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REVISTA IMPACTO EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Artículo de revisión
Fármacos y desreguladores endócrinos en plantas de tratamiento
de aguas residuales de ciudades brasileñas
Tatiana Wieczorko Barán
1*
, Estelvina Rodríguez Portillo
2
1
Universidade Federal de Ouro Preto, Brasil.
2
Universidad Nacional de Itapúa, Paraguay.
*Autor de correspondencia: Tatiana Wieczorko Barán; tatiana.baran@aluno.ufop.edu.br
Recibido: 12/01/2022 Aceptado: 26/08/2022
Resumen
En este trabajo se realizó un análisis de la valoración de estudios realizados sobre los
fármacos y desreguladores endócrinos (DE) estrona, 17β-estradiol, 17α-etinilestradiol,
bisfenol-A (BPA), cafeína, diclofenaco, ibuprofeno, paracetamol y 4-nonilfenol en 8 plantas de
tratamiento de aguas residuales (PTAR) diferentes, correspondientes a 4 ciudades brasileñas
que presentaron las siguientes tecnologías de tratamiento: estanques de estabilización,
solamente lodos activados, seguido de cloración, solamente reactor anaeróbico de flujo
ascendente (UASB), seguido de cloración y seguido de flotación por aire disuelto. El BPA y el
ibuprofeno fueron los más persistentes, con porcentajes de remoción de 0 y 10,7 mediante
UASB y lodos activados, respectivamente. Sin embargo, se observó una eliminación del 100%
de estrona y 17α-etinilestradiol por UASB y lodo activado seguidos de desinfección por
cloración. Estos resultados muestran que la aplicación de una etapa posterior de tratamiento
terciario contribuye a la eliminación de estos microcontaminantes de las aguas residuales. El
desafío en este escenario es el desarrollo de regulaciones, con el fin de invertir en asegurar
la calidad de los cuerpos de agua y comprender los riesgos asociados con los estándares de
vida modernos y sus consecuencias para la salud humana y el medio ambiente que nos rodea.
Palabras clave: fármacos, desreguladores endócrinos, plantas de tratamiento de aguas
residuales, Brasil.
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Abstract
In this work, an analysis of the studies carried out on the drugs and endocrine disruptors (ED)
estrone, 17β-estradiol, 17α-ethinylestradiol, bisphenol-A (BPA), caffeine, diclofenac,
ibuprofen, paracetamol and 4-nonylphenol in 8 different wastewater treatment plants (WWTP),
corresponding to 4 Brazilian cities that presented the following treatment technologies:
stabilization ponds, only activated sludge, followed by chlorination, only upflow anaerobic
sludge blanket reactor (UASB), followed by chlorination and followed by dissolved air flotation.
BPA and ibuprofen were the most persistent, with removal percentages of 0 and 10,7 by UASB
and activated sludge respectively. However, 100% removal of estrone and 17α-ethinylestradiol
was observed by UASB and activated sludge followed by disinfection by chlorination. These
results show that the application of a subsequent tertiary treatment stage contributes to the
elimination of these micropollutants from the wastewater. The challenge in this scenario is the
development of regulations, in order to invest in ensuring the quality of water bodies and
understanding the risks associated with modern living standards and their consequences for
human health and the environment that surrounds us.
Keywords: drugs, endocrine disruptors, wastewater treatment plants, Brazil.
1. Introducción
El agua es uno de los recursos naturales más utilizados ya que es fundamental para la
existencia de la vida y, por tanto, debe estar presente en el medio ambiente en cantidad y
calidad adecuadas. Hay regiones del planeta con intensa demanda de agua, como es el caso
de las zonas urbanas, y esta demanda puede exceder el suministro de agua, ya sea en
términos cuantitativos o cualitativos. Esta degradación de la calidad del agua puede afectar el
suministro y también generar serios problemas de desequilibrio ambiental (1).
Todas las actividades humanas dan como resultado la generación y liberación de desechos
como efluentes domésticos, hospitalarios e industriales, que desembocan en ríos, arroyos y
océanos. Esto es preocupante, ya que los recursos hídricos serán un factor limitante de
crecimiento para un número cada vez mayor de regiones, y cantidades significativas de agua
bruta destinada a la producción de agua potable en áreas densamente pobladas pueden
provenir de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) (2).
