Ensaios toxicológicos aplicados à análise de águas contaminadas por fármacos / Toxicological tests applied to the analysis of water contaminated by drugs

RESUMO Fármacos de diversas classes têm sido detectados no ambiente aquático nos últimos anos. A presença desses compostos químicos deve-se, sobretudo, ao lançamento de esgoto in natura ou à remoção incompleta durante as etapas do tratamento de esgoto. Embora tais materiais sejam detectados em baixas concentrações (ng.L-1 - µg.L-1), os impactos de alguns fármacos à biota aquática já são conhecidos, sendo os efeitos na saúde humana, especialmente aqueles relacionados à exposição crônica, ainda pouco conhecidos e/ou controversos. Ensaios biológicos são ferramentas valiosas para avaliar a toxicidade de fármacos aos organismos expostos, e a sua adoção conjunta aos ensaios de tratabilidade da água e efluentes permitiria preencher lacunas de conhecimento e a construção de consenso na literatura científica sobre os seus efeitos toxicológicos. Pelo exposto, este artigo de revisão apresenta uma visão geral da ocorrência de fármacos em amostras ambientais do país e a toxicidade observada por meio de diferentes ensaios biológicos.

ABSTRACT Drugs of several classes have been detected in the aquatic environment in recent years. The presence of these chemicals is mainly due to the discharge of raw sewage or to their incomplete removal in sewage treatment plants. Although they have been detected at low concentrations (ng.L-1 - µg.L-1), the effects of pharmaceutical compounds on the aquatic biota are already acknowledged, being the effects on human health, especially those related to chronic exposure, still unknown and/or controversial. Biological assays are valuable tools for assessing drug toxicity to exposed organisms and their joint adoption in water and effluent treatability trials would fill up knowledge gaps and build consensus in the scientific literature on their toxicological effects. This review paper presents an overview of the occurrence of drugs in several Brazilian environmental samples and compiles the toxicity observed by means of different biological assays.

Estudo da biodegradabilidade de fluoroquinolona por meio da utilização de biomassas aeróbias e anaeróbias / Study of fluoroquinolone biodegradability by using aerobic and anaerobic biomass

RESUMO Os antibióticos como o norfloxacino constituem os fármacos mais utilizados na Medicina, com consumos expressivos no mundo todo. Por ser quimicamente estável, após sua administração a maior parte do fármaco é excretada de forma inalterada e, geralmente, é removida apenas parcialmente nas estações de tratamento de esgoto (ETEs). Assim, o presente trabalho buscou avaliar a eficiência dos processos biológicos na remediação de norfloxacino investigando os mecanismos de remoção envolvidos. O objetivo foi verificar a biodegradabilidade do fármaco e sua toxicidade. Para realização dos ensaios de biodegradabilidade, coletaram-se lodos na ETE Arrudas (Sabará, Minas Gerais) dos processos de tratamento com lodos ativados, reatores upflow anaerobic sludge blanket (UASB) e biodigestor anaeróbio. Reatores em escala de bancada foram montados com lodo aclimatado e não aclimatado. Amostras tiveram a biodegradabilidade acompanhada por meio da determinação do carbono orgânico total e da absortividade molar do norfloxacino por espectrofotometria de UV/Vis. Determinou-se a toxicidade por intermédio de ensaios com a bactéria Aliivibrio fischeri. Entre as biomassas utilizadas, a mais eficiente na remoção do norfloxacino foi advinda dos reatores UASB (23%), seguida do biodigestor anaeróbio (18%) e, então, dos lodos ativados (13%). Quanto à ecotoxicidade, a degradação anaeróbia promoveu a eliminação da toxicidade do antibiótico, enquanto com relação à degradação aeróbia os efluentes gerados permanecem tóxicos.

