Pharmaceutical uptake kinetics in rainbow trout: In situ bioaccumulation in an effluent-dominated river influenced by snowmelt

Sims, Jaylen L.; Burket, S. Rebekah; Franco, Marco E.; Lovin, Lea M.; Scarlett, Kendall R.; Steenbeek, Ruud; Chambliss, C. Kevin; Ashcroft, Craig; Luers, Michael; Lavado, Ramón; Brooks, Bryan W.

doi:10.1016/j.scitotenv.2020.139603

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“…Also, in 96-h laboratory experiments with the fathead minnow (Pimephales promelas), Saari et al (2020) identified BCFs from 2 to 16.7 L/kg when water pH (8.1-8.4) was similar to the pH of the present study (8-8.4). More recently, Sims et al (2020) performed caged studies with rainbow trout in an effluent-dominated river, observed rapid uptake of diltiazem resulting in steady-state conditions within 24 to 72 h, and reported BCF values ranging from 10.1 to 72.6 L/kg. During the two 7-d in situ experiments, trout body burdens were directly influenced by surface water concentrations of diltiazem, which led the authors to conclude that waterborne exposure governs uptake (Sims et al 2020).…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

“…More recently, Sims et al (2020) performed caged studies with rainbow trout in an effluent-dominated river, observed rapid uptake of diltiazem resulting in steady-state conditions within 24 to 72 h, and reported BCF values ranging from 10.1 to 72.6 L/kg. During the two 7-d in situ experiments, trout body burdens were directly influenced by surface water concentrations of diltiazem, which led the authors to conclude that waterborne exposure governs uptake (Sims et al 2020). In the present study, we observed similar BCF values, ranging from 7 to 35 L/kg (Table 1), for rainbow trout following exposure to diltiazem for 24 h. Such observations are also generally consistent with previous diltiazem studies using rainbow trout, though work by Steinbach et al (2016) provided BCFs for specific tissues instead of the body burden measurements provided in the present study.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

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Interaction of the Olfactory System of Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) with Diltiazem

Lari

Burket

Steinkey

et al. 2020

Enviro Toxic and Chemistry

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Diltiazem is ubiquitously prescribed and has been reported in many effluents and freshwater bodies. Being a calcium channel blocker, diltiazem could disrupt the function of the sensory and central nervous systems. In the present study, using electro-olfactography (EOG), we investigated the interaction of diltiazem with the olfactory sensory neurons (OSNs) of rainbow trout by looking into the detection threshold and effects of immediate (~5 min) and acute (24 h) exposure to diltiazem at 6.6, 66, and 660 µg/L. We also studied the accumulation of the drug in fish plasma and whole body. Brief exposure to diltiazem impaired the OSN response to a chemosensory stimulus in a concentration-dependent manner at 6.6 µg/L and higher, whereas OSNs exposed for 24 h only displayed an impairment at 660 µg/L. Chemical analysis showed that the accumulation of diltiazem in fish plasma and body correlated with the EOG response because it was 10 times higher in the group that displayed a significant impairment (660 µg/L) compared to the other 2 groups (6.6, 66 µg/L). This correlation suggests that the impact of diltiazem on OSNs might partially be through the accumulated molecules in the fish bloodstream. Fish did not detect diltiazem as a sensory stimulus even at concentrations as high as 660 µg/L; thus, fish could potentially swim toward or fail to escape harmful concentrations of diltiazem.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Interaction of the Olfactory System of Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) with Diltiazem

Lari

Burket

Steinkey

et al. 2020

Enviro Toxic and Chemistry

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“…After filtration, samples were fortified with 50 µl of a 2,000 µg L –1 deuterated internal standard solution. Water samples were then extracted following previously reported methods (Bean et al, 2018; Du et al, 2014; Haddad et al, 2018; Sims et al, 2020) using either strong cation‐exchange cartridges (Strata‐SCX, 500 mg; Phenomenex) for the sertraline treatment or Oasis HLB cartridges (6 ml/200 mg; Waters) for the acetaminophen treatment.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…Instrumental analysis, including limits of detection for target compounds, have been previously published (Bean et al, 2018; Burket et al, 2019; Haddad et al, 2018; Sims et al, 2020). Briefly, samples were analyzed via isotope‐dilution LC–MS/MS on an Agilent system.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Bioaccumulation Kinetics of Model Pharmaceuticals in the Freshwater Unionid Pondmussel, Sagittunio subrostratus

Burket

Sims

Dorman

et al. 2023

Enviro Toxic and Chemistry

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Bioaccumulation of ionizable pharmaceuticals has been increasingly studied, with most reported aquatic tissue concentrations in field or laboratory experiments being from fish. However, higher levels of antidepressants have been observed in bivalves compared with fish from effluent‐dominated and dependent surface waters. Such observations may be important for biodiversity because approximately 70% of freshwater bivalves in North America are considered to be vulnerable to extinction. Because experimental bioaccumulation information for freshwater bivalves is lacking, we examined accumulation dynamics in the freshwater pondmussel, Sagittunio subrostratus, following exposure to a model weak acid, acetaminophen (mean (±SD) = 4.9 ± 1 µg L–1), and a model weak base, sertraline (mean (±SD) = 1.1 ± 1.1 µg L–1) during 14‐day uptake and 7‐day depuration experiments. Pharmaceutical concentrations were analyzed in water and tissue using isotope dilution liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Mussels accumulated two orders of magnitude higher concentrations of sertraline (31.7 ± 9.4 µg g–1) compared to acetaminophen (0.3 ± 0.1 µg g–1). Ratio and kinetic‐based bioaccumulation factors of 28,836.4 (L kg–1) and 34.9 (L kg–1) were calculated for sertraline and for acetaminophen at 65.3 (L kg–1) and 0.13 (L kg–1), respectively. However, after 14 days sertraline did not reach steady‐state concentrations, although it was readily eliminated by S. subrostratus. Acetaminophen rapidly reached steady‐state conditions but was not depurated over a 7‐day period. Future bioaccumulation studies of ionizable pharmaceuticals in freshwater bivalves appear warranted. Environ Toxicol Chem 2023;42:1183–1189. © 2023 SETAC. This article has been contributed to by U.S. Government employees and their work is in the public domain in the USA.