Como Brasil está entre las economías más grandes del mundo y debido a su alto nivel de
consumo, es posible observar la presencia de numerosas sustancias nuevas en el medio
ambiente. Sin embargo, presenta problemas de saneamiento básico en varias regiones, lo
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3
que conduce a la persistencia de estas sustancias en el medio ambiente (3). En este país, la
principal fuente de contaminación del agua son los efluentes domésticos no tratados, ya que
la mayoría de ellos no pasan por el proceso de tratamiento terciario para la remoción y
desinfección de nutrientes (4). Según la Encuesta Nacional Continua por Muestra de Hogares
realizada en 2019 (5), el 68,3% de los hogares cuentan con alcantarillado sanitario, es decir,
recolectan y tratan aguas residuales.
Entre las sustancias presentes en las aguas residuales, destacan los denominados
contaminants of emerging concern (CEC), o microcontaminantes emergentes, que se refieren
a sustancias liberadas al medio ambiente como consecuencia de cambios sociales y
económicos, y cuya toxicidad o persistencia puede cambiar significativamente el metabolismo
de un ser vivo (6, 7). Los fármacos son parte de los CEC y se refieren a cualquier compuesto
químico sintetizado o medicamento diseñado para curar y prevenir la propagación de
enfermedades, además de agregar valor a la vida humana y animal (8). Otras sustancias que
pertenecen a los CEC son los Desreguladores Endócrinos (DE), que tienen el potencial o
capacidad de alterar las funciones del sistema endócrino y, en consecuencia, provocar efectos
adversos en un organismo sano o sus descendientes (9).
El monitoreo de fármacos y DE ha cobrado gran interés en los últimos años, ya que a menudo
se encuentran en concentraciones de μg/L y ng/L en efluentes de PTAR. Estas sustancias
son administradas por humanos y en gran parte se excretan en las aguas residuales
domésticas. Los estudios han demostrado que estas sustancias persisten en el medio
ambiente y no son totalmente eliminadas por los procesos de tratamiento convencionales (10,
11). Por lo tanto, cuando los efluentes o la disposición inadecuada de medicamentos vencidos
se vierten en aguas superficiales, estos fluyen a los receptores de agua y pueden infiltrarse
en las aguas subterráneas o permanecer adsorbidos en el suelo y los sedimentos,
dependiendo de sus propiedades físico-químicas (12).
Numerosos contaminantes de este tipo se están investigando cada vez más en todo el mundo,
ya que un trabajo pionero reveló efectos negativos en la reproducción de peces relacionados
con la presencia de hormonas naturales y sintéticas en las descargas de PTAR (13). Estas
sustancias también pueden causar efectos adversos a la salud de los seres humanos y otros
organismos, generando un desequilibrio ecológico (10).
Pocos estudios han analizado la presencia o eliminación de fármacos y DE en plantas de
tratamiento de aguas residuales municipales en Brasil (2, 4, 14). Por lo tanto, el objetivo es
presentar una revisión de su presencia en las PTAR brasileñas.
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4
2. Desarrollo
2.1. Fuentes y destino de los fármacos y DE en el medio ambiente
En las últimas décadas, ha habido un aumento significativo en el consumo de fármacos en
todo el mundo, incluyendo Brasil, especialmente los de venta libre, como analgésicos,
antipiréticos y los de uso continuo, como reguladores lipídicos, anticonceptivos y
antidepresivos. Por ejemplo, una píldora anticonceptiva que combina levonorgestrel y estrona
se encuentra entre los 10 medicamentos más consumidos en el país; y la alta tasa de
consumo probablemente esté influenciada por el bajo costo (12).
Un fármaco que no se considera un DE es la cafeína, presente en algunos analgésicos,
antigripales y supresores del apetito. Es uno de los productos más consumidos en el mundo,
encontrándose en alrededor de 60 especies de plantas y en productos alimenticios. La cafeína
se encuentra en altas concentraciones en aguas residuales y, al ser un compuesto estable y
altamente soluble en agua, es parcialmente removida por PTAR pudiendo permanecer en
cuerpos de agua superficiales y, consecuentemente, en aguas destinadas al suministro
público (3). Es importante considerar que Brasil tiene una baja cobertura de tratamiento de
aguas residuales (en la región Nordeste alcanza a un máximo del 36% de los hogares) (15),
y la falta de políticas efectivas para la recolección de fármacos vencidos contribuye a una
mayor disposición ambiental de estos compuestos, aumentando así la probabilidad de ser
detectados en recursosdricos (13, 16).
