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Publicação
Pharmaceuticals in coastal waters : screening and environmental risk assessment
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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| 1.75 MB | Adobe PDF |
Autores
Resumo(s)
Estuários, tal como outras regiões marinhas biologicamente e economicamente
importantes, estão mundialmente sob grandes pressões antropogénicas. Entre as principais
pressões está a poluição da água, através de múltiplas fontes, incluindo a indústria, a dispersão de
águas agrícolas ou urbanas, a aquicultura, a pecuária ou a descarga de estações de tratamento de
águas residuais. Estas descargas são o principal ponto de entrada para uma vasta gama de
poluentes, incluindo nutrientes, compostos orgânicos e outros contaminantes químicos
emergentes. Apesar de se estar a introduzir uma quantidade relativamente baixa por composto
(ca. ng/L), a descarga contínua pode levar a concentrações crescentes dos mesmos originando por
sua vez efeitos desconhecidos a longo prazo. Apesar dos fármacos serem principalmente
concebidos para uso humano ou veterinário – através de vias metabólicas conhecidas e em doses
baixas –, espécies não-alvo com elevado número de vias metabólicas evolutivamente conservadas
podem sofrer efeitos desconhecidos ou imprevistos. Dado que o fitoplâncton é uma das principais
fontes de energia primária para a maioria dos ecossistemas aquáticos e é sensível a poluentes,
estes organismos, e em particular a diatomácea Phaeodactylum tricornutum, têm sido objeto de
vários estudos ecotoxicológicos. A sensibilidade da espécie às alterações físicas e químicas torna-
-a um excelente bioindicador para avaliar a qualidade da água. A imobilização de células de P.
tricornutum em esferas de alginato foi escolhida como uma abordagem potencialmente valiosa
para a monitorização ambiental, dada a sua relação custo-eficácia na deteção de poluentes. Já a
capacidade desta abordagem para detetar fármacos em concentrações ambientais ainda não foi
avaliada. Dado que a fotoquímica celular sofre alterações rápidas sob stresse, métodos óticos
podem ser usados para detetar as mesmas, permitindo medições diárias in situ e, portanto,
reduzindo a carga de trabalho laboratorial necessária para a obtenção de dados. O principal
objetivo deste projeto foi avaliar a eficácia de células imobilizadas de P. tricornutum como
biomonitores de contaminação de água em amostras ambientais através da aplicação de medidas
bio-óticas não invasivas sobre os principais parâmetros fotofisiológicos e compará-los com a
pressão antropogénica que contaminantes clássicos (metais) e emergentes (fármacos) exercem.
Foram selecionados seis pontos de amostragem, abrangendo quatro estuários ao longo da
costa Portuguesa (Douro, Tejo, Sado, Mira), juntamente com um local costeiro adjacente ao
estuário do Tejo (Cabo Raso). O “Polution Load index” (PLI) foi usado como modelo matemático
para resumir as concentrações de metais. O potencial risco ecológico das amostras de água foi
analisado através do quociente de risco (RQ), utilizando as concentrações ambientais medidas
(MEC) e as concentrações sem efeito previsto (PNEC). A avaliação da toxicidade de fármacos
em mistura foi baseada na metodologia proposta por Backhaus e Faust, 2012 onde os quocientes
de risco (RQ) são obtidos através do ratio entre concentrações detetadas e a concentração máxima
sem efeitos previstos. Por sua vez a utilização de dados relativos à toxicidade de cada composto
consiste na soma dos quocientes de risco (RQ) para fármacos com base na concentração mais
baixa capaz de induzir efeitos tóxicos. A análise de componentes principais (PCA) foi aplicada
aos dados de caracterização química ambiental das águas recolhidas, para avaliar padrões de
