Zdravotní nezávadnost individuálních dávek pitné vody. RNDr. Jaroslav Šašek, SZÚ Praha S blížící se turistickou sezónou, dobou cestování a dovolených, pobytem v přírodě vyvstává otázka, jak si zabezpečit zdravotně nezávadnou dávku pitné vody. Jedná se zejména o ty případy, kdy jsme v přírodě bez běžných zdrojů pitné vody, nebo běžným zdrojům nelze plně důvěřovat, což se týká zejména rozvojových zemí s nízkou úrovní hygieny. Ve vyspělých zemích je situace podobná tehdy, kdy je potřeba použít zdroje čistých povrchových vod např. v panenské přírodě, horách či oblastech bez lidské činnosti. Řada subjektů i soukromých osob se nás často dotazuje na rizika onemocnění na cestě a na vhodný postup při zajištění nezávadné vody při jejich výjezdech do ciziny, často v rámci turistiky a individuálního či skupinového pobytu v přírodě. Následující článek se bude zabývati zdravotní nezávadností pitné vody nebo lépe vody pro lidské použití, neb se bude jednat i o vodu k mytí a očistě v terénu, tedy polních podmínkách. Rozebírána bude jen problematika mikrobiologie, nikoliv chemie či radioaktivita, i když i tato rizika přicházejí okrajově v úvahu. Riziko možné infekce je v případě pitné vody primární a může nás postihnout již v časovém horizontu několika hodin po požití závadné vody.
Nejprve bude vhodné představit hlavní původce onemocnění, jež jsou zodpovědní za případné onemocnění z vody. Jedná se o různé bakterie, viry, prvoky, event. i mikromycety či nižší metazoa (bezobratlé), zejména červi. V případě kontaminace vod odpadní vodou či splašky by se případné spektrum infekčních agens velmi rozšířilo. Z bakterií se jedná především o zástupce střevních bakterií (Salmonella, Shigella, Yersinia enterocolytica, patogenní E. coli), dále Campylobacter, P. aeruginosa (alimentárně významná pro malé děti). Sporulující bakterie (Bacillus, Clostridium) obvykle nejsou příčinou infekcí z vody. Z virů se jedná o enteroviry, adenoviry, Norwalk viry, Hepatitis A virus, rotaviry aj., z prvoků améby (Entamoeba histolytica, Acantamoeby, Naeglerie), dále giardie, kryptosporidia a různé druhy helmintů. Rozvod teplé pitné vody je i v mírném pásmu, natož v subtropech či tropech zdrojem rizika legionelóz, event. i infekcí způsobených oportunními mykobakteriemi či amébami (Naegleria, Acantamoeba). To je však samostatná problematika, která má své příčiny a zákonitosti a nebude předmětem tohoto sdělení. Pro zjednodušení a praktické účely, především z hlediska jejich rezistence k chemické dezinfekci a UV záření, bude vhodné mikroorganismy rozdělit do několika skupin. Nejcitlivější skupinu budou tvořit vegetetivní formy bakterií, jejich rezistence pak poroste směrem k virům a mikromycetám, sporám plísní, sporám bakterií; cysty či oocysty prvoků představují pak nejrezistentnější formu. Podobně i prostředky pro dezinfekci či jejich eliminaci rozdělíme do několika skupin dle jejich charakteru a účinnosti. Bude se jednat o chemickou dezinfekci, UV záření, fyzikální postupy jako je filtrace a termická (teplotní) dezinfekce. Riziko případné infekce je úměrné objemu zkonzumované vody, koncentraci mikrobů v ní, účinnosti systému úpravy vody v daném regionu, klimatických poměrech v době cesty a před ní (naředění kontaminace). Záleží též na