Ejemplos de DE son las hormonas naturales y sintéticas (estrona, 17β-estradiol, 17α-
etinilestradiol, estriol), fitoestrógenos, alquilfenoles (4-nonilfenol, 4-octilfenol), hidrocarburos
aromáticos policíclicos, bisfenol-A (BPA), ftalatos, bifenilos policlorados y algunos pesticidas.
Las agencias ambientales y las organizaciones no gubernamentales los clasifican en tres
clases principales: estrógenos naturales, estrógenos sintéticos y xenoestrógenos. Los
estrógenos sintéticos tienen una mayor capacidad para interferir con el sistema endócrino
humano en comparación con otros tipos de estrógenos, mientras que los xenoestrógenos son
menos potentes, pero es más probable que se encuentren en el medio ambiente (3).
La mayoría de estas moléculas no se producen de forma natural y su presencia en el medio
ambiente es el resultado de actividades antrópicas (2, 15). La descarga de efluentes (en la
naturaleza o incluso de plantas de tratamiento) a aguas superficiales ha sido considerada la
principal fuente de microcontaminantes en el medio acuático (17).
Una vez liberado en los recursos dricos, un microcontaminante dado puede tener su
concentración reducida por mecanismos naturales de remoción, tales como hidrólisis,
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5
volatilización, adsorción, absorción, oxidación, reducción o fotólisis. Así, el análisis del destino
de un microcontaminante en el medio acuático implica el conocimiento de sus principales
características y propiedades fisicoquímicas; lo que también contribuye a una mejor
comprensión de su comportamiento en PTAR (16). La solubilidad en agua establece la
concentración máxima de contaminante disuelto y depende del pH, la temperatura y la
presencia de partículas o materia orgánica en las muestras ambientales. Los coeficientes de
partición y adsorción y la hidrofobicidad influyen en la distribución de contaminantes entre los
diferentes compartimentos: agua, sedimentos y biota acuática. La biomagnificación es el
resultado de una serie de pasos de bioacumulación que pueden ocurrir en la cadena
alimentaria, agravados por la exposición crónica a contaminantes (3). Cada uno de estos
procesos conduce a la degradación, transformación o persistencia del compuesto en el medio
ambiente. Por lo tanto, a menudo se encuentran en bajas concentraciones en compartimentos
ambientales (12).
2.2. Presencia de fármacos y DE en aguas residuales brutas y tratadas
De la extensa lista de microcontaminantes comúnmente detectados en cuerpos de agua
superficiales, destacan los DE y los fármacos que, a pesar de su baja concentración
ambiental, tienen el potencial de causar efectos adversos importantes. Estos contaminantes
tienen poca biodegradabilidad en el medio ambiente, lo que contribuye a incrementar su
prevalencia ambiental y su impacto en los organismos acuáticos (16).
Estudios realizados en varios países han reportado concentraciones significativas de estos
compuestos en aguas residuales sin tratar y tratadas con sistemas convencionales (16).
Aunque hay pocos artículos sobre el tema, los niveles de estos contaminantes en Brasil son
altos y los sistemas de tratamiento de efluentes representan una barrera importante en el
proceso de contaminación del medio acuático porque las PTAR no cuentan con sistemas de
tratamiento terciario y no son proyectadas para remover específicamente fármacos y DE (18).
Las concentraciones de fármacos y DE encontradas en efluentes sin tratar y tratados en PTAR
brasileñas se muestran en la Tabla 1.
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Tabla 1. Fármacos y DE detectados en PTAR brasileñas, sistema de tratamiento y tasa de
remoción.
