Factors of Degradation, Transformation, and Distribution of Medicinal Substances in the Water–Bottom Sediment System

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

English-language scientific publications on the natural degradation and transformation of medicinal substances in the aquatic environment under the effect of various factors are reviewed. The medicines that are most common in water are listed. The main source of pollution is shown to be poorly treated municipal sewage. The factors that affect the fate of substances in the medium and are considered in the article are the dilution or concentration due to changes in the hydrological regime or the conditions of the use of medicines, water pH, wind-wave roiling, photodegradation, bioaccumulation, etc. The analysis of foreign studies of drug contamination was used to make conclusions about the prospects of the development of these areas for use in Russian studies.

About the authors

M. A. Kozlova

Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences, 119333, Moscow, Russia

Email: mblshok@mail.ru
Россия, 119333, Москва

N. M. Shchegol’kova

Moscow State University, 119234, Moscow, Russia; Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences, 119333, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: mblshok@mail.ru
Россия, 119234, Москва; Россия, 119333, Москва

References

  1. Баренбойм Г.М., Чиганова М.А. Загрязнение природных вод лекарствами. М.: Наука, 2015. 283 с.
  2. Козлова М.А., Гальвидис И.А., Буркин М.А. Особенности лекарственного загрязнения водных объектов – источников питьевого водоснабжение Москвы (на примере некоторых антибиотиков) // Метеорология и гидрология. 2020. № 8. С. 87–91.
  3. Фармацевтический рынок России: итоги 2022. Презентация DMS Group, Москва. 2023. [Электронный ресурс]. https://dsm.ru/docs/analytics/DSM_07022023_%D0%98%D1%82%D0%BE%D0%B3%D0%B8.pptx (дата обращения: 20.02.2023)
  4. Bashaar M., Thawani V., Hassali M.A., Saleem F. Disposal practices of unused and expired pharmaceuticals among general public in Kabul // BMC Public Health. 2017. V. 17 (1). № 45. https://doi.org/10.1186/s12889-016-3975-z
  5. Bavumiragira J.P., Ge J., Yin H. Fate and transport of pharmaceuticals in water systems: A processes review // Total Environ. 2022. V. 823. 153635. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153635
  6. Boreen A.L., Arnold W.A., McNeill K. Photodegradation of pharmaceuticals in the aquatic environment: A review // Aquatic Sci. 2003. V. 65. P. 320–341.
  7. Burrows H.D., Canle L.M., Santaballa J.A., Steenken S. Reaction pathways and mechanisms of photodegradation of pesticides // J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 2002. V. 67. P. 71–108.
  8. Carvalho I.T., Santos L. Antibiotics in the aquatic environments: a review of the European scenario // Environ. Int. 2016. V. 94. P. 736–757.
  9. Christensen E.R., Li A. Physical and Chemical Processes in the Aquatic Environment. Hoboken: Wiley & Sons, 2014. 448 p.
  10. Dabić D., Hanževački M., Škorić I. et al. Photodegradation, toxicity and density functional theory study of pharmaceutical metoclopramide and its photoproducts // Total Environ. 2022. V. 807. 150694. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150694
  11. Daughton C.G. Chemicals from Pharmaceuticals and Personal Care Products // Water: Science and Issues / Ed. E. Julius Dasch. New York: Macmillan Reference USA, 2003. V. 1. P. 158–164.
  12. de Barros A.L.C., Schmidt F.F., de Aquino S.F. et al. Determination of nine pharmaceutical active compounds in surface waters from Paraopeba River Basin in Brazil by LTPE-HPLC-ESI-MS/MS // Environ. Sci. Pollution Res. 2018. V. 25. P. 19962–19974. https://doi.org/10.1007/s11356-018-2123-y
  13. DRUGBANK ONLINE. [Электронный ресурс]. https://go.drugbank.com/stats (дата обращения: 20.02.2023)
  14. Ebele A.J., Oluseyi T., Drage D.S. et al. Occurrence, seasonal variation and human exposure to pharmaceuticals and personal care products in surface water, groundwater and drinking water in Lagos State, Nigeria // Emerging Contaminants. 2020. V. 6. P. 124–132. https://doi.org/10.1016/j.emcon.2020.02.004
