Instituto Politécnico Nacional
Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional CIIDIR, Michoacán
ESTUDIO DE ECOTOXICIDAD EN EL SISTEMA LACUSTRE DEL LAGO DE CHAPALA A TRAVÉS DEL MONITOREO
DE FÁRMACOS
TESIS:
PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRA EN CIENCIAS EN PRODUCCIÓN AGRÍCOLA SUSTENTABLE
PRESENTA:
MARIA ISABEL MONARES ESCALERA
DIRECTORES DE TESIS:
DRA. DIOSELINA ÁLVAREZ BERNAL M. EN C. ERNESTO OREGEL ZAMUDIO
Jiquilpan de Juárez, Michoacán de Ocampo, México.
Diciembre 2021
Agradecimientos
Al Instituto Politécnico Nacional (IPN) por brindarme la oportunidad de realizar este posgrado en el Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional, Unidad Michoacán (CIIDIR, Unidad Michoacán), por haberme permitido formar parte de su comunidad estudiantil y haber hecho posible la ejecución de este trabajo en sus instalaciones.
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el financiamiento de este proyecto, así como al programa de Estímulo Institucional de Formación de Investigadores (BEIFI).
A la Dra. Dioselina Álvarez Bernal, por ser una excelente persona y ser humano.
Por haberme permitido la oportunidad de conocer y aprender del mundo de la investigación científica, por la confianza, apoyo y la amistad que ha brindado.
A el M. en C. Ernesto Oregel Zamudio, primeramente, por permitirme ser parte de su grupo de estudiantes. Le agradezco el tiempo dedicado, por compartir sus valiosos conocimientos conmigo, por el apoyo incondicional y la amistad brindada.
A mi comité tutorial la Dra. Marina Olivia Franco Hernández, el Dr. José Teodoro Silva García y el M. en C. Héctor René Buelna Osben por sus aportaciones y apoyo a la realización de este trabajo.
A mis padres, Maria Esther Escalera Gallardo e Isidro Monares Gallardo quienes con su amor, trabajo y sacrificio me han guiado y apoyado para llegar a cumplir una meta más.
A mi hermano, Luis Eduardo Monares Escalera por siempre ser ese compañero incondicional y por su apoyo en todas las etapas de mi vida.
A mi familia, amigos y a todos aquellos que hicieron posible la realización de este trabajo. Y manifiesto que mi objetivo por siempre será ¡Poner la técnica al servicio de la patria!
Índice
I. Resumen 1
1.1 Abstract 2
II. Introducción 3
III. Marco Teórico 5
3.1 La farmacología 5
3.1.1 Fármacos ... 6
3.1.1.1 Antimicrobianos ... 11
3.1.1.2 Antiinflamatorios ... 12
3.2.1.3 Antibióticos... 12
3.1.1.4 Tetraciclinas y Glicilciclinas... 13
3.1.1.5 Antidepresivos ... 13
3.1.1.6 Anticonceptivos (hormonas)... 15
3.1.1.7 Metilxantina ... 15
3.1.1.8 Antifúngicos ... 15
3.2 Efectos de los residuos de fármacos como contaminantes 17 3.2.1 Efectos en el ambiente ... 17
3.2.2 Efectos en la salud humana ... 18
3.2.2.1 Resistencia microbiana a fármacos ... 18
3.3 Fuentes de contaminación por fármacos 19 3.3.1 Contaminación directa ... 20
3.3.2 Contaminación Indirecta ... 20
3.4 Lago de Chapala 21 3.4.1 Pesca ... 22
IV. Antecedentes 25
V. Justificación 29
VI. Hipótesis 30
VII. Objetivos 30
7.1 Objetivo General 30
7.2 Objetivos Específicos 30
VIII. Metodología 31
8.1 Diagrama metodológico general 31
8.2 Sitio de estudio 31
8.3 Reactivos 32
8.4 Muestreo de sitios (sedimento y agua) 33
8.5 Agua 33
8.6 Sedimento 35
8.7 Peces 36
8.8 Análisis de residuos farmacéuticos por Espectrometría de masas por
cromatografía de gases (GC / MS) 37
8.9 Identificación y cuantificación de residuos de fármacos 37
8.10 Análisis de resultados 38
8.10.1 Análisis Cualitativo ... 38
8.10.2 Análisis cuantitativos. ... 38
8.10.3 Relación agua-sedimento/biota... 40
8.10.4 Análisis estadísticos ... 40
IX. Resultados 41
X. Discusión 54
10.1 Anticonceptivos 55
10.2 Antiinflamatorios 56
10.3 Antidepresivos 57
10.4 Antifúngicos y antibióticos 58
10.5 Metilxantina 59
10.6 Fibratos 59
XI. Conclusiones 61
XII. Anexo 62
XIII. Referencias 64
Índice de Figuras
Figura 1 Ramas del estudio de la farmacología 5
Figura 2 Estructura molecular de ibuprofeno (A) y diclofenaco (B) 12 Figura 3 Estructura molecular de Doxiciclina (Tetraciclina) 13 Figura 4 Clasificación de antidepresivos por su mecanismo de
acción
14
Figura 5 Charal (Chirostoma spp) 23
Figura 6 Tilapia (Oreochromis aureus) 23
Figura 7 Carpa (Cyprinus carpio) 24
Figura 8 Diagrama general de metodología 31
Figura 9 Localización del lago de Chapala 32
Figura 10 Distribución geográfica de los sitios de muestreo en el lago de Chapala, por zonas.
33
Figura 11 Mapa de calor de agrupamientos jerárquicos de los residuos de fármacos encontrados en agua, sedimento y peces del lago de Chapala, en 2018 y 2019.
52
Figura 12 Gráfica circular del porcentaje de presencia de residuos fármacos en el lago de Chapala en agua, sedimentos y pescados
53
Figura 13 Toma de parámetros de agua insitu (octubre 2018) 63
Índice de Cuadros
Cuadro 1 Clasificación de fármacos, de acuerdo con su origen 5 Cuadro 2 Fármacos más utilizados y sus características farmacológicas 8
Cuadro 3 Clasificación de antimicrobianos 11
Cuadro 4 Clasificación de los antifúngicos por su estructura y acción 16 Cuadro 5 Especies económicas más importantes del lago de Chapala 22 Cuadro 6 Concentración de residuos de fármacos en distintas fuentes
de agua.
28
Cuadro 7 Variables fisicoquímicas medidas en el agua del lago de Chapala
34
Cuadro 8 Variables fisicoquímicas medidas en el sedimento del lago de Chapala
35
Cuadro 9 Estándares auténticos de fármacos con sus respectivos iones específicos
39
Cuadro 10 Variables fisicoquímicas de agua 41
Cuadro 11 Variables fisicoquímicas de sedimento 42
Cuadro 12 Características morfológicas y bromatológicas de pescados 44
Cuadro 13 Residuos de fármacos identificados en sedimento y agua en los años 2018 y 201
47
Cuadro 14 Residuos de fármacos identificados en Chirostoma spp, Cyprinus carpio y Oreochromis aureus en los años 2018 y 2019
50
Cuadro 15 Relación de concentración de residuos de fármacos presentes en agua y sedimentos con respecto a los identificados en Chirostoma spp, Cyprinus carpio y Oreochromis aureus en los años 2018 y 2019.
