Zdravotní rizika ze sinic v koupacích vodách Petr Pumann

Zdravotní rizika ze sinic v koupacích vodách Petr Pumann Úvod V červenci 2002 se v americkém státě Madison šlo koupat pět chlapců do jezírka na golfovém hřišti, ve kterém byl rozvinutý vodní květ. Sedmnáctiletý Dany Rodgers po dvou dnech zemřel na akutní selhání srdce. Dalšímu chlapci bylo nevolno a měl žaludeční a střevní potíže. Jako příčina úmrtí Danyho Rodgerse byla udávána intoxikace anatoxinem-a, neurotoxinem, který byl nalezen v jeho žaludku i v krvi a který produkují některé sinice, v tomto případě běžně se vyskytující Anabaena flos-aquae. Příčina smrti však není jistá, protože se nejednalo o typický průběh otravy anatoxinem-a, jak je znám od zvířat. Především zaráží dlouhá doba, která uplynula mezi intoxikací a smrtí [3]. Toto byl ve stručnosti jediný známý případ na světě, kdy bylo úmrtí člověka dáno do souvislosti s akutní otravou cyanotoxiny po koupání ve vodě se sinicemi. Ve srovnání s počty utopených za jeden rok v ČR, kterých je obvykle více než sto a alespoň část z nich opravdu utone při koupání [13], se může jevit riziko, které představují sinice jako nepatrné. Je tomu opravdu tak nebo se sinicím věnuje oprávněná pozornost? Látky produkované sinicemi Podívejme se nejprve na látky produkované sinicemi, které mohou být zodpovědné za zdravotní problémy. Sinice jsou známé produkcí širokého spektra biologicky aktivních látek různé chemické struktury a mechanizmu účinku [10]. Nejznámější jsou hepatotoxické (tzn. toxické pro játra) microcystiny, ale možné dopady cyanotoxinů na lidské zdraví nelze redukovat pouze na ně. Microcystiny jsou cyklické heptapeptidy, v současnosti je známo více než sedmdesát strukturních variant. Z našich běžných planktonních sinic ho produkují hlavně sinice rodů Microcystis, Planktothrix a Anabaena. Microcystiny inhibují protein fosfatázy a jejich účinek v tělech obratlovců je především hepatotoxický. Mají také schopnost působit jako promotory karcinogeneze [8]. Microcystin-LR byl v roce 2006 zařazen Mezinárodní agenturou pro výzkum rakoviny do skupiny 2B (možný karcinogen pro člověka) [12]. Neurotoxiny. Mezi známé neurotoxiny patří tři skupiny látek různých jak chemickou strukturou, tak účinkem. Patří sem anatoxin-a, anatoxin-a(S) a saxitoxiny. Neurotoxiny produkují především rody Anabaena, Aphanizomenon a Planktothrix a rovněž sinice z nárostů rodů Oscillatoria [10] a Phormidium [20]. Za mnoho smrtelných otrav zvířat jsou zodpovědné právě neurotoxiny [20]. Cylindrospermopsin má toxický účinek především na játra a ledviny. Zdravotní problémy způsobené tímto toxinem jsou známy zejména v Austrálii, kde ho produkuje převážně Cylindrospermopsis raciborskii. Byl zodpovědný např. za otravu z pitné vody u komunity původních obyvatel (tzv. Palm Island Mystery Disease) [9]. Poslední dobou upoutává cylindrospermopsin pozornost i v Evropě, protože i zde se postupně šíří C. raciborskii. Zajímavé však je, že evropské populace této sinice cylindrospermopsin zřejmě vůbec neprodukují. Přesto se v evropských vodách objevuje, a to zřejmě kvůli zástupcům rodu Aphanizomenon (především A. gracile) [18]. První studie mapující výskyt cylindrospermopsinu v ČR však přinesla jen málo pozitivních nálezů s poměrně nízkými koncentracemi [6]. Lipopolysacharidy (LPS) obsahují ve své buněčné stěně všechny sinice. U některých patogenních bakterií jsou právě LPS příčinnou patogenity. LPS u sinic jsou běžně

