Analisis de PPcPs (pharmaceutical and personal care products) en aguas residuales y suelos

Johana Andrea Velásquez Arias

Licenciada en Biología y Educación Ambiental, Especialista en Biotecnología Agraria, Magister en Restauración de Ecosistemas

Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente ECAPMA. Universidad Nacional Abierta y a Distancia –UNAD. Yopal, Casanare, Colombia.

yosoyjava@hotmail.com

Resumen

Los productos farmacéuticos y de higiene personal (PPcPs) son conocidos como contaminantes emergentes, ampliamente usados por la sociedad moderna. Las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), mitigan la presencia de estos contaminantes emergentes en los efluentes que vierten al medio ambiente. La eficiencia de eliminación de las EDAR, varían en base a la precisión en la detección y en las técnicas utilizadas. Este estudio revisó literatura para estudios que informaron sobre la presencia de PPcPs en aguas, estaciones depuradoras de aguas residuales y suelos, las técnicas biológicas degradadoras utilizadas y la frecuencia de evaluaciones ecotoxicológicas. Tras la búsqueda bibliográfica, se obtuvieron 119 artículos relacionados con la presencia PPcPs en suelos y aguas, de los cuales el 7% son revisiones que incluyen datos de degradación por estrategias de biorremediación, técnicas físico-químicas, acumulación de PPcPs en aguas y plantas y efectos en los organismos, el 40% se centran en aguas superficiales y estaciones depuradoras de aguas residuales, el 28% en suelos irrigados con aguas residuales recuperadas o abonados con lodos de depuradoras y por último, solamente el 22% realizaron ensayos ecotoxicológicos en aguas y el 3% en suelos. A partir de estos resultados se puede concluir que, es necesario hacer énfasis en la realización de estudios sobre comunidades bacterianas con capacidad degradadora de PPcPS, así como la incorporación de ensayos ecotoxicológicos que confirmen la optimización del proceso.

Palabras clave: biorremediación, contaminantes emergentes, ecotoxicoogía, estaciones depuradoras de aguas residuales, PPcPs.

Introducción

La degradación ecosistémica se debe principalmente a diversos tipos de acciones antropogénicas que afectan de forma directa e indirecta los ambientes acuáticos y terrestres. Se estima que más de 300 componentes farmacéuticos diferentes son usados en la Unión Europea y muchos de ellos son susceptibles de llegar al ciclo del agua (Musmarra et al., 2016). Los productos farmacéuticos y de higiene personal (PPcPs) son conocidos como contaminantes emergentes (medicinas de uso veterinario y humano, suplementos alimenticios, fragancias o productos de higiene personal, etc.), por su baja concentración en los efluentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), las cuales varían de ng a µg, representando aparentemente poco riesgo para la salud de los seres vivos (García-Santiago et al., 2016). Sin embargo, son usados ampliamente por la sociedad moderna, algunos de ellos como los anti-inflamatorios, antibióticos o diuréticos, son diseñados para generar un efecto terapéutico en el cuerpo, atravesando membranas biológicas y activándose a muy bajas concentraciones. Estos contaminantes emergentes en efluentes de descarga tienden a acumularse por largos periodos de tiempo en los ecosistemas, permitiendo así un aumento en sus concentraciones e intensificandose a través de la cadena trófica mediante los procesos de biomagnificación (Ayre et al., 2011). Al ser estos contaminantes bioacumulativos, pueden llegar a generar efectos mutagénicos, de alteración endocrina y resistencia antibiótica en los organismos a los que son expuestos (Quiñones et al., 2015); pudiendo ser de igual forma perjudiciales para la salud humana. Las bajas concentraciones a las que se encuentran estos contaminantes en las EDAR representan un mayor riesgo, ya que las técnicas convencionales en la mayoría de los casos no los detectan.

Debido a que los fármacos son diseñados para generar un efecto terapéutico a bajas concentraciones, generalmente no son detectados en las EDAR, dificultando de esta manera su óptima eliminación. Encontrar qué comunidades de microorganismos o enzimas presentan capacidad de degradación de PPcPs a bajas concentraciones permitirá lograr una mayor eficacia en su biodegradación. Trabajos previos han aislado a partir de lodos activos cepas de Pseudomonas sp. (Lin et al., 2015), Planococcus sp. S5 (Domaradzka et al., 2015) y Stenotrophomonas maltophilia KB2 (Wojcieszynska et al., 2014) con capacidad para eliminar sulfametoxazol y naproxeno.

Esfuerzos científicos y técnicos se han centrado en la eliminación de compuestos químicos, dando por sentado que la degradación del contaminante conduce a la resolución del problema. Sin embargo, salvo que la mineralización sea completa, es posible que se generen productos intermedios que pueden ser incluso más tóxicos que los preexistentes (Molina et al., 2009). Pocos son los estudios que realizan ensayos toxicológicos tras los procesos de eliminación de PPcPs, tanto en sistemas acuáticos como terrestres. Por ende, con frecuencia se atribuye a las técnicas de eliminación éxitos que pueden ser cuestionados. La evaluación ecotoxicológica debería ser un requisito previo para la evaluación de riesgos de los productos químicos intermedios o no degradados en los procesos de recuperacion de aguas y suelos (Kase et al., 2016).

