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Revista Cubana de Higiene y Epidemiología

versión On-line ISSN 1561-3003

Rev Cubana Hig Epidemiol v.47 n.2 Ciudad de la Habana mayo-ago. 2009

 

ACTUALIZACIÓN

 

Medicamentos de consumo humano en el agua, propiedades físico-químicas

Physic-chemical properties of human consumption drugs in water

 

 

Ing. Caridad Ramos Alvariño

Ingeniera Química. Maestra en Ciencia, Investigadora Auxiliar, Biotecnóloga de II Nivel. Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CENIC). Ciudad de La Habana, Cuba.


RESUMEN

En los años más recientes se reconoce que los compuestos farmacéuticos activos en el ambiente acuático, constituyen uno de los eventos emergentes en la química ambiental, originados por la disposición de las aguas residuales municipales, hospitalarias y de producción, tratadas o no. Su presencia crea resistencia antibiótica, afectan los procesos biológicos de tratamiento y sobrepasan las etapas de potabilización, etc. El objetivo del trabajo es abordar los aspectos relacionados con la presencia de residuos de un grupo de medicamentos de consumo humano en el agua, su cuantificación y características físico-químicas, reportados por diversos autores en la última década, problema que aborda la contaminación que provocan estos compuestos y la necesidad de su estudio. Las características físico-químicas del grupo de medicamentos se obtuvieron consultando diferentes bases de datos y del estudio de más de 100 artículos científicos sobre el tema. Se evidenció su detección en el agua, se reporta la concentración en el agua del grupo de medicamentos seleccionados y sus características físico-químicas. Se reconoce que estos compuestos potencialmente se transportan de forma mayoritaria en los sistemas acuíferos. Se requiere profundizar más en el tema.

Palabras clave: residuos de medicamentos, aguas residuales, vertimientos de hospitales, medicamentos, calidaddel agua.


ABSTRACT

In recent past years it is recognized that the active pharmaceutical compounds in aquatic environment are one the emerging events in environmental chemistry, originated by disposition of the municipal, sewage, from hospitals and for production waters treated or not. Its presence originates an antibiotic resistance, affecting the treatment biological processes and exceeding the fitness for drinking, etc. The aim of present paper is to approach the features related to presence of wastes from human-consumption drugs present in water, its quantification and the physic-chemical characteristic, reported by many authors in past decade, it is a problem approaching the contamination provoking these compounds and the need of its study. Physic-chemical characteristic of drugs group were obtained consulting different databases and from study of more than 100 scientific articles on this matter. Its detection in water was demonstrated, concentration in water of the drugs selected and its physic-chemical characteristic was reported. It is recognized that these compounds potentially are carried in a majority was in aquiferous systems. We must to make a study in depth on this matter.

Key words: Drug residues, wastewater, medical waste disposal, drugs, water quality.


 

 

INTRODUCCIÓN

Uno de los mayores retos en todo el mundo es la cantidad limitada de agua no contaminada y aprovechable para diferentes usos futuros, como la producción de alimentos y bebida. Las Naciones Unidas proclamaron el período 2005-2015, como el decenio internacional para la acción "El agua fuente de vida".1 En Cuba, por su parte, se cuenta con la Estrategia Ambiental Nacional2 2007- 2010 y el Programa Nacional para la Descontaminación del Medio Ambiente,3 los cuales señalan la necesidad de reducir la contaminación de las aguas.

Alrededor de 3 000 medicamentos diferentes se emplean con diferentes propósitos, tales como: antibióticos, reguladores de lípidos, agentes citostáticos, beta-bloqueadores, analgésicos, antiinflamatorios y antiepilépticos, entre otros. Estos compuestos se transforman frecuentemente en el organismo y una mezcla de medicamentos y/o sus metabolitos son excretados por los pacientes. A su vez, los medicamentos se descargan en los hospitales y en las casas, a través de las aguas residuales, las cuales pueden llegar a las plantas de tratamiento.