udávány jako možná příčina řady zdravotních problémů (vyrážky, gastrointestinální (GI) problémy, dýchací potíže, horečnatá onemocnění, alergické reakce) [21]. Stewart et al. [21] se však domnívají, že LPS sinic jsou zodpovědné jen za respirační potíže při vdechování aerosolu obsahujícího sinice. Že by další zdravotní problémy (např. GI) byly způsobeny LPS ze sinic se nezdá příliš pravděpodobné, protože jejich toxicita nepřesahuje úroveň toxicity LPS běžných střevních bakterií z čeledi Enterobacteriaceae (např. E. coli) [21]. To také dokládá i nedávno publikovaná práce českých vědců [4]. V toxicitě LPS z jednotlivých zkoumaných sinic byly však velké rozdíly. Největší toxicitu vykazovala přírodní populace Aphanizomenon sp. [4]. Biologicky aktivních látek sinic je velké množství a jejich výzkum stále pokračuje. V poslední době se např. objevily práce (např. [7]) dávající do souvislosti aminokyselinu β-N-methylamino-L-alanin (BMAA) s výskytem neurodegenerativních onemocnění jako jsou Alzheimerova nebo Parkinsonova choroba. BMAA se běžně vyskytovala ve vzorcích sinic z Velké Británie [14]. Známé otravy a zdravotní problémy způsobené sinicemi při koupání Obrázek o tom, jak jsou sinice rizikové, si samozřejmě nelze udělat jen z jedné známé smrtelné otravy, ale je potřeba se podívat i na méně závažné zdravotní projevy koupání ve vodě obsahující sinice. Ty jsou většinou mírné. Proto většina případů nebude náležitě dokumentována a zveřejněna v odborné literatuře. V soupise známých publikovaných případů dávaných do spojitosti se sinicemi, který provedl Stewart et al [23] (většinou jen z anglicky psané literatury), najdeme různá onemocnění. Od lehkých jako jsou senné rýmy, vyrážky a gastrointestinální (GI) problémy přes vážnější jako bolesti hlavy a svalů, pneumonii, horečku, závratě a puchýře v ústech, až po výše zmíněnou fatální otravu neurotoxiny. Další známý případ vážného poškození zdraví způsobený sinicemi při vodní rekreaci se stal v roce 1989 ve Velké Británii. U 20 vojáků, kteří plavali a trénovali na kánoích ve vodě se silným květem sinic rodu Microcystis, se objevily různé GI potíže, puchýře na rtech a bolesti v krku. Dva vojáci byli hospitalizováni s vážnou pneumonií [10]. O vysokém „toxickém potenciálu“ sinic svědčí rovněž četné zprávy o smrtelných otravách zvířat po pití vody obsahující sinice [20]. Terénní epidemiologické studie Důležitým zdrojem informací o zdravotních dopadech sinic na koupající se lidi (především těch mírnějších) mohou být i terénní epidemiologické studie. Těch je však poměrně málo. Za důkladnější rozbor stojí dvě prospektivní kohortové1 studie australských autorů. První studie [17] se účastnilo 852 lidí. Byl v ní zjištěn statisticky významný nárůst onemocnění mezi druhým a sedmým dnem po expozici u lidí, kteří se koupali ve vodě s více než 5000 buňkami sinic v 1 ml a strávili ve vodě více než 60 minut. Dva dny po expozici přitom žádný zvýšený počet onemocnění patrný nebyl (!). Do druhé studie [22] bylo zařazeno 1331 lidí. Bylo v ní zjištěno statisticky významné zvýšení počtu respiračních a všech sledovaných onemocnění (očí, uší, kůže, 1

V prospektivní kohortové studii se sleduje předem vybraná skupina lidí. U každého jedince je známa expozice rizikovému faktoru (v zmiňovaných případech zda se koupal a kolik sinic bylo ve vodě, ve které se koupal). Po ukončení expozice jsou zjišťovány zdravotní následky (ve zmiňovaných studiích formou dotazníku nebo telefonického pohovoru) a srovnány neexponovaní (nebo málo exponovaní) s exponovanými (nebo silně exponovanými).

