Skażenie wody pierwotniakami pasożytniczymi z rodzaju Cryptosporidium

1. Wprowadzenie

Mikroorganizmy z rodzaju Cryptosporidium sp. zaliczane są do grupy kosmopolitycznych pierwotniaków pasożytniczych, których rezerwuarem jest człowiek, zwierzęta gospodarskie, ssaki wolno żyjące oraz zwierzęta domowe, w tym psy i koty. Formą inwazyjną są oocysty, charakteryzujące się odpornością na zmienne czynniki środowiskowe oraz wysoką inwazyjnością. Do zarażenia dochodzi poprzez spożycie zanieczyszczonego pokarmu, wypicie skażonej wody lub drogą inhalacyjną (wraz z drobinkami kurzu). Pasożyt namnaża się w jelicie cienkim wywołując chorobę zwaną kryptosporydiozą – szczególnie narażone są dzieci oraz osoby z upośledzoną odpornością. Gatunkiem o największym znaczeniu epidemiologicznym w Europie jest Cryptosporidium parvum natomiast w Stanach Zjednoczonych Cryptosporidium hominis. Do skażenia wód powierzchniowych oocystami powyższych gatunków dochodzi na skutek odprowadzania zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego oraz ścieków z gospodarstw rolnych [1-17].

2. Charakterystyka pierwotniaków z rodzaju Cryptosporidium sp.

Formy dyspersyjne pasożyta identyfikowane są w zbiornikach wodnych na całym świecie. Najwyższy odsetek wykrywany jest w wodach powierzchniowych (ponad 83%). Obecność oocyst stwierdzono również w wodzie poddanej wstępnemu uzdatnianiu oraz w wodzie kranowej (odpowiednio 13% i 22% prób pozytywnych) [2]. Wykazują one wysoki poziom odporności na trudne warunki środowiskowe i powszechnie wykorzystywane środki dezynfekcyjne. Gatunki Cryptosporidium w systematyce roślin i zwierząt zaklasyfikowane zostały w poczet rodziny Cryptosporidiidae. W tab. 1 przedstawiono taksonomię gatunku Cryptosporidium parvum (dawniej Cryptosporidium parvum typ II) / Cryptosporidium hominis (określany uprzednio jako Cryptosporidium parvum typ I) [1].

Tab. 1. Taksonomia gatunku Cryptosporidium

Powyższe dwa gatunki są najistotniejsze z punktu widzenia kontroli epidemiologicznej stanu wód powierzchniowych, gdyż stanowią główny czynnik etiologiczny kryptosporydiozy. Choroba u osób immunokompetentnych objawia się w postaci krótkotrwałych samoograniczających się biegunek, natomiast w przypadku osób z upośledzoną odpornością zakażenie zwykle jest długotrwałe, co wiąże się z utratą masy ciała i może zagrażać życiu [3, 4]. U pacjentów z grup ryzyka, poza jelitem cienkim, zaobserwowano także zmiany morfologiczne w obrębie pęcherzyka żółciowego, dróg, żółciowych oraz układu oddechowego [5]. Do tej pory nie poznano przyczyny międzykontynentalnych rozbieżności w zakresie etiologii kryptosporydiozy (w Europie dominuje Cryptosporidium parvum zaś w USA i Australii Cryptosporidium hominis) [6]. Minimalna dawka infekcyjna zależy od wieku oraz ogólnego stanu zdrowia organizmu (tab. 2).

Tab. 2. Minimalna dawka infekcyjna (ang. minimal infectious dose, MID) podana jako liczba oocyst wywołujących stan chorobowy [7, 8]

Pierwotniak jest pasożytem wewnątrzkomórkowym rozwijającym się w komórkach nabłonkowych wyściełających jelito cienkie. Uwolnione sporozoity namnażają się endogennie, co prowadzi do powstania form płciowych (rys. 1 a-f), które w kolejnym etapie łączą się celem wytworzenia oocysty (ulega ona sporulacji i wydaleniu z przewodu pokarmowego). Uwolnione oocysty są formą inwazyjną i w takiej formie mogą przetrwać w środowisku przez wiele miesięcy. Rys. 1 obrazuje cykl życiowy Cryptosporidium parvum [12].

