Evaluación de la presencia de compuestos farmacéuticos en aguas residuales procedentes de estaciones de depuración de aguas residuales (EDARS) de la isla de Gran Canaria

II Wo kshop “Es udio, ap o echamien o y ges ión del agua en e enos e islas olcánicas” Las Palmas de G an Cana ia, 2015 317 EVALUACIÓN DE LA PRESENCIA DE COMPUESTOS FARMACÉUTICOS EN AGUAS RESIDUALES PROCEDENTES DE ESTACIONES DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (EDARS) DE LA ISLA DE GRAN CANARIA C is ina AFONSO OLIVARES, Rayco GUEDES ALONSO, Sa ah MONTESDEOCA ESPONDA, Zo aida SOSA FERRERA y José Juan SANTANA RODRÍGUEZ Depa amen o de Química. Uni e sidad de Las Palmas de G an Cana ia. 35017 Las Palmas de G an Cana ia, España. c is ina.a [email p o ec ed] RESUMEN En el p esen e abajo se ha ealizado la e aluación de la concen ación de compues os a macéu icos de uso común de di e en es g upos e apéu icos ales como, an ibió icos, an iin lama o ios, analgésicos, egulado es lipídicos, be abloquean es, an idep esi os, es imulan es y an iepilép icos, en aguas p oceden es de Es aciones de Depu ación de Aguas Residuales (EDARs) de la isla de G an Cana ia, con el in de pone en conocimien o la si uación del p oblema, siendo és a un paso p e io pa a su posible egulación y emediación. Debido a las bajas concen aciones en que es os compues os se encuen an en las aguas esiduales, pa a lle a a cabo el es udio, se u iliza on p ocesos analí icos basados en un p e a amien o de la mues a u ilizando la ex acción en ase sólida (SPE) y su pos e io de e minación po écnicas ins umen ales de al as p es aciones, como la c oma og a ía líquida de al a esolución con de ec o de espec ome ía de masas de iple cuad upolo (LC-MS/MS). Palab as cla e: á macos, aguas esiduales, EDARs, SPE, LC-MS/MS. ABSTRACT In he p esen wo k he concen a ion o pha maceu ical compounds commonly used om di e en he apeu ic g oups such as an ibio ics, an i-in lamma o ies, analgesics, lipid egula o s, be a blocke s, an idep essan s, s imulan s and an iepilep ics has been e alua ed, in wa e om Was ewa e T ea men s Plan s (WWTPs) o he island o G an Cana ia, in o de o in o m o he p oblem si ua ion, his being a p e equisi e o possible egula ion and emedia ion. These compounds a e ound in was ewa e a low concen a ions, o hese si ua ion and o conduc he s udy, i was used an analy ical p ocess based on a p e ea men o he sample, used he Solid Phase Ex ac ion (SPE), and subsequen de e mina ion by high-pe o mance ins umen al echniques as he liquid ch oma og aphy andem mass spec ome y (LC-MS/MS). Key wo ds: pha maceu icals, was ewa e , WWTPs, SPE, LC-MS/MS. ISBN: 978-84-938046-4-0 C. A onso Oli a es e al. – E aluación de la p esencia de compues os a macéu icos en aguas esiduales … 318 INTRODUCCIÓN A pesa de algunas medidas omadas en España, como son los pun os de ecogida de medicamen os y el sis ema de ece as elec ónica, con las que se ha podido con ola la eliminación de esiduos de p oduc os a macéu icos y disminui su uso indisc iminado, no son su icien es pa a e i a su con inua en ada y su amplia dispe sión en los di e en es compa imen os ambien ales. Las p incipales uen es de en ada de p oduc os a macéu icos en el medio acuá ico son la exc eción después de su uso, la eliminación inadecuada de medicamen os no u ilizados y, en mucha meno medida, esiduos que se gene an du an e la p oducción (A onso e al., 2012). A a és de es os canales llegan a las es aciones de depu ación de aguas esiduales (EDARs), las cuales, en su mayo ía, no es án diseñadas pa a elimina es e ipo de esiduos, incluso, di e en es es udios han demos ado la limi ación del uso exclusi o de los a amien os p ima ios pa a descompone los p oduc os a macéu icos (Ghoshdas ida e al., 2014) y se hace necesa ia la u ilización de a amien os secunda ios y e cia ios, ales