respiračních a GI problémů) u lidí koupajících se ve vodách s vysokým počtem sinic ve srovnání s lidmi koupajícími se ve vodě s nižším množstvím sinic. Oběma studiím nutno vytknout především to, že vzhledem k nedostatečnému sledování fekální kontaminace nelze vyloučit, že nalezená onemocnění byla (alespoň zčásti) způsobena přítomností patogenních mikroorganismů. Za zmínku stojí ještě studie, ve které byla sledována koncentrace microcystinů v krvi lidí exponovaných inhalačně při vodních sportech, při kterých vznikají aerosoly. Expozice nebyla však příliš vysoká (jednotky µg/l) a tak z více než stovky účastníků měl pouze jeden nález nad mezí detekce a u něj se autoři domnívají, že se jednalo spíše o chybu stanovení [2]. Kožní testy Často je uváděno, že sinice vyvolávají u koupajících se lidí kožní problémy. V té souvislosti bude vhodné probrat několik klinických studií prováděných na lidech, při nichž byla zjišťována reakce dobrovolníků po aplikaci sinic nebo jejich extraktů na lidskou kůži. Z poslední doby je nutno zmínit opět dvě práce australských autorů. V první z nich [16] byla zjišťována kožní reakce zdravých jedinců (114 účastníků) na 6 taxonů sinic přikládaných na záda účastníků pomocí náplastí. Objevila se u 20 – 24% účastníků, ale výsledky musely být korigovány, protože část účastníků reagovala i na negativní kontrolu, kterou bylo kultivační médium. Po této korekci byla shledána pozitivní reakce u 11 – 15% účastníků. V další studii [19] na různé vzorky sinic reagoval nepříliš výrazně pouze jeden z 20 pacientů kožní ambulance a z 19 kontrolních zdravých účastníků nikdo. Na tomto místě nemůžeme vynechat ani dvě české studie. V první z nich [5] bylo testováno sto pacientů z dermatovenerologického oddělení jedné pražské nemocnice pomocí aplikace náplasťových a intradermálních testů. Testována byla kultura Microcystis aeruginosa, směsný vzorek Microcystis aeruginosa a Aphanizomenon flosaquae a také vzorek s Microcystis flos-aquae. Pozitivní reakce se pohybovala ve všech případech v jednotkách procent. Do další české studie bylo na alergologických pracovištích vybráno 32 účastníků, kteří udávali po koupání ve stojatých vodách různé alergické projevy (vodnatá rýma s kýcháním a slzením očí, vyrážky apod.). V intradermálních testech byly použity různé řasy a sinice (celkem 25 taxonů). Ze sinic nejvíce viditelných projevů způsobil Aphanizomenon (zjištěna reakce u 72% účastníků). Ještě o trochu častěji reagovali účastníci na některé zelené vláknité řasy (Spirogyra, Mougeotia, Rhizoclonium), které se sice v našich vodách běžně vyskytují, ale jejich masová přítomnost v přírodních koupacích vodách není pravděpodobná [15]. Zajímavé jsou i pokusy ze šedesátých let provedené pracovníky SZÚ, kteří na omezeném počtu lidí zkoušeli „náplasťové“ testy. Nejčastější reakce byly na Aphanizomenon flos-aquae [24]. Rizika ze sinic při koupání lze shrnout následovně: 1. Existuje reálné riziko vážné akutní otravy, ke které může dojít především u nepoučených jedinců (např. dětí) na lokalitách s vodním květem toxických sinic. Zásadní ochranou zdraví je proto všeobecné povědomí o možných rizicích z cyanotoxinů a vyvarování se koupání s možným požitím vody nebo vdechováním aerosolu na místech, kde se vyskytuje masivní vodní květ. 2. Zdravotní dopady chronické expozice microcystinům z koupacích vod lze na základě existujících dat jen těžko předvídat, ale vzhledem k bezpečnostním