62
1 I. Resumen
El lago de Chapala es el más grande de México, pertenece a la cuenca Lerma- Chapala, una de las regiones hidrológicas, sociales y económicas más importantes de México. El lago funciona como zona de refugio de aves silvestres, así mismo es de vital importancia para la sociedad, por ser la mayor fuente de agua para uso doméstico, industrial y riego agrícola de la zona y es fuente de ingreso al ser un sitio adecuado para la pesca, la agricultura y el turismo. El lago de Chapala es alimentado principalmente por los ríos Zula, Duero y Lerma, además de que desembocan diversas descargas residuales, de desechos industriales, farmacéuticos y urbanos, arrastrando compuestos de distinto origen y naturaleza química, entre ellos los fármacos. La presencia de residuos de fármacos puede provocar efectos negativos como resistencia a los antimicrobianos, desequilibrios ecológicos, efectos en la salud, entre otros. El objetivo de este trabajo fue:
Determinar la contaminación por residuos de fármacos en agua, sedimentos y pescados del lago de Chapala, México. Para los sedimentos y agua, se realizó un muestreo aleatorio en época de lluvias (2018) y secas (2019) donde se dividió el lago en 7 zonas, con 6 puntos de muestreo por cada una de ellas. Se recolectaron tres especies de peces: charal (Chirostoma spp.), carpa (Cyprinus carpio) y tilapia (Oreochromis aureus). Se determinaron características fisicoquímicas de cada una de las matrices de estudio y se realizó el análisis de residuos de fármacos por cromatografía de gases, acoplado a un espectrómetro de masas. Se encontró presencia de Trimetoprim, Ibuprofeno, Naproxeno, Triclosán, Diclofenaco, Cafeína, Fluoxetina, Estrona, Testosterona y Etinilestradiol en todas las muestras, destacando en sedimento y agua la presencia de antiinflamatorios y antibacterianos, por parte contraria se encontró una mayor concentración de hormonas en las tres especies de peces, las cuales representan un fuerte problema ecológico para el ecosistema y la salud pública de la población.
2 1.1 Abstract
Lake Chapala is the largest lake in Mexico, it belongs to the Lerma-Chapala basin, one of the most important hydrological, social and economic regions in Mexico. The lake works as a refuge area for wild birds, it is also of vital importance for society, as it is the largest source of water for domestic, industrial and agricultural irrigation in the area and is a source of income as it is a suitable site for fishing, agriculture and tourism. Lake Chapala is fed mainly by the Zula, Duero and Lerma rivers, as well as various residual discharges of industrial, pharmaceutical and urban waste, dragging compounds of different origin and chemical nature, including drugs. The presence of drug residues can cause negative effects such as antimicrobial resistance, ecological imbalances, health effects, among others. The objective of this work was:
To determine the contamination by drug residues in water, sediments and fish of Lake Chapala, Mexico. For the sediments and water, a random sampling was carried out in the rainy (2018) and dry (2019) seasons where the lake was divided into seven zones, with six sampling points for each one of them. Three species of fish were collected: charal (Chirostoma spp.), Carp (Cyprinus carpio) and tilapia (Oreochromis aureus). Physicochemical characteristics of each of the study matrices were determined and drug residue analysis was performed by gas chromatography, coupled to a mass spectrometer. The presence of Trimethoprim, Ibuprofen, Naproxen, Triclosan, Diclofenac, Caffeine, Fluoxetine, Estrone, Testosterone and Ethinylestradiol was found in all samples, in sediment and water the presence of anti-inflammatory and antibacterial drugs. The higher concentration of hormones was found in the three species of fish, which represent a strong ecological problem for the ecosystem and the public health of the population.
3 II. Introducción
El lago de Chapala es compartido por dos estados: Jalisco, donde se ubica un 86%
de su superficie y Michoacán que posee el 14% (Pedroza & Catalán, 2017). El lago pertenece a la cuenca Lerma-Chapala, una de las regiones hidrológicas, sociales y económicas más importantes del país (Helbig, 2003). Desde el 2 de febrero de 2009 fue nombrado sitio Ramsar, debido a su gran importancia ecológica y a que alberga especies endémicas de peces, es un regulador ambiental, es fuente de alimento y fomenta el desarrollo de actividades económicas para las comunidades asentadas en su ribera, además de ser la principal fuente de agua de la Zona Metropolitana de Guadalajara (Moreno & García, 2017). Este lago es alimentado principalmente por el río Zula, Duero y Lerma. Donde una vez que terminan su recorrido, desembocan en el lago de Chapala, dispersando sus desechos tóxicos en el embalse (Ávila &
Vivar, 2019).
La contaminación ambiental es un tema de concientización debido a los problemas de toxicidad que determinados compuestos químicos contaminantes provocan en el ambiente. Dentro de estos contaminantes se incluyen compuestos de distinto origen y naturaleza química, entre ellos los fármacos; los cuales por su desecho inadecuado y/o al ser consumidos, metabolizados y una vez hecho su efecto en el organismo llegan al medio ambiente a través de las aguas residuales contaminando las aguas naturales. Estos contaminantes tienen un gran impacto sobre la fauna y el medio ambiente y su mayor peligro radica en que pueden ser encontrados en el agua potable (Perez, 2017).
El estudio de la contaminación por residuos de fármacos se encuentra entre las líneas de investigación prioritarias de los principales organismos dedicados a la protección de la salud pública y medioambiental, tales como la Organización Mundial de la Salud, la Agencia para la Protección del Medio Ambiente o la Comisión Europea (Infac, 2016). Por lo tanto, al analizar la problemática presente en el lago de Chapala es necesario el estudio del sedimento, el agua y los pescados, debido a que constituyen un excelente medio integrador de la contaminación existente en los cuerpos de agua para determinar la presencia de residuos de
4
fármacos en el mismo, el cual podría ser el primer paso para su posterior remediación. Por tal motivo el objetivo de este trabajo es la determinación de la contaminación por residuos de fármacos en agua, sedimentos y peces del lago de Chapala, México.
5 III. Marco Teórico
3.1 La farmacología
La farmacología es la ciencia encargada del estudio del origen, las propiedades químicas y los usos de los medicamentos, así como de sus efectos en el cuerpo.
Sus campos de estudio se dividen entre la farmacocinética y farmacodinamia (Figura 1).
Las raíces históricas de la farmacología datan del uso de sustancias de origen animal y el empleo de plantas con fines curativos (Carrasco, 2015). Sin embargo, el avance del estudio científico y el uso adecuado de las sustancias de origen natural con fines terapéuticos se han dado desde el origen de la civilización (Cortez- Gallardo et al., 2004).
Figura 1. Ramas del estudio de la farmacología
Los fármacos tienen su origen de forma vegetal, animal y mineral y se pueden clasificar en sintéticas o no sintéticas (Cuadro 1):
Cuadro 1. Clasificación de fármacos, de acuerdo con su origen (Carrasco, 2015).
Clasificación Origen Ejemplos
6 Vegetal
Se extrae directamente la parte de la planta que sea más rica en el compuesto
Ipecacuana y la belladona, la menta el aceite de resino a partir de las semillas
Animal Se emplean polvos de órganos desecados
Polvos de tiroides o principios activos extraídos como las hormonas
Mineral Sustancias purificadas Como el azufre o sales (sulfato de magnesio)
Sintéticas
Por síntesis total de sustancias o por modificación de la estructura de compuestos naturales
Estradiol por ser un estrógeno natural, del cual se obtiene el etinilestradiol
3.1.1 Fármacos
El término fármaco se refiere de forma específica al principio activo aislado que es la sustancia que ejerce la acción en el organismo y será la base del medicamento.
Esta sustancia produce un efecto con actividad terapéutica, la cual puede ser para:
prevención, diagnóstico o tratamiento de enfermedades (García, 2009).
Los fármacos funcionan como activadores o inhibidores con una molécula específica del sistema biológico que desempeña una función reguladora, a esta molécula se le llama receptor. De acuerdo con su interacción con medios externos, los fármacos pueden clasificarse entre antagonistas químicos o agentes osmóticos (Katzung & Masters, 2012).
De acuerdo con sus características físicas, los fármacos pueden clasificarse en:
sólidos como píldoras, óvulos, comprimidos, hormonas, implantes, etc.; semisólidos como ungüentos, pomadas, cremas, pastas, etc.; líquidos como jarabes, gotas, inyecciones y en gaseosos como anestésicos y gases medicinales (García, 2009).
7
Existen dos formas de adquisición de fármacos: los que requieren prescripción médica y necesitan tener un control médico y los que se venden sin receta y no requieren de un control continuo de un médico. El 75% de estos fármacos tienden a ser administrados en el hogar.
