είσοδος των κτηνιατρικών φαρμακευτικών ουσιών στους οργανισμούς που βρίσκονται στο κορυφαίο επίπεδο των τροφικών πυραμίδων προκαλεί τη διαταραχή της ισορροπίας μεταξύ των ειδών στις βιοκοινότητες. Οι Oaks et al. (2004) αναφέρουν μείωση του πληθυσμού ειδών γύπα στην Ασία οι οποίοι τρέφονταν με τα πτώματα προβάτων τα οποία είχαν δεχθεί θεραπεία με το μη στεροειδές, αντιφλεγμονώδες φάρμακο δικλοφενάκη. Έτσι, η μείωση του πληθυσμού των πτηνών οδήγησε σε αύξηση του αριθμού των αγριόσκυλων καθώς είχαν στη διάθεσή τους περισσότερη τροφή. Το γεγονός αυτό συνετέλεσε σε σοβαρή αύξηση των κρουσμάτων λύσσας στον ανθρώπινο πληθυσμό σε περιοχές της Ινδίας (Markandya et al. 2008). Τέλος, η συνεχής παρουσία των αντιμικροβιακών φαρμάκων στο έδαφος μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση ανθεκτικών μικροοργανισμών, παθογόνων για την υγεία των φυτών, των ζώων αλλά και του ανθρώπου. Τα αποτελέσματα της μελέτης των Heuer and Smalla (2007) απέδειξαν ότι η εφαρμογή στο έδαφος της κοπριάς χοίρων οι οποίοι δέχθηκαν θεραπεία με σουλφαδιαζίνη, οδήγησε στην εμφάνιση ανθεκτικών μικροβίων στο έδαφος. Πέρα από τις επιπτώσεις στους υδρόβιους και χερσαίους οργανισμούς η είσοδος των κτηνιατρικών φαρμάκων στο περιβάλλον μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα και στην υγεία του ανθρώπου (Boxall 2010), μετά από: 19

20 1) την κατανάλωση φυτικών προϊόντων τα οποία έχουν προσλάβει τα φάρμακα από το έδαφος, 2) την κατανάλωση ζωικών προϊόντων και ψαριών στα οποία έχουν συσσωρευτεί τα φάρμακα μέσω της τροφικής αλυσίδας, 3) την πόση επιφανειακού και υπόγειου νερού στο οποίο έχουν καταλήξει τα φάρμακα. Οι Hughes et al. (2006) μελέτησαν την πρόσληψη από τον άνθρωπο κτηνιατρικών φαρμάκων με την τροφή και το νερό. Για τις περισσότερες ουσίες που μελετήθηκαν η πρόσληψη ήταν λιγότερη κατά 20% από την τιμή της επιτρεπόμενης ημερήσιας πρόσληψης (ADI, Acceptable Daily Intake). Από τις ουσίες που συμπεριλήφθηκαν στην παραπάνω μελέτη, ως πλέον επικίνδυνες για τη δημόσια υγεία χαρακτηρίζονται οι: αλμπενταζόλη, δελταμετρίνη, φθορφενικόλη, μεδροξυπρογεστερόνη, τυλοσίνη, διυδροστρεπτομυκίνη, σαλινομυκίνη, τολτραζουρίλ και νιτροξινιλίνη Νομοθετικό πλαίσιο των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη χρήση κτηνιατρικών φαρμάκων Το 2004, με την τροποποίηση της οδηγίας 2001/82/ΕΚ περί του κοινοτικού κώδικα για τα κτηνιατρικά φάρμακα στην παράγραφο «κίνδυνοι συνδεόμενοι με τη χρήση του προϊόντος» εισήχθη η έννοια «κάθε κίνδυνος ανεπιθύμητων επιπτώσεων στο