faktorům využitým při konstrukci limitů a omezené době, kterou lidé stráví během roku koupáním v přírodních vodách, zřejmě nebudou velké. 3. U citlivých jedinců lze očekávat různé lehčí zdravotní problémy (např. vyrážky) i v případech s velmi nízkým výskytem sinic. Takoví lidé by se zřejmě měli preventivně vyvarovat kontaktu s přírodními koupacími vodami. Legislativa v ČR Požadavky na jakost vody, četnost a způsob kontroly přírodních koupacích vod jsou uvedeny ve vyhlášce č. 135/2004 Sb. [25]. Všechny lokality jsou sledovány v koupací sezóně podle přílohy 1 této vyhlášky, která obsahuje 18 ukazatelů. Mezi nimi jsou dva ukazatele, které mají přímý vztah k fytoplanktonu, a to chlorofyl-a a mikroskopický obraz (zahrnuje pouze kvalitativní rozbor fytoplanktonu, dalších organismů, případně abiosestonu). Tyto dva ukazatele se musí stanovovat s měsíční četností. Na lokalitách, kde lze během koupací sezóny odůvodněně předpokládat masový výskyt sinic, je nutno provádět monitoring ještě podle přílohy 2, tzn. sledovat a kvantifikovat sinice a stanovovat chlorofyl-a se základní 14-denní četností. Pokud jsou překročeny níže uvedené limity, četnost sledování se zvyšuje. Pro hodnocení výskytu sinic vyhláška č. 135/2004 Sb. přejímá mírně modifikovaný třístupňový systém limitních hodnot od Světové zdravotnické organizace [10]: Překročení limitních hodnot I. stupně nastává, pokud je přítomno alespoň 20 000 buněk sinic/ml (případně 2 mm3/l, pokud je výsledek vyjádřen jako buněčný objem) a zároveň koncentrace chlorofylu-a je alespoň 10 µg/l. V případě překročení limitů I. stupně by mělo být vzorkování prováděno nejméně s četností 1x týdně. Při takovém výskytu sinic lze u citlivých jedinců očekávat zvýšený výskyt různých akutních, ale méně závažných zdravotních problémů jako jsou různé alergické a dráždivé projevy, které však nejsou s velkou pravděpodobností způsobeny známými toxiny. Překročení limitních hodnot II. stupně nastává, pokud je přítomno alespoň 100 000 buněk sinic/ml (případně 10 mm3/l, pokud je výsledek vyjádřen jako buněčný objem) a zároveň koncentrace chlorofylu-a je alespoň 50 µg/l. Tato hranice je stanovena na základě limitní hodnoty pro microcystin-LR v pitné vodě (1 µg/l). Při výskytu sinic překračující limitní hodnoty II. stupně lze očekávat koncentrace microcystinů kolem 20 µg/l, v případě dominance Planktothrix agardhii i více (50 – 100 µg/l) [10]. Pro hodnocení rizik je však nutné brát v úvahu výrazně nižší příjem vody při koupání (100 – 200 ml), než jaký je u pitné vody. Překročení limitních hodnot III. stupně nastává, pokud je přítomen na lokalitě vodní květ sinic, který je ve vyhlášce definován jako stav, při kterém jsou pouhým okem vidět sluky sinic u hladiny, ve vodním sloupci nebo povlak sinic na hladině. Limity III. stupně lze také považovat za překročené v případech bez přítomnosti vodního květu, pokud jsou ve vzorcích výrazně vyšší počty sinic, než udávají limity II. stupně. To se týká především nádrží s dominancí vláknité sinice Planktothrix agardhii, která může tvořit spíše velmi silný vegetační zákal. Při výskytu silného vodního květu se mohou vyskytovat koncentrace microcystinů v řádu miligramů v litru. Při těchto hodnotách již hrozí vážné akutní poškození zdraví. Vyhláška č. 135/2004 Sb. dále udává, jaká základní opatření mají být přijata v případě překročení limitních hodnot. Pro přehlednou a snadnou orientaci veřejnosti byl ve shodě s vyhláškou vypracován Metodický návod pro sjednocení hodnocení jakosti vod využívaných ke koupání ve volné přírodě [1]. Vyhodnocení každého odběru je