contaminação espacial e visualizar possíveis relações entre contaminantes. A análise canônica de
coordenadas principais (CAP), foi realizada a partir dos dados fotobiológicos e utilizada para
identificar dissimilaridades entre parâmetros fisiológicos e determinar o ponto temporal com
maior separação de grupos para caracterizar o modelo fotobiológico e avaliar as respostas. Os
testes Kruskal-Wallis foram utilizados para determinar diferenças significativas entre variáveis
bióticas e abióticas e os coeficientes de correlação de Spearman para determinar possíveis correlações entre variáveis fisiológicas e concentrações ambientais. A presença de poluentes
emergentes foi observada em todas as 44 amostras, e dos 69 compostos testados, foram detetados
23. Dois grupos terapêuticos tiveram frequência de deteção acima de 95%: β-bloqueadores e
antibióticos. Os antibióticos foram o grupo terapêutico com a maior variedade de compostos
detetados, sendo que a maioria em concentrações relativamente baixas (<8 ng/L). Os
antihipertensivos, β-bloqueadores e os antidepressivos foram as classes com maiores
concentrações em todas as amostras. As amostras do estuário do Tejo (Tj1 e Tj2) foram as
amostras com concentrações medianas de fármacos mais elevadas (1898,88 ng/L e 1198,2 ng/L,
respetivamente). Quatro compostos – Bisoprolol, Irbesartan, Losartan e Venlafaxina – foram
detetados em níveis consideravelmente superiores aos relatados em 2021.
As concentrações de metais detetadas foram baixas (<0,55 mg/L) e foi obtido um PLI =
0 para todas as amostras. Os dois primeiros componentes da PCA explicaram 62.6% da variação
nos dados ambientais (metais e fármacos). Dos 23 fármacos detetados tres antidepressivos e dois
antihipertensivos, foram categorizados como risco moderado, sete compostos foram classificados
como baixo risco e onze indicam nenhum risco ambiental. Avaliando por pontos de amostragem,
apenas os pontos dentro do tejo (Tj1 e Tj2) atingiram a categoria de elevado risco ecológico
requerendo implementação de medidas de regulação.
Os RQ obtidos diferem de outros estudos que consideram concentrações em toda a
Europa. Diclofenac, Carbamazepin e Venlafaxina são considerados compostos de alto risco na
Europa, no entanto as concentrações detetadas pertencem a uma faixa inferior (risco moderado a
baixo).As curvas de Kautsky obtidas da exposição das diatomáceas demonstram decréscimo em
certas fases durante o período de incubação. A análise CAP determinou que às 24h de exposição
das amostras foi obtida a eficiência de classificação máxima de 91,1%. Os parâmetros
fotofisiológicos derivados dos testes de fluorescência de clorofila (OJIP) realizados nas
diatomaceas apresentaram variações distintas e únicas entre as diatomaceas expostas às diferentes
amostras. Existem algumas correlações entre os fármacos e as características fotoquímicas das
diatomáceas, sendo que a maioria, fluxo de energia de transporte relativo e absoluto (ET/RC e
ET/(%)), o índice estrutural e funcional (SFI), e o índice de desempenho (PI) estão negativamente
correlacionadas com o aumento da concentração de fármacos. O índice estrutural e funcional para
as reações não fotoquímicas (SFI(NPQ)) é o único que está positivamente correlacionado. Apenas
os metais, chumbo e titânio tiveram alguma correlação com a fotofisiologia.
Embora as amostras recolhidas no estuário do Tejo (Tj1 e Tj2) demonstrem níveis de
poluição semelhantes com um RQ superior a 1, estas apresentam características fotoquímicas
significativamente diferentes entre si. Uma vez que é difícil identificar qual o composto ou
combinação dos mesmos que é responsável por uma determinada resposta metabólica é
importante realçar que estes poluentes exercem claros sinais de stresse às diatomaceas, tal como
fariam em condições ambientais reais.