Desde hace unos años, la detección de compuestos químicos, principalmente los medicamentos en el agua, se le presta atención por investigadores y profesionales de diferentes especialidades y países, mediante estudios de las aguas residuales, los efluentes de plantas de tratamiento y el agua de ríos, superficiales, subterráneas y otras.4-6

La composición de los vertimientos al medio ambiente varía mucho en función de los procesos de los cuales se deriven. En general, contienen restos de disolventes orgánicos, de materias primas y auxiliares y de principios activos. En el caso de los antibióticos y desinfectantes, ellos pueden afectar el óptimo funcionamiento7-10 de los procesos biológicos de tratamiento a las aguas residuales y la microbiota de las aguas superficiales.

En los años más recientes, se reconoce8,11-13 que la presencia y el destino de los compuestos farmacéuticos activos en el ambiente acuático constituye uno de los eventos emergentes en la química ambiental. Los aspectos más significativos son: la variación de la composición de los vertimientos,13-15 su identificación como fuentes de contaminación orgánica, la afectación del óptimo funcionamiento de procesos biológicos de tratamiento7,15 por los antibióticos y desinfectantes. A su vez, generan efectos tóxicos crónicos tales como: estrogénicos, genotóxicos, cancerígenos y teratogénicos, así como resistencia antibiótica. Además, se detectan medicamentos y se cuantifican indicadores de contaminación en las corrientes de aguas residuales, ríos, aguas superficiales y subterráneas, donde descargan los efluentes, tratados o no.4,5,9,16-20


Objetivos

El objetivo del trabajo es abordar los aspectos relacionados con la presencia de residuos de un grupo de medicamentos de consumo humano detectados en el agua, su cuantificación y características físico-químicas, reportados por diversos autores en la última década.


Estudio del estado del conocimiento

Los 40 medicamentos seleccionados corresponden con los resultados mayormente difundidos en la literatura internacional, consultando la base de datos Science Direct.21 La categoría farmacológica22 y el número CAS (Chemical Abstracts Service) de cada medicamento, se presenta en la tabla 1.

Tabla 1. Medicamentos seleccionados para el trabajo

Medicamento

Clase

No. casos

Trimetoprin

Antibióticos

000738-70-5

Sulfametoxazol

 

000723-46-6

Eritromicina

 

000114-07-8

Claritromicina

 

081103-11-9

Roxitromicin

 

080214-83-1

Metronidazol

 

000443-48-1

Ciprofloxacina

 

085721-33-1

Ofloxacina

 

082419-36-1

Tilosin

 

001401-69-0

Diclofenaco

Antiinflamatorios

015307-86-5

Ibuprofeno

 

015687-27-1

Naproxeno

 

022204-53-1

Ketoprofeno

 

022071-15-4

Indometacina

 

000053-86-1

Bezafibrato

Reguladores de lípidos

041859-67-0

Clofibrate

 

000637-07-0

Acido clofibrico

 

000882-09-7

Fenofibrate

 

049562-28-9

Gemfibrozil

 

025812-30-0

Propranolol

ß-bloqueadores

000525-66-6

Bisoprolol

 

066722-44-9

Sotalol

 

003930-20-9

Betaxolol

 

063659-18-7

Atenolol

Antihipertensivos

029122-68-7

Metoprolol

 

037350-58-6

Carbamazepina

Antiepilépticos/anticonvulsivantes

000298-46-4

Diazepan

 

000439-14-5

Primidona

Anticonvulsivantes

000125-33-7

Estradiol

Estrógeno sintético

000050-28-2

Dietilestil bestrol

 

000056-53-1

Estrona

 

000053-16-7

Ifosfamida

Citostáticos

003778-73-2

Ciclofosfamida

 

000050-18-0

5-fluorouracilo

 

000051-21-8

Doxorubicina

 

25316-40-9

Dipirona

Analgésicos

000068-89-3

Codeína

 

000076-57-3

Iopromide

Medios de contraste

073334-07-3

Iopamidol

 

060166-93-0

Iomeprol

 

78649-41-9


Para la búsqueda de las características físico-químicas de los principios activos, como son: la solubilidad en agua, la relación octanol/agua, la presión de vapor, la constante de la ley de Henry y el pka, así como los trabajos reportados sobre el monitoreo, la detección en efluentes y la reacciones de biodegradación, adsorbió, hidrólisis y foto oxidación, se consultó la base de datos de Syracuse Research Corporation (2007).23 Igualmente se estudiaron los trabajos de diferentes autores, relacionados con el tema, en artículos de revistas de alto factor de impacto y en libros.


