Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1. Значение воды в биосфере 8
1.2. Основные виды и источники загрязнения водных объектов 11
1.3. Основные критерии качества питьевой воды 14
1.4. Мероприятия по предотвращению загрязнения поверхностных и подземных вод 20
1.5. Вода, как фактор передачи возбудителей инфекционных заболеваний 21
1.6. Характеристика поверхностных и подземных вод Владимирской области 23
Выводы к главе 30
Глава 2. Объекты и методы исследований 32
2.1. Объекты исследований 32
2.2. Методы исследований 36
2.2.1. Общие свойства представителей семейства Enterobacteriaceae 36
2.2.2. Отбор проб воды и приготовление питательных сред 39
2.2.3. Определение общих и термотолерантных бактерий методом мембранной фильтрации 42
2.2.4. Биохимические тесты для подтверждения оксидазной активности и способности ферментировать лактозу 43
2.2.5. Метод окраски по Граму 44
2.2.6. Анализ заболеваемости с использованием статистических методов 45
2.2.7. Методы теории вероятности и математической статистики для оценки риска здоровью населения 50
Выводы к главе 52
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 53
3.1. Микробиологическая оценка поверхностных водоемов г. Владимира 53
3.2. Анализ многолетней заболеваемости острыми кишечными инфекциями в г. Владимире 64
3.3. Микробиологическая оценка загрязнения водных объектов в Сирийской арабской республике 76
Выводы к главе 88
Глава 4. Оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды (на примере г. Владимира) 90
1) идентификация опасности 91
-идентификация водных патогенных организмов; 91
-идентификация релевантных маршрутов воздействия; 93
-анализ показателей микробиологического загрязнения водопроводной воды; 93
-оценка статистических показателей регистрации в водопроводной воде патогенных бактерий 94
2) оценка экспозиции 94
3) оценка зависимости «доза-ответ» 95
4) характеристика риска 95
Выводы к главе 103
Выводы 104
Список литературы 105
Приложения
- Значение воды в биосфере
- Общие свойства представителей семейства Enterobacteriaceae
- Микробиологическая оценка поверхностных водоемов г. Владимира
Введение к работе
Актуальность работы. Основным источником питьевой воды во многих населенных пунктах России является водопроводная вода, 30% которой не соответствует гигиеническим стандартам ]. Одна из причин такого положения - низкое качество вод поверхностных и подземных водоемов, служащих источниками питьевого и технического водоснабжения. Это вызвано нарастающим в последние годы загрязнением водоемов.
Особую опасность представляет загрязнение питьевой воды микроорганизмами, которые относятся к патогенным и могут вызвать вспышки разнообразных эпидемических заболеваний среди населения и животных.
Всемирная организация здравоохранения предупреждает, что 80% заболеваний на планете вызваны потреблением некачественной питьевой воды. Проблема чистой воды стоит перед многими странами. Миру нужна устойчивая практика управления водными ресурсами.
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рациональное использование для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.
Развитие промышленности и коммунального хозяйства городов привело к росту не только водопотребления, но и водоотведения. Большие объемы сбросов недостаточно очищенных сточных вод ухудшают экологическое состояние речных экосистем и снижают качество природных вод.
Таким образом, определение качества поверхностных вод и централизованного водоснабжения, их микробиологическая оценка, оценка потенциального риска эпидемиологической опасности и разработка рекомендаций по его уменьшению являются чрезвычайно актуальными. Поэтому основными целями данного исследования являлись:
Микробиологическая оценка питьевой воды в пределах урбанизированных территорий и оценка степени ее потенциальной опасности для здоровья населения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. оценка микробиологического загрязнения поверхностных водоемов и водопроводной воды г. Владимира и Сирийской Арабской республики;
2. сравнительный анализ заболеваемости острыми кишечными инфекциями (ОКИ) в г. Владимире с целью выявления их связи с качеством потребляемой воды;
3. оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды (на примере г. Владимира).
