Einleitung
Von den weltweit eingesetzten Arzneimitteln gelangen zahlreiche Substanzen über den Abwasserpfad in das Abwassersystem. Selbst Kläranlagen, die über eine vierte Reinigungsstufe, wie zum Beispiel eine Ozonung oder Aktivkohlefiltration verfügen, können die Stoffe nur teilweise aus dem Wasser entfernen. Der ansteigende Verbrauch von Arzneimitteln (Van Boeckel et al. 2014) und die Verbesserung der analytischen Messmethoden führten dazu, dass die Stoffe in den vergangenen Jahren vermehrt in der Umwelt nachgewiesen werden konnten. Eine Übersichtsstudie im Auftrag des Umweltbundesamts zeigte 2015 für 71 Länder die weltweite Verbreitung von Arzneimitteln in der aquatischen Umwelt. Allein in Deutschland wurden mehr als 100 Substanzen in Oberflächen-, Grund- und Trinkwasser nachgewiesen (aus der Beek et al. 2015).
In Oberflächengewässern, die zur Gewinnung von Trinkwasser genutzt werden, stören insbesondere umweltstabile Spurenstoffe die Wasserversorger, die Verbraucher und die Öffentlichkeit. Ein Ansatz, um dieses Problem zu lösen, besteht in der Eintragsvermeidung unmittelbar an der Quelle, das heißt beim Einleitungspunkt der Spurenstoffe in den Wasserkreislauf. Die Spurenstoffstrategie des Bundes fordert vor diesem Hintergrund die Entwicklung konkreter technischer und organisatorischer Maßnahmen zur Reduzierung des Eintrags relevanter Spurenstoffe an der Quelle. Als mögliche Lösungen zur Realisierung dieses Zieles werden hier unter anderem Auffangsysteme beim Verbraucher oder in Einrichtungen aufgeführt (BMUB/UBA 2017).
In vier radiologischen Einrichtungen in Mülheim an der Ruhr wurde dazu im Jahr 2017 ein Pilotvorhaben initiiert, dessen Hauptziel in der Etablierung eines Konzepts zur Reduzierung des RKM-Eintrags in den Wasserkreislauf bestand. Die Kontrastmittel standen dabei stellvertretend Modell für zahlreiche weitere Arzneimittel, die mit dem getesteten Konzept gewässerunschädlich gesammelt und entsorgt werden können.
Röntgenkontrastmittel in der aquatischen Umwelt
Der wichtigste Pfad für den Eintrag von Arzneimittelwirkstoffen für den Menschen in unsere Oberflächengewässer stellt mit
88 Prozent der Eintrag über Patientenausscheidungen dar (Athing et al. 2017). Im Jahr 2001 lagen die in Deutschland verkauften Mengen zwischen 42 000 und 83 000 kg/Jahr für Iopamidol beziehungsweise Iomeprol. Die Absatzmenge entsprach umgerechnet einer Menge von etwa 0,5 bis 1,0 Gramm der RKM pro Kopf der Bevölkerung (IKSR 2010, s. „Weitere Infos“).
Die hohen Verbrauchsmengen, ihre gute Löslichkeit im Wasser sowie ihre hohe biologische Stabilität führen dazu, dass jodhaltige RKM zunehmend in Oberflächengewässern, im Grundwasser (z. B. im Uferfiltrat bzw. angereicherten Grundwasser) sowie teilweise auch im Trinkwasser nachgewiesen werden können. Vor diesem Hintergrund erscheint es angebracht, die Gruppe der Röntgenkontrastmittel im Rahmen einer Beurteilung der Wasserqualität mit zu berücksichtigen. Da RKM im Gegensatz zu therapeutisch eingesetzten Arzneiwirkstoffen gezielt als biologisch inaktive Stoffe entwickelt werden, wird bislang auch ihre ökotoxikologische Wirksamkeit, das heißt ihre Giftigkeit für das Ökosystem, als gering eingeschätzt (IKSR 2010).