Medicamentos detectados en las aguas residuales, los efluentes de plantas de tratamiento y en aguas superficiales

La presencia de medicamentos en los efluentes de plantas de tratamiento ha sido confirmada en trabajos realizados en Alemania, Holanda, Francia, Grecia, Canadá, Brasil, Australia, Estados Unidos, España, Reino Unido, Suiza, entre otros países.20,24-27

Los aspectos estudiados fueron:

- Datos de monitoreos y detección de contaminantes (medicamentos e indicadores de contaminación) en los vertimientos de diversos orígenes como son: doméstico, industrial (de la producción de medicamentos) y hospitalarios, así como la detección en diferentes cuerpos hídricos donde ocurren las disposiciones de estos residuos.

- Datos de las características físico-químicas del grupo de medicamentos de uso en humanos, correspondientes a las clases: antibióticos, antiinflamatorios, analgésicos, reguladores de lípidos, ß-bloqueadores, antiepilépticos, estrógenos, citostáticos y analgésicos, así como medio de contrastes.


La droga antiepiléptica carbamazepina se ha encontrado con frecuencia en muestras de aguas residuales municipales y superficiales.4,28-31 Investigaciones ejecutadas en muestras de afluentes y efluentes de diferentes plantas de tratamiento municipales han mostrado que no se elimina significativamente (menos del 10 %) durante el tratamiento.4-5 Los citostáticos son frecuentemente usados en la quimioterapia del cáncer. Debido a la alta potencialidad farmacológica, tales compuestos frecuentemente presentan propiedades carcinogénicas, mutagénicas o embriotóxicas. Los estudios en diferentes países, han conllevado a la detección de diversos antibióticos en concentraciones de mg L-1 o ng L-1. Estas variaciones dependerán del origen, si son efluentes de hospitales, aguas residuales municipales, efluentes de plantas de tratamiento o aguas superficiales. La mayoría de los antibióticos no son eliminados durante los procesos de purificación, investigaciones al respecto indican que un número considerable de antibióticos no son biodegradables en el ambiente acuático.32

En los países con sistemas de atención médica de amplia cobertura se han detectado33 los medios de contraste de rayos X, en los efluentes de residuos de los hospitales en cantidades apreciables, los cuales contaminan las aguas. Estos medios de contraste se les diseñan muy polares y persistentes, lo que provoca que después de unas horas de su aplicación, sean excretados sin metabolizar. Se ha confirmado la persistencia de estos compuestos durante el tratamiento a las aguas residuales, detectándose concentraciones, por ejemplo de iopromide, por encima de 20 mg L-1. Así, el diatrizoato, el iopromido, el iopomidol y el ácido amidotrizoico34-36 se cuantificaron en concentraciones de mg L-1.

En la tabla 2 se presentan las concentraciones del grupo de medicamentos relacionado en la tabla 1, detectados en aguas residuales, en efluentes de plantas de tratamiento y en las aguas superficiales. La variabilidad de los valores de concentración viene dado por los diferentes orígenes y procedencia. Por ejemplo, se reportaron concentraciones en las aguas residuales: procedentes de hospitales, de centros de producción de medicamentos o municipales; en el caso de los efluentes de plantas de tratamiento de diversos procesos aplicados para su depuración, y para las aguas superficiales, por la distancia a la que fueron descargados tanto las aguas residuales sin o con tratamiento.