Los fármacos están conformados por los principios activos (encargados de producir el efecto medicinal en el organismo) y el excipiente (sustancias inactivas que se agregan al principio activo para poder administrar los medicamentos). En algunos casos los medicamentos contienen coadyuvantes (responsables de que los fármacos sean de fácil absorción) (Urbina & Solano, 2020), aproximadamente el 30% de ellos son lipofílicos, que significa que se disuelven en grasa, pero no en agua. Esta característica les permite pasar a través de las membranas de la célula y actuar dentro de ellas. Los fármacos se diseñan para que puedan mantener su estructura química un tiempo suficientemente grande para ejercer su trabajo terapéutico, por lo tanto, una vez que entran en los cuerpos de agua persisten en ellos (Peña et al., 2011).
Los fármacos son parte de los contaminantes emergentes, los cuales no están regulados y representan un potencial problema a la salud pública y a los ecosistemas. Su persistencia e impacto en el ecosistema depende de la matriz ambiental en la que se encuentre y la cantidad vertida en el medio ambiente (M.
Hernández et al., 2019).
Entre los grupos de fármacos más utilizados a nivel mundial se encuentran: los antimicrobianos, antiinflamatorios, antibióticos, antidepresivos, metilxantinas, y antifúngicos (Moreno et al., 2013). En el cuadro 2 se presentan algunos de los fármacos más utilizados y sus características farmacológicas.
8
Cuadro 2. Fármacos más utilizados y sus características farmacológicas (FACMED, 2021).
Compuesto Indicación Terapéutica Modo de
aplicación y dosis Reacciones Secundarias
Testosterona
Terapia de sustitución de testosterona en hipogonadismo masculino
Tópica y ampolleta máximo 50 mg al día
Hipersensibilidad a testosterona; sospecha o confirmación de carcinoma de mama o de próstata presunto o confirmado.
Etinilestradiol
Usado en el tratamiento del hipogonadismo femenino y para prevenir o reducir los síntomas de la menopausia.
0.02 a 0.05 mg/día Aumento del riesgo de cáncer, hemorragias, entre otros
Progesterona
Tratamiento de amenorrea, tratamientos de infertilidad, síntomas premenstruales, anticoncepción
Vía vaginal y vía oral 200 a 300 mg
Asociado con el desarrollo de tumores hepáticos
Ibuprofeno
Tratamiento de estados dolorosos, con inflamación como artritis reumatoide leve y alteraciones musculoesqueléticas.
Hasta 3,200 mg en dosis divididas
Intolerancia gastrointestinal, epigastralgias, náuseas, pirosis, sensación de plenitud en tracto gastrointestinal.
9 Acetaminofén
Utilizado para el control de fiebre y el dolor leve o moderado articulares, otalgias, cefaleas, dolor odontogénico, neuralgias, procedimientos quirúrgicos menores etc.
325 a 1,000 mg cada cuatro horas, hasta un máximo de 4 gramos al día.
Náusea, vómito, dolor epigástrico, somnolencia, ictericia, anemia hemolítica, daño renal y hepático, neumonitis, erupciones cutáneas y metahemoglobinemia.
Naproxeno
Tratamiento de la artritis reumatoide, osteoartritis, espondilitis anquilosante y artritis juvenil.
Dosis diarias de hasta 1,500 mg en dosis divididas
Se han presentado reportes de nefritis intersticial, hematuria, proteinuria, y ocasionalmente, síndrome nefrótico.
producción de toxicidad renal.
Diclofenaco sódico
Para el tratamiento de enfermedades reumáticas agudas, artritis reumatoidea, espondilitis anquilosante, artrosis, lumbalgia, gota en fase aguda, inflamación postraumática, etc.
Oral de 100 a 200 mg o ampolleta de 75 mg diariamente
Reacciones adversas en el tracto gastrointestinal, sistema nervioso central, piel, riñones, hígado, entre otros.
Fluoxetina Antidepresivo de administración oral.
Dosis de 20 a 80 mg/día
Problemas adversos en el sistema cardiovascular, sistema digestivo, sistema endocrino, metabólico y nutricional, entre otros.
Carbamazepina Antiepiléptico Dosis de 100 a 1,000 mg/día
Reacciones de vértigo, somnolencia, inestabilidad, náusea y vómito.
10 Cafeína Estimulante del sistema nervioso
central y diurético suave. -
Hipersensibilidad; alteraciones cardiovasculares graves; HTA no controlada;
insomnio, ansiedad; alteraciones psíquicas;
úlcera gastroduodenal; disfunción hepática grave.
Gemfibrozilo Regulador lipídico Dosis de 600 a 1,200 mg/día
Hipersensibilidad grave; problemas en vesícula o vías biliares, incluyendo cálculos biliares Triclosán
Agente antibacteriano y fungicida. Tópico Posible irritación, escozor, edema o reacción alérgica.
Trimetoprim con Sulfametoxazol
Indicada como tratamiento de infecciones urinarias, gastrointestinales, respiratorias, neumonía y de transmisión sexual.
De 80 mg/400 mg
dos veces al día Náusea, vómito, anorexia, cefalea, vértigo, urticaria, rash, e hipersensibilidad
Primidona Indicada para el tratamiento de epilepsia psicomotora, accesos
De 100 a 750 mg por día
Hipersensibilidad, insuficiencia hepática, insuficiencia renal, etc.
11 3.1.1.1 Antimicrobianos
Los antimicrobianos son fármacos empleados en la inhibición del desarrollo o eliminación de microorganismos. Este grupo se divide en antibacterianos, antivirales, antimicóticos, antimicobacterianos, antiparasitarios y antirretrovirales (Cuadro 3) (Girón, 2008).
Cuadro 3. Clasificación de antimicrobianos Antimicrobianos Aplicación terapéutica
Antibacterianos, Aplicados en infecciones derivadas de bacterias u hongos
Antivirales
Aplicados para el tratamiento de infecciones producidas por virus
Antimicóticos
Utilizados para evitar el crecimiento de algunos tipos de hongos o incluso de provocar su muerte
Antimicobacterianos,
Usados para el tratamiento de las infecciones micobacterianas, incluidas la tuberculosis (TB), lepra e infecciones por micobacterias no tuberculosas
Antiparasitarios
Usado para el tratamiento de infecciones causadas por bacterias y parásitos
Antirretrovirales
Utilizado en el tratamiento de infecciones por retrovirus, por ejemplo, el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)
Este grupo de fármacos son una amenaza de salud pública, ya que en el ambiente favorece el aumento de los efectos tóxicos en los organismos y la presencia de especies de bacterias con resistencia a los antibióticos (Hernández et al., 2017).
12 3.1.1.2 Antiinflamatorios
Son fármacos empleados para aliviar el dolor derivado de la inflamación de los tejidos, así como acción antipirética, siendo el grupo terapéutico más usado a nivel mundial (Moreno et al., 2013). Aunque algunos fármacos tienen ciertas propiedades antiinflamatorias, solamente se consideran antiinflamatorios dos grandes grupos de fármacos: los antiinflamatorios esteroideos (hormonas producidas por la corteza adrenal) y los antiinflamatorios no esteroideos. Entre los antiinflamatorios más usados a nivel mundial se encuentran el ibuprofeno y diclofenaco (Figura 2).
Los antiinflamatorios constituyen uno de los principales tratamientos de muchas enfermedades reumáticas como la artritis reumatoide, la artritis crónica juvenil, las artritis reactivas, la espondilitis anquilosante, la gota, el lupus eritematoso sistémico, la artritis psoriásica, bursitis y tenosinovitis (Candia & de Paz, 2014) (Bori et al., 2009).
Figura 2. Estructura molecular de ibuprofeno (A) y diclofenaco (B)
3.2.1.3 Antibióticos
Este grupo de fármacos son desarrollados por microorganismos como las bacterias y hongos que son capaces de inhibir y detener el crecimiento de otros
A B
13
microorganismos (Muñoz et al., 2004). Estos son empleados en el tratamiento de infecciones bacterianas como las producidas por E. coli.
Entre los antibióticos más utilizados se encuentran amoxicilina, sulfametoxazol, eritromicina y trimetoprim.
Entre las familias de los antibióticos más utilizados están las tetraciclinas y glicilciclinas (Goodman & Gilman, 2008).