como: osmosis in e sa, bio eac o de memb ana, p ocesos de oxidación a anzada, e c. (Luo e al., 2014). Los á macos o man pa e de la la ga lis a de con aminan es eme gen es (Richa dson, 2009), que son aquellos con aminan es que no han sido egulados pe o pod án se candida os a se lo en un u u o, dependiendo de las in es igaciones que se ealicen sob e su p esencia en el medioambien e y sus posibles e ec os sob e la salud. Solo es de los nume osos á macos usados (17β-es adiol, 17α-e iniles adiol y diclo enaco) es án en p oceso de se incluidos po la Unión Eu opea en la p ime a “Wa ch Lis ”. Es os mic ocon aminan es se p esen an comúnmen e a ni eles azas, en un ango de concen aciones comp endidos en e ng·L-1 has a µg·L-1, sin emba go, su pe manen e desca ga en el medio acuá ico pueden plan ea iesgos po enciales a la go plazo pa a los o ganismos acuá icos y e es es (Fadá io e al., 2014). Debido a la pe sis encia que poseen es os ipos de con aminan es, su p esencia en el medio acuá ico es á ecuen emen e elacionado con un núme o de e ec os nega i os, incluyendo: oxicidad a la go y co o plazo, e ec os de dis upción endoc ina y mic oo ganismos esis en es a los an ibió icos (Luo e al., 2014). Di e sos es udios han e aluado la p esencia de compues os a macéu icos en di e en es medios acuá icos. Ca mona e al., 2014 ealiza un abajo sob e la p esencia de es os con aminan es en di e en es ma ices que incluyen, aguas supe iciales (máxima concen ación 830 ng·L-1), aguas esiduales (concen aciones máximas pa a in luen e y e luen e 4374 y 753 ng·L-1, espec i amen e) e incluso, agua po able (has a 40 ng·L-1). Las bajas concen aciones encon adas, ni eles azas, se han podido e alua g acias a los a ances en las me odologías analí icas, ya que esul a necesa io el uso de mé odos analí icos que sean al amen e sensibles y selec i os. Exis en di e sos mé odos, pe o el más ampliamen e u ilizado pa a el análisis de es e ipo de compues o es la c oma og a ía líquida con de ección po espec ome ía de masas (LC-MS), usando como uen e de ionización la elec osp ay (ESI). A pesa de la sensibilidad que p esen an es os sis emas, además, es necesa io un p e a amien o de la mues a pa a ex ae y p econcen a los anali os, la écnica más usada es la ex acción en ase sólida (SPE) (Kaplan 2013). El obje i o de es e abajo ha sido la e aluación de un o al de 16 compues os a macéu icos de di e en es g upos e apéu icos en mues as de agua esiduales, median e el moni o eo de dos es aciones de depu ación de aguas esiduales (EDARs), con di e en es a amien os, p oceden es de la isla de G an Cana ia. Los compues os seleccionados, sus aplicaciones y ca ac e ís icas se han esumido en la Tabla 1. Pa a pode ealiza la e aluación se ha usado una me odología analí ica basada en la ex acción en ase sólida (SPE) y la c oma og a ía líquida de al a esolución y ul a esolución con de ección po II Wo kshop “Es udio, ap o echamien o y ges ión del agua en e enos e islas olcánicas” Las Palmas de G an Cana ia, 2015 319 espec ome ía de masas (LC-MS y UHPLC-MS). Tabla 1. Lis a de compues os a macéu icos, iden i icación del g upo e apéu ico, alo es de pKa. G upo e apéu ico Compues o pKa* An ibió icos No loxacina 0.16 ± 0.20 Cip o loxacina 6.43 ± 0.41 En o loxacina 6.43 ± 0.41 Sa a loxacina 6.17 ± 0.41 Le o loxacina 5.19 ± 0.40 An iin lama o ios Ke op o eno 4.23 ± 0.10 Nap oxeno 4.84 ± 0.30 Analgésico Me amizol - Regulado es lipídicos Beza ib a o 3.29 ± 0.10 Ácido clo íb ico 3.18 ± 0.10 An idep esi o Fluoxe ina 10.05 ± 0.10 (Mos Basic) An icon ulsi o Ca bamazepina 13.94 ± 0.20 Be a-bloquean e A enolol 13.88 ± 0.20 Es imulan es Pa axan ina 8.50 ± 0.50 Ca eína 0.52 ± 0.70 (Mos Basic) Nico ina 8.00 ± 0.50 (Mos Basic) *Base de da os SciFinde . MATERIALES Y MÉTODOS Reac i os Todos los compues os a macéu icos u ilizados