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

Physic-chemical properties of human consumption drugs in water

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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

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 funcionamiento^7-10 de los procesos biológicos de tratamiento a las aguas residuales y la microbiota de las aguas superficiales.

En los años más recientes, se reconoce^8,11-13 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 tratamiento^7,15 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

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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

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 amidotrizoico^34-36 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

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.

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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.

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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 ]]> 1 Naciones Unidas. 2005 ju li 2 CITMA. 2007 3 CITMA. 2009 4 1998 32 11 11 3245-60 5 2002 131 5 5 5-7 6 7 2005 36 1 1 39-44 8 2006 37 1 1 25-31 9 2001 45 6-7 6-7 957-69 10 2006 63 131-40 11 2005 36 12 2007 xxviii 2 2 31-5 13 2005 36 39-44 14 2007 xix 1 1 15 2006 37 25-31 16 2000 40 7 7 767-73 17 2004 328 1-3 1-3 119-30 18 2004 57 2 2 107-26 19 2004 38 12 12 2918-26 20 2006 13 1 1 15-21 21 22 23 24 2007 66 5 5 894-904 25 2006 40 357-63 26 2006 69 334-42 27 2007 66 993-1002 28 1999 92 207-23 29 2001 p. 70-83 30 2001 919 1 1 69-78 31 2001 911 2 2 225-34 32 2004 54 311-20 33 2002 131 5-7 34 2000 34 13 13 2741-8 35 2000 255 129-34 36 2001 938 1-2 1-2 199-210 37 2006 361 1-3 1-3 196-207 38 2003 9 12 12 1203-14 39 2003 37 8 8 1976-82 40 2005 39 19 19 4797-807 41 1999 36 115-9 42 2001 73 15 15 3632-38 43 2005 39 11 11 2219-28 44 2006 367 544-58 45 2005 39 14 14 3139-52 46 1999 225 135-41 47 Sep 14-17; 2003 48 2007 41 10 10 2139-50 49 1996 726 1-2 1-2 179-84 50 2007 66 1 1 30-7