3.1.1.4 Tetraciclinas y Glicilciclinas
Estos fármacos son efectivos contra algunos microorganismos como Rickettsia, Coxiella burnetti, Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia, Legionella, Ureaplasma, algunas micobacterias atípicas y especies de Plasmodium, que son resistentes a los antimicrobianos activos en la pared celular (Figura 3) (Goodman & Gilman, 2008).
Figura 3. Estructura molecular de Doxiciclina (Tetraciclina)
3.1.1.5 Antidepresivos
Los fármacos psiquiátricos como los ansiolíticos, los sedantes, los hipnóticos y los antidepresivos se encuentran entre las sustancias activas más recetadas en todo el mundo (Moreno et al., 2013); estos intensifican la transmisión serotoninérgica o noradrenérgica (Goodman & Gilman, 2008).
14
Los antidepresivos se clasifican principalmente por su mecanismo de acción (Figura 4), los antidepresivos heterocíclicos son los más eficaces, sin embargo, tienen efectos secundarios más agresivos, por otra parte, los llamados de segunda generación son los más recetados siendo estos los Inhibidores Selectivos de la Recaptación de Serotonina (ISRS) como la fluoxetina, citalopram, sertralina, paroxetina y escitalopram (Goodman & Gilman, 2008).
Figura 4. Clasificación de antidepresivos por su mecanismo de acción (Bened &
Romero, 2005)
Antidepresivos
Antidepresivos heterocíclicos (ATC)
Presentan una elevada eficacia
Sin embargo, presentan muchos efectos secundarios (sedación, sequedad de boca,
estreñimiento, temblores, hipotensión, etc.).
Ejemplos:
imipramina, clomipramina, trimipramina y desipramina, entre otros.
Inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina y/o noradrenalina
Su mecanismo de acción es selectivo, por lo que tiene menos
efectos secundarios
Ejemplos:
• Inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS): fluoxetina,
paroxetina, sertralina, fluvoxamina y citalopram
• Inhibidores selectivos de la recaptación de noradrenalina: reboxetina
• Inhibidores específicos de la recaptación de noradrenalina y serotonina:
venlafaxina
15 3.1.1.6 Anticonceptivos (hormonas)
Las hormonas son sustancias producidas por las glándulas endocrinas, células epiteliales e intersticiales. Además, existen hormonas sintéticas de amplio uso, entre las que se incluyen las píldoras anticonceptivas (Álvarez, 2014).
Son usadas para tratar enfermedades autoinmunes, la diabetes, cáncer o la menopausia en la que se emplea principalmente estrógeno y progestina (Ilhan et al., 2019).
Sin embargo, entre el grupo de las hormonas se encuentran compuestos como el Bisfenol A, el cual forma parte del grupo de compuestos disruptores endocrinos, que proviene de la fabricación de plásticos y resinas. Este compuesto interfiere con la biosíntesis de hormonas, el metabolismo y en las acciones resultantes de estas, provocando una alteración en la homeostasis normal del individuo expuesto.
3.1.1.7 Metilxantina
Las metilxantinas son compuestos nitrogenados de la familia de las purinas que se encuentran presentes en más de 100 variedades de plantas (Torres et al., 2018).
Las metilxantinas actúan como alcaloides por lo que son estimulantes del sistema nervioso central (SNC), ayudando en mejoras de rendimiento y disminuir síntomas de cansancio (Moratalla, 2008).
De esta manera, la cafeína, la teobromina y la teofilina, son los psicoestimulantes más consumidos en el mundo, estas actúan bloqueando receptores de adenosina (Goodman & Gilman, 2008).
3.1.1.8 Antifúngicos
Los fármacos antifúngicos son compuestos utilizados en el tratamiento de las infecciones causadas por hongos (Paredes & Roca, 2002). Son sustancias capaces de producir una alteración tal de las estructuras de una célula fúngica que consiga inhibir su desarrollo, alterando su viabilidad o capacidad de supervivencia, directa o
16
indirectamente, lo que facilita el funcionamiento de los sistemas de defensa del huésped (Díaz & Garcés, 2012). Los antifúngicos pueden clasificarse de acuerdo con su estructura y su acción (Cuadro 4).
Cuadro 4. Clasificación de los antifúngicos por su estructura y acción (Allevato et al., 2007).
Clasificación Fármacos Acción
Polienos Nistatina, natamicina, anfotericina B
Alteran la permeabilidad de la membrana, lo que permite
una pérdida de proteínas, glúcidos y cationes monovalentes y divalentes, causas de la muerte celular
Azoles Imidazol:
miconazol, clotrimazol, ketoconazol.
Triazoles: fluconazol, itraconazol, (ketoconazol).
Triazoles de segunda generación: voriconazol posaconazol
Tienen actividad fungistática por inhibición de la demetilación del lanosterol de la membrana citoplasmática fúngica
Alilaminas Terbinafina, naftifina.
Inhiben a la enzima escualeno epoxidasa y disminuyen la concentración de ergosterol, aumentando los niveles de escualeno.
Lipopéptidos Papulacandinas.
Triterpenos glicosilados.
Actúan inhibiendo la síntesis de glucanos a través de la inactivación de la enzima 1,3-betaglucano sintetasa.
17
3.2 Efectos de los residuos de fármacos como contaminantes
Los fármacos representan un grupo de contaminantes activos, debido a que son diseñados para ser intrínseca y biológicamente activos y potencialmente estables en virtud de los procesos metabólicos y de degradación (Gil et al., 2012). Estos poseen estructuras químicas complejas que pueden alterar el ambiente y el comportamiento de los organismos vivos, por ello llegan a ser tan persistentes y dañinos (Gutiérrez et al., 2018). Por ejemplo, los fármacos del tipo reguladores lipídicos (ácidos clofíbrico, bezafibrato, gemfibrozilo, fenofibrato) y betabloqueantes (atenolol, sotalol, metoprolol, betaxolol) tienen efectos tóxicos individuales bajos, pero producen efectos tóxicos sinérgicos a muy bajas concentraciones (Barboza, 2015). Estos contaminantes pueden producir efectos irreversibles en el medio ambiente y la salud humana. Debido a la alta polaridad, la mayoría de los productos farmacéuticos tienden a ser fácilmente transportados y descargados en los cuerpos de agua como ríos, lagos, agua subterránea o quedar retenidos en los suelos, etc.
(Caviedes & Delgado, 2015)(CVIA, 2021).
3.2.1 Efectos en el ambiente
Se han reportado problemas en organismos acuáticos por la presencia de fármacos en el ambiente como deformidades, problemas de crecimiento de especies y flora, modificación en ciclos naturales, hasta provocar la muerte (Iannacone & Alvariño, 2009). Por ejemplo: se ha demostrado que los analgésicos antiinflamatorios producen estrés oxidativo en las especies acuáticas como la carpa común (Cyprinus carpio) siendo el hígado y branquias los órganos con más daño, además de que en truchas se han detectado problemas en los riñones y branquias (Sebestyén et al., 2018).
Los fármacos con acción liposoluble como las hormonas tienden a acumularse en el tejido graso de las especies, produciendo un efecto de biomagnificación en la cadena alimenticia (Urbina & Solano, 2020).
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También se ha observado que el uso de hormonas se ha asociado con consecuencias genéticas como el desarrollo de características hermafroditas, alterando el ciclo ecológico y reduciendo el número de especies (Gutiérrez et al., 2018).
3.2.2 Efectos en la salud humana
En los cuerpos de agua la pesca es una de las actividades económicas más importantes. Los residuos de fármacos se acumulan en los peces que se destinan para el consumo humano y pueden generar alteraciones en el estado de salud de quienes los consumen, este problema se ha asociado con problemas carcinogénicos y mutagénicos (Castro et al., 2015).
Las hormonas han demostrado rompimiento del ADN y daños oxidativos desencadenados por el 17-ß estradiol, por lo cual se considera que esta hormona tiene efecto genotóxico, por ejemplo, la proliferación de células cancerígenas mamarias. Entre sus posibles efectos adversos destacan la posibilidad de desarrollar cáncer y diabetes, ambos efectos relacionados por acción de la somatotropina (Fajardo et al., 2011).