ABSTRACT Antibiotics, such as norfloxacin, are the most widely used drugs in medicine, with significant consumption in the world. By being chemically stable, most of the drug is excreted unchanged after administration, and is generally only partially removed in the sewage treatment plants (STPs). Thus, the efficiency of biological processes in the remediation of norfloxacin was investigated by the present work, verifying the removal mechanisms involved. Its objective was to verify the drug's biodegradability and toxicity. In order to perform biodegradability tests, sludges were collected in Arrudas STP (Sabara, Minas Gerais) from the treatment processes with activated sludge, upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors and anaerobic biodigester. Bench-scale reactors were assembled with acclimatized and non-acclimatized sludge. Samples had their biodegradability monitored by determination of total organic carbon and norfloxacin molar absorptivity by UV/Vis spectrophotometry. The toxicity was determined by tests with Aliivibrio fischeri. Among the used biomass, UASB reactors was the most efficient in removing norfloxacin (23%), followed by anaerobic biodigester (18%), and activated sludge (13%). Regarding ecotoxicity, the anaerobic degradation promoted the elimination of antibiotic toxicity, while with aerobic degradation, the effluents generated remained toxic.

Toxicidade aguda e risco ambiental do antibiótico oxitetraciclina para tilápia (Oreochromis niloticus), Daphnia magna e Lemna minor / Acute toxicity and environmental risk of oxytetracycline antibiotc for tilapia (Oreochromis niloticus), Daphnia magna, and Lemna minor

O objetivo deste estudo foi classificar o antibiótico Terramicina(r) de acordo com a toxicidade aguda e o risco de intoxicação ambiental para Oreochromis niloticus, Daphnia magna e Lemna minor, com base no seu ingrediente ativo oxitetraciclina (OTC). Além disso, observou-se a ocorrência de sinais de intoxicação aguda em peixes e o efeito da diluição do antibiótico sobre as variáveis de qualidade de água. Alevinos, neonatos e frondes foram expostos a concentrações de OTC. De acordo com os resultados dos testes de toxicidade aguda, a Terramicina(r) foi classificada pela toxicidade aguda e pelo risco de intoxicação ambiental. Para O. niloticus, a CL(I)50; 48h calculada foi de 6,92 mg L-1, para D. magna a CE(I)50; 48h foi de 0,17mg.L-1, enquanto para L. minor a CI(I)50;7d foi de 0,68 mg L-1. A Terramicina(r) foi classificada como muito tóxica para O. niloticus e extremamente tóxica para D. magna e L. minor e causa risco de intoxicação ambiental para os três organismos testados. Concentrações de 7,5 e 8,0 mg L-1 de OTC reduziram a concentração de oxigênio dissolvido na água. De acordo com este estudo, a Terramicina(r) não deve ser utilizada na aquicultura, pois é altamente tóxica e causa risco de intoxicação ambiental aos organismos teste.(AU)

The aim of this study was to classify the antibiotic Terramycin(r) according to acute toxicity and the environmental risk that it poses for Oreochromis niloticus, Daphnia magna, and Lemna minor based on its active ingredient oxytetracycline (OTC). In addition, the occurrence of acute poisoning signs in fish and antibiotic dilution effect in the water quality variables were observed. For this purpose, fingerlings, neonates, and while were exposed to the concentrations of OTC. According to OTC acute toxicity test results, the Terramycin(r) was classified by acute toxicity and environmental poisoning risk classes. To O. niloticus, the calculated LC(I)50;48h was 6.92 mg L-1, for D. magna the EC(I)50;48h was 0.17 mg L-1, while for L. minor, IC(I)50;7d was 0.68 mg L-1. Terramycin(r) was classified as very toxic to O. niloticus, and highly toxic to D. magna and L. minor and cause risk of environmental poisoning for the three organismis tested. Concentrations of 7.5 and 8.0 mg L-1 OTC reduce the concentration of dissolved oxygen in the water. According to this study, Terramycin(r) should not be used in aquaculture, as it is highly toxic and causes risk of environmental toxicity test organisms.(AU)

Disposição continental de sedimentos de dragagem em solos tropicais: avaliação do risco ecológico de metais baseada em bioensaios com organismos aquáticos e edáficos / Disposal of dredged sediments in tropical soils: metal ecological risk assessment based on bioassays with aquatic and edaphic organisms