Las especies que se utilizan en estos ensayos son bioindicadoras, ya que presentan muchas de las características fisiológicas básicas que se encuentran en los vertebrados de forma que, la valoración de determinados parametros fisiológicos en estos organismos sencillos, nos permiten hacer una estima sobre los efectos de estos contaminantes en organismos más complejos. Algunas de las especies utilizadas son Daphnia magna y Dreissena polymorpha crustáceo planctónico del orden cladocera y molusco bivalvo respectivamente (Quinn et al., 2011) usados por su baja variación fenotípica y alta sensibilidad a los compuestos tóxicos. Pimephales promelas y Danio rerio son peces de la familia Cyprinidae utilizados principalmente por sus características moleculares, genéticas y rápida embriogénesis (Mottaleb et al., 2015, Stacová et al., 2015). Algunos de estos organismos como por ejemplo Danio rerio son transparentes lo que permite evaluar el efecto de los fármacos en los órganos internos del organismo vivo.

El objetivo de esta revisión es realizar una evaluación sobre PPcPs en aguas, estaciones depuradoras de aguas residuales y suelos así como también las técnicas biológicas utilizadas para llevar a cabo su degradación en los diferentes sistemas y finalmente la frecuencia de las evaluaciones toxicológicas. Para ello, discutimos sobre la persistencia y riesgo de PPcPs en ecosistemas acuáticos y suelos. De igual forma, incluimos los productos farmacéuticos más comunes encontrados en efluentes de las EDAR, aguas superficiales y suelo. También se discute sobre la frecuencia de estudios sobre eliminación biológica por microorganismos en agua y suelo.

PPcPs en efluentes de estaciones depuradoras de aguas residuales

Tras la búsqueda bibliográfica, desde el año 2003 hasta el momento actual se obtuvieron 119 artículos relacionados con la presencia PPcPs en suelos y aguas, de los cuales solo el 13% utilizan técnicas de biorremediación (incluída la fitorremediación). Ahora, el 7% son revisiones que incluyen datos de degradación por estrategias de biorremediación, técnicas físico-químicas, acumulación de PPcPs en aguas y plantas y efectos en lo organismos, 40% se centran en aguas superficiales y estaciones depuradoras de aguas residuales, el 28% suelos irrigados con aguas residuales recuperadas o abonados con lodos de depuradoras (biosólidos). Esto es razonable considerando que la eliminación al medio ambiente se hace, mayoritariamente a través de efluentes desde las EDAR. No obstante, la contaminación de suelos agrícolas a través de lodos de depuradora como fertilizantes puede provocar problemas desconocidos en la microbiota y microfauna del suelo, así como en las interacciones entre rizósfera-planta. Es a partir del año 2008 donde se produce un incremento importante en el número de estudios relacionados con suelos y aguas contaminadas (Figura 1), sin embargo, no ha evolucionado de igual manera el número de estudios que realicen estudios toxicológicos en suelos (Figura 1). De los 119 trabajos evaluados, solamente el 25% realizaron ensayos ecotoxicológicos (22% en aguas y 3% en suelos)

Figura 1. Estado del arte desde el año 2003 a 2016, en relación con PPcPs en aguas, suelos y pruebas ecotoxicológicas en ambas matrices. Porcentaje de estudios de PPcPs en aguas (azul) y suelos (rojo) y aquellos en los que se llevan a cabo estudios toxicologicos en aguas (verde) y suelos (morado).

La eliminación inadecuada de medicamentos no usados o vencidos, arrojados, directamente a los inodoros, son considerados como potencial de contaminación (Mompelat et al. 2009). Numerosos autores han descrito la presencia de PPcPs en efluentes de EDAR (Carmona et al., 2014; Bronsinski et al., 2013; Martín et al., 2012). Por ejemplo, la presencia de medicamentos no-esteroides o anti-inflamatorios; como el naproxeno, ketoprofeno, fenoprofeo, diclofenaco, el anticonvulsivo carbamazepina y el bactericida triclosan se han detectado en cantidades ecológicamente relevantes en los efluentes de aguas residuales, aguas superficiales y sedimentos (Chen et al., 2015). Con todo ello, parece obvio que las técnicas convencionales utilizadas en las EDAR no consiguen la eliminación completa de estos contaminantes por tanto, las EDAR son el lugar principal para desarrollar trabajos de campo que promuevan la degradación de PPcPs y evitar de esta manera su paso por los ecosistemas.

La Tabla 1 presenta diversos trabajos centrados en determinar la frecuencia de PPcPs y la eficacia de su eliminación en diferentes EDAR alrededor del mundo. Los trabajos seleccionados fueron elegidos teniendo en cuenta que incluyeran estrategias de eliminación tanto biológicas como físico-químicas y que nos proporcinaran datos de concentraciones iniciales y finales, con el propósito de observar la eficacia de la eliminación. Los resultados muestran que todas estas estaciones depuradoras utilizan varias técnicas convencionales para degradar contaminantes entre ellas técnicas biológicas y físico-químicas. Los compuestos químicos más frecuentes encontrados tanto en los efluentes de las estaciones depuradoras como en las aguas superficiales se encuentran: carbamazepina, diclofenaco, ibuprofeno, naproxeno, entre otros (Papageorgiou et al., 2016, Pereira et al., 2015, Wang et al., 2014). Por otro lado, la magnitud de las concentraciones presentes en aguas en los estudios presentes varían desde 0,1 µg/l a 0,6 g/l. A mayores concentraciones, se presentan mayores niveles de eliminación, pero sin llegar a un 100%; de igual forma, a menores concentraciones los porcentajes de eliminación son a su vez menores. En este caso lo que necesitamos es trabajar con bajas concentraciones, las cuales son las que realmente llegan a las EDAR pasando incluso desapercibidas. Tal como se observa en la tabla 1, la eficiencia de eliminación de PPcPs de las EDAR, varía en base a las técnicas de eliminación utilizadas. Sin embargo, los porcentajes de eliminación utilizando técnicas biológicas son similares y en algunos casos muy superiores a las técnicas físico-químicas.