en el es udio han sido adqui idos de Sigma-Ald ich (Mad id, España). Las disoluciones pa ón se p epa a on disol iendo cada anali o en me anol a una concen ación de 1000 mg·L-1, y se almacena on en bo es de c is al ámba a 4°C. Dia iamen e se p epa aban las disoluciones de abajo a pa i de la an e io . El agua ul apu a se ob enía con un sis ema Milli-Q (Millipo e, Bed o d, MA, EE.UU.). El me anol de calidades HPLC y LC-MS, el agua de calidad LC-MS, así como el ácido ó mico y el o mia o amónico u ilizado pa a ajus a el pH de las ases mó iles se ob u ie on de Pan eac Química (Ba celona, España). Polyoxye hylene 10 lau yl e e (POLE) ue suminis ado po Sigma-Ald ich (Mad id, España) y se p epa aba en agua Milli-Q. Recogida de mues as El mues eo se ha ealizado du an e dos años con una ecuencia bimensual. Los pun os de oma de mues a es aban ubicados en los e luen es de dos EDARs p oceden es de la isla de G an Cana ia. EDAR 1 u iliza un sis ema de a amien o de lodos ac i os con encional, mien as que EDAR 2 posee un sis ema de a amien o de bio eac o de memb ana. Las mues as de agua se ecogían en bo ellas de id io ámba de 2L, que se la aban p e iamen e con me anol y agua. A con inuación, las mues an se il an a a és de il os de ib a de id io y il os de memb ana de 0,65µm y son almacenadas en la oscu idad a 4ºC, ealizando el análisis den o de las 48 ho as después de su ecogida. C. A onso Oli a es e al. – E aluación de la p esencia de compues os a macéu icos en aguas esiduales … 320 Ins umen ación Pa a el análisis de odos los compues os a macéu icos de es e es udio, excep o el g upo de an ibió icos ( luo oquinolonas), se u ilizó un c oma óg a o líquido de al a esolución con de ección po espec ome ía de masas de iple cuad upolo (LC-MS/MS) equipado con una in e az de ionización po elec osp ay (ESI). Las ases mó iles u ilizadas ue on agua que con iene ácido ó mico al 0,2 % y 5 mM de o mia o amónico a un pH de 2,6 y me anol. Pa a el análisis de las luo oquinolonas se usó la c oma og a ía líquida de ul a esolución con de ección po espec ome ía de masas de iple cuad upolo (UHPLC-MS/MS) con in e az de ionización po elec osp ay. Las ases mó iles ue on agua, ajus ado a un pH de 2,5 con 0,1 % de ácido ó mico ( / ), y me anol. Las columnas c oma og á icas u ilizadas en odos los casos p esen an una ase es aciona ia con una es uc u a C18. Debido a las bajas concen aciones en la que es os compues os se encuen an en mues as de agua, an es de ealiza su de e minación es necesa io un p oceso de ex acción, la écnica u ilizada ha sido la ex acción en ase sólida (SPE). Las condiciones de SPE ue on op imizadas en es udios p e ios (A onso e al., 2012, Guedes e al., 2013, Mon esdeoca e al., 2012). El ca ucho de ex acción u ilizado pa a odos los compues os seleccionados, incluidas las luo oquinolonas, ue el OASIS HLB (Wa e s, Spain). Sin emba go, el eluyen e es di e en e en cada caso, pa a los an ibió icos se ealizó la elución con medios micela es, y pa a los demás á macos el eluyen e usado ha sido el me anol. Las condiciones de ex acción pe mi en un ac o de p econcen ación en el ango de 200-250 eces. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se ealizó un moni o eo bimensual con una du ación de dos años, cuyo pun o de mues eo ue on los e luen es p oceden es de dos depu ado as localizadas en la isla de G an Cana ia. Cada mues a de agua depu ada se analizó median e la combinación del p oceso de ex acción SPE y la c oma og a ía líquida de al a o de ul a esolución con de ección po espec ome ía de masas, siguiendo el p o ocolo de análisis pa a cada compues o. Tan o la EDAR 1 ( a amien o de lodos ac i os, 500 m3/día) como la EDAR 2 ( a amien o de bio eac o de memb ana, 700 m3/día), ope an dia iamen e con simila es elocidades de lujo olumé icas de in luen e de aguas