Объект исследования: В диссертационной работе проводилось исследование вод рек, родников и централизованного водоснабжения г. Владимира(приложение 4), а также Сирийской Арабской республики. Работа выполнена в соответствии с тематическими планами исследований Владимирского Государственного Университета (2004-2007гг.). Научная новизна диссертационной работы: На основе комплексных исследований впервые дана оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды г. Владимира. Показано, что оценка риска здоровью населения, связанного с бактериальным загрязнением воды, может служить критерием определения качества воды и отражает загрязнение окружающей среды. Наряду с поверхностными водами можно использовать качество родников воды как индикатор состояния окружающей среды в районе расположения родника.
Впервые проведен сравнительный анализ качества вод поверхностных водоемов г. Владимира и Сирийской арабской республики. Изучена сезонная динамика численности бактерий группы кишечных палочек (БГКП) в поверхностных водоемах г. Владимира, а также многолетняя динамика заболеваемости острыми кишечными инфекциями.
Защищаемые положения:
1. Микробиологический анализ поверхностных водоемов г. Владимира свидетельствует о том, что вода большинства исследованных источников не соответствует санитарно-гигиеническим нормативам.
2. Из-за повышенного зафязнения водоисточников традиционно применяемые технологии обработки воды недостаточно эффективны и не всегда обеспечивают надежную водоподготовку и подачу населению питьевой воды гарантированного качества Кроме того, качество воды централизованного водоснабжения ухудшается при транспортировке.
3. Неудовлетворительное состояние водоснабжения, качества питьевой воды, а также неблагоприятная ситуация, сложившаяся с децентрализованным водоснабжением, стимулируют распространение заболеваний кишечными инфекциями.
4. Оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды г. Владимира показывает среднегодовой уровень эпидемиологического риска 1,8 %, что находится на уровне допустимого риска. Однако, по степени потенциальной опасности водопровод г. Владимира относят к третьей (высокой) степени.
Практическая значимость работы: Полученные результаты могут быть положены в основу информационной базы для принятия решений по реализации природоохранных мероприятий, направленных на снижение уровня зафязнения водных объектов и предотвращение дефадации речных бассейнов. Оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды может служить критерием определения качества вод. Апробация работы: Основные результаты диссертации были доложены на III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 2005г.); IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 2007г.); Международной научной конференции «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность» (Санкт- Петербург, 2006);
Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (г. Пенза, 2007г.).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 130 стр., содержит 33 табл., 13 рис. и состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы и приложений
Значение воды в биосфере
В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д ) является наиболее актуальной, т. к. всем известно выражение-«вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами.
Вода составляет большую часть любых организмов, как растительных, так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие и т.д. Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д.[28,84].
Проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения.
Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. Нельзя не обращать внимания на эту проблему, следовательно, ее надо решать как можно скорее и радикально пересмотреть проблему очищения промышленных сбросов[28].
В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. куб. км. воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. куб. км. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25-30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (в Мехико и Бангкоке) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (в Маниле)[ 107,66].
Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой[107].
Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 куб. м воды в год. Для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 л в день, т.е. около 1 куб. м в год. Большое количество воды требуется сельскому хозяйству (69%) главным образом для орошения; 23% воды потребляет промышленность; 6% расходуется в быту[107].
С учетом потребностей воды для промышленности и сельского хозяйства расход воды в России - от 125 до 350 л в сутки на человека (в Санкт Петербурге 450 л, в Москве - 400 л)[107].
В развитых странах на каждого жителя приходится 200-300 л воды в сутки, в городах 400-500 л, в Нью-Йорке - более 1000 л, в Париже - 500 л, в Лондоне - 300 л. В то же время 60% суши не имеет достаточного количества пресной воды. Четверть человечества (примерно 1,5 млн. человек) ощущает ее недостаток, а еще 500 млн. страдают от недостатка и плохого качества питьевой воды, что приводит к кишечным заболеваниям[107,66].
Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное количество воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод[30].
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы [30,84].
На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды [92,93,115].
Общие свойства представителей семейства Enterobacteriaceae
Основным тест-объектом была выбрана Escherichia coli. К семейству энтеробактерий или кишечных бактерий относят многочисленные микроорганизмы, сходные по морфологии, тинкториальным и культуральным свойствам. Большинство из них обитает в кишечнике человека или позвоночных животных. Семейство включает в себя 30 родов. Из них наибольшее значение в этиологии диагностируемых острых кишечных заболеваний имеют роды Escherichia, Shigella, Salmonella[54,53]. Хотя и реже, но описаны острые кишечные заболевания, вызываемые микроорганизмами других родов: Citrobacter, Enterobacter, Hafiiia, Seratia, Proteus, Edwardsiella, Klebsiella и др.[53,54].