Tabla 2. Concentración (µg L-1) de los medicamentos detectados en el agua

Medicamento

Agua residual

Referencias

Efluente de planta
de tratamiento

Referencias

Agua superficial

Referencias

Trimetoprín

0,0002 - 10,7

24,32,37,38

0,154 - 0,39

24,26,37,39

0,00003

32

Sulfametoxazol

0,001 - 79,9

24,32,37,38,40

0,128 - 0,62

24,26,37,39

0,0001- 0,050

26,32

Eritromicina

0,03 - 3,9

24,37,38

0,0006 - 1,1

24,26,32,37,39

0,034 - 0,0017

26,32

Claritromicin

0,46 - 1,7

24, 38

0,21

24,39

0,0001- 0,0006

32

Roxitromicin

0,025 - 1,7

24,37,38,40

0,54 - 0,87

24,26,37,39

0,0001- 0,0006

32

Metronidazol

0,006 - 24,5

32,38

---

---

---

---

Ciprofloxacina

0,2 - 124,5

32,37,38,41

0,249 - 0,405

37,42

0,0001

32

Ofloxacina

0,2 - 7,6

38

0,600

20

0,0331 - 0,306

20

Tilosin

1,5

37

0,128 - 0,886

26,37

0,002 - 0,050

26

Diclofenaco

0,35 - 4,114

24, 27,40,43,44

0,005 - 2,134

24,26,27,39,43,44

0, 225

26

Ibuprofeno

1,200 - 84

24,27,40,43-45

0,005 - 7,3

24,27,26,39,43,44,45

0,226

26

Naproxeno

0,700 - 17,1

43-45

0,025 - 1,847

26, 39,43-45

0,068 - 0,266

26

Ketoprofeno

0,289 - 2,0

43,44

0,005 - 0,210

43,44

---

---

Indometacina

0,64 - 0,95

44,46

0,10 - 0,507

39,44

---

---

Ác. metanámico

---

---

---

---

0,068

4

Bezafibrate

0,42 - 7,60

24,40,43,46

0,005 - 4,6

4, 24,26,43

0,27 - 3,1

4,26

Ác. clofibrico

< 0,066 - 1,0

24,44,46

0,066 - 0,361

24,26,39,44

0,270

26

Fenolibrate

< 0,026

44

< 0,026 - 2,353

26,44

---

---

Gemfibrozil

0,965

44

0,436 - 2,366

26,44

---

---

Propranolol

---

---

0,18 - 0,676

24,26,39

0,025 - 0,18

24,26

Bisoprolol

---

---

0,190 - 0,777

26

0,025 - 2,0

26

Sotalol

---

---

1,32 - 2,5

24,39

1,3

47

Betaxolol

---

---

0,190

26

0,028

26

Atenolol

---

---

0,36 - 2,3

24,39

0,145 - 0,36

24,26

Metoprolol

---

---

0,777 - 4,9

24,26,39

1,7 - 2,200

26,47

Carbamazepina

0,325 - 2,0

24,27,40

0,16 - 2,1

24,26,27,39

0,460

26

Diazepán

20

48

0,5 - 0,01

48

---

---

Estradiol

0,005 - ,0139

44, 45

0,0001- 0,007

26,44,45

0,0024

26

Dietilestil bestrol

0,001 - 0,008

45

0,0001 - 0,020

26,45

0,0024 - 0,0075

26

Estrona

0,008 - 0,0302

44,45

0,0015 - 0,038

39,44,45

---

Ifosfamida

0,006 - 1,9

16,49

0,01 - 0,03

16

---

---

Ciclofosfamida

0,02 - 4,5

16,49

0,006 - 0,14

4,16

---

---

5-fluorouracilo

3,9 - 124

16,47,50

0,04 - 1,13

16

---

---

Doxorubicina

0,26 - 1,35

50

---

---

---

---

Dipirona

14

27

4,9

27

---

---

Codeína

5,2

27

3,7

27

---

---

Iopromide

0,026 - 18

24,40,45

0,9 - 5,2

24,39,45

---

---

Iopamidol

2,3

47

1,1 - 1,9

39,47

---

---

Iomeprol

10

24

1,1 - 2,3

24,39,---

---

---


Propiedades físico-químicas de los medicamentos

Para entender cómo se comporta un medicamento en el ambiente, se necesita conocer cierta información sobre las propiedades físico-químicas del mismo, así como las características del medio ambiente y geográficas, del lugar donde se encuentra. Con la complejidad y cantidad de datos requeridos, no siempre se puede predecir exactamente lo que ocurrirá con un medicamento cuando ha entrado en el ambiente. A lo anterior se le puede sumar que los datos de las investigaciones son obtenidos en condiciones controladas de laboratorio y con cantidades conocidas del medicamento, lo cual no ocurre en la naturaleza. A pesar de lo complejo del problema, los científicos han logrado determinar características físico-químicas cuantificables para los medicamentos, como son la solubilidad, la presión de vapor, la constante de la ley de Henry, el coeficiente de partición octanol-agua, entre otras. Con esta información pueden predecirse el lugar donde pudiera encontrarse un medicamento en dependencia de su concentración. Se debe de tener en cuenta que un medicamento no permanece intacto por tiempo indefinido en el medio ambiente, ya que con el tiempo puede sufrir una transformación, influenciado por los microorganismos, la actividad química, el pH, el clima, entre otros.