esiduales y el a amien o se ealiza en poblaciones con un núme o de habi an es análogos (5000 habi an es pa a EDAR 1 y 7000 habi an es pa a EDAR 2), po lo an o, puede se iable la compa ación en e los a amien os de las di e en es depu ado as, a pesa de no ene da os sob e las concen aciones de los mismos compues os en los in luen es. Los esul ados medios ob enidos se esumen en la Tabla 2 en la cual se mues a el ango de concen aciones que se han podido de e mina de cada compues o con las des iaciones es ánda ela i as co espondien es al análisis po iplicado de cada mues a (ng·L-1) pa a cada una de las depu adas es udiadas, además, se incluyen los lími es de de ección (LOD) pa a cada compues o. Podemos obse a que, en é minos gene ales, se ha encon ado la p esencia de odos los compues os escogidos pa a es e es udio, excep o la en o loxacina, sa a loxacina y luoxe ina, que no ue on de e minados o se encon aban po debajo de los lími es de de ección en odas las mues as analizadas du an e el pe iodo de mues eo. Sólo la ca bamazepina ue encon ada en odas las mues as de ambas depu ado as en el ango de concen aciones 18,9-974,5 ng·L-1, y el ke op o eno se de ec ó en odas las mues as de la EDAR 1. Es impo an e des aca las al as concen aciones de pa axan ina encon adas en la II Wo kshop “Es udio, ap o echamien o y ges ión del agua en e enos e islas olcánicas” Las Palmas de G an Cana ia, 2015 321 mayo ía de mues as de la EDAR 1 cuyo máximo de concen ación ue 58,7 µg·L-1. Las al as concen aciones de ec adas de pa axan ina pod ían se explicadas po el hecho de que se a a de un me aboli o de la ca eína que es exc e ado po el cue po humano. Tabla 2. Rango de concen aciones (ng·L-1) de e minados en las aguas p oceden es de los e luen es de las EDARs es udiadas. Compues o LODb (ng·L-1) Rango de concen ación ± RSD (ng·L-1)a EDAR 1 EDAR 2 No loxacina 8,5 <LOD – 2366,0 ± 149,8 <LOD – 2249,4 ± 279,8 Cip o loxacina 8,6 <LOD – 20321,3 ± 1806,7 <LOD – 259,2 ± 87,7 En o loxacina 5,3 <LOD <LOD Sa a loxacina 11,1 <LOD <LOD Le o loxacina 9,1 <LOD – 7206,3 ± 319,9 <LOD – 14154,2 ± 916,5 Ke op o eno 2,4 69,1 ± 11,7 – 1360,5 ± 30,3 <LOD – 381,3 ± 50,2 Nap oxeno 0,6 <LOD – 1069,1 ± 97,9 <LOD – 220,3 ± 21,3 Me amizol 6,3 <LOD – 6782,3 ± 508,0 <LOD – 8250,1 ± 186,5 Beza ib a o 2,9 <LOD – 18850,7 ± 3257,4 <LOD – 18680,3 ± 803,3 Ácido clo íb ico 10,7 <LOD – 282,8 ± 6,2 <LOD – 258,7 ± 24,5 Fluoxe ina 97,4 <LOD <LOD Ca bamazepina 0,3 18,9 ± 0,1– 505,0 ± 12,4 70,1 ± 6,7– 974,5 ± 37,2 A enolol 7,9 <LOD – 2498,2 ± 27,5 <LOD – 237,3 ± 40,4 Pa axan ina 2,2 <LOD – 58691,1 ± 5693,0 <LOD – 2249,8 ± 172,8 Ca eína 6,8 <LOD – 4307,9 ± 870,6 <LOD – 1106,6 ± 125,5 Nico ina 6,5 <LOD – 981,4 ± 12,6 <LOD – 531,1 ± 14,2 a n=3; RSD: Rela i e S anda Des ia ion (Des iación Es ánda Rela i a). b LOD: Limi o de ec ion (Lími e de de ección) Compa ando ambas depu ado as, las concen aciones de á macos de ec adas en la es ación depu ado a que ope a con un a amien o de bio eac o de memb ana (EDAR 2) son, de mane a gene al (excep o pa a le o loxacina, me amizol y ca bamacepina), más bajas que las encon adas con la depu ado a que ope a de mane a adicional con la écnica de lodos ac i os. Sin emba go, hay compues os que se man ienen más cons an es en ambas depu ado as, como es el caso de no loxacina, beza ib a o y ácido clo íb ico, po lo que no les in luye el sis ema de a amien o. En un análisis global, las concen aciones de los di e en es á macos en es udio no siguen ningún pa ón de compo amien o pa a ninguna de las dos depu ado as es udiadas, ob eniendo esul ados, pa a mucho de ellos, muy a iables du an e odo el pe iodo de mues eo. A pesa de ello, se puede obse a que en la écnica de bio eac o de memb ana se han de e minado menos compues os que en la écnica de lodos ac i os. CONCLUSIONES Se ha ealizado el es