A ecotoxicidade associada à disposição continental de sedimentos de dragagem (oriundo da Baía de Guanabara, Rio de Janeiro) em latossolos e chernossolos foi estudada através de bioensaios agudos com o cladócero Daphnia similis e o oligoqueta Eisenia andrei; e de bioensaios crônicos com a alga doce Pseudokirchneriella subcaptata. Os teores de metais no dragado estavam acima dos preconizados pela legislação brasileira para disposição de materiais dragados. Os bioensaios empregados sugerem níveis maiores de toxicidade para as misturas de latossolo:dragado, em comparação aos tratamentos de chernossolo:dragado. No caso do chernossolo, a abundância de argilominerais 2:1, associada à alta fertilidade, parece ser capaz de reduzir a ecotoxicidade potencial. Em latossolo, mesmo as menores dosagens de aplicação de sedimento (3,33 e 6,66%) foram capazes de provocar efeitos adversos significativos aos microcrustáceos e às algas. Em misturas de chernossolo, efeitos significativos foram observados somente para doses de 6,58 e 13,16% para microcrustáceos e algas, respectivamente. Tais dados indicaram a ocorrência potencial de risco ecotoxicológico para as comunidades aquáticas vizinhas em cenários em que solos misturados com materiais dragados pudessem ser lixiviados e soluções tóxicas atingissem sistemas fluviais vizinhos. O ensaio agudo de papel de contato com E. andrei também acusou a ocorrência potencial de efeitos adversos sobre a fauna edáfica, a partir das doses de 13,12 e 19,74% em latossolo e chernossolo, respectivamente. O emprego do referido ensaio parece ser extremamente promissor no monitoramento da ecotoxicidade potencial de solos impactados pela disposição de resíduos sólidos e/ou contaminados por metais.

Potential ecotoxicity associated with the disposal of dredged sediments (from the Guanabara Bay, Rio de Janeiro, Brazil) in ferralsols and chernosols was studied through acute bioassays with micro-crustaceans (Daphnia similis) and earthworms (Eisenia andrei); and through chronic assays with algae (Pseudokirchenriella subcaptata). Total metal concentrations in the sediment were higher than the limits established by Brazilian legislation for dredged sediment disposal. The bioassays suggest the occurrence of more significant effects on ferralsols mixtures compared to chernosols treatments. In chernosol mixtures, the abundance of 2:1 clay minerals is apparently able to reduce the ecotoxicity. In ferralsol mixtures, lower dosages of sediment application (3.33 and 6.66%) caused significant effects on micro-crustaceans and algae. In chernosol treatments, adverse effects on in micro-crustaceans and algae were only observed for the doses of 6.58 and 13.16%, respectively. Such data indicate occurrence of potential risks on aquatic biota in the scenario where sediment-amended soils could be leached and such solutions could contaminate surrounding fluvial systems. The bioassay with E. andrei using contact paper also suggests the occurrence of potential adverse effects on edaphic biota. In addition, such tests with E. andrei demonstrate that they are highly applicable as alternative tools to monitor potential ecotoxicity associated with terrestrial disposal of solid residues containing domestic wastes and/or contaminated with metals.

Avaliação do risco de potencial ecotoxicológico de resíduos de 17? estradiol obtidos pós-processo oxidativo a base de peróxido de hidrogênio destinados a remoção deste hormônio / Assessment of potential ecotoxicological risk from products of estradiol 17? after process of oxidation with hydrogen peroxide for environmental removal of this hormone

The increasing disposal of medicines into the environment has increased concern about the possible environmental impact of such actions, in both the medium and long term. Estrogens have been found in soil, surface water and groundwater. The aim of this study was to assess the ecotoxicity of chemical residues originating from in situ oxidation of 17β estradiol with hydrogen peroxide, a process of chemical remediation which is used to remove these hormones in acetone solution, at various pHs. Analyses were carried out by high resolution gas chromatography and a bioassay in which the single-cell species Euglena gracilis was the test organism. The results were obtained by comparing analyses done before and after the AOP (advanced oxidation process). It was observed that at pH 5.0, with a treatment time of 20 minutes, there was a good yield, but with some change in the behavior of the test organism. With a pH of 7.0, with 20 minutes time, the yield was low but there was no demonstration of ecotoxicological activity...