zveřejněno na internetových stránkách místně příslušných KHS a jako mapový výstup také na portálu veřejné správy (http://geoportál.cenia.cz). Bylo vyčleněno následujících pět kategorií: - Voda vhodná ke koupání (modrý symbol ☺) znamená nezávadnou vodu s nízkou pravděpodobností vzniku zdravotních problémů při vodní rekreaci a s vyhovujícími smyslově postižitelnými vlastnostmi. Sinice nepřekračují limity I. stupně. - Voda vhodná ke koupání se zhoršenými smyslově postižitelnými vlastnostmi (zelený symbol ) znamená nezávadnou vodu s nízkou pravděpodobností vzniku zdravotních problémů při vodní rekreaci. Jsou ale zhoršené smyslově postižitelné vlastnosti vody (např. zvýšený zákal způsobený řasami). V případě možnosti je vhodné se osprchovat. Sinice nepřekračují limity I. stupně. - Zhoršená jakost vody (oranžový symbol ) znamená zvýšenou pravděpodobnost vzniku zdravotních problémů při vodní rekreaci, u některých vnímavých jedinců by se již mohly vyskytnout zdravotní obtíže. Po koupání se doporučuje osprchovat. Pokud jsou důvodem k vyhlášení sinice, překračují limity I.stupně. - Voda nevhodná ke koupání (červený symbol ) znamená, že voda neodpovídá hygienickým požadavkům a pro uživatele představuje zdravotní riziko. Koupání nelze doporučit zejména pro citlivé jedince. Pokud jsou důvodem k vyhlášení sinice, překračují limity II.stupně. - Voda nebezpečná ke koupání (černý symbol ), znamená, že voda neodpovídá hygienickým požadavkům a hrozí akutní poškození zdraví. Vyhlašuje se zákaz koupání. Pokud jsou důvodem k vyhlášení sinice, překračují limity III.stupně. V současné době je přichystána novelizace vyhlášky č. 135/2004 Sb. Ta přejímá požadavky z nové evropské směrnice 2006/7/ES. Pro sinice však v této směrnici jsou jen velmi obecná ustanovení, tak výše naznačený systém bude pravděpodobně zachován bez zásadních změn. Náš současný systém na sledování sinic v koupacích vodách požadavky nové směrnice obsahuje, takže nebude nezbytně nutné v něm dělat zásadní změny (přinejmenším do doby, než se členské země dohodnou o přesnějším společném postupu). Změny, které přinese novelizovaná vyhláška do systému sledování sinic na přírodních koupacích vodách, se budou týkat např. zařazení nových (rychlejších a přesnějších) analytických metod (např. možné využití fluorescenčních metod ke kvantifikaci biomasy sinic) nebo oprav drobných chyb, na které se přišlo během pětiletého užívání stávající vyhlášky. Poděkování Článek vznikl v rámci projektu podpory vědy a výzkumu MŽP SP/2e7/58/08 „Zjištění parametrů ovlivňujících profily vod ke koupání z hlediska životního prostředí“. Literatura 1. Anon (2004): Metodický návod pro sjednocení hodnocení jakosti vod využívaných ke koupání ve volné přírodě. Dostupný na http://www.szu.cz/uploads/documents/chzp/voda/pdf/hodnocen.pdf 2. Backer L, Carmichael W; Williams Ch et al (2008): Recreational Exposure to Low Concentrations of Microcystins During an Algal Bloom in a Small Lake. Mar. Drugs 6(2): 389-406. 3. Behm D. (2003): Coroner cites algae in teen's death. Experts are uncertain about toxin's role. Milwaukee Journal Sentinel (3.8.2003). Dostupné na http://www.jsonline.com/news/state/sep03/167645.asp (prosinec 2005).