περιβάλλον» (οδηγία 2004/28/ΕΚ). Μετά από αυτή την τροποποίηση για τη χορήγηση άδειας κυκλοφορίας είτε σε εθνικό είτε σε ευρωπαϊκό επίπεδο απαιτείται η υποβολή μελέτης περιβαλλοντικών επιπτώσεων (ΜΠΕ) για τη δραστική/ές ουσία/ες κάθε κτηνιατρικού φαρμακευτικού σκευάσματος. Οι περιπτώσεις που απαιτείται η ΜΠΕ είναι οι ακόλουθες: - νέες άδειες - άδειες για γενόσημα φάρμακα, άρθρο 13(1) - άδειες χωρίς υποβολή πλήρους φακέλου (βιβλιογραφικές τεκμηριώσεις, άρθρο 13α(1), συγκατάθεση χρήσης, άρθρο 13(γ). - τροποποιήσεις αδειών τύπου ΙΙ (αύξηση δοσολογίας, προσθήκη ενδείξεων). - επεκτάσεις αδειών (προσθήκη νέων ειδών, αλλαγές στην περιεκτικότητα, τη φόρμα ή την οδό χορήγησης). Προκειμένου οι παραπάνω μελέτες να είναι εναρμονισμένες μεταξύ των κρατών μελών της Ε.Ε. της Ιαπωνίας και των Η.Π.Α. ο ευρωπαϊκός οργανισμός φαρμάκων υιοθέτησε τις κατευθυντήριες οδηγίες που πρότεινε η VICH [Διεθνής Συνεργασία για την Εναρμόνιση των Τεχνικών Απαιτήσεων των Φαρμακευτικών Προϊόντων Κτηνιατρικής 20

21 Χρήσης (International Cooperation on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Veterinary Medicinal Products)]. Έτσι η Επιτροπή Κτηνιατρικών Φαρμακευτικών Προϊόντων (Committee for Medicinal Products for Veterinary Use, CVMP) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Φαρμάκων (European MEdicines Agency, EΜΕΑ) εξέδωσε τις κατευθυντήριες οδηγίες CVMP/VICH Topic GL (Φάση Ι) και CVPM/VICH Topic GL (Φάση ΙΙ). Τέλος, για την ερμηνεία των δύο οδηγιών εκδόθηκε η υποστηρικτική οδηγία της ΕΜΕΑ (EMEA/CVMP/ERA/418282/2005-Rev ). Η φάση Ι (Phase I) αποτελεί ένα «δένδρο» αποφάσεων με 19 ερωτήματα (Σχήμα 1.2), βάσει του οποίου εκτιμάται η πιθανότητα και η έκταση της έκθεσης του περιβάλλοντος στο κτηνιατρικό φαρμακευτικό προϊόν, λαμβάνοντας υπόψη: 1) το είδος ή τα είδη των ζώων για τα οποία προορίζεται και το προτεινόμενο υπόδειγμα χρήσης (π.χ. μαζική ή εξατομικευμένη θεραπευτική αγωγή), 2) τη μέθοδο χορήγησης, ιδιαίτερα τον πιθανό βαθμό κατά τον οποίο το προϊόν εισέρχεται απευθείας στο οικοσύστημα, 3) την πιθανή απέκκριση του προϊόντος, των δραστικών ουσιών ή των μεταβολιτών τους στο περιβάλλον από τα ζώα που έλαβαν θεραπευτική αγωγή, όπως επίσης και την παραμονή τους στις απεκκρίσεις, 4) τη διαχείριση - διάθεση των μη χρησιμοποιούμενων προϊόντων και των υπολειμμάτων, που προκύπτουν μετά από τη χρήση του προϊόντος. Στη φάση Ι γίνεται διαχωρισμός μεταξύ των φαρμακευτικών προϊόντων που προορίζονται για τα είδη που εκτρέφονται σε υδάτινο και χερσαίο περιβάλλον. Η