Os resultados evidenciam que é possível realizar uma análise diária custo-efetiva contínua
recorrendo a esta metodologia. Para manter um ecossistema estuarino ou costeiro estável e
biodiverso, monitorizar e compreender o efeito que poluentes tais como fármacos ou metais
podem ter na fauna e flora é fundamental. A desestabilização das populações de fitoplâncton
através da contaminação da água pode ter efeitos em cascata em toda a rede trófica. Além disso,
a biomagnificação de fármacos ou de metabólitos pode afetar negativamente a biodiversidade
local. A sustentabilidade a longo prazo está intrinsecamente relacionada com a qualidade da água
pelo que a sua monitorização é crucial para a deteção de novas tendências de poluição. Só acompanhando a qualidade da água será possível a rápida implementação de medidas ambientais
adequadas, por forma a garantir a capacidade natural do habitat.
Coastal ecosystems are highly productive and anthropogenically degraded habitats. Compounds like pharmaceuticals or trace metals can be found at high frequencies in estuarine waters and their effects on the ecosystem are not fully understood. Pollution-sensitive phytoplankton, like the diatom Phaeodactylum tricornutum, are essential for ecosystem functioning and have been used in multiple ecotoxicological assessments. Immobilization of P. tricornutum in alginic spheres has been used in environmental monitoring due to their efficacy in pollutant detection and cost-effectiveness. Testing the novel combination of non-invasive biooptical techniques and the immobilization technique in lab settings may prove useful for daily in situ monitoring. Additionally, a creation of a pharmaceutical risk matrix focused on marine algae was created. There was a 100% detection rate for pharmaceuticals in all water samples, with βblockers and antibiotics being detected most frequently. Antidepressants, β-blockers and antihypertensives exhibited the highest concentrations. β-blockers, antidepressants, antihypertensive and antibiotics reached moderate risk. Tejo estuary exhibited the highest pharmaceutical concentrations. Immobilized P. tricornutum revealed significant photophysiological discrepancies regarding the Performance Index between water samples. Most correlation coefficients indicated a negative association between pharmaceutical concentrations and photochemical traits, except for Structural and Functional Index of the Non-Photochemical Reactions. Only lead and titanium exhibited significant photo-physiological correlations however, the Pollution Load Index was 0 in all samples. Overall, the study revealed the methodology's effectiveness in pharmaceutical detection while emphasizing the need for ecological regulations.
Coastal ecosystems are highly productive and anthropogenically degraded habitats. Compounds like pharmaceuticals or trace metals can be found at high frequencies in estuarine waters and their effects on the ecosystem are not fully understood. Pollution-sensitive phytoplankton, like the diatom Phaeodactylum tricornutum, are essential for ecosystem functioning and have been used in multiple ecotoxicological assessments. Immobilization of P. tricornutum in alginic spheres has been used in environmental monitoring due to their efficacy in pollutant detection and cost-effectiveness. Testing the novel combination of non-invasive biooptical techniques and the immobilization technique in lab settings may prove useful for daily in situ monitoring. Additionally, a creation of a pharmaceutical risk matrix focused on marine algae was created. There was a 100% detection rate for pharmaceuticals in all water samples, with βblockers and antibiotics being detected most frequently. Antidepressants, β-blockers and antihypertensives exhibited the highest concentrations. β-blockers, antidepressants, antihypertensive and antibiotics reached moderate risk. Tejo estuary exhibited the highest pharmaceutical concentrations. Immobilized P. tricornutum revealed significant photophysiological discrepancies regarding the Performance Index between water samples. Most correlation coefficients indicated a negative association between pharmaceutical concentrations and photochemical traits, except for Structural and Functional Index of the Non-Photochemical Reactions. Only lead and titanium exhibited significant photo-physiological correlations however, the Pollution Load Index was 0 in all samples. Overall, the study revealed the methodology's effectiveness in pharmaceutical detection while emphasizing the need for ecological regulations.
Descrição
Tese de Mestrado, Biologia da Conservação, 2024, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Ecologia Sistemas aquáticos Qualidade da água Monitorização ambiental Florescência Fotossintética Teses de mestrado - 2024