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Occurrence of Parabens and Paraben Transformation Products in Sediment and Water Systems of the Brazos River Above and Below a Low Water Dam

Este estudio cuantificó los parabenos y sus productos de transformación en el agua y el sedimento del río Brazos alrededor de una presa de bajo caudal, revelando que los productos de transformación eran los analitos dominantes y que los coeficientes de partición medidos se desviaban de los modelos debido a condiciones de no equilibrio e interacciones específicas con el sedimento.

Autores originales: Amanda Ellis, Caroline Graham, Michael T Penrose, George P. Cobb

Publicado 2026-09-14

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CC BY 4.0

Autores originales: Amanda Ellis, Caroline Graham, Michael T Penrose, George P. Cobb

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Cada día, innumerables productos que utilizamos para limpiar, proteger y cuidar nuestros cuerpos liberan pequeñas cantidades de sustancias químicas en el mundo. Entre los más comunes se encuentran los parabenos, una familia de conservantes presentes en champús, lociones y alimentos que evitan que se echen a perder. Si bien estas sustancias son eficaces en su labor, los científicos saben desde hace tiempo que pueden imitar hormonas en los cuerpos de animales y personas, lo que podría alterar los procesos biológicos naturales. Cuando lavamos estos productos de nuestra piel o los desechamos, viajan a través de los sistemas de alcantarillado y, finalmente, entran en ríos y lagos. Una vez en el agua, no permanecen allí simplemente sin cambios. La luz solar, las bacterias y los productos químicos utilizados para tratar las aguas residuales pueden descomponerlos en nuevos compuestos relacionados llamados productos de transformación. La pregunta que ha desconcertado a los científicos ambientales no es solo si estos químicos originales están presentes, sino cómo se comportan una vez que se encuentran con el fondo lodoso de un río. ¿Se mantienen disueltos en el agua o se adhieren al sedimento, ocultándose eficazmente de la vista mientras continúan interactuando con el ecosistema?

Para responder a esto, los investigadores viajaron al río Brazos en Texas, una vía fluvial ancha que fluye a través de un paisaje salpicado de pequeñas presas diseñadas para regular los niveles del agua. Centraron su atención en una presa de bajo caudal específica, una estructura que crea un cambio distintivo en la forma en que se mueve el río. Por encima de la presa, el agua fluye de manera relativamente tranquila, mientras que por debajo, el agua cae por el borde, creando turbulencia y mezclando el agua con el lecho del río. El equipo se propuso medir la presencia de parabenos y sus productos de transformación tanto en el agua como en el sedimento arenoso y lodoso en dos ubicaciones: una justo aguas arriba de la presa y otra justo aguas abajo. Recopilaron muestras en tres días distintos durante el verano, recolectando cuidadosamente agua de la superficie y recogiendo las primeras pulgadas de sedimento de la ribera. Su objetivo era ver si la perturbación física causada por la presa cambiaba la forma en que estos químicos se distribuían entre la parte líquida y la sólida del río.

Los resultados revelaron un río rebosante de estos compuestos, aunque en concentraciones que a menudo son demasiado pequeñas para verse sin instrumentos altamente sensibles. En el agua, los investigadores encontraron trazas de parabenos que variaban desde niveles indetectables hasta 10,6 nanogramos por litro, una cantidad tan pequeña que es comparable a un solo grano de arena en una piscina grande. En el sedimento, las cantidades fueron de forma similar bajas, alcanzando hasta 4,5 nanogramos por gramo de suelo seco. Curiosamente, las sustancias más abundantes que encontraron no eran los conservantes originales que la gente usa en sus hogares, sino más bien los productos de su descomposición. Específicamente, dos compuestos conocidos como PHBA y DHBA aparecieron en las mayores cantidades tanto en el agua como en el lodo. Estas sustancias son el resultado natural de la descomposición de los parabenos, lo que sugiere que, para cuando el agua del río llega a este punto, gran parte del conservante original ya se ha transformado. Aunque los niveles de los parabenos originales fueron generalmente bajos, el estudio confirmó que estos químicos y sus descendientes circulan constantemente por el sistema fluvial, entrando a través de las aguas residuales y persistiendo a pesar de la capacidad natural del río para degradarlos.

Un descubrimiento clave del estudio concernía a cómo interactúan estos químicos con el lecho del río. Los científicos suelen utilizar modelos matemáticos para predecir si un químico flotará en el agua o si se hundirá y se pegará al lodo. Estos modelos se basan en la idea de que cuanto más "temeroso al agua" (hidrófobo) sea un químico, más probable es que se adhiera a la materia orgánica del suelo. Sin embargo, las mediciones tomadas en el río Brazos no coincidieron con estas predicciones. Los investigadores descubrieron que los químicos se comportaban de manera diferente dependiendo de dónde se encontraran en el río. Por debajo de la presa, donde el agua se agita y se mezcla vigorosamente, los químicos mostraron una mayor tendencia a adherirse al sedimento que por encima de la presa, donde el agua estaba más tranquila. Esto sugiere que el entorno físico desempeña un papel masivo en el lugar donde terminan estos químicos. La turbulencia creada por la presa probablemente obliga a los químicos a colisionar con partículas suspendidas y con el lecho del río con mayor frecuencia, haciendo que se asienten fuera de la columna de agua más rápido de lo que lo haría un río tranquilo.