Fármaco/DE
Local
Agua
residual
bruta
Media±SD
(ng/L)
Sistema de
tratamiento
Agua
residual
tratada
Media±SD
(ng/L)
Tasa de
remoción
(%)
Estrona
Curitiba
870±40
Lodo activado
ND
<LD
Curitiba
890±50
UASB+DAF
ND
<LD
Curitiba
1380±70
Lagunas de
estabilización
ND
<LD
Fortaleza
350-<LD*
Laguna de
estabilización (1
facultativo
+ 2 maduración)
120-<LD*
62
Fortaleza
1513-<LD*
Lodo activado con
desinfección post-
cloración
261-<LD*
84
Fortaleza
1433-<LD*
UASB con
desinfección post-
cloración
<LD
100
17-β-
estradiol
Belo
Horizonte
9.3-31*
UASB
< 9.3
<LQ
Curitiba
1330±70
Lodo activado
490±30
63.1
Curitiba
2270±120
UASB+ DAF
760±40
66.5
Curitiba
1450±70
Lagunas de
estabilización
630±30
56.5
Fortaleza
210-<LD
Lagunas de
estabilización (1
facultativo + 2
maduración)
99-<LD
81
Fortaleza
110-<LD*
Lodo activado con
desinfección post-
cloración
<LD
96
Fortaleza
776-<LD*
UASB con
desinfección post-
cloración
397-<LD*
87
17-α-
etinilestradiol
Belo
Horizonte
12.4-41.3*
UASB
<12.4
<LQ
Curitiba
840±50
Lodo activado
470±30
44.1
Curitiba
1260±90
UASB+ DAF
ND
<LD
Curitiba
600±30
Lagunas de
estabilización
ND
<LD
Fortaleza
900-87*
Laguna de
estabilización (1
facultativo + 2
maduración)
840-80*
30
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7
Fortaleza
1200-<LD*
Lodo activado con
desinfección post-
cloración
<LD
100
Fortaleza
586-<LD*
UASB con
desinfección post-
cloración
132-<LD*
94
Bisfenol-A
Belo
Horizonte
175.3±63.9
UASB
224.3±153.
4
0
Curitiba
84110±420
0
Lodo activado
20±40
99.9
Curitiba
62010±310
0
UASB+ DAF
ND
<LD
Curitiba
1290±320
Lagunas de
estabilización
ND
<LD
Cafeína
Curitiba
8200±360
Lodo activado
ND
<LD
Curitiba
9310±450
UASB+ DAF
ND
<LD
Curitiba
5250±890
Lagunas de
estabilización
20±50
99.6
Diclofenaco
Belo
Horizonte
105.2±81.3
UASB
127±145.5
<30
Campinas
2870±40
Lodos activados
1780±30
38
Ibuprofeno
Campinas
54200±200
Lodos activados
48400±400
10.7
Paracetamol
Campinas
18100±400
Lodos activados
5890±20
67.5
4-Nonilfenol
Campinas
1870±30
Lodos activados
1390±20
25.7
Nota. SD: standard deviation; ND: no detectado; LD: límite de detección; LQ: límite de cuantificación;
UASB: reactor anaerobio de flujo ascendente; DAF: flotación de aire disuelto; (*) Mín.-Máx. (ng/L)
La Tabla 1 muestra una variación regional con respecto a la presencia de estos compuestos.
En la Región Sur (Curitiba), la mayor concentración de aguas residuales sin tratar fue de
84110 ± 4200 ng/L correspondiente a BPA. En la Región Sudeste (Belo Horizonte y
Campinas), la concentración más alta fue para ibuprofeno (54200 ± 200 ng/L), y en la Región
Nordeste (Fortaleza), la concentración más alta en aguas brutas fue para estrona.
También es evidente que las hormonas 17-β-estradiol y 17-α-etinilestradiol son los
microcontaminantes más comúnmente detectados en las aguas residuales sin tratar. Debe
prestarse atención al estudio de Ghiselli (21), en el que las concentraciones de fármacos
fueron mucho más altas que en otros estudios nacionales.
Las concentraciones más bajas de compuestos detectados en las aguas residuales sin tratar
se dan en el sureste de Brasil, específicamente en la ciudad de Belo Horizonte, donde se
detectó 17-β-estradiol en el rango de 9,3 a 31 ng/L y 17-α-etinilestradiol de 12,4 a 41,3 ng/L.