Otro de los principales problemas que conlleva la contaminación por fármacos es que una vez que los antibióticos y antibacterianos llegan al ambiente, puede promover la resistencia antimicrobiana y antiviral al estar en contacto con microorganismos, modificando su material genético, promoviendo la resistencia microbiana a los fármacos (Guzmán et al., 2019).
3.2.2.1 Resistencia microbiana a fármacos
Los ecosistemas acuáticos son un gran reservorio de microorganismos portadores de genes de resistencia a antibióticos, los cuales podrían crear la resistencia antimicrobiana y antiviral al estar en contacto con los fármacos (Guzmán et al., 2019).
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La resistencia de cepas de gérmenes a antimicrobianos sucede por mutaciones en estas por el uso continuo de los fármacos o la presencia de ellos en el ambiente en el que se encuentra la cepa (Serra, 2017). Las bacterias poseen el mecanismo que les proporciona ventajas para sobrevivir en ambientes fuertemente contaminados.
Los microorganismos al estar en presencia de los fármacos en el ambiente favorecen la transferencia horizontal de elementos genéticos móviles como plásmidos, integrones y transposones que portan genes de resistencia contra distintas familias de antibióticos y por tanto pueden ser seleccionados por el uso de cualquiera de ellos (Camou et al., 2017). Esto no solo produce la transmisión a otras generaciones, sino también a otras especies bacterianas (F. Fernández et al., 2003). Este es un problema que va en aumento y provoca el uso de nuevos productos farmacéuticos, el incremento de los niveles de dosis, la prolongación del tratamiento (estancias hospitalarias) en pacientes enfermos, el incremento de la mortalidad, (Serra, 2017), La resistencia de los gérmenes a los antimicrobianos puede producir efectos adversos en la salud como dolores abdominales, irregularidad intestinal, flatulencias, depresión, alteración de la microbiota intestinal y reducción de poblaciones de bacterias con funciones particulares sobre el metabolismo de nutrientes específicos (Peña et al., 2011).
3.3 Fuentes de contaminación por fármacos
La contaminación por fármacos se da principalmente por las aguas residuales, en las plantas de tratamiento su eliminación depende principalmente de las etapas secundarias y procesos externos (Silva et al., 2013). Para su degradación se emplean tecnologías con altas tasas degradativas como la coagulación y la electrocoagulación, debido a que se rompe la estabilidad coloidal (López et al., 2016).
Los productos farmacéuticos, una vez que llegan al medio ambiente, pueden ser transportados y distribuidos en el agua, aire, suelo o sedimentos dependiendo de factores tales como las propiedades fisicoquímicas del producto y las características del medio receptor (I. Peñate et al., 2009). Por otro lado, los fármacos pueden ser
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degradados por procesos de hidrólisis, fotólisis, por microorganismos o pueden evaporarse debido a su presión de vapor y pueden ser integrados a los ciclos biogeoquímicos. A pesar de su rápida degradación por medios naturales, estos tienen una presencia constante en las aguas residuales a causa de su reposición continua en el ambiente, a esto se le llama pseudo persistencia (Castro et al., 2015).
El Artículo 28 de la Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos obliga a los hospitales y farmacéuticas a tener un control adecuado de los desechos (directa), sin embargo, su incorporación al ambiente se da también por las excreciones de los consumidores donde al consumirse solo una parte del medicamento es metabolizado y aprovechado y la otra parte es excretado ya sea como principio activo o ya metabolizado por las heces y la orina (indirecta) (Sanabria et al., 2019).
3.3.1 Contaminación directa
La contaminación directa se da cuando el medicamento sin haber sufrido cambios relevantes llega al medio ambiente contaminando. Esto se debe al mal control de la gestión, producción y reciclaje de los fármacos, tratamiento inadecuado de los residuos o al no haber sido reciclados adecuadamente, por ejemplo, en los hogares al deshacerse de ellos a través de los lavabos, váteres o basura (Dohle et al., 2013),. Zuñiga et al., (2016) reporta que el 50% de los fármacos caducos son desechados de manera inadecuada. Por ejemplo: En el 2019 en Tuxpan, Veracruz se aplicaron encuestas acerca del manejo de fármacos. En este trabajo se obtuvo conocimiento del inadecuado almacenamiento y desecho de fármacos, los cuales se eliminan junto con el residuo domiciliario o drenaje (Sanabria et al., 2019).
3.3.2 Contaminación Indirecta
La manera indirecta se refiere a cuando el fármaco es consumido y una vez metabolizado y hecho su efecto en el organismo, será expulsado a través de las excreciones (Perez, 2017). Del 50 al 90% de los fármacos son expulsados del
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cuerpo por medio de la orina llegando directamente a las descargas de aguas residuales. Se estima que el 48% de los fármacos son consumidos por las personas y el resto es para uso veterinario; de los cuales el 46% son liberados a las aguas residuales y el resto a la tierra a través de los residuos sólidos urbanos, persistiendo en el ambiente (Huerta et al., 2016) (Meléndez et al., 2020).
Una vez que estos compuestos llegan al ambiente son arrastrados por medio de las corrientes, lixiviaciones y escurrimientos hacia cuerpos de agua como los ríos, mares, lagos, aguas subterráneas, entre otras.
3.4 Lago de Chapala
El lago de Chapala se localiza en los estados de Jalisco y Michoacán, es el lago más grande de México y el tercero en América latina. Es considerado un lago somero debido a que oscila entre 6 a 11 m de profundidad (Pedroza & Catalán, 2017). Pertenece a la cuenca Lerma-Chapala, considerada una de las regiones económicas y sociales más importantes del país (Caire, 2005).
El Humedal del lago de Chapala brinda diversos servicios ecosistémicos al ambiente al ser un regulador de temperatura, precipitaciones y contar con una gran diversidad de especies. Además de sustentar la alimentación, el refugio y la cría de grupos de aves silvestres entre las que se encuentran grupos de aves migratorias. Asimismo, abastece de manera directa o complementaria la zona metropolitana de Guadalajara y a las comunidades cercanas al lago. Es fuente de ingreso de la población de la ribera al ser un sitio adecuado para la pesca, agricultura, ganadería, comercio y turismo (Rivera, 2013) (Ramsar, 2011).
Sin embargo, existe un hueco legal en la protección del lago de Chapala, debido a que es el destino final del recorrido de aguas residuales de origen industrial y descargas de plantas termoeléctricas, petroquímicas, de fertilizantes, empacadoras de frutas, granjas avícolas y porcícolas e industrias curtidoras, desechos agrícolas y residuales (González et al., 2018). Por ello el lago corre el riesgo de desaparecer, por la falta de sensibilidad en el mal uso comercial que se le da al mismo lago y al
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río Lerma, esto privilegiado por las políticas del agua, y la falta de coordinación por parte de los gobiernos involucrados (Peniche & González, 2020).
3.4.1 Pesca
La pesca es una de las actividades económicas más importantes de la ribera del lago, en la que se recolectan especies entre las que destacan peces endémicos como el charal (Chirostoma spp.) y especies introducidas como la tilapia (Oreochromis sp.) y la carpa (Cyprinus carpio) (Cuadro 5), siendo estas especies de las más pescadas en la región (Pedroza & Catalán, 2017).
Cuadro 5. Especies económicas más importantes del lago de Chapala Especie Características
Chirostoma spp. El charal (Chirostoma spp) (Figura 5) pertenece a la familia de las Atherinopsidae (Mercado et al., 2015). Son peces pequeños (de 6 a 12 cm), delgados y comprimidos. Al inicio de su desarrollo se alimentan de zooplancton, protozoos, larvas, etc. y al llegar a su etapa madura se alimentan de otros organismos más grandes y se categorizan como zooplanctófagos (carnívoros primarios) (Hernandez et al., 2018).
Chirostoma es un pescado nativo de México, localizado en las aguas templadas de la meseta central mexicana; al cual pertenecen 18 especies y seis subespecies (Alarcón et al., 2017); el Lago de Chapala alberga ocho de estas especies (Mercado et al., 2015). Son de gran importancia económica, debido a que han sido consumidos desde épocas prehispánicas, es parte de una gran variedad de botanas y comidas mexicanas (Fernández et al., 2008).