συγκέντρωση με την οποία εισάγεται η δραστική ουσία από τις ιχθυοκαλλιέργειες στο περιβάλλον (Environmental Introduction Concentration, ΕIC aquatic ) θα πρέπει να είναι μικρότερη του 1 μg/l. Η αντίστοιχη συγκέντρωση της δραστικής ουσίας στο έδαφος (Predicted Environmental Concentration, PEC soil ) κατά την εκτροφή των ειδών σε χερσαίο περιβάλλον, θα πρέπει να είναι μικρότερη των 100 μg/kg. 21

22 Σχήμα 1.2. Διάγραμμα αποφάσεων κατά τη διεξαγωγή της φάσης Ι. Τροποποιημένο από ΕΜΕΑ (2000) 22

23 Εφόσον η συγκέντρωση της δραστικής ουσίας ξεπερνά τα όρια των ΕIC aquatic και/ή PEC soil, διερευνάται η ύπαρξη στοιχείων τα οποία οδηγούν στην ελάττωση της υπολογιζόμενης συγκέντρωσης. Εάν η συγκέντρωση του φαρμάκου εξακολουθεί να ξεπερνά τα όρια αυτά, η διαδικασία οδηγείται στη φάση ΙΙ. Ιδιαίτερη περίπτωση αποτελούν τα παρασιτοκτόνα φάρμακα τόσο αν προορίζονται για φαρμακευτική αγωγή ψαριών όσο και αν προορίζονται για εκτατικά εκτρεφόμενα ζώα, παραπέμπονται απευθείας στις διαδικασίες της φάσης ΙΙ. Σύμφωνα με την κατευθυντήρια οδηγία EMEA/CVMP/ERA/418282/2005-Rev , εκτατικά εκτρεφόμενα ζώα θεωρούνται τα βοοειδή, τα ιπποειδή και τα αιγοπρόβατα. Στη φάση ΙΙ (Phase II) εξετάζονται περεταίρω οι επιπτώσεις του φαρμάκου στο περιβάλλον, όταν αυτό χρησιμοποιείται στην: 1) ιχθυοκαλλιέργεια, 2) εντατική και 3) εκτατική κτηνοτροφία. Η δεύτερη φάση αποτελείται από δύο επίπεδα ελέγχου, το επίπεδο Α (Tier Α) και το επίπεδο Β (Tier B). Η διαδικασία της αξιολόγησης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων ξεκινά από το επίπεδο Α και εφόσον δεν ικανοποιεί τις απαιτήσεις του συνεχίζεται με τη διαδικασία του επιπέδου Β. Σε κάθε επίπεδο απαιτείται να κατατεθούν τεκμηριωμένα στοιχεία που αφορούν: 1) τις φυσικοχημικές ιδιότητες του σκευάσματος 2) την «τύχη» των δραστικών ουσιών στο περιβάλλον, και 3) την επίδραση των δραστικών ουσιών σε οργανισμούς μη στόχους της φαρμακευτικής αγωγής. Οι οργανισμοί μη στόχοι που ελέγχονται είναι: 1) στην περίπτωση σκευασμάτων που προορίζονται για φαρμακευτική αγωγή χερσαίων ζώων: υδρόβιοι και χερσαίοι, 2) στην περίπτωση σκευασμάτων που προορίζονται για φαρμακευτική αγωγή υδρόβιων οργανισμών: υδρόβιοι. Οι μέθοδοι (πρωτόκολλα) με τις οποίες γίνονται οι παραπάνω μελέτες καθώς και το τελικό σημείο αναφοράς (LC 50, EC 50, NOEC) της τοξικότητας των δραστικών ουσιών δίνονται σε κάθε περίπτωση από την κατευθυντήρια οδηγία CVPM/VICH Topic GL (Πίνακες 1.4 έως 1.8). 23