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8
La segunda región con una baja concentración de compuestos en las aguas residuales sin
tratar es el Nordeste. Para determinar una explicación de esta variación regional, se deben
realizar más estudios, ya que varios factores pueden estar relacionados, como el período
estacional en el que se tomaron estas muestras, las características fisicoqmicas de los
compuestos o el nivel de consumo de fármacos y DE en la población.
Nótese en la Tabla 1 que las eficiencias de tratamiento de las PTAR variaron dependiendo de
la clase de compuesto y los diferentes tipos de tratamiento convencional aplicados. El BPA y
el ibuprofeno fueron los más persistentes, con porcentajes de remoción de 0 y 10,7 mediante
un reactor anaeróbico de flujo ascendente (UASB) y lodos activados respectivamente. Sin
embargo, se observó una eliminación del 100% de estrona y 17α-etinilestradiol por UASB y
lodo activado seguidos de desinfección por cloración. Estos resultados muestran que la
aplicación de un tratamiento terciario posterior contribuye a la eliminación de estos
microcontaminantes de las aguas residuales.
En cuanto a la aparición de fármacos y DE en PTAR en Brasil, los compuestos estrona, 17-β-
estradiol, 17-α-etinilestradiol, BPA, cafeína, diclofenaco, ibuprofeno, paracetamol y 4-
nonilfenol fueron identificados en 4 grandes ciudades brasileñas (Curitiba, Campinas, Belo
Horizonte y Fortaleza) correspondientes a 4 estados, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Ubicación de las PTAR brasileñas analizadas.
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9
2.3. Eliminación de fármacos y DE por procesos de tratamiento de aguas residuales
El sistema de saneamiento básico en Brasil atiende a la población con un sistema
predominantemente convencional. En una PTAR convencional, los pasos principales para
eliminar contaminantes implican la remoción de sólidos gruesos; adsorción, sedimentación o
coagulación de sólidos en suspensión; biodegradación aeróbica y/o anaeróbica y degradación
química a través de procesos de hidrólisis o nitrificación. Estas plantas son eficientes en la
descontaminación microbiológica y en la remoción de nutrientes, sin embargo, algunas
sustancias no se eliminan después del tratamiento debido a sus propiedades fisicoquímicas
(por ejemplo, alta solubilidad) y, por lo tanto, permanecen en el efluente final (3).
La mayoría de los estudios mencionados en la Tabla 1 analizan el control de una pequeña
lista de microcontaminantes dentro de las PTAR en Brasil. Sin embargo, el número real de
compuestos que pueden estar presentes en las aguas residuales es mucho mayor y es
necesario realizar más investigaciones. Los estudios presentados anteriormente muestran
que sistemas como lodos activados y UASB, seguidos de procesos de desinfección, pueden
eliminar adecuadamente estos compuestos. Sin embargo, no todos los efluentes generados
son tratados en Brasil, por lo tanto, la disposición de estos efluentes en los receptores de agua
seguirá contribuyendo a la presencia de estos compuestos en las aguas superficiales (12).
Los procesos de tratamiento biológico son ampliamente utilizados en Brasil y en todo el
mundo. Entre los procesos clasificados como biológicos, el aeróbico por lodos activados y el
anaeróbico UASB son los más utilizados (16). Los reactores UASB juegan un papel importante
en el tratamiento anaeróbico de aguas residuales en países tropicales debido a las
condiciones favorables de temperatura. Las ventajas de estos reactores, como los bajos
costos de mantenimiento, han llevado a su amplia aplicación en Brasil (20).
Factores internos (características físico-químicas de los compuestos) y factores externos
(características de las aguas residuales y condiciones de tratamiento) determinan la presencia
de los microcontaminantes en PTAR (17). En general, se obtienen mejores tasas de remoción
mediante tratamientos terciarios como fotodegradación, fenton o foto-fenton, ozono, oxidación
electroquímica, carbón activado granular o el uso de un sistema de membranas (12, 13). Cabe
destacar que, en la actualidad, no existe un tratamiento específico que garantice la eliminación
completa de varios microcontaminantes, debido a la diversidad de propiedades de estas
sustancias. Los procesos confiables aún se están desarrollando (17).