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Figura 5. Charal (Chirostoma spp)
Oreochromis aureus
La tilapia (Oreochromis aureus) (Figura 6) pertenece a la familia Cichlidae. Son peces con hábitos herbívoros, se alimentan de pequeños invertebrados o son piscívoros, en etapa adulta alcanzan dimensiones de hasta 39 cm (Anyuan et al., 2011).
Originarias de África, sin embargo, por su gran importancia económica y comercial es el pez más cultivado después de la carpa (Ndong & Fall, 2011). Estas han sido introducidas en muchos cuerpos de agua dulce tropical y subtropicales alrededor del mundo (Semra, et al., 2013), además de que alcanzan madurez sexual en solo unos meses (Anyuan et al., 2011) (Lee et al., 2004).
Figura 6. Tilapia (Oreochromis aureus)
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Cyprinus carpio La carpa común (Cyprinus carpio) (Figura 7) pertenece a la familia de los ciprínidos, los cuales son considerados el grupo de peces más grandes que habitan en agua dulce (ríos, lagos, estanques) (Rahman, 2015).
Cyprinus carpio es omnívoro, se alimenta principalmente de larvas de insectos, moluscos, vegetales, crustáceos y zooplancton que busca en el fondo del cuerpo de agua (Peng et al., 2014). En etapa adulta miden de (40 – 80 cm), sus escamas son largas y finas (CONABIO, 2012).
Esta es originaria de Europa oriental y Asia central. Sin embargo, es de las especies más introducidas del mundo, debido a que es altamente adaptable a condiciones de salinidad, pH, temperaturas, etc. y tiene un alto valor económico (Rahman, 2015).
Figura 7. Carpa (Cyprinus carpio)
25 IV. Antecedentes
Desde 1990, el estudio de los residuos de fármacos en el ambiente se ha convertido en una línea de investigación de gran interés, debido a que se ha encontrado su presencia en ecosistemas acuáticos y terrestres y en el agua potable (Moreno et al., 2013). En el año 2019 en Tuxpan, Veracruz se aplicaron encuestas acerca del manejo de fármacos. En este trabajo se obtuvo conocimiento del inadecuado almacenamiento y desecho de fármacos, los cuales se eliminan junto con el residuo domiciliario o drenaje (Sanabria et al., 2019). Estos resultados dan a conocer que el mal manejo de estos compuestos produce importantes impactos ambientales de los grupos farmacológicos en el vertedero municipal, donde los fármacos continúan su ciclo ecotóxico a través de la cadena trófica.
Un estudio importante con respecto a la presencia de estos compuestos en el que se cuantificó la presencia de antibacterianos y antiparasitarios residuales fue desarrollado en Chile en el año 2006. Este estudio se realizó en muestras de carne de peces silvestres de consumo humano capturados alrededor de un recinto de acuicultura. En este trabajo se encontró que la carne del robalo (Scorpaena hystrio), cabrilla (Elginops maclovinus) y truchas (Oncorhynchus mykiss), contenían residuos de tetraciclina y quinolona (Fortt et al., 2007). Estos compuestos presentes en las especies acuáticas pueden ser consumidos por la comunidad y representan una alerta para la salud humana, animal y del medio ambiente. Adicionalmente en estudios de especies acuáticas se realizó un estudio de la brema (Abramis brama y Rutilus rutilus) capturados en estado silvestre corriente abajo de una planta de tratamiento de aguas negras en los ríos y lagos de Irlanda, Reino Unido, Europa y Rusia, donde se ha encontrado la presencia de desinflamatorios en la bilis de los pescados (Cuadro 6).
Con respecto a otras especies, Contreras (2016) menciona el problema que existe con las poblaciones endémicas de buitres orientales de dorso blanco (Gyps bengalensis), pico delgado (Gyps tenuirostris) y pico largo (Gyps indicus) del sur de Asia. Esto ha producido un desequilibrio ecológico, ya que los buitres consumen carne de animales (vacas, puercos, borregos) tratados con diclofenaco y este
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produce daño renal y envenenamiento. Esto provoca que los perros salvajes y leopardos ataquen con mayor frecuencia en la zona.
Montagner et al., (2017) realizaron un trabajo en Brasil en el que se estudió la presencia de contaminantes, donde se recopiló una serie de trabajos realizados en diferentes matrices ambientales en las cuales se encontraron contaminantes emergentes como la cafeína en aguas superficiales (0.29-753500 ng/L) y hormonas en aguas negras (0.56-3180 ng/L), aguas tratadas (0.09-2080 ng/L) y en aguas superficiales (0.31-1130 ng/L) (Cuadro 6).
Otro trabajo realizado por (Carrasco Reinoso et al., 2017) reporta la presencia de residuos de fármacos en muestras de agua recolectadas desde el sistema de suministro EPAL (Empresa Portuguesa das Águas Livres S.A.). Se encontraron carbamazepina, atenolol, sulfadiazina, sulfametazina, sulfapiridina, sulfametoxazol, paracetamol, cafeína y eritromicina. También en Inglaterra y Francia, los compuestos más frecuentemente detectados son desetil atrazina (20% de las muestras), atrazina (12,5%), atrazina diisopropyl (9.6%), cafeína (8.7%), clorodibromometano, 2, 6-dichlorobenzamide, carbamazepina y BPA (3,5%).
En México también se ha encontrado la presencia de estos compuestos: en Tapachula, Chiapas, en el año del 2014 se evaluó y cuantificó la presencia de tres antiinflamatorios (naproxeno, ketoprofeno e ibuprofeno) presentes en los ríos principales (Coatán y Texcuyuapan) y de un arroyo urbano (Coatancito). En este trabajo se encontró la presencia de estos compuestos en la mayoría de las muestras. Esta contaminación se asocia a las descargas residuales (Cruz et al., 2014).
La presencia de residuos farmacéuticos produce afectaciones en el medio ambiente y la salud humana, además de desequilibrios ecológicos debido a la reducción y pérdida de especies. En algunos países, principalmente en Europa, Estados Unidos y Canadá, han tomado medidas que conduzcan a la disminución de la contaminación ambiental con los productos farmacéuticos y, así, disminuir sus efectos nocivos (Moreno et al., 2013). A pesar de que existe un problema ambiental notable por la presencia de estos residuos no hay un control adecuado para la
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eliminación correcta de medicamentos domésticos no utilizados o vencidos y las descargas residuales en cuerpos de agua.
En el Cuadro 6 se muestran diversos trabajos en diversos lugares, en los que se ha encontrado la presencia de residuos de fármacos utilizando como método de detección cromatografía de gases acoplado a un espectrómetro de masas (GC-MS) y cromatografía líquida de alta eficacia. (HPLC).
Cuadro 6. Concentración de residuos de fármacos en distintas fuentes de agua.