Die Konzentrationen der jodierten RKM nehmen entlang des Flussverlaufs mit zunehmendem Anteil des eingeleiteten gereinigten Abwassers zu. In Oberflächengewässern werden RKM kontinuierlich in Konzentrationen von zwei- bis dreistelligen Nanogramm (ng) bis zu einigen Mikrogramm (μg) pro Liter nachgewiesen. Die mittleren Konzentrationen einiger RKM, die im Einzugsgebiet des Rheins in Gewässern nachgewiesen wurden, lagen zum Teil deutlich über dem Zielwert der Internationalen Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke im Rheineinzugsgebiet (IAWR) von 0,1 μg/l. Auch der gesundheitliche Orientierungswert (GOW) des Umweltbundesamtes für RKM im Trinkwasser in Höhe von 1,0 μg/l (Umweltbundesamt 2019) wird in deutschen Fließgewässern teilweise überschritten (IKSR 2010).
Die Konzentrationen ausgewählter RKM erreichen an einigen Stellen der Ruhr im mehrjährigen Mittel in Summe über 2 µg/l (AWWR und Ruhrverband 2017). Im Rahmen des regelmäßigen Monitoringprogramms wurde das Wasser der Ruhr im Jahr 2018 auf insgesamt sieben verschiedene jodierte Kontrastmittel untersucht. Hierunter waren unter anderem die am häufigsten und in den höchsten Konzentrationen in Gewässern festzustellenden jodierten RKM Amidotrizoesäure, Iopromid, Iopamidol und Iomeprol. Die Konzentrationen dieser so genannten Indikatorsubstanzen wurden im Rahmen des Monitorings im Forschungsprojekt MERK´MAL im Abwasser bestimmt. Für das Kontrastmittel Iomeprol allein wurde ein maximaler Jahresmittelwert in Höhe von 0,85 µg/l in der Ruhr nachgewiesen (AWWR und Ruhrverband 2019).
Der zunehmend häufigere Nachweis von RKM im Trinkwasser wird durch die Trinkwasserversorger dennoch mit Unbehagen wahrgenommen. Mit den vorhandenen Verfahren zur Abwasserreinigung beziehungsweise Trinkwasseraufbereitung lassen sich die Stoffe in der Regel nicht oder nur teilweise aus dem Wasserkreislauf entfernen. Zudem reagiert eine Reihe verschiedener RKM unter dem Einfluss der Aufbereitungsverfahren unter Bildung von jodierten organischen Transformationsprodukten (Umwandlungsprodukten), deren Eigenschaften und Toxizität bislang nicht bewertet werden konnten. Die Bildung von Transformationsprodukten wurde beispielsweise während der biologischen Abwasserreinigung oder für Oxidationsprozesse in der Trinkwasseraufbereitung nachgewiesen. Allein für die mikrobiologische Umsetzungen der RKM wurden bisher insgesamt 46 Transformationsprodukte identifiziert (IKSR 2010).
Sammlungskonzept und Umsetzung in MERK´MAL
Nach derzeitigem Stand der Wissenschaft haben RKM keine schädliche Wirkung auf Mensch oder Umwelt. Sie sind nicht giftig. Auch eine Anreicherung in aquatischen und terrestrischen Lebewesen (Bioakkumulation) ist nicht bekannt. Subchronische und chronische (lebenslange) Tierversuche fehlen bislang für alle RKM. Es können auch (noch) keine lebenslang gesundheitlich duldbaren Aufnahmemengen berechnet werden. Allerdings werden RKM durch Wasser sehr gut transportiert. Somit sind sie ein Beispiel für menschengemachte Chemikalien, die in der aquatischen Umwelt nahezu überall gefunden werden. Diese Eigenschaft machte sich die Pilotstudie MERK´MAL (s. „Weitere Infos“) zunutze, um am Beispiel der RKM zunächst in einer Stadt ein Konzept zum Rückhalt der Spurenstoffe unmittelbar an der Quelle zu testen. Das Ziel der Urinsammlung war hierbei, den Eintrag von RKM in den Wasserkreislauf zu vermeiden und damit die Belastung des Wasserkreislaufs mit Rückständen von Arzneimitteln zu reduzieren.