Tabla 1. Productos Farmaceúticos y de Higiene Personal (PPcPs) encontrados en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), con porcentajes de eliminación.

Se muestra tambien las técnicas de detección y degradación de los microcontaminantes asi como el país de origen.

LOQ: Límite de cuantificación

SPE: Extracción de fase sólida

LC MS/MS: Cromatografía de líquidos y la espectometría de masas

GC MS: Cromatografía de gases

Ft: Fototransformación

Fd: Fotodegradación

S: Sedimentación

A pesar de ello las técnicas físico-químicas son las más comunes en comparación con las técnicas biológicas (Figura 2). Diferentes autores han subrayado los beneficios ecológicos y económicos que se generan al utilizar técnicas biológicas como la biorremediación, para la eliminación de contaminantes, dado que con lleva a la transformación de PPcPs a sustancias no tóxicas. Así, Domaradzka et al. (2015), Álvarez et al. (2015),Grenni et al. (2014), Rodarte-Morales et al. (2012) sugieren ampliar investigaciones sobre la utilización de microorganismos biodegradadores de PPcPs, debido a sus beneficios con el medio ambiente. Por tanto, considerando que las técnicas biológicas son rápidas, limpias, conducen a la degradación completa y son rentables económicamente deberían priorizarse siempre que sea posible. En base a estos resultados futuras investigaciones deben enfoque en el estudio de microorganismos resistentes a PPcPs y en la optimizacion de los procesos de recuperación biológica.

Figura 2. Comparación de estudios realizados para llevar a cabo la eliminación de PPcPs en estaciones depuradoras de aguas residuales. Técnicas de degradacion físico-químicas (morado) y Biológicas (azul), tomando en cuenta estudios realizados desde el año 2008 al año 2016.

PPcPs en aguas superficiales

Algunos PPcPs son solubles en agua y no volátiles, otros son polares y no son adsorbidos fácilmente, mientras otros son lipofílicos y muestran cierta tendencia a bioacumularse y adsorberse en sedimentos (Bottoni et al., 2010). Una amplia variedad de PPcPs forman parte de los ecosistemas, tanto acuáticos como terrestres, debido a las descargas de efluentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales alrededor del mundo. Las Figuras 3 y 4 nos muestra los resultados obtenidos de una recopilación de catorce estudios realizados en aguas superficiales de España y EEUU. Podemos ver que los productos farmacéuticos con una mayor concentración en aguas de España son naproxeno, carbamazepina y aceptaminofen (229,72ng/l, 263,66 ng/l y 212,4 ng/l respectivamente). Las concentraciones de estos compuestos varían significativamente de unos estudios a otros (Figura 3) lo cual es razonable dado que el origen de las aguas analizadas en los distintos trabajos es totalmente heterogéneo. En EEUU las mayores concentraciones son para genfibrozil, triclosan, trimetropina y sulfametoxazol (256,0 ng/l, 226,5 ng/l 172,6 ng/l y 146,4 ng/lrespectivamente) (Figura 4). Los resultados muestran que la concentración de PPcPs en EEUU y España son similares aunque los PPcPs varían. El acetaminofen es la medicina más ampliamente usada en EEUU, sin embargo, se desintóxica rápidamente en el suelo, disminuyendo su potencial de transporte por lixiviación o escorrentía (Li et al., 2014). Por otro lado, el gemfibrozil, fármaco cuya función es la de disminuir los niveles de triglicéridos en la sangre; se caracteriza por ser de débil adsorción en el suelo (Yu et al. 2013), al igual que el sulfametoxazol. Mientras que el bactericida triclosan manifiesta una alta adsoción en el suelo (Fu et al., 2016 y Revitt et al., 2015). En lo referente a los organismos, Bronzinski et al. (2013) encontrarón carbamazepina, naproxeno y aceptaminofen en la bilis de dos especies de peces salvajes Abramis brama y Rutilus rutilus, permitiendo de esta forma la acumulación de estas sustancias a través de la cadena trófica.

La baja tasa de degradación de los compuestos que presentan mayores niveles de concentración puede relacionarse con una límitada capacidad de biodegradación por parte de los microorganismos en aguas superficiales, cuando el número de estos es bajo en comparación con la concentración del sustrato (Durán-Álvarez et al. 2015).

Figura 3. Promedio de PPcPs encontrados en cuerpos de agua superficiales en España.

Figura 4. Promedio de PPcPs encontrados en cuerpos de agua superficiales en USA.