Sitio Contaminante Concentración Método Referencia
Cochamó , Chile
Tetraciclina Quinolonas
(100-200 ppb) CP
(500- 600 ppb) HPLC (Fortt et al., 2007)
Brasil
Fármacos (0,50 – 30421 ng/L) AS
(18,52 ng/L) AP
GC-MS LC-MS/MS
(Montagner et al., 2017) Cafeína (0.4 - 3.8
ng/L) AS
(0.1 - 5.1 ng/L) AP
Hormonas (0,31 – 11130 ng/L) AS
(1,0 – 340 ng/L)
AP Corea del
Sur
Farmacéutico Hormonas Antimicrobiano
(3,8-407 ng/L) AS (2,2–36 ng/L) (1,3–32 ng/L)
LC-MS / MS
(Kim et al., 2007)
Suiza
Ácido clofíbrico (369 ng/L) AR
GC-MS
(Tauxe- Wuersch et al., 2005) Diclofenaco (2940 ng/L) AR
Ibuprofeno (4620 ng/L) AR
España
Ibuprofeno 5.72 µg/L AS
GC-MS (Camacho
et al., 2012) Ácido clofíbrico 0.05 µg/L AS
Gemfibrozilo 1.64 µg/L AS
Chiapas, México
Naproxeno Ketoprofeno
Diclofenaco
(3.97-31.30 ng/L)AS (75.84-17.83 ng/L)AS
(5.87-11.68 ng/L)AS
GC-MS (Cruz et al., 2014)
28 CDMX,
México
Ibuprofeno Triclosán β-estradiol
(0.5-13.9 μg/L)AS Nd
Nd
GC-MS (Hernández et al., 2019)
CP (carne de peces); AS (Agua superficial); AP (Agua potable); AR (Agua residual);
GC-MS (GC-MS/MS) = Cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas secuencia); GC-MS (Cromatografía de gases acoplado a um espectrômetro de masas);
HPLC (cromatografía líquida de alta eficacia)
29 V. Justificación
En México, el 43% de las descargas de aguas residuales no cuentan con un tratamiento previo antes de ser expulsadas al ambiente (UNAM, 2018), además de no contar con un régimen de control que garantice la medición de estas. Estudios alrededor del mundo han demostrado que el ambiente ha sido afectado por la incorporación de residuos químicos en los ecosistemas por medio de las descargas residuales, los residuos sólidos urbanos, residuos industriales, etc., afectando a la flora, la fauna y la salud pública de la población.
Estas descargas acarrean un sin fin de contaminantes entre los que se encuentran los fármacos. Este grupo de contaminantes ha sido poco estudiado y no cuenta con una regulación. Sin embargo, se ha encontrado su presencia en aguas superficiales, residuales, subterráneas y lo que es más preocupante en especies destinadas para el consumo humano como son los peces, incorporando estos contaminantes a la cadena alimenticia provocando impactos negativos inclusive en el ser humano. Por tal motivo la investigación de contaminación por residuos de fármacos es un tema de importancia para la comunidad científica y la población en general
Es por ello por lo que este trabajo está encaminado a realizar un estudio de detección de residuos de fármacos en el agua, el sedimento y los peces más comerciales del lago de Chapala, debido a que constituyen un excelente medio integrador de la contaminación existente en el ecosistema. Esto podría ser el primer paso para su posterior remediación.
30 VI. Hipótesis
Las múltiples descargas que desembocan en el lago de Chapala acarrean residuos de fármacos, los cuales pueden causar daños al ecosistema y a la salud pública de la población ribereña.
VII. Objetivos
7.1 Objetivo General
Determinar la contaminación por residuos de fármacos en sedimentos, agua y peces del lago de Chapala, México.
7.2 Objetivos Específicos
● Evaluar los niveles de contaminación por residuos de fármacos en sedimentos, agua y peces del lago de Chapala, México.
● Analizar las interacciones de las matrices evaluadas en función de los niveles de contaminación por residuos de fármacos
31 VIII. Metodología
8.1 Diagrama metodológico general
Figura 8.- Diagrama general de metodología
8.2 Sitio de estudio
El lago de Chapala se encuentra ubicado en 20°19'48" N; 103°25' 34" O, a una altura de 1520 msnm. Este se encuentra en la meseta central de México entre los estados de Jalisco y Michoacán (Figura 9). Es el lago más grande en México y el tercero en América latina (Pedroza & Catalán, 2017).
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Su clima es templado con lluvias en verano, en promedio la precipitación en el área es de 750 mm, y una evaporación aproximada en la superficie del lago que va de 1 000 a 1 400 mm por año, y temperaturas que varían de 10.4 a 25.4 °C (González et al., 2018) La superficie media del lago es de 1.112 km2, con una profundidad máxima de 11 metros y una media de 4.5 metros (Mora et al., 2011).
Figura 9. Localización del lago de Chapala
8.3 Reactivos
Se utilizaron estándares externos de fármacos marca Restek, Pharmaceuticals Mix#1 con Acetaminofén (99%), Trimetoprim (99%), Ciprofloxacin HCL (90%), Cafeína (99%), Sulfametoxazol (99%), Fluoxetina (89%), Eritromicina (99%), Carbamazepina (99%); Pharmaceuticals Mix #2, Triclosán (99%), Naproxeno (99%), Gemfibrozil (99%), Ibuprofeno (99%) y Pharmaceuticals and steroids mixed, Bisfenol A (99%), Etinilestradiol (99%), 17-beta etilestradiol (99%), Estrona (99%), Diclofenaco de sodio (92%), Pirimidona (99%), Testosterona (99%), Progesterona (99%), 4-tert-octilfenol (99%) y Nonilfenol (99%).
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Para el análisis cualitativo se utilizó un estándar de n-alcanos marca Restek. Se utilizó diclorometano (99%, HPLC) para las extracciones de las muestras.
8.4 Muestreo de sitios (sedimento y agua)
El lago de Chapala se dividió en siete zonas, con seis puntos de muestreo por cada una de ellas (Figura 10), es decir, se recolectaron un total de 42 muestras por muestreo. Se realizaron dos muestreos, octubre del 2018 y mayo del 2019, con la intención de tener muestras representativas una en tiempo de lluvia y una en tiempo de secas.
Figura 10. Distribución geográfica de los sitios de muestreo en el lago de Chapala, por zonas.
8.5 Agua
Se realizó el muestreo con base a la NMX-AA-121/1-SCFI-2008, se tomó medio litro de agua en cada punto de muestreo y se almacenó en frascos de vidrio color ámbar.
Las muestras fueron conservadas en una hielera hasta su llegada al cuarto frío en el que se mantuvieron en refrigeración.
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Se tomaron parámetros fisicoquímicos (temperatura, pH, PSI, DO, SPC, C, TDS, SAL, NO3) in situ con ayuda de un multiparamétrico portátil (YSI, 6050020 Pro-20).
Se determinaron sus variables fisicoquímicas (Cuadro 7) en el laboratorio.
Cuadro 7. Variables fisicoquímicas medidas en el agua del lago de Chapala
Variable Fundamento Referencia
Carbonatos y Bicarbonatos
Diferencias de alcalinidad
(NMX-AA-036-SCFI-2001) (ASTM, 1995)
Conductividad eléctrica Método electrométrico (APHA-AWWA-WEF, 2005) pH Método electrométrico (APHA-AWWA-WEF, 2005) Cloruros. Argentométrico (NMX-AA-073-SCFI-2001) Carbono orgánico Oxidación (Sánchez et al., 1996) Carbono inorgánico APHA Titulación por
colorimetría
(APHA AWWA WPCF, 1989)
Dureza Titulación por EDTA (NMX-AA-072-SCFI-2001, 2001)
Sólidos suspendidos totales
Medición cuantitativa de los sólidos suspendidos
y materia orgánica
(NMX-AA-034-SCIFI-2015, 2015)
Sulfatos Colorimetría (APHA-AWWA-WEF, 2005)
Boro Azometina-H (NOM-021-RECNAT-2000,
2002)
Fósforo Ácido ascórbico (NMX-AA-029-SCFI-2001)
Se realizó la extracción de cada una de las muestras de agua por triplicado en sistema de sonicación y decantación, utilizando diclorometano como solvente, en el cual se realizó un lavado de la muestra por triplicado. Posteriormente se realizó un proceso de purificación de las extracciones basado en el método SOP-9720 empleado por Borai et al., (2016) para eliminar humedad e impurezas por cromatografía en columna con silica y alúmina (2; 1), para finalmente extraer el
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exceso de solvente de las extracciones de las muestras en un rotavapor R-11, BUCHI, EE. UU. hasta 1.8 ml.
8.6 Sedimento
Se realizó el muestreo con base a la NMX-AA-112-1995-SCFI, utilizando una draga.
En cada sitio de muestreo se tomó medio kg de sedimento del lago y se almacenaron en frascos de vidrio color ámbar. Las muestras de sedimento fueron conservadas en una hielera hasta su llegada al cuarto frío en el que se mantuvieron en refrigeración.
