Identification, occurrence and fate of transformation products and metabolites of fluoxetine and metformin in the aquatic environment

Abstract

In dieser Studie wurden anhand verschiedener Abbauexperimente (Elektrochemie, mikrobieller Abbau, Photoabbau, Fischembryo-Metabolismus) Transformationsprodukte (TPs) der umweltrelevanten Arzneimitteln Metformin (MF, Antidiabetikum) und Fluoxetin (FLX, Antidepressivum) generiert und anhand eines Workflows mit Flüssigchromatographie gekoppelt an hochauflösende Massenspektrometrie (LC-HRMS) identifiziert. Mittels Elektrochemie konnten vier neue umweltrelevante TPs von MF generiert und identifiziert werden, welche sich durch Zyklisierung und Demethylierung bildeten. Die neu identifizierten TPs (MBG, 2,4-AMT, 2,4-DAT) konnten im Abstrom von Kläranlagen nachgewiesen werden. Anhand von Batchexperimenten mit Belebtschlamm wurde der aerobe Abbau von MF in eine 1:1 Umwandlung in die TPs gezeigt. Der bekannte Metabolit Guanylharnstoff (GU) war dabei das Hauptprodukt und die elektrochemisch identifizierten TPs stellten 2% des abgebauten MF dar. Es konnte außerdem erstmals die Abbaubarkeit von GU in Belebtschlamm nachgewiesen werden, wobei im aeroben Milieu die Abbaubarkeit zusätzlich von der Herkunft des Belebtschlamms, und somit der mikrobiellen Gemeinschaft, abhängig war. Anhand von Photolyse und Fisch-Metabolismus konnten neue TPs von Fluoxetin identifiziert werden. Mit einer Sonnensimulationskammer konnten 27 TPs durch direkten und indirekten Photoabbau von FLX identifiziert werden, welche durch O-Dealkylierung, Hydroxylierung, CF3-Subsitution und N-Acylierung mit Aldehyden und Carboxylsäuren gebildet wurden. Der menschliche Hauptmetabolit Norfluoxetine (NFLX) spielte dabei eine untergeordnete Rolle. In Abbauexperimenten mit Oberflächenwasser anstatt Reinstwasser zeigte sich der Einfluss der indirekten Photolyse durch die größte gebildete Intensität an TPs, insbesondere der hydroxylierten TPs. Im Extrakt von Zebrafischembryonen (96 h nach Befruchtung) konnten sieben der abiotischen TPs nachgewiesen werden, sowie drei neue TPs identifiziert werden. Diese bildeten sich durch N-Hydroxylierung, N-Methylierung und N-Acylierung von FLX mit einer Aminogruppe. FLX aus dem Expositionsmedium (5 mg/L) reicherte sich 110-fach in den Embryonen an, wobei 1% in NFLX umgewandelt wurde und als Hauptmetabolit nachgewiesen werden konnte.