In enger Kooperation mit zwei Mülheimer Kliniken und zwei radiologischen Praxen wurde ein Konzept erprobt, um den Urin nach Untersuchungen mit RKM mit Hilfe von Urinbeuteln aufzufangen, wie sie bereits im Camping- und Reisebedarf erhältlich sind. Die Beutel waren mit einem feinkörnigen Absorptionsmittel präpariert, das den Urin band und zu einer gelartigen Masse verfestigte. Der so fixierte Urin mit RKM konnte in fester Form gesammelt und im Abfall (Stationsabfall, Haushaltsabfall) entsorgt oder anderen Recycling-Verfahren zugeführt werden, die zu keiner Gewässerbelastung führten. Zur Sicherung der größtmöglichen Teilnahmebereitschaft begleitete eine professionelle Kommunikationsinitiative das Projekt. Es wurden unter anderem Schulungen des medizinischen Personals durchgeführt und Informationsmaterialien für Patientinnen und Patienten sowie Beschäftigte erstellt. Der Erfolg der Maßnahme wurde sowohl über eine Erfassung der Beteiligungsrate als auch durch Messungen von RKM im Abwassersystem überprüft. Begleitend wurde das Konzept ökonomisch bewertet, sowohl hinsichtlich der Gesamtkosten als auch im Hinblick auf mögliche Kostenübernahmemodelle. Die regionale Übertragung des Konzepts auf das gesamte Einzugsgebiet der Ruhr wurde geprüft und vorbereitet.
Integrierbarkeit in den Klinik- und Praxisalltag
In der Pilotphase des Projekts wurden die vier radiologischen Kliniken und Praxen bereits während der Erarbeitung der Informationsmaterialien aktiv eingebunden, um ihre Vorstellungen und Anforderungen für den Einsatz der Materialien in Klinik und Praxis berücksichtigen zu können. Entsprechend ihrer Ansprüche wurden einheitliche Infomaterialien sowie Unterlagen zur Dokumentation der RKM-Verbrauchsmengen, der Anzahl der durchgeführten Untersuchungen sowie der herausgegebenen Teilnehmer-Sets entwickelt. Die Teilnehmer-Sets und alle gewünschten Projektmaterialien wurden den Einrichtungen zur Verfügung gestellt, so dass von ihrer Seite keine zusätzlichen Unterlagen erstellt werden mussten.
Vor Beginn der Sammlung wurde das Personal vor Ort in einer kurzen Schulung über den Hintergrund und die Ziele von MERK´MAL informiert. Die Unterlagen für das medizinische Personal enthielten neben Formulierungsvorschlägen zur Aufklärung der Patientinnen und Patienten auch die wichtigsten Kontaktdaten für weiterführende Rückfragen.
Die Aufgabe der beteiligten Einrichtungen bestand darin, den Teilnehmenden nach einer radiologischen Untersuchung mit RKM-Einsatz jeweils ein Teilnehmer-Set herauszugeben und die RKM-Verbrauchsmengen pro Tag zu dokumentieren.
Dank dieser Vorbereitungsphase und der Unterstützung bei der Organisation und Kommunikation war das Sammlungskonzept mit vertretbarem Aufwand für die medizinischen Partner umsetzbar. Lokal wurde das Projekt durch eine gezielte Medienarbeit begleitet, so dass die zu untersuchenden Personen im Idealfall bereits über die Urinsammlung informiert waren, bevor sie in den Einrichtungen angesprochen wurden. Nach Einschätzung der teilnehmenden Kliniken und Praxen betrug der zusätzliche Arbeitsaufwand je radiologischer Untersuchung für die eigentliche Ansprache und Aufklärung der Patientinnen und Patienten sowie aller anfallenden Planungs- und Organisationsaufgaben rund fünf Minuten. Dieser Aufwand wurde durch das eingebundene Personal und Führungskräfte der radiologischen Einrichtungen als vertretbar und das Konzept als gut umsetzbar eingeschätzt.