virulenci mikroorganismů a obranyschopnosti makroorganismu. Mikroorganismy s nízkou infekční dávkou (vysoká virulence) jsou rizikové i při požití malého objemu vody, takže k onemocnění může dojít i při rekreačních vodních aktivitách nebo mytí a očistě. Nízkou inf. dávkou se vyznačují např. shigely, giardie, kryptosporidie, enteroviry včetně HAV (hepatitis A), enterohemorhagické E. coli – ty pak mohou zanést do čistých vod i divoká zvířata a ptáci, vedle antropogenní kontaminace. V dalším bude uvedeno, jaké možnosti pro zabezpečení pitné vody z aspektu možného infekčního onemocnění při cestách a pobytu v přírodě máme. Tato problematika s určitým
omezením bude též platit pro případy živelných pohrom, povodní, havárií, sabotážních či teroristických akcích apod. V zásadě máme v terénu k dispozici následující možnosti a to termickou dezinfekci, chemickou dezinfekci, filtraci event. i UV záření (v přípravě expedic s možností výroby el. energie). Termická (tepelná) dezinfekce: Představuje nejstarší prostředek dezinfekce, který nezlepšuje ani nezhoršuje senzorické vlastnosti vody, její účinnost není omezena složkami či partikulemi ve vodě. Je však drahá, technicky náročná, nepraktická k přípravě většího objemu vody, závislá na dostatečném zdroji energie v terénu. Tepelná inaktivace mikroorganismů vykazuje exponenciální charakter. Její účinnost je vysoká směrem k bakteriím, virům i prvokům, event. i drobným metazoím, vajíčkům helmintů, mikromycetám či jejich spórám, pokud použijeme pasterizační teploty (od 70 °C) event. var za běžných podmínek. Pro inaktivaci spor bakterií je však nutná sterilizace při 121 °C (245 kPa) 20 min.; tu však přežijí spory některých bacilů a klostridií, které ovšem nejsou hygienicky významné. Prakticky absolutní sterilizace by bylo dosaženo při teplotě 136 °C (tato teplota je na př. požadována pro eliminaci BSE, sterilitu nástrojů apod.). Sterilizaci co by destrukci všech živých forem pro zajištění zdravotní nezávadnosti pitné vody není však zdaleka nutno požadovat. Postačí destrukce infekčních agens, k čemuž za běžných podmínek v čisté vodě teoreticky není potřeby ani varu. Bod varu po dobu 1 min. a ponechání zakryté vody do vychladnutí je plně postačující k dezinfekci vody s dostatečnou reservou. Navíc je varem věrohodně indikována teplota, což v případě pasteračních teplot kolem 70 °C je to již s případným odhadem této teploty těžší. Dostatečná reserva je nutná z důvodu veliké variability tepelné citlivosti mikrobů. Dřívější praxe, tedy požadavek 20 min. varu je zcela zbytečný, neboť sporulující bakterie snesou i několikahodinový var. Navíc je není nutno eliminovat, neboť jak již bylo uvedeno, epidemie z vody obvykle nezpůsobují. S nadmořskou výškou sice bod varu klesá, např. ve 2000 m n.m. je skoro o 5 °C nižší (95,7 °C), ve 3 000 m n.m. voda vře při 88,4 °C. V nadmořské výšce nad 2000 m se doporučuje var prodloužit na 3 min. Termická (tepelná) dezinfekce : (upraveno dle Backer,H. 2002)
inf. agens:
letální teplota:
pozn.:
vegetativní formy bakterií enteroviry spory bakterií * prvoci (Giardia, Cryptosporidium *) vajíčka helmintů
65 °C – 3 min.; 100 °C – 3 sec. 70 °C – 1 min. 121 °C – 20 min. 70 °C – 10 min. 100 °C – 1 min.
HAV= 98 °C- 1 min. * některé 136 °C * 72 °C >1 min.