Para el acondicionamiento de la muestra, se realizó un secado en liofilizadora (Labconco FreeZone 2.5 plus) por 48 horas. Posteriormente se realizó la medición de sus variables fisicoquímicas (Cuadro 8):
Cuadro 8. Variables fisicoquímicas medidas en el sedimento del lago de Chapala
Variable Método Fundamento Referencia
pH AS-02 Método electrométrico (NOM-021-
RECNAT-2000) Conductividad
eléctrica AS-02 Método electrométrico (NOM-021- RECNAT-2000) Materia Orgánica AS-07 Walkley y Black (NOM-021-
RECNAT-2000) Carbono Orgánico AS-07 Walkley y Black (NOM-021-
RECNAT-2000) Carbono
inorgánico
APHA AWWA WPCF 1989.
Titulación por colorimetría
(APHA AWWA WPCF, 1989) Nitrógeno total AS-25 Procedimiento por
digestión ácida
(NOM-021- RECNAT-2000)
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Se realizó la extracción de cada una de las muestras de sedimento por triplicado en sistema de Extractor Soxhlet durante 6 horas, utilizando diclorometano como solvente basado en el método de Cruz (2013), Posteriormente se realizó un proceso de purificación de las extracciones basado en el método SOP-9720 empleado por Borai et al., (2016) para eliminar humedad e impurezas por cromatografía en columna con sílica y alúmina (2; 1), para finalmente extraer el exceso de solvente de las extracciones de las muestras en un rotavapor R-11, BUCHI, EE UU hasta 1.8 ml.
8.7 Peces
Fueron recolectadas tres especies de peces: charal (Chirostoma spp.), carpa común (Cyprinus carpio) y tilapia (Oreochromis aureus). Los sitios de pesca fueron ubicados con referencias de los pescadores locales.
Fueron recolectadas tres muestras de cada especie de pescados dando un total de nueve muestras por sitio, con cinco sitios de pesca Tuxcueca (103° 22' 30'' N; 103º 22' 30'' O), Petatán (15° 37′ 16″ N, 91° 43′ 51″ O), Ajijic (20° 17′ 58″ N, 103° 15′ 29″
O), Mezcala (20° 17' 28.39" N; 103° 1' 27.08" O) y Chapala (20° 18′ 19″ N, 103° 11′
05″ O) para un total de 45 muestras de peces por muestreo.
Las muestras fueron transportadas al laboratorio, conservándose en una hielera a 4 °C, una vez en el laboratorio se midieron las características morfológicas (peso, largo, y ancho) de los pescados y posteriormente pasaron por un proceso de trituración y liofilización (Labconco FreeZone 2.5 plus) por 72 horas. Una vez secas las muestras de pescados se analizaron sus características bromatológicas (aceites, cenizas, proteínas, humedad y fibra) por espectroscopia de infrarrojo (NIR) (Spectrostar Xl, Unity, EE. UU.), basado en el método de harina de pescado.
Posteriormente se realizó la extracción de cada una de las muestras en sistema de Extractor Soxhlet durante 6 horas, utilizando diclorometano como solvente basado en el método de Cruz (2013). Posteriormente se realizó un proceso de purificación de las extracciones basado en el método SOP-9720 empleado por Borai et al., (2016) para eliminar humedad e impurezas por cromatografía en columna con sílica
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y alúmina (2; 1), para finalmente extraer el exceso de solvente de las extracciones de las muestras en un rotavapor R-11, BUCHI, EE. UU. hasta 1.8 ml.
8.8 Análisis de residuos farmacéuticos por Espectrometría de masas por cromatografía de gases (GC / MS)
Se utilizó un cromatógrafo de gases Clarus 680, Perkin-Elmer Inc., Massachusetts, USA, acoplado a un espectrómetro de masas Clarus SQ8T, Perkin-Elmer Inc., Massachusetts, USA. Se utilizaron dos columnas capilares específicas para residuos; ZB-MultiResidue-1 (Phenomenex Zebron™ ZB-MultiResidue™-1, EE UU) y ZB-MultiResidue-2 (Phenomenex Zebron™ ZB-MultiResidue™-2, EE UU). Las condiciones de corrida para el GC-MS fueron por inyección automuestreador, la temperatura de inyección fue de 250 °C, utilizando el gas helio como fase móvil, con un flujo constante de 1 ml/min, la temperatura del horno fue de 120 °C por 0.5 min hasta 210 °C 30 °C/min por 300 °C 6 °C/min por 5 min. La temperatura de la línea de entrada del GC fue de 250 °C, la temperatura de la fuente de ionización fue de 250 °C, el rango de análisis de escaneo fue de 30-400 m/z, el tiempo de escaneo fue de 0.3 s, retardo de escaneo 0.5 s, retardo para solvente 5 min.
8.9 Identificación y cuantificación de residuos de fármacos
Los residuos de fármacos se detectaron por el método de monitoreo de un solo ion (SIM), se identificaron comparando los tiempos de retención obtenidos de los estándares externos Pharmaceuticals Mix #1, Pharmaceuticals Mix #2 y Pharmaceuticals and steroids mixed y se enfrentaron los espectros de masas de los picos encontrados con los espectros de masas de la biblioteca de la base de datos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST / EPA / NIH Mass Spectral Library versión 2.2.2014).
Posteriormente se verificaron los analitos calculando y comparando el índice de Kovats con base a mezclas de estándares de series de carbono (n-alcanos), el cual se realizó con ayuda del programa TurboMass, versión 6.1.0.1963, Copyright Ò 2001-2012 Perkinelmer, Inc.
38 8.10 Análisis de resultados
8.10.1 Análisis Cualitativo
Se realizó una búsqueda por método selectivo de iones (SIM) con base a estándares auténticos, tomándose como referencia los tres iones característicos de cada analito.
Se realizó la comparación de coincidencia de los espectros de masas con la biblioteca de (The NIST Mass Spectral Search Program for the NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library versión 2.2. 2014.) con una certidumbre de coincidencia superior a 95%.
El análisis cualitativo se verificó calculando y comparando el índice de Kovats con base a mezclas de estándares de series de carbono, el cual se realizó con ayuda del programa TurboMass, versión 6.1.0.1963, Copyright Ò 2001-2012 PerkinElmer, Inc.
8.10.2 Análisis cuantitativos.
Se realizaron análisis cuantitativos por medio de estándares auténticos (cuadro 9), para la detección de los analitos de interés se utilizó el modo de monitoreo de un sólo ion (SIM, por sus siglas en inglés) y los tiempos de retención de los analitos de interés. Este método consiste en la búsqueda selectiva del CG-EM de las masas características de los analitos presentes en la muestra y así evitar interferencia de otros compuestos. Esto acrecienta la certidumbre analítica (Hernández et al., 2019) Se realizaron curvas estándar de concentración sobre el área bajo la curva de concentración por iones con un r2 de 0.95.
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Cuadro 9.- Estándares auténticos de fármacos con sus respectivos iones específicos.
No. Compuesto CAS# Ion 1 Ion 2 Ion 3 Ion 4 Anticonceptivo
1 Nonilfenol 84852-15-3 107 220 108 -
2 4-tert-Octylfenol 140-66-9 135 136 107 206
3 Bisfenol A 80-05-7 213 228 119 -
4 Estrona 53-16-7 145 269 270 -
5 17-beta-estradiol 50-28-2 272 160 146 -
6 Testosterona 58-22-0 124 288 246 -
7 Etinilestradiol 57-63-6 213 296 160 -
8 Progesterona 57-83-0 314 124 43 -
Antiinflamatorio
9 Ibuprofeno 15687-27-1 161 163 91 206
10 Acetaminofén 103-90-2 109 151 43 -
11 Naproxeno 22204-53-1 185 230 186 -
12 Diclofenaco sódico 15307-79-6 295 278 250 277 Antidepresivo
13 Fluoxetina 56296-78-7 44 104 42 310
14 Carbamazepina 298-46-4 193 192 236 -
Metilxantina
15 Cafeína 58-08-2 194 109 55 -
Fibratos
16 Gemfibrozilo 25812-30-0 122 107 123 250
Antifúngico
17 Triclosán 3380-34-5 290 288 218 -
Antibiótico
18 Sulfametoxazol 723-46-6 253 108 156 92
19 Trimetoprim 738-70-5 290 259 275 -
Anticonvulsivo