El estudio también destacó una limitación en nuestra comprensión actual sobre el destino de estos contaminantes. Los modelos utilizados para predecir el comportamiento químico suelen asumir que el agua y el sedimento se encuentran en un estado de equilibrio perfecto, donde la cantidad de químico que se mueve del agua al lodo es igual a la que vuelve del lodo al agua. Los investigadores descubrieron que este equilibrio probablemente no existe en un río real y corriente. La distancia entre la superficie del agua y el lecho del río, combinada con el movimiento constante de la corriente, significa que el sistema nunca está realmente en reposo. Además, las estructuras químicas específicas de estos parabenos, que incluyen grupos polares que pueden interactuar con las partes minerales del sedimento, pueden hacer que se adhieran de formas que los modelos simples no contemplan. Los datos mostraron que el comportamiento real de estos químicos en la naturaleza es más complejo y dinámico de lo que sugieren las simulaciones de laboratorio.

En última instancia, esta investigación proporciona una imagen más clara de cómo se mueven los químicos domésticos comunes a través de un ecosistema fluvial. Confirma que los parabenos y sus productos de transformación están presentes en el río Brazos, siendo los productos de su descomposición la forma más prevalente. El estudio demuestra que las características físicas de un río, como una presa de bajo caudal, pueden alterar significativamente cómo se distribuyen estos químicos entre el agua y el sedimento. Si bien las concentraciones encontradas fueron generalmente bajas, el hecho de que estos compuestos persistan y se transformen en el medio ambiente subraya la necesidad de modelos más realistas que tengan en cuenta la naturaleza dinámica del agua corriente. Al observar el río tal como se comporta realmente, en lugar de confiar únicamente en las predicciones teóricas, los científicos pueden comprender mejor la verdadera huella ambiental de los conservantes que utilizamos cada día.

Resumen Técnico: Presencia de Parabenos y Productos de Transformación de Parabenos en Sistemas de Sedimentos y Agua del Río Brazos

Planteamiento del Problema
Los parabenos, ampliamente utilizados como conservantes en productos de cuidado personal, fármacos y alimentos, están clasificados como compuestos de disrupción endocrina (EDC, por sus siglas en inglés) debido a su actividad estrogénica. Si bien la presencia ambiental y la toxicidad de los parabenos maternos (p. ej., metilparabeno, propilparabeno) están relativamente bien caracterizadas, existe una brecha de conocimiento significativa respecto a sus productos de transformación (TP, por sus siglas en inglés). Los parabenos ingresan a los sistemas acuáticos principalmente a través de efluentes de aguas residuales y escorrentía. Durante el tratamiento de aguas residuales, experimentan transformaciones que, con frecuencia, producen derivados halogenados (p. ej., parabenos clorados) y productos hidrolíticos. Estos TP, algunos de los cuales poseen vidas medias extendidas (hasta 3 600 horas para ciertas especies cloradas en entornos marinos), contribuyen a la pseudo-persistencia de los contaminantes relacionados con los parabenos. Investigaciones previas en el río Brazos, Texas, identificaron la presencia de parabenos y sus TP aguas abajo de las plantas de tratamiento de aguas residuales, pero no se había evaluado el efecto específico de las características hidrológicas, como las presas de bajo nivel, en la partición de estos compuestos entre el agua y el sedimento.

Metodología
Este estudio cuantificó las concentraciones de los parabenos maternos y sus productos de transformación tanto en matrices de agua como de sedimento en dos sitios del río Brazos: uno aguas arriba y otro aguas abajo de una presa de bajo nivel ubicada al sureste del lago Waco.

