La toxicidad de las drogas en el agua también depende de la acidez.

Dependiendo de la acidez del agua, la toxicidad de los productos químicos en el medio ambiente acuático puede variar en varios órdenes de magnitud. Este fue el resultado de un estudio realizado por el profesor Heinz Koller del Instituto de Evolución y Ecología de la Universidad de Tübingen junto con investigadores de las Universidades de Tübingen, Atenas y la Agencia Federal de Medio Ambiente. El equipo examinó el efecto de 24 sustancias, en su mayoría utilizadas como drogas, en el desarrollo de embriones de peces en escenarios de la vida real. Ha desarrollado un modelo para la predicción fiable de la toxicidad de los productos químicos ionizantes en el agua, de relevancia práctica. La Comisión de la UE tuvo en cuenta los resultados a fines de 2022 para derivar un valor de corte significativo según la Directiva Marco del Agua, un estándar de calidad ambiental, para el ingrediente farmacéutico activo ibuprofeno. El estudio ha sido publicado en la revista Water Research.

Para garantizar la eficacia de los medicamentos, el cuerpo humano normalmente no debe descomponer los ingredientes activos. Por lo tanto, la mayor parte a menudo se excreta sin cambios después de la ingestión. Debido al creciente uso de drogas en relación con los cambios demográficos, mayores cantidades de muchas sustancias diferentes ingresan a los cuerpos de agua y al medio ambiente a través de las aguas residuales.

Las sustancias examinadas en el estudio, como los analgésicos diclofenaco e ibuprofeno, el ácido clofíbrico para reducir el colesterol y el betabloqueante metoprolol, son moléculas ionizables, lo que significa que pueden estar en forma neutra o cargada eléctricamente. Por otro lado, los cuerpos de agua naturales pueden tener diferentes proporciones ácido-base, medidas como un valor de pH. “Todos estos factores tienen un efecto sobre la absorción de sustancias en las células de los organismos que podrían dañarlas”, explica Heinz Koller.

Orientación hacia los peores escenarios

El pez cebra sirvió como objeto de prueba y los huevos en desarrollo se expusieron a los productos químicos. En cada caso se determina el denominado valor LC50, que refleja la concentración de contaminantes a la que muere el 50 % de los embriones de peces. En el estudio, los investigadores probaron la toxicidad, o toxicidad, de los productos químicos en hasta cuatro valores de pH diferentes, desde agua ácida hasta ligeramente alcalina, en más de 1200 experimentos individuales.

“En el caso de algunos ingredientes farmacéuticos activos como el diclofenaco, el betabloqueante propranolol y el antidepresivo fluoxetina, el valor de LC50 en embriones de peces varió más de mil veces entre pH 5 y pH 9”, informa Koehler. Por lo tanto, es necesario asumir los peores escenarios realistas, para que cuando estas sustancias se liberen y se den las peores condiciones posibles, no causen demasiado daño a los organismos en el agua. Se demostró que las sustancias en estado sin carga son más tóxicas en promedio que en su forma ionizada.

Simulación confiable

Basándose en varias suposiciones sobre la eficacia de las moléculas de la sustancia en cuestión para penetrar la membrana celular y los efectos nocivos que pueden tener en las células, el equipo de investigación desarrolló sus métodos de modelado. Para simular la toxicidad a diferentes valores de pH del agua circundante, compararon seis modelos matemáticos. “Para la aplicación práctica, elegimos el modelo en el que se pueden simular de manera confiable diferentes efectos tóxicos en los peces en tres escalas de magnitud”, dice el científico.

Según Koller y el segundo autor principal del estudio, el Dr. Peter von der Ohe de la Agencia Federal de Medio Ambiente, los resultados del estudio deberían tener un impacto en el registro y licencia de productos químicos en la Unión Europea y en la definición de estándares de calidad ambiental. El inicio se hizo con ocho veces el valor máximo de agua de la UE para ibuprofeno de lo que se habría basado en el método anterior. “Este estudio contribuye a una mejor comprensión de la toxicidad de las sustancias ionizantes y ha mejorado significativamente la predicción de su toxicidad. Suponemos que nuestros resultados también se tendrán en cuenta en el registro y aprobación de productos químicos en el futuro”, dicen los dos científicos.