En la tabla 3 reportan algunas características físico-químicas de los medicamentos expuestos en el tabla 1, según datos obtenidos de diferentes bibliografías.

Tabla 3. Características de los medicamentos detectados en el agua


Medicamento

Peso molecular
g mol-1

Solubilidad en agua
(25 oC) mg L-1

Constante ley de Henry (25oC)
atm-m3 mol-1

Presión de vapor
(25 oC) mm Hg

Constante
de disociación, pka

Coeficiente octanol–agua,
Log P

Trimetoprin

290,32

400

2,39E-014

9,88E-009

7,12

0,91

Sulfametoxazol

253,28

610 (37 oC)

6,42E-013

6,93E-008

5,7; 1,824

0,89

Eritromicina

733,95

1,44

5,42E-029

2,28E-027

8,88

3,06

Claritromicina

747,97

0,342

1,73E-029

8,6E-027

8,99

3,16

Roxitromicin

837,07

0,0189

4,97E-031

1,04E-029

9,2; 8,824

2,75

Metronidazol

171,16

9500

1,69E-011

3,05E-007

2,5241

-0,02

Ciprofloxacina

331,35

3E+004 (20 oC)

5,09E-019

1,65E-012

6,09

0,28

Ofloxacina

361,38

2,83E+004

4,98E-020

1,55E-013

---

-0,39

Tilosin

916,12

5

5,77E-038

1,98E-034

7,73

1,63

Diclofenaco

296,16

2,37

4,73E-012

6,14E-008

4,15

4,51

Ibuprofeno

206,29

21

1,5E-007

0,000186

4,91

3,97

Naproxeno

230,27

15,9

3,39E-010

1,89E-006

4,15

3,18

Ketoprofeno

254,29

51 (22 oC)

2,12E-011

3,72E-007

4,45

3,12

Indometacina

357,80

0,937

3,13E-014

9,89E-011

4,5

4,27

Bezafibrato

361,83

0,355

2,12E-015

6,12E-011

3,624

4,25

Clofibrate

242,70

69,1

9,31E-006

0,00254

3,024

3,62

Acido clofibrico

214,65

583

2,19E-008

0,000113

3,024

2,57

Fenofibrate

360,84

0,418

4,46E-009

6,2E-007

---

5,19

Gemfibrozil

250,34

10,9

1,19E-008

3,05E-005

---

4,77

Propranolol

257,34

61,7

7,98E-013

3,82E-008

9,42

3,48

Bisoprolol

325,45

2240

2,89E-015

9,54E-009

---

1,87

Sotalol

272,37

5510

2,49E-014

5,3E-009

8,2; 9,824

0,24

Betaxolol

307,44

451

1,45E-013

1,33E-008

9,4

2,81

Atenolol

266,34

1,33E+004

1,37E-018

2,92E-010

9,6

0,16

Metoprolol

267,37

1,69E+004

1,4E-013

2,88E-007

9,6

1,88

Carbamazepina

236,38

17,7

1,08E-010

1,84E-007

< 1;13, 924

2,45

Diazepan

284,75

50

3,64E-099

2,78E-008

3,4

2,82

Primidona

218,26

500

1,94E-010

3,64E-009

---

0,91

Estradiol E2

272,39

3,6 (27 oC)

3,64E-011

---

10,7124

4,01

Dietilestilbestrol

268,36

12

5,8E-012

1,41E-008

---

5,07

Estrona

270,37

30

3,8E-010

1,42E-007

10,71

3,13

Ifosfamida

261,09

3780

1,36E-011

2,98E-005

---

0,86

Ciclofosfamida

261,09

4E+004 (20 oC)

1,4E-011

4,45E-005

---

0,63

5-fluorouracilo

130,08

1,11E+004 (22 oC)

1,66E-010

2,68E-006

8,02

-0,89

Doxorubicina

579,99

soluble

---

---

---

---

Dipirona

333,34

1E+006

1,1E-015

7,6E-017

---

-4,76

Codeína

299,37

9000 (20 oC)

