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7 Juli 2020 / Lesezeit: 6 minuten

Riskanter Chemiecocktail im Abwasser

Warum wir mehr umweltverträgliche Medikamente brauchen

Wirkstoffe aus Arzneimitteln können auch recycelt werden.

imago images / MiS

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Vom Zipperlein bis zur lebensbedrohlichen Erkrankung – Arzneimittel sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Doch immer mehr Wirkstoffe gelangen in die Umwelt, mit ungewissen Folgen für Gewässer und Lebewesen.

Bei Kopfschmerz hilft eine Tablette, der gezerrte Muskel wird mit einer Salbe besänftigt und die Infektion bekämpft ein Antibiotikum. Doch der schnelle Griff zum Arzneimittel hat ein langwieriges Nachspiel. Viele Wirkstoffe werden in unserem Körper nur unvollständig oder gar nicht abgebaut. Das heißt, früher oder später landen sie beim Toilettengang in der Kanalisation. Und von dort, weil die kommunalen Kläranlagen für Arzneimittel kaum eine Barriere darstellen, finden sie ihren Weg in die Flüsse.

Immer mehr Wirkstoffe beziehungsweise ihre Abbauprodukte sind deutschlandweit in Gewässern nachweisbar. Eine aktuelle Auswertung des Umweltbundesamtes beziffert sie auf 270. Für Menschen sind die Substanzen nicht gesundheitsgefährdend, ihre Konzentration liegt unterhalb therapeutischer Dosen. Trotzdem birgt es Gefahren, wenn Arzneimittelrückständezunehmend in die Umwelt gelangen. Für Organismen, die im oder am Wasser leben, können selbst geringe Konzentrationen von Substanzen wirksam sein. Psychopharmaka lösen zum Beispiel bei Tieren Verhaltensänderungen aus: Wasserspinnen sind nicht mehr in der Lage, ordentliche Netze zu bauen, Schwarmfische entfernen sich aus der Gruppe und werden so zur leichten Beute von Fressfeinden. Zudem ist nicht bekannt, wie sich die Wirkstoffe in der Nahrungskette ansammeln. Vielleicht landen sie am Ende so wieder beim Menschen. Antibiotika im Wasser können auch zu Resistenzen in Bakterien führen.

Ein weiteres Problem: Die Lage ist unübersichtlich. In Deutschland sind in der Human- und Veterinärmedizin etwa 3000 Wirkstoffe zugelassen. Welche Wirkstoffkombinationen in Gewässern vorkommen und wie diese miteinander reagieren, ist nicht abzuschätzen. Hinzu kommen diverse Abbauprodukte, die eine andere Wirkung als das Ausgangsmolekül zeigen können. Das macht den Chemiecocktail in den Flüssen unberechenbar. Und zwar dauerhaft. Denn viele der Substanzen sind schwer abbaubar. Das Umweltbundesamt geht in einer aktuellen Auswertung von etwa 1270 umweltrelevanten Humanarzneimittelwirkstoffen aus, im Veterinärbereich sind es 280.

Arzneimittel richtig entsorgen

Einige Apotheken nehmen freiwillig Altarzneimittel zurück. Doch grundsätzlich müssen sich Arzneimittelkonsument*innen selbst um die Entsorgung der Medikamente kümmern. Müllentsorgung ist Aufgabe der Kommunen. Meist wird der Hausmüll verbrannt. Wo das so ist, können Medikamente in den Restmüll geworfen werden. Bei der Verbrennung werden biologisch aktive Wirkstoffe zerstört. Altmedikamente können auch in Schadstoffsammelstellen abgegeben werden. Nähere Informationen zur richtigen Entsorgung in den Regionen gibt es unter arzneimittelentsorgung.de.

