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Otimização e aplicação de método analítico para a determinação de resíduos de fármacos em amostras de águas superficiais
Tamires Santos Vaz
Universidade Federal da Bahia
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Os meios hídricos são receptores de esgotos domésticos, industriais e agropecuários e, consequentemente, são um importante veículo de dispersão ambiental dos poluentes químicos.[1] Apesar de sua função vital, os fármacos, quando presentes como contaminantes no ambiente, podem ser prejudiciais aos animais e seres humanos.[2] Eles se enquadram em um grupo de substâncias conhecidas como micropoluentes emergentes, sendo encontrados em matrizes ambientais e biológicas em concentrações muito baixas (ng L-1), mas potencialmente capazes de causar efeitos adversos em ecossistemas e/ou sobre a saúde humana.[3] O objetivo deste trabalho foi otimizar um método analítico, baseado em extração em fase sólida (SPE) e análise por HPLC-DAD, para a determinação de resíduos de sete fármacos em amostras reais de águas superficiais: cefalexina (CEF), cafeína (CAF), cloridrato de oxitetraciclina (OCT), tetraciclina (TC), sulfametoxazol (SMX), enrofloxacina (ENRO) e naproxeno (NPX). A separação dos fármacos foi realizada em coluna Poroshell 120 EC-C18 (100 x 2,1 mm, di = 2,7 mm) usando como fase móvel A: tampão 5 mM acetato de amônio/ácido acético B: acetonitrila/metanol (2:1, v/v), vazão de 0,2 mL min-1, utilizando um gradiente de eluição, com tempo total de corrida de 42 min. A extração dos analitos foi realizada utilizando SPE e foi otimizada por meio de planejamento experimental multivariado. Foram otimizadas as variáveis: volume de solvente para acondicionar o cartucho, pH e volume da amostra, espécie e volume do solvente para eluição e efeito salting out. O método exibiu resposta linear para os sete fármacos (R2 ≥ 0,9949), em faixas de concentração variando entre 10 e 500 µg L-1. Os limites de detecção e quantificação variaram de 7,4 a 18,1 µg L-1 e 24,7 a 60,4 µg L-1, respectivamente. A exatidão do método foi determinada a partir dos ensaios de recuperação, obtendo-se resultados que variaram entre 71,6% e 115% para os fármacos CEF, CAF, SMX, ENRO e NPX. No caso de OCT e TC, as recuperações variaram entre 28,8% e 70,3%, devido à possível degradação desses compostos. Estudos de estabilidade, executados durante um período de duas e vinte e quatro horas para os sete analitos, evidenciaram a rápida degradação para os fármacos OCT e TC. O método otimizado foi aplicado em amostra de água salgada (praia da Ribeira, em Salvador-BA, Brasil), de água doce (Rio Catu, município de Alagoinhas-BA, Brasil) e água de torneira (SENAI/CIMATEC, em Salvador-BA, Brasil). Na amostra de água salgada, foram encontrados os fármacos CEF, CAF e NPX, em concentrações de até 482 µg L-1; 37,6 µg L-1 e 40,3 µg L-1, respectivamente. Na amostra de água doce, foram encontrados os fármacos CEF, CAF, SMX, ENRO e NPX em concentrações de até 216 µg L-1; 3026 µg L-1; 290 µg L-1; 113 µg L-1 e 414 µg L-1, respectivamente. Na amostra de água de torneira, não foram encontrados fármacos. Verificou-se que, dos 5 fármacos determinados nas amostras, a cafeína apresentou uma alta concentração em água doce, o que pode ser explicado pelo seu uso generalizado pela população da região estudada (ex., consumo de bebidas cafeinadas). Além disso, as maiores concentrações encontradas nas amostras de água doce podem ser justificadas pela presença de atividades antrópicas no local, uma vez que o rio fica próximo à área urbana e industrial. O método otimizado, baseado em extração em fase sólida (SPE) e análise por HPLC-DAD, mostrou ser eficiente para a extração simultânea dos compostos-alvo nas amostras reais de águas superficiais.
Elisson Andrade de Souza
Boa tarde, Tamires! Parabéns pelo trabalho.
Existe alguma legislação a respeito das concentrações destas substâncias no meio ambiente? Outra dúvida: vocês fizeram alguma análise cinética (teste de longa duração)?
Madson Nascimento
Parabéns Tamires. Apresentação bastante clara, detalhada e objetiva. Slides didáticos e a estruturas químicas dos fármacos foram ilustradas. Uma curiosidade que eu tive foi a seguinte: o fato de não se ter encontrado resíduos de fármacos nas amostras de água de torneira pode estar associado às etapas de tratamento nas ETAs, uma vez que a concentração destes compostos pode ser drasticamente reduzida durante as variadas etapas? Parabéns e abraços!
