Assessment of single and combined effects of two pharmaceuticals in non-target species: evaluation of possible interactions

Abstract

Increase in life quality is partially linked to the use of pharmaceuticals. These are used in several areas and represent a great advancement in disease treatment and population welfare. Nevertheless, the increase in pharmaceutical usage lead to an increase in the detection of these compounds in the water courses. This happens because wastewater treatment plants are unable to fully remove these contaminants. From the most detected classes in the environment are non-steroid anti-inflammatory drugs (NSAIDs). NSAIDs are used as analgesics, anti-inflammatory and antipyretic. An example of this class is salicylic acid (SA) which similar to this class acts by inhibiting the activity of cyclooxygenase (COX). Which, in its turn is responsible for the synthesis of inflammatory mediators. From an environmental point of view, another class of interest, is that of the diuretics, particularly the subgroup of carbonic anhydrase inhibitors. Pharmacologically, this class acts by inhibiting the activity of enzyme carbonic anhydrase (CA). This enzyme is responsible for acid-base balance in organisms as well as key processes such as carbon obtention in plants, calcium mobilization in arthropods among others. The goal of this work was to evaluate the effects of environmental realistic concentrations of ACZ and SA (individually and in mixture) in non-target species (namely Lemna gibba, Mytilus spp.,and Phorcus lineatus) using biomarkers (enzymes such as CA, COX), photosynthetic pigments and biometrics. Photosynthetic pigments from L. gibba showed ACZ capacity to inhibit their synthesis. Nevertheless, in mixture with SA, these effects were reversed, showing the phyto-protection capacity of SA. In organisms from the genus Mytilus spp. exposure to ACZ display the capacity of this pharmaceutical to inhibit CA, especially in gills. When in mixture, the decrease in COX activity suggest ACZ modulates SA excretion. Finally, in organisms from P. lineatus the here tested pharmaceuticals did not caused any straightforward pattern in evaluated enzymes. In conclusion, pharmaceuticals can have different effects in different organisms. Being pharmaceutical mixture here tested capable of being beneficial to plants (by reversed photosynthetic pigment reduction) or be harmful in mussels (increased inhibition of COX activity).

O aumento da qualidade e da esperança média de vida têm sido em parte relacionados com o uso de fármacos. Estes são usados nas mais variadas áreas de atividade humana, e representam um grande avanço no tratamento de doenças e no bem-estar das populações. Contudo, este aumento do uso de fármacos tem levado a um aumento da frequência de deteção dos mesmos em ecossistemas aquáticos. Isto deve-se, entre outras razões, à incapacidade das estações de tratamento de águas residuais de removerem na totalidade estes compostos. De entre as classes mais usadas e encontradas no ambiente, podem identificar-se os anti-inflamatórios não esteroides (AINEs), que correspondem a medicamentos largamente usados a nível global como analgésicos, anti-inflamatórios e antipiréticos. Um exemplo desta classe é o ácido salicílico. À semelhança dos restantes compostos da classe onde se insere, o ácido salicílico é um inibidor da enzima cicloxigenase (COX), que é responsável pela síntese de mediadores de inflamação e pirogénicos, nomeadamente prostaglandinas e tromboxanos. Do ponto de vista ambiental, existe uma outra classe de fármacos que é igualmente importante, mas para a qual não existe um manancial de dados muito extenso. Esta classe, a dos diuréticos, caracteriza-se não pela sua abundância, mas pela sua capacidade de afetar pontos críticos em vias metabólicas de organismos não alvo, ou pela possibilidade de modelar a toxicidade de outros fármacos. De entre os diuréticos mais importantes, destacam-se particularmente os do subgrupo dos inibidores da anidrase carbónica, enzima que é responsável pelo equilibro ácido-base nos organismos bem como outros processos chave, entre eles a fixação de carbono pelas plantas, e a disponibilidade de cálcio em artrópodes. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos de concentrações ambientalmente relevantes de acetazolamida (ACZ) e do ácido salicílico (SA) (individualmente e em mistura binárias) em organismos não-alvo (nomeadamente Lemna gibba, Mytilus spp. e Phorcus lineatus) usando marcadores bioquímicos (enzimas como a CA, COX), dados biométricos e pigmentos fotossintéticos. Dados de pigmentos fotossintéticos, nomeadamente clorofilas, determinados em L. gibba mostraram a capacidade da ACZ em inibir a sua síntese. No entanto em mistura com o SA, estes efeitos foram revertidos, mostrando o potencial de fito-proteção deste fármaco. Em indivíduos do género Mytilus, exposição a ACZ demonstrou a capacidade deste fármaco em inibir a CA principalmente nas brânquias. Por outro lado, a exposição à mistura de ambos os fármacos levaram a um aumento da inibição da COX no manto, sugerindo uma modulação pela ACZ na permanência e excreção do SA em organismos deste género. Finalmente, indivíduos da espécie Phorcus lineatus não registaram alterações nos padrões de biomarcadores avaliados. Em conclusão, os fármacos (nomeadamente SA e ACZ) podem ter efeitos muito diferentes em organismos distintos, sendo que a mistura dos fármacos aqui testados parece ser benéfica na planta (invertendo a redução dos conteúdos de pigmentos fotossintéticos causados pela exposição a ACZ) e prejudicial no mexilhão (a co-exposição aos dois compostos acentuou a inibição da COX). Assim podemos concluir que os efeitos causados por fármacos podem variar de organismo para organismo bem como na extensão dos danos causados pela interação/modulação de vários contaminantes. O que pode levar a alterações nos indivíduos o que pode provocar alterações na função ecológica das espécies.