Als erfolgskritischer Faktor in Bezug auf die Umsetzung der RKM-Sammlung in den Kliniken und Praxen stellte sich die interne Kommunikation zwischen der Leitungsebene und den eingebundenen Beschäftigten innerhalb der Einrichtungen selbst heraus. Sie hatte einen entscheidenden Einfluss auf die Motivation beziehungsweise das Engagement der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bei der Umsetzung des Projekts. Zudem wurden die Einrichtungen regelmäßig und transparent über den Projektverlauf sowie die aktuellen (Zwischen-)Ergebnisse der Studie informiert.
Die Motivation der teilnehmenden Kliniken und Praxen für das Engagement und die Teilnahme an der MERK´MAL-Sammlung im Sommer 2017 begründete sich im Kern durch deren Verantwortungsbewusstsein. Sie übernahmen in dem Projekt eine Vorbildrolle für ein verantwortungs- und umweltbewusstes Handeln im Praxisalltag. Die Rückfragen der Patientinnen und Patienten zeigten klar, dass durch die Ansprache in den Praxen eine Sensibilisierung für das Thema des Gewässerschutzes an der Quelle erreicht werden konnte.
Akzeptanz durch Patientinnen und Patienten
Zielgruppe der Kontrastmittelsammlung waren alle Personen, die im Rahmen einer radiologischen Untersuchung in einer der beteiligten Praxen jodhaltige Kontrastmittel bekamen. Sie erhielten nach einer entsprechenden Aufklärung durch das Personal der Einrichtungen das Teilnehmer-Set, das neben vier Urinbeuteln zum einmaligen Gebrauch auch kurze Hinweise zur Anwendung der Beutel sowie eine portofreie Antwortpostkarte zur Rückmeldung von Feedback zur Teilnahme enthielt (➥ Abb. 1). Die Teilnehmenden wurden über den Hintergrund des Gewässerschutzes informiert und um die freiwillige Teilnahme an der Sammlung gebeten.
Das Projekt MERK´MAL wurde in der Vorbereitung sowie der dreimonatigen Sammlungsphase durch eine gezielte Medienarbeit begleitet, die die Teilnahmebereitschaft in der Patientenschaft fördern sollte. Neben einer Internetseite zur Information der Bevölkerung, dem medizinischen Personals und weiteren Interessierten wurden diverse Informationsmaterialien für verschiedene Zielgruppen (u.a. für Patientinnen und Patienten und medizinisches Personal) erstellt sowie eine öffentliche Auftakt- und Bilanzveranstaltung durchgeführt.
Parallel zur Sammlungsphase wurde anhand des Patientenfeedbacks über Antwortpostkarten und die Möglichkeit zum verifizierten Online-Feedback die Teilnahmequote ermittelt. Weiter wurden ausgewählte Teilnehmende einige Tage nach der Untersuchung durch die Praxisteams kontaktiert und zu ihrer Teilnahme und ihren Erfahrungen mit der Sammlung befragt. Die Urinsammlung wurde sehr gut angenommen; bis zu 87 Prozent der teilnehmenden Personen nutzten die Urinbeutel. Es zeigte sich, dass die Teilnahmebereitschaft in den ambulant arbeitenden Radiologiepraxen vergleichsweise höher war als in den Krankenhäusern (Thöne et al. 2018).