24 Πίνακας 1.4. Πειραματικά πρωτόκολλα για την εκτίμηση των φυσικο-χημικών παραμέτρων των κτηνιατρικών φαρμάκων κατά τη φάση Ι της ΜΠΕ. Παράμετρος Πρωτόκολλο Διαλυτότητα στο νερό OECD 105 Σταθερές διάστασης στο νερό OECD 112 Απορρόφηση στο υπεριώδες (UV) OECD 101 Σημείο τήξης/εύρος τήξης OECD 102 Πίεση ατμών (τάση ατμών) OECD 104 Σταθερά κατανομής οκτανόλη/νερό OECD 107/117 Πίνακας 1.5. Πειραματικά πρωτόκολλα για την εκτίμηση της τύχης των κτηνιατρικών φαρμάκων στο περιβάλλον κατά το επίπεδο Α της φάσης ΙΙ. Μελέτη Πρωτόκολλο Προσρόφηση/εκρόφηση στο έδαφος OECD 106 Αποικοδόμηση στο έδαφος OECD 307 Αποικοδόμηση στα ιζήματα OECD 308 Υδρόλυση OECD 111 Πίνακας 1.6. Πρωτόκολλα για τη μελέτη της τοξικότητας των κτηνιατρικών φαρμάκων στο υδατικό οικοσύστημα κατά το επίπεδο Α της φάσης ΙΙ της ΜΠΕ. Ύδατα Μελέτη Καταληκτικό Συντελεστής Πρωτόκολλο σημείο αβεβαιότητας Γλυκά Ανάπτυξη των EC OECD 201 φυκών Γλυκά Ακινητοποίηση των EC OECD 202 Daphnia Γλυκά Οξεία τοξικότητα LC OECD 203 ιχθύων Αλμυρά Ανάπτυξη των EC ISO φυκών Αλμυρά Οξεία τοξικότητα EC ISO καρκινοειδών Αλμυρά Οξεία τοξικότητα ιχθύων LC Πίνακας 1.7. Πρωτόκολλα για τη μελέτη της τοξικότητας των κτηνιατρικών φαρμάκων στο χερσαίο οικοσύστημα κατά το επίπεδο Α της φάσης ΙΙ της ΜΠΕ. Μελέτη Καταληκτικό σημείο Συντελεστής αβεβαιότητας Πρωτόκολλο Μετασχηματισμός αζώτου 25% του μάρτυρα OECD Χερσαία φυτά EC OECD Γαιοσκώληκες NOEC 100 OECD 220/222 24

25 Πίνακας 1.8. Πρωτόκολλα για τη μελέτη της τοξικότητας των κτηνιατρικών φαρμάκων στο οικοσύστημα κατά το επίπεδο Β της φάσης ΙΙ της ΜΠΕ. Περιβάλλον Μελέτη Καταληκτικό Πρωτόκολλο σημείο Γλυκό/αλμυρό Βιοσυσσώρευση σε NOEC OECD 305 νερό ιχθύες Γλυκό νερό Ανάπτυξη φυκιών NOEC OECD 201 Γλυκό νερό Αναπαραγωγή Daphnia NOEC OECD 211 Γλυκό νερό Νεαρό στάδιο ζωής ιχθύων NOEC OECD 210 Γλυκό νερό Τοξικότητα σε οργανισμούς των ιζημάτων NOEC OECD 218/ 219 Αλμυρό νερό Ανάπτυξη φυκιών NOEC ISO Αλμυρό νερό Χρόνια τοξικότητα στα NOEC - καρκινοειδή Αλμυρό νερό Χρόνια τοξικότητα NOEC - Αλμυρό νερό Τοξικότητα στα NOEC - ασπόνδυλα των ιζημάτων Μετασχηματισμός 25% του μάρτυρα - OECD 216 αζώτου (100 ημέρες) Ανάπτυξη NOEC - OECD 208 χερσαίων φυτών Γαιοσκώληκες Η κρίση των σκευασμάτων κατά τη διαδικασία της φάσης ΙΙ στηρίζεται στην έννοια του «πηλίκου κινδύνου» (risk quotient, RQ), που έχει ως αριθμητή την τιμή της προβλεπόμενης συγκέντρωσης στο περιβάλλον (PEC) και παρονομαστή την προβλεπόμενη συγκέντρωση χωρίς επιπτώσεις (PNEC) για κάθε οργανισμό μη στόχο που εξετάζεται. Απαραίτητη προϋπόθεση για τις μελέτες της φάσης ΙΙ είναι ο ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός της δραστικής ουσίας του σκευάσματος σε περιβαλλοντικά δείγματα. Ενδεικτικά, στον Πίνακα 1.9 φαίνεται η σύγκριση των μετρημένων τιμών (MT) συγκέντρωσης ορισμένων φαρμακευτικών ουσιών στη Μεγάλη Βρετανία με τις τιμές που δεν είναι επιζήμιες για τα είδη (PNEC) (Boxall et al. 2006b). Στις περιπτώσεις που αναφέρονται στον Πίνακα 1.9 το πηλίκο κινδύνου είναι μικρότερο της μονάδος, οπότε βάση της ΜΠΕ δεν προκύπτει κίνδυνος για τα συγκεκριμένα είδη από τη χρησιμοποίηση του φαρμάκου. 25

26 Πίνακας 1.9. Σύγκριση των μέγιστων συγκεντρώσεων που μετρήθηκαν σε επιφανειακά νερά της Βρετανίας με τις προβλεπόμενες τιμές συγκέντρωσης των φαρμάκων οι οποίες δεν έχουν επίπτωση σε είδη φυτοπλαγκτού (Από Boxall et al. 2006b). Κτηνιατρικό Περισσότερο Φάρμακο ευάλωτο είδος PNEC * (μg L -1 ) ΜΤ ** (μg L -1 ) RQ=ΜΤ/PNEC *** Οξυτετρακυκλίνη Φύκια 45 4,49 0,10 Σουλφαδιαζίνη Φύκια 34,9 4,13 0,12 Τριμεθοπρίμη Φύκια 1,6 0,02 0,001 Ιβερμεκτίνη Daphnia 0,00025 < 0,0002 < 0,8 Ντοραμεκτίνη Daphnia 0,001 < 0,001 < 1 Λινκομυκίνη Daphnia 379,4 21,1 0,006 * Προβλεπόμενη συγκέντρωση μη επιζήμια για το είδος σε επιφανειακά νερά. ** Μετρημένη τιμή συγκέντρωσης σε επιφανειακά νερά της Βρετανίας. *** Όταν το πηλίκο είναι < 1 τότε θεωρείται βάση της ΜΠΕ ότι το φάρμακο δεν είναι επικίνδυνο για το συγκεκριμένο είδος. 26

27 2. Αβερμεκτίνες και επρινομεκτίνη 2.1. Χημική δομή και φυσικοχημικές ιδιότητες των αβερμεκτινών Η οικογένεια των αβερμεκτινών (avermectins) ανήκει στις μακροκυκλικές λακτόνες (macrocyclic lactones), μαζί με τις μιλμπεμυκίνες (mylbemycins) και τις σπινοσίνες (spynocins) και περιλαμβάνει τις ενώσεις: επρινομεκτίνη, ιβερμεκτίνη, αμπαμεκτίνη, σελαμεκτίνη, εμαμεκτίνη, ντοραμεκτίνη και μοξιντεκτίνη. Οι αβερμεκτίνες χρησιμοποιούνται στη γεωργία, την κτηνοτροφία και τις ιχθυοκαλλιέργειες ως παρασιτοκτόνα και η χρήση τους σε αυτούς τους παραγωγικούς τομείς αυξάνει συνεχώς κατά τα τελευταία 20 έτη (Lumaret et al. 2012). Οι μακροκυκλικές λακτόνες κυκλοφορούν ως εμπορικά φαρμακευτικά σκευάσματα, μετά από αδειοδότηση, σε 60 περίπου χώρες παγκοσμίως. Η χημική δομή του μορίου των αβερμεκτινών συνίσταται: 1) σε ένα δεκαεξαμελή μακροκυκλικό δακτύλιο, 2) ένα βενζοφουρανικό δακτύλιο και 3) ένα δισακχαρίτη και 4) ένα κεταλικό δακτύλιο (Σχήμα 2.1). Ορισμένες αβερμεκτίνες και μιλμπεμυκίνες απαντώνται στο έδαφος ως προϊόντα ζύμωσης από τη δράση των μικροοργανισμών Streptomyces avermitilis και Streptomyces cyanogriseus, αντίστοιχα και απομονώθηκαν για πρώτη φορά το 1976 από Ιάπωνες επιστήμονες. Το πρώτο εμπορικό σκεύασμα κυκλοφόρησε το 1981 από την εταιρία Merck και περιείχε ιβερμεκτίνη (ημισυνθετική αβερμεκτίνη). (3) Δισακχαρίτης (4) Κεταλικός δακτύλιος (1) ΜΔ (2) Βενζοφουρανικός δακτύλιος Σχήμα 2.1. Χημική δομή του μορίου των αβερμεκτινών (ΜΔ: Μακροκυκλικός Δακτύλιος) ΟR2 27