7,58E-014

4,15E-009

8,21

1,19

Iopromide

791,12

23,8

1E-028

1,59E-028

---

-2,05

Iopamidol

777,09

1,4E+005 (20 oC)

1,14E-025

1,33E-030

10,7024

-2,42

Iomeprol

---

---

---

---

---

-2,7924


La volatilización que representa la tendencia de cualquier sustancia a pasar a la fase gaseosa en algún grado (en dependencia de su presión de vapor, el estado físico y la temperatura ambiente), puede analizarse mediante los valores de la constante de Henry y esta a su vez, depende de la presión de vapor en estado líquido y de su solubilidad en agua.

De los medicamentos estudiados se observa que presentan una baja presión de vapor, con valores menores a los 1 × 10-3 mm Hg, así como de la constante de la ley de Henry. De acuerdo a los valores de la solubilidad, tenderán a disolverse principalmente en agua. Presentaron un bajo potencial para volatilizarse, siendo fácilmente transportados del lugar del vertimiento por una fuerte lluvia, riego o escurrimiento, hasta cuerpos de agua superficial y/o subterránea.

Cuando el valor del coeficiente de partición octanol-agua es alto, el medicamento puede fijarse a la materia orgánica, sedimento o biota. Valores bajos dan noción de presencia del medicamento en los acuíferos y en aguas superficiales.


Estado del conocimiento

De la revisión realizada se evidencia que queda un considerable número de medicamentos y sus metabolitos, que no ha sido cuantificada su concentración en el agua, principalmente aquellos que presentan mayor persistencia.

Los estudios de la detección de medicamentos en el agua, se han centrado en un grupo de países, quedando un número considerable en el cual vive un elevado porcentaje de la población mundial, con diferentes condiciones climáticas e higiénico-sanitarias, que se requeriría estudios al menos en las fuentes hídricas para consumo, en las cuales detectar los compuestos de mayor persistencia.

Se debe prestar atención al problema de las mezclas, ya que ninguna molécula se encuentra de forma aislada en el agua.

Profundizar en las características de los medicamentos detectados en el agua, que propicien su persistencia, así como en el estudio de la cinética y las condiciones de reacción para su degradación.

Queda por estudiar a fondo los riesgos de toxicidad de las principales moléculas con un ciclo de vida persistente en los vertimientos de origen farmacéutico (o parafarmacéutico), sobre todo en lo concerniente a las dosis muy bajas, y proponer las soluciones de tratamientos eficaces y factibles de implementar.

CONCLUSIONES

Todas las investigaciones relacionadas con la presencia y el destino de algunos principios activos en el agua son de un interés inestimable, por el riesgo potencial para el medio ambiente y muy especialmente para los seres vivos y la calidad del agua, además por lo escaso y costoso de sus investigaciones.

Se evidencia que los restos de los medicamentos se detectan en las aguas residuales, efluentes de plantas de tratamiento y en las aguas superficiales.

Las características físico-químicas indicaron que potencialmente se pueden transportar mayoritariamente en los sistemas acuíferos hasta las aguas superficiales y subterráneas, con una baja potencialidad de su afinidad por los suelos.

RECOMENDACIONES

- Aumentar la atención que deben prestar los directivos y científicos, al impacto real de los productos farmacéuticos sobre el medio ambiente, intercambiar experiencias y difundir los resultados de las investigaciones.

- Comunicar los nuevos conocimientos sobre la toxicidad de los diferentes productos, así como de la analítica que se desarrolle.

- Completar el estudio con otros compuestos químicos como los excipientes y la mezcla de varios medicamentos.

- Profundizar en aquellos compuestos que se han detectado en el agua de beber con mayor persistencia.

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Recibido: 27 de agosto del 2009.
Aprobado:
15 de septienbre del 2009.

 

 

Ing. Caridad Ramos Alvariño. Centro Nacional de Investigaciones Científicas, Dpto. de Estudios sobre Contaminación Ambiental. Ave. 25 y calle 158, Cubanacán, Playa, Ciudad de La Habana. e-mail: caridad.ramos@cnic.edu.cu deca@infomed.sld.cu

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