Ensayos ecotoxicológicos en aguas

De los estudios analizados solo el 25% realizan ensayos toxicológicos (Figura 1); 22% en especies de agua dulce y solo 3% en suelos (nemátodos). Los PPcPs por separado o en mezcla como se encuentran en el medio ambiente generan numerosos efectos adversos en el comportamiento y fisiología de los organismos evaluados. Daphnia magna, Dreissena polymorpha, Danio rerio y Gammarus pulex son algunas de las especies más usadas como biomarcadores para llevar a cabo dichas investigaciones (Quinn et al., 2011; Ritcher et al., 2016; Liu et al., 2015; Luna et al. 2015). Al abandonar las EDAR sin una completa degradación, los PPcPS llegan directamente a las aguas superficiales, en donde la fauna acuática queda expuesta a varias concentraciones de dichos químicos. Jarvis et al. (2014) determinó que la estructura de la comunidad de macroinvertebrados es alterada por la carbamazepina afectando la composición de las especies y la relación presa-depredador. Por otro lado, Chen et al. (2015) reporta alteraciones endocrinas como feminización de peces machos, imposex de caracoles (aparición de caracteres sexuales masculinos sobre el sistema reproductivo de las hembras), inhibición del crecimiento, inmovilización, mutagenicidad, mortalidad y cambios en la densidad de población. Por separado los medicamentos tienen efectos específicos en los organismos para los cuales son diseñados, pero cuando llegan a las aguas se combinan con otros muchos componentes pudiendo de esta forma generar efectos sinérgicos desconocidos, incluso a bajas concentraciones. Esta interacción entre la mezcla de diversos componentes no es del todo clara, aunque puede dar como resultado efectos combinados que resultarían más perjudiciales para los organismos (Wu et al., 2015). Sin embargo, hasta el momento no podemos obtener una clara conclusión sobre los posibles efectos de dichas alteraciones para la salud humana, al ser pocos los estudios toxicológicos realizados para valorar el estado final de las recuperaciones. Las investigaciones apuntan hacia el desarrollo de análisis más profundos en lo referente a ensayos ecotoxicológicos.

PPcPs en suelos

Debido a la alta demanda de agua alrededor del mundo especialmente en las regiones áridas y semiáridas se utiliza agua residual recuperada para irrigar cultivos agrícolas o jardines. Los resultados obtenidos en esta revisión muestran que esta es la vía de entrada de una amplia variedad de PPcPs a los suelos. En los últimos 10 años un total de 28% de trabajos de los 119 analizados hacen mención de los PPcPs en suelos (Figura 1), los cuales son pocos en comparación con los realizados en aguas. Por ello, la importancia de profundizar en dichos estudios en suelos. Los PPcPs son adsobidos e inmovilizados en las partículas del suelo, mientras otros son absorbidos y bioacumulados por plantas de consumo animal y/o humano. De hecho, estamos expuestos a variadas concentraciones de PPcPs al consumir vegetales y los riesgos que ello implica para la salud son aún desconocidos (Jabbar et al. 2015). (Gottschall et al., 2012),( Dodgen et al. 2014), (García-Santiago et al., 2016) y (Wu et al., 2016) reportan que otra de las vías de entrada de estos contaminantes al suelo, es por la aplicación de lodos de depuradora o biosólidos, siendo estos conocidos por proporcionar una fuente de nitratos y materia orgánica adicional. Entre los efectos que generan dichas sustancias en los suelos Franklin et al. (2016) reporta la aparición de bacterias resistentes a múltiples fármacos, lo que puede conducir al fracaso de tratamientos médicos.

Tabla 2. Productos farmaceúticos y de Higiene Personal (PPcPs) encontrados en suelos con concentraciones iniciales.

La Tabla 2 muestra estudios realizados en 4 países (Israel, Canadá, España y USA). Dichas investigaciones determinan que la carbamazepina es el fármaco más estudiado, debido a su alta persistencia en suelos (recalcitrante), al tener una estructura química muy estable (Tabla 3) y ser altamente resistente al ataque de los microorganismos o a cualquier método de degradación (Gutiérrez et al. 2016). Los estudios mencionados en la tabla 2 se enfocan en la absorción por los diversos cultivos agrícolas que son irrigados con agua residual recuperada, dando como resultado que los cultivos de zanahoria, rábano, alfalfa y trigo tienen la capacidad de acumular diversos PPcPs en sus raíces, tallo, hojas e incluso en sus frutos (Franklin et al., 2016, Grossberger et al., 2014, Carter et al., 2014, Gottschall et al., 2012 y Calderón-Preciado et al., 2011).

Tabla 3. Características moleculares de Carbamazepina (Adaptado de Chen et al., 2015 y Durán et al., 2015)

Por otra parte, los PPcPs que no son absordios por las plantas tienen la capacidad de acumularse en suelos, principalmente en los primeros 30 centímetros (Jabbar et al., 2015). En los suelos la adsorción es un proceso importante que afecta el destino y transporte de dichos químicos. El suelo tipo franco presenta una mayor capacidad de adsorción debido a su alto contenido de materia orgánica (Fu et al., 2016, Li et al., 2013, Yu et al., 2013, Chen et al., 2013), seguido por el suelo arcilloso y arenoso, presentando este último una menor capacidad de adsorción. Yu et al., 2013 evalua la adsorción y degradación de los PPcPs en tres tipos de suelos (franco, arcilloso y arenoso), el octifenol y triclosan presentan una mayor adsorción en los tres tipos de suelo; mientras el genfibrozil y la carbamazepina una menor. Los productos químicos con fuerte adsorción son menos móviles en el suelo. Por ello, la débil adsorción del genfibrozil y carbamazepina sugieren una mayor movilidad en el suelo. Por otra parte, la fuerte adsorción del triclosan y octifenol sugieren una menor movilidad en el suelo y por lo tanto una disminución del riesgo de contaminación de las aguas residuales. Este tipo de contaminación puede ser solucionada tanto en aguas como suelos a través de técnicas de biorremediación (o fitorremediación) utilizando microorganismos como bacterias y hongos para capacidad eliminar PPcPs y transformarlos en nutrientes o moléculas menos tóxicas. Para ello, es necesario la realización de más investigaciones tanto en laboratorio como en campo.