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Arzneimittel: Langlebig in der Umwelt

„Wir müssen Stoffe von vornherein so designen, dass sie in der Umwelt schnell und vollständig abbaubar sind“, sagt Klaus Kümmerer, Professor für Nachhaltige Chemie und Stoffliche Ressourcen an der Leuphana Universität Lüneburg. Der Trend in der Arzneimittelentwicklung ist allerdings noch ein anderer. Zwar wurden laut Umweltbundesamt für bestimmte Krebs- oder Immunerkrankungen in den vergangenen Jahren viele gut abbaubare Wirkstoffe zugelassen. Gleichzeitig zeigen Tests zum biologischen Abbau in Wasser-Sediment-Systemen aber, dass die Hälfte der neuen Wirkstoffe als besonders langlebig in der Umwelt einzustufen ist. Kümmerer: „Im Moment werden Arzneimittel auf Stabilität optimiert. Es ist auch heute noch ein Grund, eine Wirkstoffvariante nicht weiterzuverfolgen, weil das Unternehmen sagt, sie sei nicht stabil genug.“ Das hat einen Grund: Je später ein Medikament zerfällt, desto länger kann es im Körper wirken. Nach dem Motto „stabil hilft viel“ werden Umweltaspekte hintenangestellt. Während Arzneimitteln für Tiere nach einer Prüfung der Umweltrisiken die Zulassung versagt werden könnte, spielt das im Zulassungsverfahren in der Humanmedizin keine Rolle.

Kümmerer fordert stärkere Vorgaben der Politik. „Es geht hier nicht um Pharmazie-Bashing, sondern dass wir aus unserem Wissen mehr machen. Wir haben die Werkzeuge, die wir brauchen.“ Tatsächlich ist es Kümmerer mit seiner Arbeitsgruppe gelungen, zwei umweltverträglichere Varianten aus der Antibiotika-Gruppe der Fluorchinolone zu patentieren. Als Ausgangssubstanz diente den Forschenden das Antibiotikum Ciprofloxacin, das häufig angewendet wird, schon in geringen Mengen wirksam ist und damit eine hohe Gefahr für Resistenzbildungen darstellt. In Kläranlagen ist es nicht abbaubar und reichert sich im Klärschlamm an. Wird dieser in der Landwirtschaft verwendet, kann das Antibiotikum in den Boden gelangen.

Maßnahmen im Gesundheitssystem

Pharmaunternehmen entwickeln Arzneimittel, Ärzte und Ärztinnen verschreiben sie, Apotheker*innen geben sie an ihre Kunden heraus. Inwieweit das Medikament umweltrelevant ist, kann der Kunde nicht beurteilen. Bislang spielt die biologische Abbaubarkeit von Arzneimitteln kaum eine Rolle bei der Medikamentenentwicklung. Die vorgegebenen Verpackungsgrößen von Medikamenten begünstigen teilweise, dass Arzneimittel nach Therapieende übrigbleiben und entsorgt werden müssen. Apotheken sollten in der Lage sein, individuelle, auf die Therapie des Patienten zugeschnittene Medikamentenmengen auszugeben. In einigen Apotheken wird das bereits angeboten, in Ländern wie den USA oder den Niederlanden ist es längst Usus. Als Informationssystem für Ärzte und Ärztinnen könnte ein Umweltklassifikationssystem für Arzneistoffe und Medikamente sinnvoll sein. In Schweden wurde es 2004 eingeführt, Medikamente werden nach Umweltgefährdungsklassen sortiert. Für häufige Krankheiten werden empfehlenswerte Medikamente aufgeführt. Bei gleicher Wirksamkeit wissen Mediziner*innen so, welche umweltfreundlicheren Alternativen sie verschreiben können.

Arzneimittel: Optimiertes Moleküldesign

Wie wird ein Medikament umweltverträglicher, ohne dass es an Wirkung einbüßt? Für Kümmerer liegt die Lösung im Moleküldesign. „Wir nehmen Wirkstoffe, deren Wirkung wir kennen“, erläutert er. Durch Änderungen der Struktur lässt sich zum Beispiel eine bessere Wasserlöslichkeit herstellen. Bei Ciprofloxacin etwa wollte Kümmerer ein Molekül entwickeln, das unter bestimmten Bedingungen für eine bestimmte Zeit stabil ist und unter anderen Konditionen, wie sie in der Umwelt herrschen, zerfällt oder abgebaut werden kann.