Z uvedeného je vidět, že technicky na cestách dostupná dezinfekce menšího množství vody varem devitalizuje bezpečně všechna potencionální infekční agens kromě spor bakterií, které ale obvykle nezpůsobují infekce a epidemie z vody (CDC Atlanta, USA). Aplikace UV záření : Je možná v polních podmínkách za předpokladu, že expedice nebo skupina osob disponuje dostatečným příkonem el.energie. Použití UV záření představuje široce používaný prostředek dezinfekce vod, nápojů, potravin. Další nevýhodou je absence reziduálních účinků, což ale při okamžitém použití vody není na závadu. Omezení způsobují i partikule ve vodě, jež mohou poskytnout ochranu před UV zářením. Předřazení kroku předfiltrace vody (filtr o porozitě 1
μm) před UV lampu za účelem eliminace partikulí sice zaručí požadovanou účinnost sestavy, ale bude použití komplikovat, především v polních podmínkách. Účinky UV záření pro dezinfekci vody jsou podrobně zpracovány v článku „Problematika dezinfekce vody UV zářením“ a je k dispozici na internetových stránkách SZÚ (www.szu.cz/voda/). Tento typ dezinfekce uvádím z důvodu jeho vysokého účinku na oocysty kryptosporidií, kde chemické prostředky dezinfekce selhávají (redukce oocyst o 3,9 log. řádu při dávce 190 J/m2 ; např. požadavek na 99,99% redukci bakterií, virů včetně jejich reaktivace pro účely dezinfekce pitné vody jsou 300 - 400 J/m2 ). Filtrace : je fyzikální a chemický proces, ovlivněný charakterem média, vody a průtokové rychlosti. Elektrochemická přitažlivost způsobuje v případě virů, že tyto adherují na povrch filtru ( pro svoji malou velikost lze viry odstranit jen pomocí semipermeabilních membrán v technologii reversní osmosy). Nebezpečí v případě překročení kapacity filtrů je v tom, že zvýšený tlak, který je nutný pro zajištění průtoku vody filtrem, může umožnit průnik mikrobům přes filtrační barieru. Fekálně či splašky znečistěná povrchová voda by neměla být dezinfikována pouze filtrací, nutná je ještě dodatečná úprava tepelnou či chemickou dezinfekcí pro devitalizaci virů. Pro účely filtrace povrchové vody v polních podmínkách jsou nabízeny firmami různé typy mechanických filtrů (nebo i tlakové), často preparované stříbrem nebo jodem, event. doplněné aktivním uhlím, které by měly dle US EPA zajistit redukci na úrovni 5-6 logaritmických řádů u bakterií, 4 log. řádů u virů a 3 log. řádů u cyst a oocyst prvoků. Možnosti filtrace různých mikroorganismů : (upraveno dle Backer, H. 2002) organismus : virus bakterie Giardia (cysty) Cryptosporidium (cysty) Entamoeba histolytica (cysty) Nematoda (vajíčky) Schistosoma (cerkarie) larvy červů (Dracunculus)
velikost organismu (μm): 0,003 0,2 – 0,5 x 1,5 – 8 6- 10 x 8 – 15 2–6 5 – 30 30-40 x 50-80 50 x 100 20 x 500
velikost pórů filtru (μm) / [reversní osmosa] 0,2 – 0,4 3-5 1 3-5 20 kávový filtr či jemná látka kávový filtr či jemná látka
Z uvedeného je vidět, že filtr o porozitě 0,4 μm odstraní prakticky všechny mikroorganismy kromě virů (spóry bakterií odstraní filtr o porozitě 0,2 μm; sníží se ale průtok vody). Chemická dezinfekce: Chemická dezinfekce disponuje řadou prostředků, jako je chlor, brom, jod a jejich deriváty, chlordioxid, ozon, peroxid vodíku a další chemické látky. Z hlediska účinnosti a použití v polních podmínkách se jejich výčet zužuje a z praktického hlediska jsou nejvhodnější preparáty v tabletách, které se dají snadno skladovat, transportovat a dávkovat do příslušného objemu vody. Jedná se především o chlorderiváty izokyanurové kyseliny v tabletách, které jsou prakticky stejně účinné jako anorganické sloučeniny chloru (chlornany). Vysoce účinné prostředky – chlordioxid a ozon lze individuálně těžko v polních podmínkách použít, kromě větších expedic v terénu.