Ensayos ecotoxicológicos en suelos

En general los estudios de contaminación por PPcPs en suelos son menores que los realizados en aguas (un 34% frente a un 66% realizados en aguas); por tanto, los ensayos ecotoxicológicos en ecosistemas terrestres son de igual forma muy reducidos, en los 119 artículos revisados, si comparamos con aguas (3% frente a un 22%). En una revisión histórica en los últimos diez años se aprecia también como los estudios ecotoxicológicos en suelos a penas han incrementado (Figura 1). Por esta razón, no existen conclusiones certeras sobre los efectos de estas sustancias en organismos terrestres.

Los ensayos de toxicidad aguda en suelos se realizan utilizando como bioindicador a la lombriz de tierra (Eisenia foetida). Otros ensayos se realizan en suelo artificial siguiento las Directrices de la OCDE 1984 (Prueba nº207) evaluando los CL₅₀ a 14 días. Otros de los ensayos que se realizan son los de emergencia y crecimiento de semillas en Lactuca sativa (Método: Líneas Directrices de la OCDE 2006. Prueba nº 208). Sin embargo, los primeros trabajos como Hu et al., 2011 se realizaron con nemátodos, sugiriendo de esta manera, que las hormonas como el estradiol, estrogeno, progesterona y testosterona disminuyen el número total de nemátodos, además de incrementar el número de machos en relación con el de hembras. Mientras que Gutiérrez et al. (2016), al exponer comunidades de nemátodos a diferentes tipos de PPcPs como carbamazepina, metoprolol, sulfametoxazol, atenolol y ketoprofeno, sugieren que no afecta al número total de nemátodos del suelo aunque si perturba su estructura y diversidad. Para analizar los efectos de los PPcPs en las especies que habitan el suelo es necesario incrementar las investigaciones sobre los efectos ecotoxicológicos de los PPcPs a través de especies bioindicadoras

Eliminación biológica de PPcPs

A pesar de que los microorganismos pueden ser un importante recurso ecosistémico, los diferentes estudios consultados demuestran que son pocas las investigaciones que se han realizado sobre la degradación de PPcPs en agua y suelos, por parte de microorganismos. Más dramático es el caso de suelos (solo un 3% según nuestros resultados), ya que hasta el momento lo estudios se basan en identificar qué PPcPs llegan a estos, a qué concentraciones, y cuáles son de fácil adsorción y absorción por parte del suelo y/o las plantas. Grossberger et al. (2014), encontraron que los suelos cuando se riegan con aguas residuales recuperadas, permiten la acumulación de químicos como la carbamazepina, lamotrigina, la cafeína, el metoprolol, sulfametoxazol y sildenafil. Mientras que los químicos con poca ácidez generan una rápida biodegradación en este caso por dos hongos de los géneros Aspergillus y Cunninghamella. Durán-Álvarez et al. (2015) reporta que el triclosan presenta alta tasa de biodegradación 52 ± 3 días, mientras la carbamazepina es recalcitrante 138 ± 8 días. Gauthier et al. (2010) usó cultivos puros de microorganismos que se encuentran comúnmente en el suelo como Rhodococcus rhodochrous y Aspergillus niger para promover la degradación de una variedad de fármacos.

En lo que respeta a las aguas, se encontraron estudios en los que se usan microorganismos como degradadores de PPcPs, el 11% de los 119 artículos revisados. Este bajo porcentaje puede ser debido a que la contaminación en aguas es más evidente, que en suelos, generando de esta manera una mayor preocupación; también puede deberse a los enfoques físico-químicos, los cuales superan a las investigaciones realizadas sobre microorganismos degradadores (Figura 2). Los microorganismos resistentes usan PPcPs como fuente de carbono y energía, permitiendo de esta manera una degradación eficaz y amable con el medio ambiente. Lin et al. (2015) demostró que las cepas CE21 y CE22 de Pseudomona sp aisladas de lodos activados de aguas residuales de plantas de tratamiento son capaces de eliminar 75% de cefalexina en 12 horas. Domaradzka et al. (2015) reporta que Planococcus sp. presenta la habilidad de degradar 75.14±1.71 de naproxeno a una concentración inicial de 6mg/l en presencia de glucosa como fuente adicional de carbón. Grenni et al. (2014) , Wojcieszynska et al. (2014) y Marco-Urrea et al. (2010) muestran que Beta-proteobacterias y Planctomycetes; Stenotrophomonas maltophilia KB 2 y Trametes versicolor respectivamente, tienen la habilidad para degradar naproxeno. Rodarte-Morales et al. (2012) sugiere al hongo Phanerochaete chrysosporium para degradar completamente diclofenaco e ibuprofeno bajo diferentes condiciones de aireación. Finalmente los resultados muestran que es necesario incrementar y fortalecer los estudios que involucren a comunidades degradadoras de PPcPs utilizando diferentes mezclas y a concentraciones variadas que es como verdaderamente se encuentran en el medio ambiente (Wu et al. 2015)

En definitiva, conocemos que existen una cantidad considerable de estudios sobre PPcPs en aguas (concentraciones en EDAR y aguas superficiles) y diversas técnicas de degradación. Mientras que en suelos dichos estudios se están iniciando. En lo referente a la evaluación de la eficiencia de la degradación, los estudios aún son escasos. No permitiendo de esta manera generar resultados certeros sobre el estado final de la degradación.

