Direct and indirect uptake of pharmaceutical residues in a marine trophic segment

Abstract

Tese de mestrado em Ciências do Mar, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020O valor ecológico e económico dos estuários é inegável, bem como é incontestável as contínuas descargas de águas contaminadas nestas áreas, muitas vezes repletas de resíduos farmacêuticos. Um dos fármacos mais prescritos atualmente é o antidepressivo fluoxetina, e é consequentemente um dos fármacos mais frequentemente detetado em estuários. Por essa razão, adquire um grande potencial para induzir efeitos nefastos em espécies não alvo, interferindo em funções essenciais dos organismos, tais como as funções neurais, comportamentais e fisiológicas. Este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos ecotoxicológicos resultantes de exposição direta e indireta ao antidepressivo fluoxetina, sob condições estuarinas. Para tal, exposições diretas ao fármaco fluoxetina, em concentrações ecologicamente relevantes, 0,3 μg L-1 , 20 μg L-1 e 80 μg L -1 foram realizadas utilizando para o efeito um consumidor primário, o camarão branco legítimo, Palaemon serratus, e um consumidor secundário, o caranguejo verde, Carcinus maenas. Além disso, para avaliar os efeitos toxicológicos da exposição indireta à fluoxetina, cada espécie do nível trófico superior foi alimentada com organismos pré-expostos à fluoxetina dos níveis tróficos anteriores. Finalmente, vários biomarcadores foram determinados, entre os quais: peroxidação lipídica (LPO), dano no DNA (DNAd), superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa S-transferase (GST) e acetilcolinesterase (AChE). A espécie P. serratus demonstrou uma maior sensibilidade à fluoxetina. Particularmente, a exposição direta ao fármaco parece induzir efeitos mais deletérios nos organismos da espécie P. serratus. O aumento da atividade da CAT sugere que a fluoxetina superou as primeiras defesas antioxidantes do organismo, inclusive resultando em efeitos adversos no DNA, e aumentando os níveis de LPO. Maior stress oxidativo parece ocorrer também na exposição direta da espécie C. amenas à fluoxetina, onde a atividade da CAT teve uma diminuição significativa nas concentrações, mais baixa e mais alta, evidenciando uma possível resposta hormética. Com a mesma semelhança padrão, o inverso ocorreu nos níveis de LPO para os mesmos tratamentos, indicando uma potencial falha no sistema de defesa antioxidante do organismo. Além disso, no presente estudo, nenhuma inibição na locomoção, nem efeitos comportamentais foram observados em C. maenas. Considerando a aplicação dos biomarcadores testados como potenciais descritores para a avaliação da exposição das espécies P. serratus e C. maenas à fluoxetina, estes parecem evidenciar a sua eficácia ao tipo de exposição, destacando as diferenças entre os ensaios de exposição reportados neste estudo. No geral, este estudo demostrou que a exposição direta da fluoxetina na água contribui para níveis mais elevados de stress oxidativo, em ambas as espécies.The ecological and economic value of the estuaries is undeniable, albeit these ecosystems continuously receive contaminated waters, loaded with pharmaceutical residues. One of the most prescribed pharmaceuticals is the antidepressant fluoxetine, and therefore is one of the most frequently detected pharmaceuticals in estuaries, that can induce severe effects on non-target species, potentially interfering with key functions, such as neural, behavioural and physiological processes. This study aimed to assess the ecotoxicological effects, as well as the differences resulting from direct and indirect exposure to the antidepressant fluoxetine, under estuarine conditions. For this, direct exposures to the pharmaceutical fluoxetine, at ecologically relevant concentrations, 0.3 μg L -1 , 20 μg L -1 and 80 μg L -1 were made using a primary consumer, the white common prawn, Palaemon serratus, and a secondary consumer, the green crab, Carcinus maenas. Additionally, to evaluate the toxicological effects of indirect exposure to fluoxetine, each upper trophic level species was fed with fluoxetine pre-exposed organisms from lower trophic levels. Finally, several biomarkers were determined: lipid peroxidation (LPO), DNA damage (DNAd), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), Phase II glutathione S transferase (GST) and acetylcholinesterase (AChE). P. serratus evidenced higher sensitivity to fluoxetine, and more specifically the direct exposure appears to induce more deleterious effects on P. serratus. The increase of CAT activity suggests that fluoxetine overwhelmed the organism’s first antioxidant defences, resulting in damaging effects on DNA and increasing LPO levels. Higher oxidative stress was also observed in the direct exposure trial of C. maenas to fluoxetine, on which CAT activity had a significant decrease in both low and high treatments, with the opposite trend observed for LPO levels, suggesting a possible hormetic response and a failure in the antioxidant defence system. Additionally, in the present study, no locomotion inhibition nor behaviour effects were observed for C. maenas. Considering the application of the tested biomarkers as potential descriptors for the evaluation of P. serratus and C. maenas exposure to fluoxetine, these appear to be efficient biomarkers of the exposure type, highlighting the differences between the exposure trials here reported. Overall, this study demonstrated that direct exposure to fluoxetine contributes to a higher level of oxidative stress on both species

    Similar works