Com o crescente descarte de medicamentos no meio ambiente, observa-se o aumento da preocupação com o impacto ambiental que tal ação pode acarretar, tanto a médio como em longo prazo. Os estrogênios vêm sendo encontrados no solo, em águas superficiais e subterrâneas. O objetivo deste estudo foi avaliar a ecotoxicidade dos resíduos químicos originados a partir da oxidação do 17? estradiol, via peróxido de hidrogênio, em um processo destinado à remoção química destes hormônios em solução de acetona, e em diferentes pHs. As análises foram feitas utilizando cromatografia gasosa de alta resolução e bioteste com algas do gênero Euglenas gracillis. Os resultados foram baseados nas comparações de análises pré-processo oxidativo avançado (POA) e pós POA. Observou-se que os resultados obtidos na condição de pH 5,0, com tempo de 20 minutos, apresentou um bom rendimento, porém com mudança de comportamento dos bioindicadores. Em pH 7,0, com tempo de 20 minutos, o rendimento foi menor, porém não houve demonstração de atividade ecotoxicológica...

Avaliação de impactos do efluente do tratamento combinado de lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos e esgoto doméstico sobre a biota aquática / Assessment of impacts of combined treatment of solid urban waste landfill leachate and sewage on aquatic biota

Foi monitorado o impacto do tratamento combinado de lixiviado e esgoto doméstico de uma estação de tratamento operando em escala piloto por processo de lodos ativados, sobre peixes do gênero Tilapia: Biomarcadores de toxicidade (concentração de metalotioneínas, atividade da acetilcolinesterase, metábolitos de HPA e presença de micronúcleos) foram utilizados na avaliação dos riscos de danos aos organismos aquáticos devido à interação com poluentes contidos nos efluentes pós-tratamento. A concentração de metalotioneínas não apresentou variação significativa entre os grupos expostos e de controle. A atividade da enzima acetilcolinesterase foi inibida em apenas um dos grupos expostos, indicando possível presença de agentes inibidores no efluente tratado. A avaliação dos metabólitos dos HPA naftaleno, pireno, benzo(a)pireno e 1-hidroxipireno sinalizou a provável presença desses compostos em ao menos um dos afluentes do tratamento combinado. As frequências de micronúcleos e outras anormalidade nucleares eritrocitárias também apontam para maior incidência de danos genotóxicos em células dos organismos expostos do que nos controles. O uso de biomarcadores mostrou-se importante para possibilitar uma avaliação de danos subletais presentes em organismos expostos à fonte de poluição estudada.

The impact on tilapia fish of combined treatment of landfill leachate and domestic sewage was monitored in a waste treatment plant that operated on a pilot scale using the activated sludge process. Biomarkers of sub-lethal toxicity were used to indicate the possibility of damage to organisms due to interaction with pollutants. The concentration of metallothioneins did not indicate the increased presence of metals in fish exposed than in control groups. Acetylcholinesterase enzyme activity was inhibited in only one of the exposed groups, indicating the possible presence of organophosphate and/or carbamate pesticides in treated effluent. The PAHs used as biomarkers (naphthalene, pyrene, benzo(a)pyrene and 1-hydroxypyrene) indicated that exposed fish had a greater absorption of PAHs than control groups of fish, indicating the likely presence of these compounds in at least one of the combined treatment effluents. The frequencies of micronuclei and other erythrocytic nuclear abnormalities also indicate greater genotoxic damage in cells of organisms exposed than in control groups. The use of biomarkers proved to be important to permit an evaluation of sub-lethal damage present in organisms exposed to the pollution source studied.