Das patentierte Molekül könnte seinen Weg in die Arzneimittelherstellung finden, denn es ist stabil in der Anwendung und wirkt fast wie die Ausgangssubstanz. Um nicht in der Magensäure zu zerfallen, müsste es lediglich verkapselt werden, wie es auch bei anderen Wirkstoffen üblich ist. In der Blase, wo ein saurer pH-Wert herrscht, teilt sich das Molekül in zwei Bestandteile, die in der Umwelt nicht mehr wirksam sind, und wird ausgeschieden.

Der kleinen Arbeitsgruppe ist dieser Erfolg auch ohne die Forschungsmöglichkeiten der großen Industrieunternehmen gelungen. Für Kümmerer ist es ein Beleg dafür, dass ein Wandel in der Pharmaziemöglich ist. „Als Wissenschaftler kann ich nur sagen: ‚Wir konnten zeigen, es geht. Wir können es machen, wenn ihr es wollt.’ Die Gesellschaft muss entscheiden, welche Art von Wirkstoffen sie künftig haben will. Da muss die Politik handeln.“

Das Vermitteln von Wissen ist hierfür unabdingbar. In Lüneburg werden die Weichen dafür seit diesem Frühjahr mit einem neuen berufsbegleitenden Masterstudiengang „Nachhaltige Chemie“ gestellt. Auch die Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg setzt auf interdisziplinäre Lehre. „Arzneimittel in der Umwelt – das ist ein komplexes Thema. Da ist die Industrie, da sind die Abwässer, da ist die Forschung. Dazu kommen Produzenten, Ärzte, Apotheker, die Medikamente an Patienten abgeben. Es sind alles Dinge, die sich gegenseitig bedingen“, sagt Michael Müller, Professor für Pharmazeutische und Medizinische Chemie. In Freiburg lernen deshalb Studierende der Studiengänge Pharmazie, Geowissenschaft und Hydrologie in gemeinsamen Veranstaltungen von vornherein dieses Thema kennen. Von niedrigschwelligen Angeboten wie einem Workshop bis hin zu Forschungsangeboten besteht ein Austausch zwischen den Disziplinen.

Genauso wichtig ist Müller die Wissensvermittlung an Laien. Angehende Apotheker*innen werden sensibilisiert, an der Ladentheke auch über die Entsorgung von Arzneimitteln aufzuklären. Denn noch immer werden abgelaufene Tabletten in die Toilettenschüssel gekippt, Tropfen und Säfte im Waschbecken entsorgt. Seitdem die Rücknahmepflicht von Arzneimitteln in Apotheken aufgehoben wurde, müssen Verbraucher*innen sich selbst um die fachgerechte Entsorgung kümmern. Ein Fehler, wie Müller findet: „Nicht gebrauchte Medikamente gehören in die Apotheke. Das macht den Kunden deutlich, dass sie einen Wertstoff haben, der hilfreich, aber auch gefährlich sein kann.“

Vierte Reinigungsstufe in Klärwerken

Mehr als 97 Prozent der Klärwerke haben drei Reinigungsstufen. In ihnen wird das Abwasser mechanisch, biologisch und chemisch gereinigt. Einige Anlagen in Deutschland wurden mit einer vierten Reinigungsstufe aufgerüstet, um mithilfe verschiedener Methoden wie Oxidation mit Ozon und Adsorption an Aktivkohle Spurenstoffe wie Arzneimittel zu entfernen. Das Verfahren hat sich noch nicht durchgesetzt, da es mit hohen Betriebskosten verbunden ist. Zudem sind die Methoden nur für einen Teil der Arzneimittel geeignet. Gerade mal von etwa 100 bis 150 Spurenstoffen wissen Forscher*innen, wie sie im Klärwerk reagieren. Zusätzliches Problem: Durch die Abwasserreinigung entstehen teilweise Abbauprodukte, die toxischer sein können als die Ausgangsmoleküle oder Wirkungen entfalten, die bislang nicht abschätzbar sind. Statt auf die vierte Reinigungsstufe in Klärwerken zu setzen, empfehlen Wissenschaftler*innen, lieber umweltrelevante Arzneimittel gar nicht erst in die Umwelt gelangen zu lassen – oder gut abbaubare Arzneimittel zu entwickeln.