Tamires Santos Vaz
Olá Madson, muito obrigada pelas considerações! Segue algumas informações para discutirmos sobre o assunto.
Os micropoluentes são removidos principalmente por sorção em lodo primário, já que a distribuição de um composto em camada orgânica (lipofílica) é uma forma predominante de sorção. A sorção de micropoluentes ocorre principalmente por (a) absorção, na qual ocorrem interações hidrofóbicas entre os grupos alifáticos e aromáticos de um composto e a membrana celular lipofílica de microrganismos, bem como as frações gordurosas do lodo, e (b) adsorção, envolvendo interações eletrostáticas dos grupos positivamente carregados com as superfícies negativamente carregadas dos microrganismos e lodo (por exemplo, grupos amino).
Em geral, espera-se que os compostos que tendem a ser sorvidos em sólidos sejam melhor eliminados pelo tratamento de lodos ativados do que outros tratamentos secundários de baixo custo (leitos filtrantes e lagoa anaeróbica). Isto pode ser devido à biodegradação promovida sob aeração forçada durante os tratamentos convencionais, juntamente com a sorção aumentada por grandes quantidades de lama gerada em sistemas de tratamento convencionais.
Segundo Joss et al. 2006, o diclofenaco, fármaco com baixo log Kd e Kbio <0,1 L gss -1 dia-1, espera-se baixa remoção por sorção e baixa biodegradabilidade, independentemente da idade do lodo. Tal premissa foi confirmada pelas baixas eficiências de remoção encontradas na literatura (medianas < 20%). Por outro lado, segundo Behera et al. 2011, nas ETAR, as concentrações de analgésico acetaminofeno, estimulante cafeína, e dos hormônios estriol e estradiol diminuíram mais de 99%.
Espero ter explicado a sua dúvida! Segue algumas referências:
TERNES, T. A.; JOSS, A.; SIEGRIST, H. Examinando produtos farmacêuticos e de cuidados pessoais no tratamento de águas residuais. Environ Sci Technol, v. 38, p. 392 – 399, 2004.
CAMACHO-MUÑOZ, D.; MARTÍN, J.; SANTOS, J. L.; APARICIO, I.; ALONSO, E. Effectiveness of conventional and low-cost wastewater treatments in the removal of pharmaceutically active compounds. Water Air Soil Pollut, v. 223, p. 2611 – 2621, 2012.
JOSS, A.; ZABCZYNSKI, S.; GÖBEL, A.; HOFFMANN, B.; LÖFFLER, D.; MCARDELL, C.S.; TERNES, T.A.; THOMSEN, A.; SIEGRIST, H. Biological degradation of pharmaceuticals in municipal wastewater treatment: Proposing a classification scheme. Water Research, v. 40, p. 1686 – 1696, 2006.
BEHERA, S. K.; KIM, H. W.; OH, J. E.; PARK, H. S. Ocorrência e remoção de antibióticos, hormônios e vários outros produtos farmacêuticos em estações de tratamento de águas residuais da maior cidade industrial da Coreia. Sci Total Environ, v. 409, p. 4351 – 4360, 2011.
Madson Nascimento
Obrigado e parabéns!!
Ricardo Soares
Olá, Tamires, como vai?
Primeiramente, gostaria de parabenizá-la pela excelente apresentação. Pelo que pude entender na sua apresentação as águas superficiais amostradas indicam um baixo grau de saneamento básico, correto? Você saberia dizer se essas substâncias são degradas em Estações de Tratamento de Esgoto ?
Tamires Santos Vaz
Olá Ricardo, tudo bem! Espero que você também esteja bem! Muito obrigada pelas considerações! Sim, a maioria das amostras de águas superficiais que analisamos foram de rios próximos a áreas urbanas. Segue algumas informações para discutirmos sobre o assunto.
As ETAR desempenham um papel importante no ciclo de vida dos produtos farmacêuticos. As principais vias de transporte destes compostos para o ambiente são através de ETARs, onde podem ser apenas parcialmente eliminados. A remoção de poluentes orgânicos em ETAR é um processo complexo, com muitos mecanismos possíveis. A eficiência de remoção pode ser afetada pelos processos específicos de tratamento empregados (biológicos ou químicos), ou pelas características físico-químicas dos poluentes tratados, como a solubilidade em água, tendência a volatilizar ou adsorver em lodo ativado e meia-vida de degradação por processos abióticos e bióticos.