  15. Evgenidou E.N., Konstantinou I.K., Lambropoulou D.A. Occurrence and removal of transformation products of PPCPs and illicit drugs in wastewaters: a review // Sci. Total Environ. 2015. V. 505. P. 905–926. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.10.021
  16. Ferreira da Silva B., Jelic A., López-Serna R. et al. Occurrence and distribution of pharmaceuticals in surface water, suspended solids and sediments of the Ebro river basin, Spain // Chemosphere. 2011. V. 85. P. 1331–1339.
  17. Fuziki M.E., Ribas L.S., Tusset A.M. et al. Pharmaceutical compounds photolysis: pH influence // HELIYON. 2023. E13678. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e13678
  18. Hong B., Yu S., Zhou M. et al. Sedimentary spectrum and potential ecological risks of residual pharmaceuticals in relation to sediment-water partitioning and land uses in a watershed // Sci. Total Environ. 2022. V. 817. 152979. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722000687
  19. Je C.H., Hayes D.F., Kim K.S. Simulation of resuspended sediments resulting from dredging operations by a numerical flocculent transport model // Chemosphere. 2007. V. 70. P. 187–195. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2007.06.033
  20. Kavitha V. Global prevalence and visible light mediated photodegradation of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs)-a review // Results in Engineering. 2022. V. 14. 100469. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100469
  21. Khan A.H., Aziz H.A., Khan N.A. et al. Effect of seasonal variation on the occurrences of high-risk pharmaceutical in drain-laden surface water: A risk analysis of Yamuna River // Sci. Total Environ. 2021. V. 794. 148484 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148484
  22. Klimaszyk P., Rzymski P. Water and Aquatic Fauna on Drugs: What are the Impacts of Pharmaceutical Pollution? // Water Management and the Environment: Case Studies. Texas: Springer, 2018. P. 255–278. https://doi.org/10.1007/978-3-319-79014-5_12
  23. Koba O., Grabicova K., Cerveny D. et al. Transport of pharmaceuticals and their metabolites between water and sediments as a further potential exposure for aquatic organisms // J. Hazardous Materials. 2018. V. 342. P. 401–407.
  24. Kümmerer K. Pharmaceuticals in the environment – a brief summary // Pharmaceuticals in the Environment: Sources, Fate, Effects and Risk. Berlin: Springer, 2008. P. 3–22.
  25. Li S., Huang Z., Wang Y. et al. Migration of two antibiotics during resuspension under simulated wind–wave disturbances in a water–sediment system // Chemosphere. 2018. V. 192. P. 234–243. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.10.131
  26. Liang X., Chen B., Nie X. et al. The distribution and partitioning of common antibiotics in water and sediment of the Pearl River Estuary, South China // Chemosphere. 2013. V. 92. P. 1410–1416.
  27. Liao Q., Huang Z., Li S. Effects of wind–wave disturbances on adsorption and desorption of tetracycline and sulfadimidine in water–sediment systems // Environ. Sci. Pollution Res. 2018. V. 25. P. 22561–22570.
  28. Liu J., Dan X., Lu G. et al. Investigation of pharmaceutically active compounds in an urban receiving water: Occurrence, fate and environmental risk assessment // Ecotoxicol. Environ. Safety. 2018. V. 154. P. 214–220.
  29. Meng Y., Liu W., Liu X. et al. A review on analytical methods for pharmaceutical and personal care products and their transformation products // J. Environ. Sci. 2021. V. 101. P. 260–281.
  30. Nikolaou A., Meric S., Fatta D. Occurrence patterns of pharmaceuticals in water and wastewater environments // Analytical and Bioanalytical Chem. 2007. V. 387 (4). P. 1225–1234.
  31. Osorio V., Proia L., Ricart M. et al. Hydrological variation modulates pharmaceutical levels and biofilm responses in a Mediterranean river // Sci. Total Environ. 2014. V. 472. P. 1052–1061.
  32. Palma P., Fialho S., Lima A. et al. Pharmaceuticals in a Mediterranean Basin: The influence of temporal and hydrological patterns in environmental risk assessment // Sci. Total Environ. 2020. V. 709. 136205. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136205