MERK´MAL-2: Der Weg zu einem flächendeckenden Sammlungskonzept
Durch eine Hochrechnung wurde das Potenzial des RKM-Rückhalts in Mülheim an der Ruhr für ein Jahr abgeschätzt: Allein in den vier Kliniken und Praxen aus dem Projekt MERK´MAL könnten mit Hilfe der Urinbeutel pro Jahr gut 200 kg RKM zurückgehalten werden. Des Weiteren wurde das Umweltbewusstsein der untersuchten Personen gestärkt. So wollten sie beispielsweise wissen, ob die Sammelphase verlängert werden muss oder ob durch die Verbrennung des Urins nicht eine Verlagerung des Problems von der Gewässerbelastung hin zur Luftverunreinigung erfolgen würde. Dank der in der Müllverbrennungsanlagen vorhandenen Rauchgasreinigung trat eine Verschiebung der Problematik nicht auf.
Der zusätzliche Aufwand für die Implementierung der Urinsammlung nach RKM-Untersuchung würde rechnerisch zu Zusatzkosten von durchschnittlich unter 10 Prozent der Behandlungskosten führen (Strehl et al. 2019).
Durch die Benutzung der Urinbeutel konnte die Konzentration einzelner Röntgenkontrastmittel im Abwasser deutlich reduziert werden. Der Lokalansatz von MERK´MAL hat in Mülheim den „proof of concept“ erbracht: Das Sammelkonzept, die Kommunikations- und Aktivierungsstrategie sind so weit ausgereift, dass eine flächenhafte Ausweitung realisierbar ist. Der verfolgte Ansatz stellt einen gelungenen Beitrag zur Minderung von Röntgenkontrastmitteln in Gewässern dar. Die Verfolgung von Verminderungsstrategien als Baustein eines Multibarrierenkonzepts entspricht passgenau der Spurenstoffstrategie des Bundes (BMUB/UBA 2017).
In der nächsten Phase soll das Projekt MERK´MAL-2 regional auf das Kerneinzugsgebiet der Ruhr ausgeweitet werden. In neun Städten des Ruhrgebiets im Bereich zwischen Dortmund und Duisburg sollen hier 28 Kliniken und 58 ambulante Radiologiepraxen in die Sammlung einbezogen werden. Laut einer Hochrechnung aus MERK´MAL liegt das Potenzial zum Rückhalt der RKM an der Quelle für das bezeichnete Gebiet bei rund 1250 kg bis 5700 kg pro Jahr. Dies entspricht einer Reduktion des RKM-Eintrags um rund 50% pro Jahr (Thöne et al. 2018). Das Ziel von MERK´MAL-2 ist es, einen signifikanten Konzentrationsunterschied von RKM in der Ruhr messbar zu machen. Zusätzlich sollen eine institutionelle Verankerung des Sammlungsansatzes bei RKM auf den Weg gebracht und mögliche, im Rahmen des Pilotprojekts recherchierte Modelle zur Trägerschaft der Kosten für die Urinsammlung differenzierter betrachtet sowie im Hinblick auf ihre Umsetzbarkeit in der Fläche überprüft werden.
Fazit
Da die eingesetzten RKM sehr stabil sind und auch über längere Zeiträume in der Umwelt nur geringfügig abgebaut werden, eigneten sie sich ausgesprochen gut als Tracer, das heißt als Substanz, an der das Transport- und Ausbreitungsverhalten stellvertretend für andere Medikamente und Spurenstoffe in der Umwelt nachverfolgt und erforscht werden konnte. Aus den Ergebnissen der Pilotstudie lassen sich daher Ansatzpunkte für neue Konzepte zur Verminderung des Eintrags von Spurenstoffen in den Wasserkreislauf ableiten, die an der Quelle ansetzen. Die Machbarkeitsstudie MERK´MAL leistete damit einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung des vorbeugenden Gewässerschutzes.
