Plósz, B.G., Reid, M.J., Borup, M., Langford, K.H., Thomas, K.V. (2013). Biotransformation kinetics and sorption of cocaine and its metabolites and  the factors influencing their estimation in wastewater. Water Research 47, 2129–2140. (link)

 

Título

Biotransformation kinetics and sorption of cocaine and its metabolites and the factors influencing their estimation in wastewater

(Cinética de biotransformação e sorção de cocaína e seus metabólitos e os fatores que influenciam sua estimativa em águas residuais)

 

Resumo

The quantitative analysis of human urinary metabolites as biomarkers in wastewater streams has been used to estimate the rates of illicit drug use in the wider community. The primary underlying assumption in such studies is that a sample of wastewater is equivalent to a cumulative sample of urine. Drug metabolism in humans is predominantly enzymatically mediated, but these processes are not exclusive to the human body, and are found to occur in the environment and the sewer network. Understanding what happens to drugs and their urinary metabolites in the sewer system between the point of excretion and sampling is particularly important since it is possible that in-sewer transformation may influence final biomarker concentration. The present study uses batch experiments to measure and assess the biotransformation processes of cocaine and its two major human metabolites, benzoylecgonine and ecgonine methyl ester. The activated sludge modelling framework for xenobiotic organic micro-pollutants (ASM-X) is used for model structure identification and calibration. Biotransformation was observed to follow pseudo first-order kinetics. The biodegradation kinetics of cocaine, benzoylecgonine and ecgonine methyl ester is not significantly affected by the availability of dissolved oxygen. Results obtained in this study show that omitting in-pipe biotransformation affects the accuracy of back-calculated cocaine use estimates. This varies markedly depending on the in-sewer hydraulic retention time, total biomass concentration and the relative concentration of each metabolite. However, back-calculated cocaine use estimates derived from wastewater concentrations of benzoylecgonine and ecgonine methyl ester do show very close agreement if ex-vivo biotransformation of these compounds is considered..

 

TRADUÇÃO LIVRE

A análise quantitativa de metabólitos urinários humanos como biomarcadores em fluxos de águas residuais tem sido usada para estimar as taxas de uso de drogas ilícitas na comunidade em geral. A principal suposição subjacente em tais estudos é que uma amostra de águas residuais é equivalente a uma amostra cumulativa de urina. O metabolismo de drogas em humanos é predominantemente mediado por enzimas, mas esses processos não são exclusivos do corpo humano e ocorrem no ambiente e na rede de esgoto . Compreender o que acontece com as drogas e seus metabólitos urinários no sistema de esgoto entre o ponto de excreção e a coleta é particularmente importante, pois é possível que a transformação no esgoto possa influenciar a concentração final do biomarcador. O presente estudo usa experimentos em lote para medir e avaliar aprocessos de biotransformação da cocaína e seus dois principais metabólitos humanos, benzoilecgonina e éster metílico de ecgonina. A estrutura de modelagem de lodo ativado para xenobióticosmicropoluentes orgânicos (ASM-X) é usado para identificação e calibração da estrutura do modelo. Observou-se que a biotransformação segue uma cinética de pseudoprimeira ordem. A cinética de biodegradação da cocaína, benzoilecgonina e éster metílico de ecgonina não é significativamente afetada pela disponibilidade de oxigênio dissolvido. Os resultados obtidos neste estudo mostram que a omissão da biotransformação in-pipe afeta a precisão das estimativas retroativas do uso de cocaína. Isso varia acentuadamente dependendo do tempo de retenção hidráulica no esgoto, da concentração total de biomassa e da concentração relativa de cada metabólito. No entanto, estimativas retroativas do uso de cocaína derivadas de concentrações de benzoilecgonina e éster metílico de ecgonina em efluentes mostram uma concordância muito próxima se a biotransformação ex-vivo desses compostos for considerada.

 

Artigo publicado no site ScienceDirect, no Journal of the International Water Association (IWA).