A gazdasági haszonállatok tömegkezelésére használt doxiciklin egyes környezettoxikológiai jellemzőinek vizsgálata

Abstract

Az állatgyógyászati szerek alkalmazásának alapfeltétele a megfelelőhatékonyság és ártalmatlanság. Ez utóbbi hagyományosan a kezelt állat (célállat), valamint a kezelést végző, továbbá a kezelt állat húsát és egyéb ehető termékeit fogyasztó ember biztonságát jelentette. A közelmúltban az ártalmatlanság követelménye egy újabb területtel bővült, amely a hatóanyagoknak a környezetre, annak élővilágára gyakorolt hatását foglalja magába. Ez különösen fontos a tömegkezelésre használt gyógyszerkészítmények, így például a tetraciklinek esetében. Vizsgálatainkban egy állatgyógyászati felhasználását tekintve viszonylag újabb tetraciklin-származék, a doxiciklin sorsát követtük végig a kezelt állatokból történőkiürülését követően a trágyában, majd pedig a trágyával kezelt talajban, és tanulmányoztuk a talaj élővilágára kifejtett hatásait. Vizsgálataink első fázisában a sertések szervezetéből kiürült antibiotikum lebomlásának mértékét vizsgáltuk a trágyában in vitroés telepi körülmények között. A több hetes trágyaérlelési időszak alatt gyűjtött minták kromatográfiás analízise alapján megállapítottuk, hogy a környezet hatásaitól függően a doxiciklin felezési ideje laboratóriumi körülmények között 52,5 nap, míg a gyakorlati körülmények végzett trágyaérlelés körülményei között 25,7 nap. A laboratóriumi vizsgálatban, még 16 hét érlelés után is 20,36 mg/kg koncentrációban volt kimutatható a doxiciklin. A telepen végzett kísérletben a vizsgált antibiotikumot 12 hét után 9,37 mg/kg koncentrációban tudtuk kimutatni a trágyából. A továbbiakban a telepi körülmények között érlelt doxiciklin tartalmú trágyát egy adott mezőgazdasági földterület trágyázására használtuk fel, hogy tovább követve az antibiotikum sorsát meghatározzuk a vegyület lebomlásának mértékét a talajban. A 20 hetes időszak során három talajmélységből gyűjtöttünk talajmintákat, a talaj felszínéről, 20-25 cm-es és 45-50 cm-es mélységből. A viszonylag hosszú mintavételi időszak legvégén is kimutatható volt a doxiciklin minden talajrétegben 0,06, illetve 0,03 mg/kg koncentrációban. A felezési idő a talaj felszínén 66,5 nap, a 20-25 cm-es mélységben 76,3 nap, míg a 45-50-cm-es talajmélységben 59,4 nap értéknek bizonyult. Az antibiotikum különbözőkörnyezeti feltételek közötti lebomlásának vizsgálata mellett tanulmányoztuk annak a talajban lakó mikroorganizmusok egyes életfolyamataira gyakorolt hatását is. Ennek során vizsgáltuk, hogy az antibiotikum befolyásolja-e a talajlakó mikrobák nitrogén transzformációs tevékenységét. A mért nitrát koncentrációk alapján megállapítható, hogy a doxiciklin átmenetileg gátolta a mikroorganizmusok nitrogén transzformációját. A gátlás mértéke ugyanakkor nem érte el a vonatkozó szakmai irányelv által szignifikánsnak tekintett nagyságrendet. Egy további kísérletsorozatban a doxiciklin és további két antimikrobiális szer hatását vizsgáltuk a talaj egyes mikroorganizmusainak anyagcsere-aktivitását tükröző redoxpotenciál alakulására. Megállapítottuk, hogy a doxiciklin, az enrofloxacin és a linkomicin a talajban potenciálisan előforduló koncentrációban növeli a detektációs időt, ami az energiatermelőanyagcsere-folyamatok gátlására utal. Ugyanakkor azt tapasztaltuk, hogy a kiváltott hatás erőssége függ a talaj típusától is. Vizsgálataink eredményei arra utalnak, hogy a doxiciklin terápiás dózisban és ideig történő alkalmazását követően jelentős koncentrációban jelenik meg a sertéstrágyában. Koncentrációja a trágyaérlelés során számottevően csökken, felezési ideje különböző körülmények között történőérlelés során 25,7 és 52,5 nap között változik és a trágyaérlelést követően 20,4 mg/kg, illetve 9,37 mg/kg koncentrációban juthat az érlelt trágyával a mezőgazdasági területre. A talaj felszínén és annak különbözőmélységeiben a talajba kerülő antibiotikum koncentrációja az idő előrehaladtával csökken. Ennek mértéke a talaj különbözőmélységeiben 59,4 nap és 76,3 nap közötti felezési idővel jellemezhető, de az antibiotikumot a trágya kijuttatása után 20 héttel is még 0,03-0,06 mg/kg koncentrációban tudtuk kimutatni a talaj különbözőrétegeiből. Az antibiotikum a talajba jutó koncentrációban átmenetileg gátolja a talajban élő mikroorganizmusok egyes életfolyamatait, így a nitrogén transzformációs tevékenységüket és energiatermelőanyagcsere-folyamataikat.