Das MERK´MAL-Sammlungskonzept kann grundsätzlich auf human- und ökotoxikologisch stärker wirksame Arzneimittel übertragen werden, die in Kurzzeit- oder Intervalltherapien über einen begrenzten Zeitraum in hohen Dosen verabreicht und über den Patientenurin wieder ausgeschieden werden. Als mögliche Arzneimittelgruppen sind hier beispielsweise Zytostatika oder Antibiotika denkbar.
Interessenkonflikt: Beide Autorinnen erklären, dass keine Interessenkonflikte vorliegen.
Literatur
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aus der Beek et al.: Pharmaceuticals in the environment: Global occurance and potential cooperative action under the Strategic Approach to International Chemicals Management (SAICM). 94. Mülheim an der Ruhr, 2015. https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Pools/Forschungsdatenbank/fkz_37… (abgerufen am 27. Januar 2020).
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AWWR und Ruhrverband: Ruhrgütebericht 2018. Essen, 2019. https://www.ruhrverband.de/fileadmin/pdf/presse/wissen/Ruhrguetebericht… (abgerufen am 19. März 2020).
BARMER GEK: Barmer GEK Arztreport 2011. Asgard-Verlag, 2011. https://www.barmer.de/blob/36506/d5630a0f349e388b65fd28ad616b7257/data/… (abgerufen am 24. März 2020).
BMUB/UBA (Hrsg.): Policy-Paper – Empfehlungen des Stakeholder-Dialogs „Spurenstoffstrategie des Bundes" an die Politik zur Reduktion von Spurenstoffeinträgen in die Gewässer. Bonn: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit, Dessau: Umweltbundesamt, 2017.
IKSR: Auswertungsbericht Röntgenkontrastmittel. Internationale Kommission zum Schutz des Rheins, Koblenz, 2010. https://www.iksr.org/fileadmin/user_upload/DKDM/Dokumente/Fachberichte/… (abgerufen am 26. März 2020).
Strehl C, Thöne V, Heymann L et al.: Cost-effective reduction of micro pollutants in the water cycle – Case study on iodinated contrast media. Sci Total Environ 2019; 688: 10–17.
Thöne V et al.: Minderung des Eintrags von Röntgenkontrastmitteln im Einzugsgebiet der Ruhr – Phase 1. Abschlussbericht. Mülheim an der Ruhr, 2018.
Umweltbundesamt: Schreiben des Umweltbundesamtes an das Umweltministerium Nordrhein-Westfalen (14/03/2008). Toxikologische und trinkwasserhygienische Bewertung trinkwasserrelevanter Kontaminanten der Ruhr. Koblenz, 2018 (nicht veröffentlicht, zitiert in: http://www.umweltbundesamt.nrw.de/umwelt/pdf/zwischenbericht_reine_ruhr… –https://www.iksr.org/fileadmin/user_upload/DKDM/Dokumente/Fachberichte/… (abgerufen am 24. März 2020).
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Van Boeckel TP, Gandra S, Ashok A et al.: Global antibiotic consumption 2000 to 2010: an analysis of national pharmaceutical sales data. Lancet Infect Dis 2014; 14: 742–750.
Weitere Infos
aus der Beek T et al.: Pharmaceuticals in the environment: Global occurance and potential cooperative action under the Strategic Approach to International Chemicals Management (SAICM). Mülheim an der Ruhr, 2015
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Pools/Forschungsdatenbank/fkz_37…
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Projekt MERK´MAL
https://merkmal-ruhr.de/ueber-merkmal
Info
Entlang des Stromverlaufs des Rheins zwischen dem Quellgebiet in der Schweiz und der Mündung in die Nordsee ist ein kontinuierlicher Anstieg der Konzentrationen verschiedener jodierter RKM festzustellen (IKSR 2010):
Koautorin
An der Erstellung des Beitrags beteiligt war Frau Prof. Dr. agr. habil. Elke Dopp, Institut für Hygiene und Arbeitsmedizin der Universität Duisburg-Essen.
Kontakt:
Foto: Michael Reifenrath