Conclusiones

La literatura permitió conocer que las EDAR son la principal fuente de contaminantes al medio ambiente tanto acuático como terrestre debido a la poca eficacia de las técnicas que usan para eliminar PPcPs, permitendo de esta forma su bioacumulación en las aguas superficiales, haciendo límitada la capacidad de biodegración por los microorganismos del ambiente. Las aguas residuales recuperadas y la enmienda con lodos de depuradora, al contener mezclas de PPcPs, son la fuente directa de entrada al suelo.

Solo el 13% de los artículos científicos publicados en los últimos 15 años utilizan técnicas biológicas para la recuperación de matrices contaminadas, a pesar de permitir la degradación completa de los PPcPs y tratarse de técnicas respetuosas con el medio ambiente y de bajo coste. La mayoría de los estudios revisados no realizan ensayos toxicológicos, solo un 25% de los 119 artículos revisados, siendo 22% para aguas y 3% para suelos.

El estudio comparativo entre los contaminantes en aguas superficiales entre España y Estados Unidos demuestran que la concentración de los PPcPs es similar entre ambas poblaciones pero, la composición de los contaminantes es diferente, lo que sugiere diferentes tendencias en el suministro de fármacos a las poblaciones humanas o diferencias en las comunidades microbionas potencialmente degradadoras en las EDAR de estos dos paises. Esta hipótesis debe ser contrastada ampliando el número de trabajos evaluados (119). Los resultados resultan interesantes para futuras investigaciones.

Los productos farmacéuticos recalcitrantes son de díficil degradación tanto por técnicas físico-químicas como por técnicas biológicas, permitiendo de esta manera un aumento en sus concentraciones en aguas y suelos; de igual forma, los PPcPs con fuerte adsorción son menos móviles en el suelo. Debido a las pocas investigaciones encontradas sobre microorganismos como degradadores de PPcPs (11%), es necesario hacer enfásis en la importancia de aumentar estudios sobre comunidades bacterianas resistentes a crecer en presencia de compuestos químicos y de como contribuyen en su degradación. Debido a que además, juegan un papel vital en muchos procesos biogeoquímicos y promueven funciones ecológicas.