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Recycelte Wirkstoffe

Das Projekt der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg setzt genau an dieser Stelle an. Wissenschaftler*innen recyceln Wirkstoffe aus Altarzneimitteln und verwenden diese anschließend als Forschungschemikalien bei der Synthese von neuen Arzneistoffkandidaten. Anna Roggenhofer, die am Lehrstuhl für Pharmazeutische Chemie promoviert hat, baute das Projekt vor drei Jahren mit auf. Aus der ursprünglichen Idee, im Labor einen speziellen Arzneistoff aus Tabletten rückzugewinnen, statt ihn teuer über den Chemikalienhandel zu bestellen, entwickelte sich ein gut laufendes Recycling-Konzept.

Apotheken der Region Erlangen, Forchheim, Nürnberg sammeln Medikamente und geben sie an einem gesicherten Container der Universität ab, aus ganz Bayern möchten sich weitere Pharmazien beteiligen. Privatpersonen können ihre Arzneien in den teilnehmenden Apotheken zurückgeben. Mittlerweile kommen so viele Spenden zusammen, dass die Forschenden Zugriff auf 500 verschiedene Arzneistoffe haben. Für etwa 100 von diesen Wirkstoffen haben sie bereits Rückgewinnungsmethoden entwickelt.

Das Projekt widmet sich in mehrfacher Hinsicht der Nachhaltigkeit. „Für ein Kilogramm Arzneistoff werden 250 Kilogramm Abfall produziert“, sagt Wissenschaftlerin Roggenhofer. Weil das Arzneimittelgesetz die Weitergabe selbst von unangetasteten Altarzneimitteln untersagt, landen viele Medikamente beispielsweise nach einer Therapieumstellung ungenutzt im Abfall. Neben der Ressourcenverschwendung besteht zusätzlich die Gefahr der Umweltbelastung durch falsches Entsorgen der Medikamente. Die Arbeitsgruppe in Erlangen geht diese Punkte im kleinen Maßstab an. „Die Vision hinter diesem Projekt ist ein ganzheitliches Recycling“, sagt Anne Roggenhofer. Daran soll auch in Zukunft weitergeforscht werden.

Nachhaltige Pharmabranche

Pharmaunternehmen konzentrieren sich beim Thema Nachhaltigkeit auf die Reduzierung von Abwasser, Abfällen und den Ausstoß von Treibhausgasen. In der Arzneimittelentwicklung gab es laut Verband der forschenden Pharma-Unternehmen (vfa) in den vergangenen Jahren einen Trend bei der Entwicklung neuer Medikamente: Mehr als 100 gut abbaubare Arzneimittel gegen Krebs und Immunkrankheiten wurden zugelassen. Inzwischen gehört etwa die Hälfte der jährlich neu zugelassenen Medikamente zu den Biologika. Neue Medikamente könnten zudem den Arzneimittelverbrauch senken helfen. Biologika wie TNF-alfa-Hemmer dämpfen Entzündungen bei Rheuma und Morbus Crohn, die Patient*innen brauchen weniger Schmerzmittel. Das Recycling von Arzneimitteln spielt dagegen keine Rolle. Die Wirkstoffe dürfen nicht wieder als Arzneimittel für Mensch oder Tier genutzt werden, oft wären die Herstellungsverfahren ohnehin zu aufwendig.

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