4. Bernardová K, Babica P, Maršálek B, Bláha L. Isolation and endotoxin activities of lipopolysaccharides from cyanobacterial cultures and complex water blooms and comparison with the effects of heterotrophic bacteria and green alga. J. Appl. Toxicol. 2008; 28(1): 72–77. 5. Bílek J. Studie reaktivity kůže na vybrané sinice a řasy. Kandidátská disertační práce; 1976. 6. Bláhová L, Oravec M, Šimek Z, Maršálek B, Bláha L. Analytické možnosti stanovení významných „tradičních“ i „nových“ cyanotoxinů. Cyanobakterie 2008; p. 48-50. 7. Cox PA, Banack SA, Murch SJ. Biomagnification of cyanobacterial neurotoxins and neurodegenerative disease among the Chamorro people of Guam. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(23):13380-3. 8. Dittmann E, Wiegand C. Cyanobacterial toxins – occurrence, biosynthesis and impact on human affairs. Mol. Nutr. Food. Res. 2006, 50, 7-17. 9. Griffiths D, Saker M. The Palm Island Mystery Disease 20 Years on: A Review of Research on the Cyanotoxin Cylindrospermopsin. Environ Toxicol 2003; 18: 78–93. 10. Chorus I, Bartram J. Toxic Cyanobacteria in Water. E&FN Spon; 1999. 11. Chorus I, Falconer IR, Salas HJ, Bartram J. Health risks caused by freshwater cyanobacteria in recreational waters. J Toxicol Environ Health B Crit Rev. 2000 Oct-Dec;3(4):323-47. 12. IARC. Cyanobacterial Peptide Toxins. Vol. 94; 2006. Available from: http://monographs.iarc.fr/ENG/Meetings/94-cyanobacterial.pdf 13. Kaufman J (2008): Koupání a riziko úrazů a utonutí. Hygiena 2008(3): 112-113. 14. Metcalf J, Banack S, Lindsay J, Morrison L, Cox P, Codd G. Co-occurrence of b-N-methylamino-L-alanine, a neurotoxic amino acid with other cyanobacterial toxins in British waterbodies, 1990–2004. Environmental Microbiology 2008; 10(3): 702–708. 15. Michl I, Hochová B, Lukavský J. Alergie na řasy a sinice. – In: Sbor. ref. semináře ČSAKI, Ústav sér a očkovacích látek, Praha; 1990. p. 24–33. 16. Pilotto L, Hobson P, Burch MD, Ranmuthugala G, Attewell R, Weightman W. Acute skin irritant effects of cyanobacteria (blue-green algae) in healthy volunteers. Aust N Z J Public Health. 2004 Jun;28(3):220-4. 17. Pilotto LS, Burch MD, Douglas RM, Cameron S, Beers M, Rouch GR et al. Health effects of exposure to cyanobacteria (blue green algae) during recreational water–related activities. Aust NZ J Public Health 1997; 21(6): 562– 6. 18. Rücker J, Stüken A, Nixdorf B, Fastner J, Chorus I, Wiedner C. Concentrations of particulate and dissolved cylindrospermopsin in 21 Aphanizomenondominated temperate lakes. Toxicon 2007;50(6):800-9. 19. Stewart I, Robertson IM, Webb PM, Schluter PJ, Shaw GR. Cutaneous hypersensitivity reactions to freshwater cyanobacteria – human volunteer studies. BMC Dermatology 2006, 6:6 doi:10.1186/1471-5945-6-6. 20. Stewart I, Seawright A, Shaw G. Chapter 28: Cyanobacterial poisoning in livestock, wild mammals and birds – an overview In: H Kenneth Hudnell (ed.): Proceedings of the Interagency, International Symposium on Cyanobacterial Harmful Algal Blooms Advances in Experimental Medicine & Biology 2008; 619: 613-37

21. Stewart I, Schluter PJ, Shaw GR. Cyanobacterial lipopolysaccharides and human health – a review. Environmental Health: A Global Access Science Source 2006, 5:7 doi:10.1186/1476-069X-5-7. 22. Stewart I, Webb PM, Schluter PJ, Fleming LE, Burns JW, Gantar et al. Epidemiology of recreational exposure to freshwater cyanobacteria – an international prospective cohort study. BMC Public Health 2006, 6:93 doi:10.1186/1471-2458-6-93. 23. Stewart I, Webb PM, Schluter PJ, Shaw GR. Recreational and occupational field exposure to freshwater cyanobacteria – a review of anecdotal and case reports, epidemiological studies and the challenges for epidemiologic assessment. Environmental Health: A Global Access Science Source 2006, 5:6 doi:10.1186/1476-069X-5-6. 24. Štěpánek M, Biňovec J, Chalupa J, Jiřík V, Schmidt P, Zelinka M. K problému vodních květů v hygieně vody II. Rozšíření vodních květů v ČSSR. Čs. hygiena; 1964, 9: 209-215. 25. Vyhláška 135/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na koupaliště, sauny a hygienické limity písku v pískovištích venkovních hracích ploch 26. WHO. Guidelines for safe recreational water environments. Volume 1: Coastal and Fresh Waters. WHO; 2003.

Adresa autora: Mgr. Petr Pumann Státní zdravotní ústav Šrobárova 48, 100 42 Praha 10 e-mail: [email protected] tel.: 267082220