Muestreo: Las muestras se recolectaron en tres días distintos durante el verano de 2023. Las muestras de agua se recolectaron mediante muestreo puntual en botellas de vidrio ámbar, mientras que las muestras de sedimento se tomaron de las capas superiores de 2 a 3 pulgadas dentro de un radio de 3 pies desde la orilla del río.
Analitos: El estudio se centró en los parabenos maternos (metil, etil, propil) y varios productos de transformación, incluyendo productos oxigenados/hidrolíticos (PHBA, DHBA, MePOH) y derivados halogenados (parabenos clorados).
Extracción y Análisis: Las muestras de agua fueron sometidas a filtración y extracción en fase sólida (SPE) utilizando cartuchos OASIS HLB. Las muestras de sedimento fueron acidificadas, sometidas a agitación con mezclas de acetona y metanol-agua, y extraídas de manera similar mediante SPE. Los analitos se cuantificaron utilizando Cromatografía de Líquidos de Ultra Rendimiento acoplada a Espectrometría de Masas en Tándem (UPLC-MS/MS).
Coeficientes de Partición: El estudio calculó los coeficientes de distribución sedimento-agua ( $K_d$ ) y los coeficientes de partición normalizados por carbono orgánico ( $K_{oc}$ ). El $K_d$ se derivó dividiendo la concentración en el sedimento entre la concentración en el agua. El $K_{oc}$ se calculó dividiendo el $K_d$ por la fracción de carbono orgánico ( $f_{oc}$ ), la cual se determinó mediante la pérdida por ignición (calcinación) de las muestras de sedimento.
Análisis Estadístico: Se emplearon pruebas no paramétricas (Kruskal-Wallis y pruebas de Dunn) debido a las distribuciones de datos no normales. Se utilizaron estimaciones de máxima verosimilitud (MLE) para los valores por debajo del límite de detección.

Resultos Clave

Concentraciones:
- Sedimento: Las concentraciones de alquilparabenos oscilaron desde niveles por debajo del límite de detección (BDL) hasta 4.5 ng/g. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los sitios de aguas arriba y aguas abajo para ningún analito. Sin embargo, el ácido 4-hidroxibenzoico (PHBA) y el ácido 3,4-dihidroxibenzoico (DHBA) fueron las especies más abundantes, con el PHBA promediando 1.56 ng/g (aguas abajo) y 1.80 ng/g (aguas arriba).
- Agua: Las concentraciones variaron desde BDL hasta 10.6 ng/L aguas arriba y desde BDL hasta 4.7 ng/L aguas abajo. El propilparabeno (PrP) fue el único compuesto materno que mostró una diferencia estadísticamente significativa entre los sitios. Los TP oxigenados e hidrolíticos se detectaron con mayor frecuencia que los parabenos maternos, alcanzando hasta 19 ng/L aguas arriba. Las especies dicloradas se detectaron con mayor frecuencia que las monocloradas; el metilparabeno monoclorado (ClMeP) permaneció por debajo de los límites de detección en todas las muestras.
Comportamiento de Partición:
- Los valores de $K_d$ fueron generalmente menores aguas arriba que aguas abajo, lo que sugiere una mayor sorción en el sedimento aguas abajo de la presa.
- Los valores de $K_{oc}$ siguieron una tendencia similar, con la mayoría de los parabenos mostrando valores incrementados aguas abajo.
- Los coeficientes de partición medidos se desviaron significativamente de los valores de la literatura y de las predicciones modeladas (basadas en $K_{ow}$ ). Por ejemplo, mientras que los modelos predecían una baja adsorción para el metilparabeno (MeP) y el etilparabeno (EtP), los datos in situ indicaron una sorción mayor de lo esperado.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma abordar una brecha crítica en la comprensión del destino ambiental de los productos de transformación de los parabenos, particularmente los derivados halogenados, los cuales están menos estudiados en comparación con los compuestos maternos. El estudio destaca que:

Los Productos de Transformación Predominan: El PHBA y el DHBA, probablemente productos de degradación natural de todos los parabenos maternos, fueron los analitos más abundantes en ambas matrices, reforzando su papel como marcadores persistentes de la contaminación por parabenos.
Limitaciones de los Modelos Predictivos: Los valores medidos de $K_d$ $K_{d}$ y $K_{oc}$ $K_{oc}$ no coincidieron con las predicciones basadas en la hidrofobicidad ( $K_{ow}$ $K_{o w}$ ) o con las condiciones controladas de laboratorio. Los autores atribuyen esta discrepancia a tres factores principales:
- Condiciones de No Equilibrio: El flujo dinámico del río y la distancia entre los puntos de muestreo de agua superficial y sedimento probablemente impiden que el sistema alcance el equilibrio.
- Hidrodinámica: El flujo turbulento aguas abajo de la presa mejora la aireación y la partición hacia los sólidos suspendidos y los sedimentos del lecho, mientras que simultáneamente amplifica las tasas de transformación.
- Interacciones Químicas: La sorción puede estar impulsada por interacciones entre los grupos funcionales polares de los ácidos/parabenos y las fracciones no orgánicas o funciones polares de la materia orgánica en el sedimento, mecanismos que no son capturados por los modelos estándar de partición octanol-agua.

Los autores concluyen que la distribución in situ de los parabenos y sus TP está gobernada por procesos ambientales dinámicos que las estimaciones modeladas no logran capturar. Por consiguiente, las evaluaciones del transporte y el destino químico deben basarse en condiciones específicas del sitio en lugar de depender únicamente de datos modelados.

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