Steroid hormones in the aquatic environment - insights from new analytical methods for corticosteroids and progestogens

Abstract

Endokrin aktive Substanzen wie Steroidhormone stehen vermehrt im Interesse der Umweltwissenschaften, da endokrine Effekte in Wasserorganismen bereits bei sehr niedrigen Umweltkonzentrationen beschrieben sind. Allerdings ist die Datenlage über das Vorkommen und das Verhalten von Steroidhormonen in der Umwelt sehr lückenhaft. In dieser Studie wurde das Vorkommen von ca. 60 Steroiden im Kläranlagenablauf und in Oberflächengewässern untersucht. Des Weiteren wurde das Verhalten und die Bioabbaubarkeit von Corticosteroiden und Progestagenen, die beide hohe Verschreibungszahlen und ein hohes endokrines Potential aufweisen, während einer Aktivschlammbehandlung betrachtet. Zu diesem Zweck wurde eine Analysenmethode für die simultane Bestimmung von Mineralcorticoiden, Glukokortikoiden und Progestagenen in wässrigen Proben entwickelt. Mit Hilfe dieser Methode konnten drei Mineralcorticoide, 23 Glukokortikoide und 10 Progestagene in den analysierten Proben nachgewiesen werden. Viele der Substanzen wurden zum ersten Mal in der Umwelt, insbesondere in Deutschland und der EU, nachgewiesen. Die Abbaustudien wurden so konzipiert, dass diese einen strukturabhängigen Vergleich der Abbaubarkeit und der Transformationsprozesse unter standardisierten aeroben Bedingungen ermöglichten. Halbwertzeiten reichten von <0,5 Stunden bis >14 Tagen, was die große Bandbreite in der Stabilität innerhalb der untersuchten Steroide verdeutlicht. Die entstandenen Transformationsprodukte wurden mittels LC-HRMS identifiziert und entsprechende Abbauwege postuliert. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden Zusammenhänge zwischen der Stabilität der Substanzen und deren Molekülstruktur ausgearbeitet. Viele der neu identifizierten Transformationsprodukte waren persistent und manche von ihnen konnten im Kläranlagenablauf und in Oberflächengewässern nachgewiesen werden. Daher sollten Transformationsprodukte in zukünftige Umweltstudien mit einbezogen werden. Quelle: Forschungsbericht

Endocrine active therapeutics such as steroid hormones gain increasing focus in environmental research as it was reported that they cause endocrine disruption in aquatic organisms exposed to environmentally relevant concentrations. Data about occurrence and fate of steroid hormones are scare. In this study occurrence of about 60 steroids in wastewater treatment plant effluents and surface waters as well as the fate and biodegradability of corticosteroids and progestogens in activated sludge treatment were investigated. Corticosteroids and progestogens were prioritized in views of their high prescription and potency to impact endocrine-related functions. A reliable analytical method for the simultaneous determination of mineralocorticoids, glucocorticoids and progestogens in the aquatic environment was developed. Utilizing this method three mineralocorticoids, 23 glucocorticoids and 10 progestogens could be detected in the analyzed samples, many of them were detected for the first time in the environment, particularly in Germany and the EU. Moreover, biodegradation studies were designed to enable the comparison of the biodegradability and transformation processes in activated sludge treatment for structure-related steroids under standardized aerobic conditions. Half-lives ranged from <0.5 h to >14 d suggesting large variations in the biodegradability. Transformations products were identified by LC-HRMS and transformation pathways were proposed. Based on these data relationships between structure and stability were elaborated. Several of the newly identified transformation products were persistent and some of them could be detected in wastewater treatment plant effluents and surface waters. Hence, these transformation products should be also included in environmental monitoring. Quelle: Forschungsbericht

Endocrine active substances such as steroid hormones gain increasing focus in environmental research as they cause endocrine disruption in aquatic organisms exposed to environmentally relevant concentrations. Data about occurrence and fate of steroid hormones are scare. Based on the recently published method (FKZ 3715 67 413) the occurrence of 60 steroids in wastewater treatment plant effluents and surface waters were reported. To understand stability and degradation pathways, degradation studies were conducted that allowed comparability of transformation processes under standardised aerobic conditions. Several of the newly identified transformation products are persistent and some of them could be detected in wastewater treatment plant effluent and surface waters. Steroid hormones and their transformation products should be included more in future environmental measurements and studies.During the project 3 articles have been published: Weizel et al. 2018 (https://doi.org/10.1021/acs.est.7b06147), Weizel et al. 2020a (https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115561), Weizel et al. 2020b https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116515)