Rys. 1. Cykl rozwojowy Cryptosporidium parvum [12]

3. Epidemie kryptosporydiozy

Kontrola stanu zbiorników wodnych oraz ewentualnych przyczyn zanieczyszczeń pozwala na wdrożenie działań prewencyjnych, które pozwalają zapobiec chorobom wodnopochodnym. W Stanach Zjednoczonych opisano około 150 ognisk kryptosporydiozy (lata 1993-2004). Największa epidemia kryptosporydiozy miała miejsce w 1993 roku w Milwaukee. Na skutek skażenia ściekami komunalnymi ujęcia wody na jeziorze Michigan doszło do zarażenia przeszło 400 tys. osób, a ponad 100 osób zmarło. Standardowy proces uzdatniania nie eliminuje oocyst pierwotniaka, o czym przekonano się w 1994 roku w Las Vegas, gdzie pomimo zachowania wyznaczonych standardów doszło do zarażenia 78 osób, głównie byli to nosiciele wirusa HIV [16]. W tab. 3 zebrano wybrane epidemie kryptosporydiozy.

WHO szacuje, że skażenie wody pitnej przez pierwotniaki z rodzaju Cryptosporidium mieści się w następujących granicach:

Kanada – poniżej 5%,
Stany Zjednoczone – około 30%,
Wielka Brytania – do 40% [17].

Należy przy tym zauważyć, że formy dyspersyjne wykrywane są przede wszystkim w wodach powierzchniowych (ujęcia ze studni głębinowych cechują się większym bezpieczeństwem w tym zakresie).

4. Technologia uzdatniania wody

Konwencjonalne dawki chloru stosowane w procesie uzdatniania wody pitnej są nieskuteczne w stosunku do oocyst Cryptosporidium. Dopiero przy zastosowaniu 30 mg chloru na 1 l wody w czasie ok. 4 godz. dochodzi do redukcji 99% oocyst [13]. W przypadku zastosowania jodu i bromu pierwotniak także wykazuje wysoki poziom odporności na ich działanie. Techniki oparte na flokulacji, sedymentacji, napowietrzaniu, cechują się niską skutecznością. Metoda filtracji, aby uznać jej wyniki za zadawalające, wymagałaby zastosowania filtrów o średnicy porów poniżej 1 µm, co w praktyce jest niemal niemożliwe [14].

5. Stan kąpielisk na terenie województwa mazowieckiego

W 2013 roku zespół z Zakładu Higieny Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego przeprowadził badania na obecność pierwotniaków pasożytniczych w wybranych kąpieliskach z terenu województwa mazowieckiego (wybrane na podstawie wykazów Głównego Inspektoratu Sanitarnego). Materiał pobrano w okresie od czerwca do września. Oocysty Cryptosporidium wykryte zostały w 40% próbek pobranych z wód płynących oraz w 100% próbek ze sztucznych zbiorników zalewowych [9]. Równolegle dokonano pomiaru zawartości mikroorganizmów wskaźnikowych (w tab. 4 przedstawiono uzyskane wyniki dla bakterii E. coli oraz Enterococcus sp.). Gospodarcza działalność człowieka na terenach znajdujących się w niedalekim położeniu zbiorników wodnych stanowi stale aktualny problem sanitarny. Wysokie ryzyko zachorowania na kryptosporydiozę wiąże się z aktywnością rekreacyjną w kąpieliskach skażonych odchodami zwierząt hodowlanych (głównie bydła) – zawartość oocyst w przedziale 0,006÷2,5 w 1 dm³ ścieków. Ulewne deszcze, powodzie oraz lokalne awarie sieci wodociągowo-kanalizacyjnych wpływają na wzrost poziomu zanieczyszczeń mikrobiologicznych w wodach powierzchniowych [10, 11].

Tab. 4. Liczba oocyst z rodzaju Cryptosporidium oraz bakterii wskaźnikowych E. coli i Enterococcus sp. w próbkach wody z kąpielisk i miejsc wykorzystywanych do kąpieli na terenie województwa mazowieckiego [9]

6. Podsumowanie

Formy dyspersyjne pasożytów stanowią wciąż poważny problem epidemiologiczny dla zdrowia ludzi i zwierząt. Proces zapobiegania inwazjom kryptosporydiozy powinien opierać się na ograniczeniu ilości form rozwojowych pierwotniaka wprowadzanych do środowiska. W praktyce oznacza to szczegółowy nadzór nad potencjalnymi źródłami zanieczyszczeń, jakie w wyniku działań celowych lub losowych mogłyby doprowadzić do skażenia wód powierzchniowych. Liczba zgłoszonych przypadków zarażeń Cryptosporidium sp. nie odzwierciedla rzeczywistej skali problemu.