Literatura citada

Álvarez, P. M., Jaramillo, J., López-Piñero, F. & Plucinskib, P. K. (2010). Preparation and characterization of magnetic TiO₂ nanoparticles and their utilization for the degradation of emerging pollutants in water. Applied Catalysis B: Environmental. 100, 338-345.
Arye, G., Dror, I. & Berkowitz, B. (2011). Fate and transport of cabamazepine in soil auifer treatmente (SAT) infiltration basin soils. Chemosphere. 82, 244-252.
Bottoni, P., Caroli, S. & Caracciolo, A. B. (2010). Pharmaceuticals as priority water contaminants. Toxicology & Environmental Chemistry. 92, No 3: 549-565.
Brozinski, J. M., Lahti, M., Meierjohann, A., Oikari, A. & Kronberg, L. (2013). The anti-inflamatory drugs diclofenac, naproxen and ibuprofen are found in the bile of wild fish caught downstream of a wastewater treatment plant. Environmental Science and Technology. 47, 342-348.
Calderón-Preciado, D., Cartagena, J. C., Matamoros, V. & Bayona, J. M. (2011). Screening of 47 organic microcontaminants in agricultural irrigation waters and their soil loading. Water Research. 45, 221-231.
Carmona, E., Andreu, V. & Picó. (2014). Occurrence of acidic pharmaceuticals and personal care products in Turia River Basin: From waste to drinking water. Science of the Total Environment. 484, 53-63.
Carter, L. J., Harris, E., Williams, M., Ryan, J. J., Kookana, R. S. & Boxall, A. B. (2014). Fate and uptake of pharmaceutilcals in soil plant sytems. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 62, 826-825.
Chen, W., Xu, J., Jiao, W., Wu, L. & Chang, A. C. (2013). Fates and transport of PPCPs in soil receiving reclaimed water irrigation. Chemosphere. 93, 2621-2630.
Dodgen, L. K., Li, J., Wu, X., Lu, Z. & Gan, J. J. 2014. Transformation and removal pathways of four common PPCP/EDCs in soil. Environmental Pollution. 193, 29-36.
Domaradzka, D., Guzik, U., Hupert-Kocurek, K. & Wojcieszynska, D. (2015). Cometabolic Degradation of Naproxen by Planococcus Strain S5. Water Air Soil Pollution. 226, 297-302.
Durán-Álvarez, J. C., Prado, B., González, D., Sánchez, Y. & Jiménez-Cisneros, B. (2015). Environmental fate of naproxen, carbamazepine and triclosan in wastewater, surface water and wastewater irrigated soil- Results of laboratory scale experiments. Science of the Total Environment. 538, 350-362.
Franklin, A. M., Williams, C. F., Andrews, D. M., Woodward, E. E. & Watson, J. E. (2016). Uptake of three antibiotics and an antiepileptic dug by wheat crops spray irrigated with wastewater treatment plant effluent. Journal of Environmental Quality. 45, 546-554.
Fu, Q., Sanganvado, E., Ye, Q. & Gan, J. (2016). Meta-análisis of biosolid effects on persistence of triclosan and triclocarban in soil. Enviromental Pollution. 210, 2137-144.
García- Santiago, X., Franco-Uría, A., Omil, F. & Leman, J. M. (2016). Risk assessment of persistent pharmaceuticals in biosolids: Dealingwith uncertainty. Journal or Hazardous Materials. 302, 72-81.
Gauthier, H., Yargeau, V. & Cooper, D. G. (2010). Biodegradation of pharmaceuticals by Rhodococcus rhodochrous and Aspergillus niger by co-metabolism. Science of the Total Environment. 408, 1701-1706.
Gottschall, N., Topp, E., Metcalfe, C., Edwards, M., Payne, M., Kleywegt, S., Russell, P. & Lapen, D. R. (2012). Pharmaceutical and personal care products in groundwater, subsurface drainage, soil, and wheat grain, following a high single application of municipal biosolids to a field. Chemosphere. 87, 194-203.
Grossberger, A., Hadar, Y., Borch, T. & Chefetz, B. (2014). Biodegradability of pharmaceutical compounds in agricultural soils irrigated with treated wastewater. Environmental Pollution. 185, 168-177.
Gutiérrez, C., Fernández, C., Escuer, M., Campos-Herrera, R., Beltrán, M. E., Carbonell, G. & Rodríguez, J. A. (2016). Effect of soil properties, heavy metals and emerging contaminants in the soil nematodes diversity. Environmental Pollution. 213, 184-194.
Grenni, P., Patrolecco, L., Ademollo, N., Di Lenola, M. & Caracciolo, A. B. (2014). Capability of the natural microbial community in a river water ecosystem to degrade the drug naproxen. Environmental Science pollution Restoration. 21, 13470-13479.
Hernández. L., Temmink, H., Zeeman, G. & Buisman, C. J. (2011). Removal of micropollutants from aerobically treated grey water via ozone and activated carbon. Water research. 45, 2887-2896.
Hu, C., Hermann, G., Pen-Muratov, S., Shore, L. & Steinberger. (2011). Mammalian steroid hormones can reduce abundance and affect the sex ratio in a soil nematode community. Agricultura, Ecosystems and Environment. 142, 275-279.
Jabbar, A. L., Sabourin, L., Lapen, D. R. & Topp, E. (2015). Dissipation of triclosan, triclocarban, carbamazepine and naproxen in agricultural soil following surface or sub-surface application of dewatered municipal biosolids. Science of the Total Environment. 512-513, 480-488.
Jarvis, A. L., Bernot, M. & Bernot, R. J. (2014). Relationships between the psychiatric drug carbamazepine and freshwater macroinvertebrate community structure. Science of the Total Environment. 496, 499–509.
Kase, R., Korkaric, M., Werner, I. & Árgerstrand, M. (2016). Criteria for Reporting and Evaluating ecotoxicity Data (CRED): comparison and perception of the Klimisch and CRED methods for evaluating reliability and relevance of ecotoxicity studies. Environmental Sciences. 28
Li, H., Sunarah, M. S. & Topp, E. (2013). Persistence of the tricyclic antidepressant drugs amitriptyline and nortriptyline in aricultural soils. Environmental Toxicology and Chemistry. 32, 509-516.
Lin, B., Lyu, J., Xian-Jin, L., Yu, H., Hu, Z., Lam, C.W. & Lam, P. K. (2015). Characterization of cefalexin degradation capabilities of twoPseudomonas strains isolated from activated sludge. Journal of Hazardus Materials. 282, 158-164.