The elementary condition of the usage of veterinary pharmaceuticals is the appropriate efficacy and the innocuity. The harmlessness traditionally has meant the safety of the treated (target) animal, as well as of the person treating the animals and the consumer of meat and meat products. Recently, the requirement of harmlessness has been widened with one area, which comprises the effect of the active substance on the environment and its fauna. It is very important especially in case of pharmaceuticals used for mass treatment, like tetracyclines. In our experiments the fate of a tetracycline derivate, doxycycline was examined after its elimination from the animal. The aim was to assess the potential environmental persistence, the risk and the ecotoxicological significance of doxycycline. In the first phase of the study the fate of the excreted antibiotic in tthe manure of pigs was examined in an in vitro and in a field study. By analising of taken samples during the several weeks composting period the half-life of doxycycline in the laboratory study was 52,5 days and in the study done at the farm was 25,7 days, respectively. In the study under laboratory conditions after 16 weeks ageing period 20,36 mg/kg, and in the field study after 12 weeks composting 9,37 mg/kg doxycycline could be detected in manure samples. Henceforward, the manure composted on the farm was spread onto agricultural land to follow up the fate of doxycycline and to determine the degradation rate of the antibiotic in soil. During the 20-week sampling period the samples were collected from three different soil layers surface, 20-25 cm and 45-50 cm depths. At the end of the quite long sampling period, doxiciklin can be detected in every soil depths in concentrations of 006 and 0,03 mg/kg. The half life of the antibiotic was proved to be 66,5 days on the surface, 76,3 days in the 20-25 cm depth and 59,4 days in the 45-50 cm depth of the soil. Beside the examination of the degradation of the antibiotic in different environmental circumstances the effect on the microorganisms of the soil was also studied. In the course of this experiment the influence on the nitrogen transformation process of the soil microorganism was examined. Based on the measured nitrate concentrations, it can be stated that doxycycline can temporarly inhibit the nitrogen transformation activity. The rate of inhibition was not significant if we consider relevant scientific guidelines. In a further study the effect of doxycycline and two other antimicrobial agents was examined on the metabolism of soil microorganisms by measuring the change of redoxpotential. It was found that doxycycline, enrofloxacin and lincomycine in an environmentally relevant concentration enhanced the time to detection, which indicate the inhibition of metabolism. The intensity of the effect was influenced by the type of the soils. The results of the study indicate that the concentration of doxycycline, administered in therapeutic dosage, is significant in the manure of the pigs. The concentration of the antibiotic considerably decreased during composting with a half-life of 52,5 days and 25,7 days, respectively, but still in concentrations of 20,4 mg/kg and 9,37 mg/kg were spread onto the arable land. On the surface of the soil and in different soil depths the concentration of the doxycycline decreased with half-lives of 66,5 days, 76,3 days and 59,4 days, but even 20 weeks after fertilization it could be detected in concentrations of 0,03-0,06 mg/kg in different soil depths. The antibiotic temporarly inhibits certain life-processes of soil microorganisms, e.g. nitrogen transformation and energy metabolism