  33. Parezanović G.Š., Lalic‑Popovic M., Golocorbin‑Kon S. Environmental Transformation of Pharmaceutical Formulations: A Scientific Review // Archives Environ. Contamination Toxicol. 2019. V. 77. P. 155–161. https://doi.org/10.1007/s00244-019-00630-z
  34. Perez A.S.C., Challis J.K., Ji X. Impacts of wastewater effluents and seasonal trends on levels of antipsychotic pharmaceuticals in water and sediments from two cold-region rivers // Sci. Total Environ. 2022. V. 851. 158247. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158247
  35. Pharmaceuticals in Marine and Coastal Environments. Occurrence, Effects and Challenges in a Changing World / Eds. J.C. Durán-Álvarez, B. Jiménez-Cisneros. Amsterdam: Elsevier, 2021. 702 p. https://doi.org/10.1016/C2018-0-01459-0
  36. Praveena S.M., Mohd Rashid M.Z., Mohd Nasir F.A. et al. Occurrence, Human Health Risks, and Public Awareness Level of Pharmaceuticals in Tap Water from Putrajaya (Malaysia) // Expo Health. 2021. V. 13. P. 93–104. https://doi.org/10.1007/s12403-020-00364-7
  37. Quesada H.B., Baptista A.T.A., Cusioli L.F. et al. Surface water pollution by pharmaceuticals and an alternative of removal by low-cost adsorbents: A review // Chemosphere. 2019. V. 222. P. 766–780. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.02.009
  38. Santos L., Araujo A., Fachini A. et al. Ecotoxicological aspects related to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment // J. Hazardous Materials. 2010. V. 175. P. 45–95.
  39. Shi H., Yang Y., Liu M. et al. Occurrence and distribution of antibiotics in the surface sediments of the Yangtze Estuary and nearby coastal areas // Mar. Pollution Bull. 2014.V. 83. P. 317–323.
  40. Siedlewicz G., Białk-Bielińska A., Borecka M. Presence, concentrations and risk assessment of selected antibiotic residues in sediments and near-bottom waters collected from the Polish coastal zone in the southern Baltic Sea – Summary of 3 years of studies // Mar. Pollution Bull. 2018. V. 129. P. 787–801.
  41. Subedi B., Balakrishna K., Joshua D.I., Kannan K. Mass loading and removal of pharmaceuticals and personal care products including psychoactives, antihypertensives, and antibiotics in two sewage treatment plants in southern India // Chemosphere. 2017. V. 167. P. 429–437. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.10.026
  42. Tong A.Y., Peake B.M., Braund R. Disposal practices for unused medications around the world // Environ. Int. 2011. V. 37 (1). P. 292–298. https://doi.org/10.1016/j.envint.2010.10.002
  43. Vaudreuil M.-A., Duy S.V., Munoz G., Sauvé S. Pharmaceutical pollution of hospital effluents and municipal wastewaters of Eastern Canada // Sci. Total Environ. 2022. V. 846. № 157353. 14 p. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157353
  44. Vogler S., de Rooij R. Medication wasted—contents and costs of medicines ending up in household garbage // Res. Social Administrative Pharmacy. 2018. V. 14 (12). P. 1140–1146. https://doi.org/10.1016/j.sapharm.2018.02.002
  45. Wang Y., Liu Y., Lu S. et al. Occurrence and ecological risk of pharmaceutical and personal care products in surface water of the Dongting Lake, China-during rainstorm period // Environ. Sci. Pollution Res. 2019. V. 26. P. 28 796–28 807. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06047-4
  46. Wilkinson J., Hooda P.S., Barker J. et al. Occurrence, fate and transformation of emerging contaminants in water: an overarching review of the feld // Environ. Pollution. 2017. V. 231. Pt 1. P. 954–970. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.08.032
  47. Wilkinson J.L., Hooda P.S., Swinden J. et al. Spatial (bio)accumulation of pharmaceuticals, illicit drugs, plasticisers, perfluorinated compounds and metabolites in river sediment, aquatic plants and benthic organisms // Environ. Pollution. 2018. V. 234. P. 864–875.
  48. Zhou J., Broodbank N. Sediment-water interactions of pharmaceutical residues in the river environment // Water Res. 2014. V. 48. P. 61–70.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (282KB)
Indexing metadata
3.

Download (163KB)
Indexing metadata
4.

Download (137KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 М.А. Козлова, Н.М. Щеголькова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».