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2.4. Riesgos para los organismos acuáticos y la salud humana
Sin una eliminación adecuada de fármacos antes de la descarga en los ríos, los animales
acuáticos están expuestos de forma crónica a un cóctel de dosis bajas de diferentes
microcontaminantes en todo el mundo (22). Aunque la mayoría de estos compuestos están
presentes en bajas concentraciones, desencadenan alteraciones endócrinas, neurotoxicidad
y cambios a nivel de ecosistema (23). Específicamente, varios estudios demuestran que altas
concentraciones de estrógenos naturales y sintéticos feminizan a los peces machos, afectan
la aptitud reproductiva (24), disminuyen el recuento de espermatozoides e inducen la
producción de vitelogenina (25). Los organismos acuáticos son particularmente importantes,
ya que están expuestos a las aguas residuales a lo largo de su vida (26).
Existe una preocupación ambiental con los fármacos que tienen actividad endócrina porque
aún faltan estudios para abordar con mayor precisión la evaluación de riesgos para la salud
humana asociados con la exposición a largo plazo a fármacos en concentraciones bajas y su
posible efecto cuando se combinan con otras sustancias qmicas (27).
Para los humanos, la fuente más importante de contaminación por DE son los alimentos, ya
que muchas de estas sustancias se utilizan durante la producción de comidas procesadas y/o
en su proceso de envasado, o incluso por el consumo de agua potable contaminada ya que
varios de estos compuestos no son totalmente destruidos o degradados durante el proceso
utilizado en plantas de tratamiento de agua o PTAR (28, 29).
Algunos estudios, que incluyeron observaciones clínicas y análisis epidemiológicos, indicaron
que estos compuestos pueden afectar negativamente el sistema reproductivo, el sistema
nervioso e incluso causar cáncer y obesidad. Además, el feto o los bebés expuestos pueden
desarrollar disfunción o enfermedad en la edad adulta (30) porque durante su desarrollo, el
feto es particularmente vulnerable a las fluctuaciones hormonales. La exposición a estas
sustancias durante el desarrollo embrionario puede inducir a la mortalidad, cáncer, o
alteraciones en las funciones enzimáticas (31).
En Brasil, algunos compuestos, como fármacos y DE, deben ser monitoreados para cumplir
con los estándares de calidad del agua y seguridad para la salud humana. Sin embargo, no
existen requisitos legales en cuanto al control de estos microcontaminantes en PTAR, con el
fin de minimizar o prevenir su liberación en compartimentos ambientales (12).
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3. Conclusiones
A pesar de los escasos estudios descritos en la literatura, considerando las diferencias
socioeconómicas y por el tamaño territorial del país, fue posible identificar la presencia de
estos microcontaminantes en las PTAR de las grandes ciudades ubicadas en los estados de
Paraná, São Paulo, Minas Gerais y Ceará. De acuerdo con el control de estos
microcontaminantes en algunas PTAR de Brasil, estudios muestran que las plantas de
tratamiento convencionales, hasta la etapa de tratamiento secundario, en su caso, no son
efectivas para remover estos compuestos, lo que confirma la necesidad de agregar
tratamientos terciarios de alta tecnología. Los resultados recientes indican una contaminación
persistente de las aguas superficiales después de la eliminación de aguas residuales tratadas
y también debido a la liberación ilegal de aguas residuales sin tratar. Por lo tanto, como una
prioridad urgente, se debe mejorar la infraestructura de saneamiento en Brasil y desarrollar
normativas regulatorias que permitan su control.
Es evidente que estos microcontaminantes causan una amplia variedad de efectos adversos
y, a medida que avanza la investigación clínica, es probable que haya más trastornos
relacionados con estas sustancias. El desafío de la ciencia en este escenario precede a los
procesos regulatorios, en el sentido de invertir para asegurar la calidad de los cuerpos de
agua y comprender los riesgos asociados con los estándares de vida modernos y sus
consecuencias para la salud humana y el medio ambiente que nos rodea.
Conflicto de interés: Los autores declaran que no existe ningún conflicto de interés con
respecto a la publicación de este artículo.
Agradecimientos: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES),
Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de
Minas Gerais (FAPEMIG), Fundação GOrceix, Organización de los Estados Americanos.
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