Liu, J., Lu, G., Xie, Z., Zhang, Z., Li, S. & Yan, Z. (2015). Occurrence, bioaccumulation and risk assessment of lipophilic pharmaceutically active compounds in the downstream rivers of sewage treatment plants. Science of the Total Environment. 511, 54-62.
Luna, T. O., Plautz, S. C. & Salice, C. J. (2015). Chronic Effects of 17a-Ethinylestradiol, Fluoxetine, and the Mixture on Individual and Population-Level End Points in Daphnia magna. Arch Environment Contamination Toxicology. 68, 603–611.
Mailler, R., Gasperi, J., Coquet, Y., Buleté, A., Vulliet, E., Deshayes, S., Zedek, S., Mirande-Bret, C., Eudes, V., Bressy, A., Caupo, E., Moilleron, R., Chebbo, G. & Rocher, V. (2016). Removal of a wide range of emerging pollutans from wastewater treatment plant discharges by micro-grain activated carbon in fluidized bed as ertiary treatment at large pilot scale. Science of the Total Environment. 542, 983-996.
Marco-Urrea, E., Pérez-Trujillo, M., Blánquez, P., Vicent, T. & Caminal, G. (2010). Biodegradation of the analgesic naproxen by Trametes versicolor and identification of intermediates using HPLC-DAC-MS and NMR. Bioresource Technology. 101, 2159-2166.
Martín, J. D., Muñoz, C. J., Aparicio, S. I. & Alonso, E. (2012). Occurrence of pharmaceutical compounds in wastewater and sludge from wastewater treatment plants: Removal and ecotoxicological impact of wastewater discharges and sludge disposal. Journal of Hazardous Materials. 2239-240, 40-47.
Molina, M.C., González, N., Bautista, L. F., Sanz, R., Simarro, R., Sánchez, I. & Sánz, J.L. (2009). Isolation and genetic identification of PAH degrading bacteria from a microbial consortium. Biodegradation. 20, 789-800.
Mompelat, S., Bot, L. & Thomas, O. (2009). Occurrence and fate of pharmaceutical products and by-products, from resource to drinking water. Environmental International. 35, 803-814.
Mottaleb, M. A., Bellamy, M. K., Mottaleb, A. M. & Islam, M. R. (2015). Use of LC-MS and GC-MS Methods to measure emerging contaminants pharmaceutical and personal care products (PPCPs) in fish. Chromatography Techniques. 6, 3-15.
Musmarra, D., Prisciandaro, M., Capocelli, M., Karatza, D., Iovino, P., Canzano, S. & Lancia, A. (2016). Degradation of ibuprofen by hydrodynamic cavitation: reactio pathways and effect of operational parameters. Ultrasonics Sonochemistry. 29, 76-83.
Papageorgiou, M., Kosma, C. & Lambropoulou, D. (2016). Seasonal occurrencce, removal, mass loading and environmental risk assessment of 55 pharmaceuticals and personal care products in a municipal wastewater treatment plant in Central Greece. Science of the total Environment. 543, 547-569.
Pereira, A. M., Silva, L.G., Meisel, L. M., Lino, C. M. & Peña, A. (2015). Environmental impact of pharmaceuticals from Portuguese wastewaters: geographical and seasonal occurrence,removal and risk assessment. Environmental Research. 136, 108-119.
Quinn, B., Schmidt, W., O´Rourke, K. & Hernan, R. (2011). Effects of the pharmaceuticals gemfibrozil and diclofenac on biomarker expression in the zebra mussel (Dreissena polymorpha) and their comparison with standardised toxicity tests. Chemosphere. 84, 657-663.
Quiñones, D. H., Álvarez, P. M., Rey, A. & Beltrán, F. J. (2015). Removal of emerging contaminants from municipal WWTP secondary effluents by solar photocatalytic ozonation. A pilot-scale study. Separation and Purification Technology. 149, 132-139.
Revitt, M. D., Balogh, T. & Jones, H. (2015). Sorption behaviours and transport potentials for selected pharmaceuticals and triclosan in two sterilised soils. Soil Sediments. 15, 594-606.
Richter, E., Roller, E., Kunkel, U., Ternes, T. A. & Coors, A. (2016). Phytotoxicity of wastewater-born micropollutants e Characterisation of three antimycotics and a cationic surfactant. Environmental Pollution. 208, 512-522.
Rodarte-Morales, A. I., Feijoo, G., Morerira, M.T. & Lema, J. M. (2012). Biotransformation of three pharmaceutical active compounds by the fungus Phanerochaete chrysosporium in a fed batch stirred reactor under air and oxygen supply. Biodegradation. 23, 145-153.
Sauvétre, A & Schróder, P. (2015). Uptake of carbamazepine by rhizosmes and endophytic bacteria of Phragmites australis. Frontier in Plant Science. 6, 1-11.
Stancová, V., Ziková, A., Svobodová, Z. & Kloas, W. (2015). Effects of the non-steroidal anti-inflammatory drug(NSAID) naproxenon gene expression of antioxidant enzymes in zebrafish (Danio rerio). Environmental Toxicology and Pharmacology. 40, 343–348.
Tixier, C., Heinz, P. S., Oellers, S. & Mϋller, S. R. (2003). Ocurrence and fate of carbamazepie, clofibric acid, diclofenac, ibuprofen, ketoprofen, and naproxen in surface waters. Environmental Science & Technology. 37 No 6, 1061- 1068.
Xia, Z., Xiao-Chun, W., Zhong-Lin. C., Hao, X. & Qing-Fang, Z. (2015). Microbial community structure and pharmaceutucals and personal care products removal in a membrane bioreactor seeded with aerobic granular sludge. Appl Microbiol Biotechnol. 99, 425- 433.
Wang, D., Sui, Q., Lu, S., Zhao, W., Qiu, Z. F., Miao, Z. & Yu, G. (2014). Occurrence and removal of six pharmaceuticals and personal care products in a wastewater treatment plant employing anaerobic(anoxic/aerobic and UV processess in Shangai, China. Environmental Science Pollution Restoration. 21, 4276-4285.
Wojcieszynska, D., Domaradzka, D., Hupert-Kocurek, K. & Guzik, U. (2014). Bacterial degradation of naproxen-Undisclosed pollutant in the environment. Journal of Environmental Managament. 145, 157-161.
Wu, X., Dodgen, L. K., Conkle, J. L. & Gan, J. (2015). Plant uptake of pharmaceutical and personal care products from recycled water and biosolids: a review. Science of the Total Environment. 536, 655-666.
Yu, Y., Liu, Y. & Wu, L. (2013). Sorption and degradation of pharmaceuticals and personal care products (PPcPs) in soils. Environmental Science Pollution Restoration. 20, 4261-4267.