7. Literatura

Sroka J., Karamon J., Cencek T., Kryptosporydioza – pasożytnicza zoonoza. Życie Weterynaryjne 2009, 84(6), 476-478.
Bojar H., Kłapeć T., Woda jako potencjalne źródło zarażenia ludzi i zwierząt pierwotniakami z rodzajów Cryptosporidium i Giardia. Medycyna Ogólna i Nauki o Zdrowiu, 2011, 17(1), 45-51.
Leclerc H., Schwartzbrod L., Dei-Cas E., Microbial agents associated with waterborne diseases. Critical Reviews in Microbiology, 2002, 28(4), 371-409.
Betancourt W.Q., Duarte D.C. et al., Cryptosporidium and Giardia in tropical recreational marine waters contaminated with domestic sewage: Estimation of bathing-associated disease risks. Marine Pollution Bulletin 2014, 85(1), 268-273.
Wesołowska M., Gąsiorowski J., Jankowski S., Pierwotniaki oportunistyczne występujące u osób z niedoborami immunologicznymi. Advances in Clinical and Experimental Medicine 2005, 14(2), 349-355.
Casemore D.P., Epidemiological aspects of human cryptosporidiosis. Epidemiology and Infection, 1990,104, 1–28.
Majewska A. C., Kosiński Z., Werner A., Sulima P., Nowosad P., Pasożytnicze pierwotniaki jelitowe: nowe wodno pochodne zagrożenie zdrowia publicznego. Wyd. II, Uniwersytet Warszawski, 2001.
Marshall M.M., Naumovitz D., Ortega Y. i wsp., Waterborne protozoan pathogens. Clinical Microbiology Reviews. 1997, 10, 67–85.
Szczotko M., Matuszewska R., Gizinski R., Krogulska B., Evaluation of Prevalence of Protozoan Parasites Cryptosporidium and Giardia in Selected Swimming Areas in Masovian Voivodship. Ochrona Środowiska 2015, 37, 1, 49–53.
Schets F.M., van Wijnen J.H., Schijven J.F., Schoon H., de Roda Husman A.M., Monitoring of waterborne pathogens in surface waters in Amsterdam, The Netherlands, and the potential health risk associated with exposure to Cryptosporidium and Giardia in these waters. Applied Environmental Microbiology 2008, 74, 7, 2069–2078.
Castro-Hermida A., Garciá-Presedoa I., Almeindab A., González-Warletta M., Correia da Costab J.M., Mezoa M., Detection of Cryptosporidium spp. and Giardia duodenalis in surface water: A health risk for humans and animals. Water Research 2009, 43, 4133–4142.
https://eukaryoticmicrobe.blogspot.com.
World Health Organization (WHO). Water Recreation and Disease. Plausibility of Associated Infections: Acute Eff ects, Sequelae and Mortality by Kathy Pond, IWA Publishing London, 2005.
Polus M., Kocwa Haluch R., Oznaczanie i identyfikacja Cryptosporidium w wodzie i ściekach za pomocą bezpośredniej izolacji DNA i RFLP-PCR; III Ogólnopolski Kongres Inżynierii Środowiska Wydział Inżynierii Środowiska Politechnika Lubelska, Materiały 2009, 1, 225-234.
Raport US EPA-822-K-94-001, Cryptosporidium: Human Health Criteria Document, Office of Science and Technology – Office of Water, Washington, March, 2001.
Majewska A.C., Środowiskowe uwarunkowania chorób pasożytniczych. W: Parazytologia w ochronie środowiska i zdrowia red. Elżbieta Lonc Wyd. Volumed Wrocław 2001, 157-202.
Gołąb E., Waloch M., Rożej W., Wernik T., Piotrowska M., Wąsik M., Dzbeński T., Ocena częstości występowania zarażeń Cryptosporidium spp. u dzieci z biegunką. Wiadomości Parazytologiczne. 2007, 53(Suplement), 103.