28 Με βάση τη χημική δομή του μορίου των αβερμεκτινών, στον Πίνακα 2.1 δίνονται οι διαφορές στη χημική δομή ορισμένων από αυτές. Σύμφωνα με τους Cvetovich et al. (1994) η προσθήκη μιας αμινοομάδας στο δισακχαρίτη της αβερμεκτίνης Β1 (βλ. Σχήμα 2.1 και Πίνακα 2.1) οδήγησε στη σύνθεση των επί-ακετυλάμινο-αβερμεκτινών, όπως είναι και η επρινομεκτίνη και αύξησε την τοξική τους δράση έναντι των παρασίτων, για τα οποία χρησιμοποιούνται, κατά 1500 φορές. Πίνακας 2.1. Χαρακτηριστικές διαφορές στη χημική δομή ορισμένων από τις αβερμεκτίνες. (Από Danaher et al. 2006) Αβερμεκτίνη R1 * R2 * R3 * C22-x-C23 * A1 a OH CH 3 CHCH 3 CH 2 CH 3 -CH=CH- A1 b OH CH 3 CHCH 3 CH 3 -CH=CH- Aβερμεκτίνη B1 a OH H CHCH 3 CH 2 CH 3 -CH=CH- Αβερμεκτίνη B1 b OH H CHCH 3 CH 3 -CH=CH- A2 a OH CH 3 CHCH 3 CH 2 CH 3 -CH 2 -CHOH- A2 b OH CH 3 CHCH 3 CH 3 -CH 2 -CHOH- B2 a OH H CHCH 3 CH 2 CH 3 -CH 2 -CHOH- B2 b OH H CHCH 3 CH 3 -CH 2 -CHOH- Ντοραμεκτίνη OH H C 6 H 11 -CH=CH- Εμαμεκτίνη Β1 a (βενζοϊκό άλας) C 6 H 5 COOHCH 3 NH H CHCH 3 CH 2 CH 3 -CH=CH- Επρινομεκτίνη B1 a NHCOCH 3 H CHCH 3 CH 2 CH 3 -CH=CH- Ιβερμεκτίνη B1 a OH H CHCH 3 CH 2 CH 3 -CH 2 -CH- * Όπου R1, R2, R3 και C22-x-C23 βλέπε Σχήμα 2.1. Αντίστοιχα, στον Πίνακα 2.2 δίνονται οι φυσικοχημικές ιδιότητες που επηρεάζουν τη βιοχημική και περιβαλλοντική συμπεριφορά των αβερμεκτινών. Από τις ιδιότητες αυτές φαίνεται ότι οι αβερμεκτίνες χαρακτηρίζονται σε γενικές γραμμές ως υδρόφοβα μόρια μεγάλου μοριακού βάρους, τα οποία προσροφώνται στο έδαφος (υψηλό Koc), είναι δυσδιάλυτα στο νερό όπου φωτολύονται σχετικά γρήγορα, ενώ αντίθετα στο έδαφος ο χρόνος ημίσειας ζωής (DT 50 ) μπορεί να κυμανθεί από ημέρες ανάλογα με τον τύπο της αβερμεκτίνης και τις περιβαλλοντικές συνθήκες (π.χ. δυναμικό οξειδοαναγωγής). Πίνακας 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες των αβερμεκτινών (Από τους Lumaret et al. 2012) Παράμετρος Ιβερμεκτίνη Αμπαμεκτίνη Εμαμεκτίνη (βενζοϊκό άλας) Μοριακό βάρος , Kow Koc Υδατοδιαλυτότητα 4 mg/l 7,8 μg/l mg/l Τάση ατμών < 1,5x10-9 mm Hg - 3x10-8 mm Hg Φωτόλυση στο νερό < 0,5 ημέρες < 0,5 ημέρες 0,7-35,4 ημέρες Χρόνος ημίσειας ζωής στο έδαφος (DT 50 ) ημέρες ημέρες 174 ημέρες 28