udio de la p esencia de cinco luo oquinolonas (le o loxacina, no loxacina, cip o loxacina, en o loxacina y sa a loxacina) y once compues os C. A onso Oli a es e al. – E aluación de la p esencia de compues os a macéu icos en aguas esiduales … 322 a macéu icos de uso común (ke op o eno, nap oxeno, me amizol, beza ib a o, ácido clo íb ico, luoxe ina, ca bamacepina, a enolol, pa axan ina, ca eína y nico ina) en mues as de aguas esiduales p oceden es de dos es aciones de depu ación de aguas esiduales (EDARs) de la isla de G an Cana ia. Las mues as de e luen es de aguas esiduales ue on ecogidas cada dos meses du an e dos años. Du an e el pe iodo de moni o eo, exis ía la p esencia en concen aciones muy a iables de odos los compues os, excep o en o loxacina, sa a loxacina y luoxe ina, además, sólo la ca bamacepina ue encon ada en odas las mues as analizadas de ambas depu ado as, y el ke op o eno en odas las mues as de la EDAR 1. Los esul ados mues an que la eliminación de los compues os analizados es incomple a y, a pesa de no ene da os p oceden es de los in luen es, el a amien o po bio eac o de memb ana nos mues a concen aciones más bajas pa a la mayo ía de los compues os que en el a amien o de lodos ac i os. Los esul ados ob enidos en es e moni o eo pueden se ú iles pa a pone en conocimien os a los di e en es ó ganos de egulación, con el p opósi o de que en u u as eglamen aciones sea incluida una lis a de p oduc os a macéu icos en el seguimien o de la calidad de las aguas. AGRADECIMIENTOS La au o a C is ina A onso Oli a es ag adece al Minis e io de Educación, Cul u a y Depo e po la ayuda concedida del p og ama de Fo mación del P o eso ado Uni e si a io en la con oca o ia de 2013. REFERENCIAS A onso-Oli a es, C.; Sosa-Fe e a, Z.; San ana-Rod íguez, J.J. (2012). Analysis o an iin lamma o y, analgesic, s imulan and an idep essan d ugs in pu i ied wa e om was ewa e ea men plan s using SPE-LC andem mass spec ome y. Jou nal o En i onmen al Science and Heal h A 47: 887–895. Ca mona, E.; And eu, V.; Picó, Y. (2014). Occu ence o acidic pha maceu icals and pe sonal ca e p oduc s in Tu ia Ri e Basin: om was e o d inking wa e . Science o he To al En i onmen 484: 53-63. Fadá io, V.M.; Dias, M.; Cos a, A.C.S.; Al es, M.S. (2014). En i onmen al con amina ion by luo oquinolones. B azilian Jou nal o Pha maceu ical Science 50: 41-54 Ghoshdas ida , A.J.; Fox, S.; Tong, A.Z. (2014). The p esence o he op p esc ibed pha maceu icals in ea ed sewage e luen s and ecei ing Wa e s in Sou hwes No a Sco ia, Canada. En i onmen al Science and Pollu ion Resea ch DOI 10.1007/s11356-014-3400-z. Guedes-Alonso, R.; A onso-Oli a es, C.; Mon esdeoca-Esponda, S.; Sosa-Fe e a, Z.; San ana- Rod ígez, J.J. (2013) An assessmen o he concen a ions o pha maceu ical compounds in was ewa e ea men plan s on he island o G an Cana ia (Spain). Sp inge Plus 2: 1-8. Kaplan, S. (2013). Re iew: Pha macological pollu ion in wa e . C i ical Re iews in En i onmen al Science and Technology 43: 1074-1116. Luo, Y.; Guo, W.; Ngo, H.H.; Nghiem, L.D.; Hai, F.I.; Zhang, J.; Liang, S.; Wang, X.C. (2014). A e iew on he occu ence o mic opollu an s in he aqua ic en i onmen and hei a e and emo al du ing was ewa e ea men . Science o he To al En i onmen 473-474: 619-641. Mon esdeoca-Esponda, S.; Sosa-Fe e a, Z.; San ana-Rod íguez, J.J. (2012) Compa ison o solid II Wo kshop “Es udio, ap o echamien o y ges ión del agua en e enos e islas olcánicas” Las Palmas de G an Cana ia, 2015 323 phase ex ac ion using micella deso p ion combined wi h LC-FD and LCMS/MS in he de e mina ion o an ibio ic luo oquinolone esidues in sewage samples. Jou nal o Liquid Ch oma og aphy & Rela ed Technologies, 35: 2081-2096. Richa dson, S.D. (2009). Wa e analysis: eme ging con aminan s and cu en issues. Analy ical Chemis y 81: 4645-4677.