Pro informaci je vhodné uvést srovnání účinnosti chloru na různé typy mikroorganismů, přicházející v úvahu jako možné agens při onemocnění z vody. Dezinfekční konstanta (C.t faktor = koncentrace v mg/l . čas v min.) pro E. coli se udává 3-4, enteroviry 30, HAV (hepatitis A typ virus) 2,5; cerkarie schistosom 30, cysty Giardia (3 log redukce) 150 a oocysty Cryptosporidium (3 log redukce) 1440. Údaje se týkají nízkých, tedy náročnějších teplot (210 °C) pro dezinfekci; údaje pro kryptosporidie je při 20 °C. Vliv teploty se projeví v případě nízkých hodnot nárůstem doby expozice o polovinu. Dezinfekce chemická : (polní podmínky- orientační dávky)
prostředek :
koncentrace:
vegetativní formy bakterií spory bakterií viry cysty améb cysty Giardia, oocysty Cryptosporidium
4-10 mg/l Cl2 40 – 50 mg/l Cl2 1 mg/l Cl2 70 mg/l Cl2 i více neúčinná
doba kontaktu : 10 – 30 min. 30 min. 30 min. účinnost nejistá
pozn.: vhodnější postup
filtrace filtrace (porozita 1 μm) UV záření (19 mJ/m2 )
Chemická dezinfekce je neúčinná na cysty prvoků, problematická i na sporulující bakterie (testováno většinou jen na Bacillus subtilis či B.cereus). Zde je většinou vhodnější filtrace nebo UV záření, u sporulujících bakterií je neúčinný i var, zde by pomohla jen sterilizace za přetlaku při 121 °C (tlakový hrnec- např. Pappinův na vaření, který umožní s ohledem na konstrukci dosažení přetlaku 245 kPa a tedy teploty 121 °C). Výše bylo však již uvedeno, že sporulující bakterie za běžných podmínek nejsou příčinou onemocnění z vody. Závěr : V polních podmínkách disponuje běžný cestovatel následujícími praktickými a dostupnými prostředky dezinfekce individuální dávky pitné vody – teplotní dezinfekce (var), chemická dezinfekce a filtrace. Nejpraktičtější chemické prostředky jsou tablety, kapalné jsou na cesty méně vhodné. Jsou vyráběny na bázi chlorderivátů IKA (kyselina izokyanurová). Vhodná koncentrace je obvykle jednoduchým způsobem vyznačena výrobcem na příslušném preparátu. K filtraci vody jsou určeny komerčně dostupné mechanické filtry, které lze použít ve volné přírodě. Podmínkou je porozita filtrů 0,2 – 0,4 μm. Tlakové filtry by vyžadovaly příkon energie. Termickou dezinfekci, var, lze v polních podmínkách realizovat přenosnými vařiči, obvykle na propan-butan. Sterilizačních teplot by bylo možno dosáhnout v tlakovém hrnci (např. Pappinův na vaření), který je schopen dosáhnout přetlaku 245 kPa, tj. teploty 121 °C. Dezinfekční účinnost a tedy i zdravotní zabezpečení pitné vody jednotlivými postupy dezinfekce je následující: dezinf. postup:
bakterie viry cysty prvoků Metazoa (améb, Giardia, (vajíčka, larvy, vegetativní spory Cryptosporidium) imaga) formy var (100 °C . 1 min.)* + + + + sterilizace (121 °C) + + + + + halogeny (ch-IKA)** + + + ? filtrace (max.0,4 μm) + - /0,2 μm /+ + + +/- účinnost dezinfekčního postupu */ korekce na nadmořskou výšku ( tj. od 2000 m výšky prodloužit dobu varu na 3 min.) **/ chlorderiváty izokyanurové kyseliny
mykobakterie a mikromycety nejsou zahrnuty (nepředstavují hlavní rizika při přípravě ind. dávky pitné vody v polních podmínkách) metazoa – jedná se o mnohobuněčné organismy (vajíčka, larvy, imaga)
Z uvedeného přehledu je vidět, že žádný postup není univerzální, kromě sterilizace, která je technicky těžko proveditelná v polních podmínkách a navíc ani není nutná. Filtrace vykazuje hlavní nedostatek s ohledem na průchod virů, chemická dezinfekce (nejpraktičtější je použití tablet halogenů či jejich derivátů) je neúčinná na cysty prvoků a spory bakterií. Nejspolehlivější z dostupných prostředků je var (po dobu 1 min. s ponecháním zakryté vody do vychladnutí s ohledem na nadmořskou výšku), neboť spory bakterií za normálních podmínek nepředstavují riziko onemocnění. Vodu je však nutno ihned spotřebovat, neponechávat do zásoby nebo z ní připravenou či rehydrovanou stravu skladovat na pozdější použití. Zcela bezpečný postup by tedy nutně zahrnovat 2 stupně dezinfekce, např. filtraci doplněnou aplikací halogenů nebo varem.