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“…Si bien la absorción de compuestos ionizables, como los fármacos humanos, en los peces es rápida, alcanzando condiciones de estado estable en unos pocos días, hay un interrogante en relación al comportamiento de estas sustancias en condiciones de campo (Sims et al, 2020). Es por ello que diversos autores han utilizado los ensayos in-situ de exposición, para evaluar el impacto toxicológico en peces, producido por los efluentes de aguas residuales (Muir et al, 2017;Pérez et al, 2018;Simmons et al, 2017).…”

Section: Introductionunclassified

Estudio de la acumulación de compuestos farmacéuticos de uso humano en especies de peces de la Cuenca del Plata

Rojo¹

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Luego de su consumo, una fracción de los fármacos humanos (FH) y sus metabolitos, ingresan a las plantas de tratamiento de aguas residuales (cuando existen) a través de las excretas y se descargan directamente en las aguas superficiales. En Argentina, estudios previos han demostrado la presencia de FH en los cuerpos de agua superficiales de nuestro país, por lo que los riesgos ambientales de estos compuestos, se esperarían principalmente en los ecosistemas acuáticos e incluso hay evidencia de que pueden ser absorbidos y bioacumulados diferencialmente por los peces. En base a los antecedentes, el objetivo general de esta tesis fue estudiar la bioacumulación de FH en peces de la Cuenca del Plata, relacionarla con las propiedades fisicoquímicas de dichas sustancias y las características biológicas de las especies, evaluar si pueden biomagnificarse y estimar el potencial riesgo para el consumo humano. Para ello, como punto inicial se implementó la metodología de PLE y se adaptó la metodología de Extractor Rotatorio para la extracción de los FH en músculo de peces, resultando satisfactorias para el análisis de los compuestos y permitiendo reportar por primera vez la presencia de 18 fármacos humanos, en el músculo de M. obtusidens, P. lineatus, P. maculatus, y S. brasiliensis, recolectados en la Cuenca del Plata. CBZ y ATE fueron los más frecuentes (> 50%) en concentraciones <1 μg kg-1 en peces recolectados en el Rio Uruguay. Mientras que ATE y SIL, fueron los más frecuentes (≥ 50%), y en concentraciones >10 μg kg-1 en peces recolectados en el Bajo Río Uruguay y Río de La Plata Interior. Los niveles de concentración de ENA y SIL se reportaron por primera vez a nivel mundial. No hubo relación entre el nivel de bioacumulación y las propiedades fisicoquímicas de los FH, ni tampoco un patrón de biomagnificación en las especies estudiadas. Como segunda parte de la tesis, se evaluaron los factores de bioconcentración a 96 h de ATE, ENA y SIL en C. decemmaculatus, resultando <1 para los 3 compuestos y respetando el orden CBZ~SIL> ENA. Para SIL, se estudió la cinética de bioconcentración en C. decemmaculatus y P. mesopotamicus y se observó que los BCF fueron mayores a los obtenidos a 96 h, indicando que se necesitan tiempos > 7 d para alcanzar el estado estacionario. En la tercer parte de la tesis, se evaluó la actividad de las enzimas del sistema de biotransformación de fase I (EROD y BROD) y fase II (GST) en ejemplares de P. lineatus recolectados en el margen costero sur del Río de La Plata Interior (RLP) y Bajo Río Uruguay (URU). Las cuales mostraron mayor actividad (>25%) en RLP y BROD mostró una correlación negativa significativa con ENA. Complementariamente, la respuesta de dichas enzimas más la enzima del sistema antioxidante (CAT), fue evaluada en P. mesopotamicus expuestos a SIL, en condiciones controladas de laboratorio. Como resultado, todas las enzimas evaluadas mostraron un aumento en la actividad durante los días de exposición y luego una disminución en los días de depuración. Como parte final, de acuerdo a los PNECs calculados y las concentraciones de FH detectadas en el tejido muscular de los ejemplares de campo, se estimaron los potenciales riesgos para el consumo de pescado en la región, concluyendo que el riesgo para la salud humana por consumo de peces contaminados con fármacos de uso humano es muy bajo. Los resultados obtenidos en la presente tesis conforman un aporte esencial de información, a nivel nacional e internacional, con posibles vistas futuras a aplicarse en la legislación y en la gestión de los recursos naturales y pesqueros de la región.

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Pharmaceutical uptake kinetics in rainbow trout: In situ bioaccumulation in an effluent-dominated river influenced by snowmelt

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Interaction of the Olfactory System of Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) with Diltiazem

Interaction of the Olfactory System of Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) with Diltiazem

Bioaccumulation Kinetics of Model Pharmaceuticals in the Freshwater Unionid Pondmussel, Sagittunio subrostratus

Estudio de la acumulación de compuestos farmacéuticos de uso humano en especies de peces de la Cuenca del Plata

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