A eficiência das ETARs para a eliminação de produtos farmacêuticos está sob o controle ou influência das condições operacionais e ambientais. As condições operacionais mais importantes são: (a) o tempo de retenção hidráulica (TRH), (b) tempo de retenção de lodo (TRL) e (c) a cinética de biodegradação (Kbiol); enquanto algumas das principais condições ambientais são: (a) a temperatura, com menores eficiências relatadas durante os períodos de inverno e em climas mais frios (VIENO et al., 2005, GROS et al., 2012, VERLICCHI et al., 2012), (b) condições redox (diferentes eficiências de remoção foram observadas para condições anaeróbicas e aeróbicas), e (c) condições de pH, que afetam a cinética de degradação dos compostos (SUÁREZ et al., 2008, GROS et al., 2012, VERLICCHI et al., 2012 ).
Espero ter explicado a sua dúvida! Segue algumas referências que poderão te ajudar em mais explicações:
GULKOWSKA, A.; LEUNG, H. W.; SO, M. K.; TANIYASU, S.; YAMASHITA, N.; YEUNG, L. W. Y.; RICHARDSON, B. J.; LEI, A. P.; GIESY, J. P.; LAM, P. K. Antibiotic removal from wastewater by sewage treatment facilities in Hong Kong and Shenzhen, China . Water Res, v. 42, p. 395 – 403, 2008.
BEHERA, S. K.; KIM, H. W.; OH, J. E.; PARK, H. S. Occurrence and removal of antibiotics, hormones and various other pharmaceutical products at wastewater treatment plants in the largest industrial city in Korea. Sci Total Environ, v. 409, p. 4351 – 4360, 2011.
LUO, Y.; GUO, W.; NGO, H. H.; NGHIEM, L. D.; HAI, F. I.; ZHANG, J.; LIANG, S. A review on the occurrence of micropollutants in the aquatic environment and their fate and removal during wastewater treatment. Sci Total Environ, p. 619 – 641, 2014.
VIENO, N. M.; TUHKANEN, T.; KRONBERG, L. Seasonal variation in the occurrence of pharmaceutical products in effluents from a sewage treatment plant and in the water in the container. Environ Sci Technol, v. 39, p. 8220 – 8226, 2005.
GROS, M.; RODRÍGUEZ-MOZAZ, S.; BARCELÓ, D. Rapid and comprehensive analysis of multi-residues from a wide range of human and veterinary pharmaceutical products and some of their metabolites in surface waters and treated by ultra-high performance liquid chromatography coupled with linear ion trap tandem quadrupole-mass spectrometry. J. Chromatogr. A, v. 1248, p. 104 – 121, 2012.
VERLICCHI, P.; AUKIDY, M. A.; ZAMBELLO, E. Occurrence of pharmaceutical compounds in urban effluents: removal, bulk loading and environmental risk after secondary treatment - a review. Sci Total Environ, v. 429, p. 123 – 155, 2012.
SUÁREZ, S.; CARBALLA, M.; OMIL, F.; LEMA, J. M. How PPCPs are pharmaceutical and personal care products; removed from urban wastewater? Rev Environ Sci Biotechnol, v. 7, p. 125 – 138, 2008.
Luis Fernando Amorim Batista
Olá. Trabalho muito bom e bem apresentado. Parabéns a todos os envolvidos!
Tamires Santos Vaz
Olá Luis Fernando, muito obrigada! Abraços e ótima semana para você!
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Tamires Santos Vaz
Olá! Muito obrigada! Elisson, esses compostos ainda não são considerados pela atual legislação como sendo poluentes, e não existe legislação no Brasil que trate sobre os fármacos. Além disso, seus possíveis efeitos sobre a saúde humana ainda não foram avaliados pela Organização Mundial da Saúde (OMS). O mesmo ocorre para os padrões de potabilidade internacionais, principalmente devido à ausência de dados toxicológicos conclusivos que permitam o estabelecimento de concentrações máximas permissíveis para tais compostos na água para consumo. Mas, vale destacar que alguns fármacos e desreguladores endócrinos fazem parte de listas de substâncias prioritárias, listas de observação (watch list), ou listas de candidatos a substâncias prioritárias (candidate list) de algumas agências internacionais, como a lista de substâncias prioritárias da União Europeia (UE).
Em relação os testes de estabilidade, foi calculado o coeficiente de variação das concentrações, antes e após o procedimento de congelamento/descongelamento e exposição a luz. Esse valor do coeficiente de variação deve ser inferior a 20%, segundo a ANVISA.
Para mais informações segue algumas referências. Espero ter respondido suas perguntas. Abraços!!!
EU SCIENCE HUB. Updated surface water Watch List adopted by the Commission. Disponível em:<https://ec.europa.eu/jrc/en/science-update/updated-surface-water-watch-list-adopted-commission>. Acesso em: 06/10/2020.
BRASIL. ANVISA - Agencia Nacional de Vigilância Sanitária. Resolução RDC Nº 0027/2012. Disponível em:>http://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2012/rdc0027_17_05_2012.html> Acesso em: 06/10/2020.