Энтеробактерий не только вызывают острые кишечные заболевания, но многие из них могут быть возбудителями госпитальной инфекции. Большинство энтеробактерий является паразитами кишечника человека и животных (отсюда название семейства). Ряд этих микроорганизмов используется в санитарной микробиологии в качестве показателей фекального загрязнения окружающей среды. Для некоторых из них характерна локализация на слизистой дыхательных путей (Klebsiella). Отдельные энтеробактерии относятся к сапрофитам.
Все кишечные бактерии прямые палочки, обычно 0,3- 1.8 мкм. По Граму окрашиваются отрицательно. Многие из них подвижные за счет перитрихиальных жгутиков, за исключением Tatumella, могут иметь капсулу Факультативные анаэробы; хемоорганотрофы, обладающие и дыхательным и бродильным типами метаболизма. Большинство видов хорошо растет при 37С, однако некоторые виды лучше растут при 25-30С и при этой температуре метаболически более активны.О-глюкозу и другие углеводы катаболизируют с образованием кислоты, а многие виды, кроме того, и газа. Спор не образуют. Многие штаммы обладают ворсинками (пили) общего типа или половыми ворсинками, с которыми связаны их адгезивные и другие свойства Энтеробактерии обладают выраженной ферментативной активностью, которая является наибольшей у сапрофитов и уменьшается по мере усиления патогенносте. Дифференциацию видов этого семейства проводят по следующим признакам: подвижность, расщепление углеводов, аминокислотный обмен, образование индола и сероводорода и по антигенным свойствам.
Вирулентность энтеробактерии определяется их адгезивной способностью. Адгезия или прилипание энтеробактерии к эпителиальным клеткам объясняется:
1) положительным хемотаксисом между поверхностными структурами микроба и рецепторами эпителиальных клеток;
2) наличием у энтеробактерии ворсинок;
3) структурой ЛПС.
Семейство можно подразделить на 3 группы:
1) патогенные;
2) условно-патогенные;
3) сапрофитные. Условно-патогенные энтеробактерии являются возбудителями кишечных инфекций человека: эшерихиозы, шигеллезы, сальмонеллезы. В это семейство входит также род Erwinia, патогенный для растений. Есть также микроорганизмы являющиеся причиной внутрибольничных инфекций: протей, клебсиеллы, сальмонеллы, кишечная палочка[116].
Первоначально значительное большинство энтеробактерии обладало высокой чувствительностью к антибиотикам. Теперь большинство из них устойчивы к антибиотикам (пенициллину, ампициллину и др.). Эта устойчивость является приобретенной и связана с R- плазмидами, которые являются внехромосомными факторами, ответственными за множественную лекарственную устойчивость.
У здоровых людей преобладают антибиотикоустойчивые штаммы E.coli. В Японии, например, E.coli в 70% случаев нечувствительна к антибиотикам. Е. coli, выделяемая от животных, нечувствительна к антибиотикам в 90% случаев. Это объясняется тем, что к кормам добавляют антибиотики, например, тетрациклины, что приводит к селекции антибиотикоустойчивых микроорганизмов. В связи с этим ВОЗ запретила применять антибиотики как кормовые добавки.
Высокая устойчивость к антибиотикам обнаружена среди шигелл. Так, к ампициллину оказались резистентными до 90% шигелл Зонне. Аналогичная ситуация сложилась с сальмонеллами.
Энтеробактерии чувствительны к дезинфицирующим веществам, содержащим хлор. Если соблюдается режим дезинфекции, то не будет выделения энтеробактерии из объектов окружающей среды.
Для профилактики инфекций, вызываемых энтеробактериями, нет эффективных вакцин, за исключением брюшного тифа. Поэтому отсутствует специфическая профилактика и трудно проводить противоэпидемические мероприятия.
Энтеробактерии распространены повсеместно. Присутствуют в почве, воде, на фруктах, овощах, зерне, цветковых растениях и деревьях, у животных (от червей и насекомых до млекопитающих) и человека. Входящие в эту подгруппу микроорганизмы весьма разнообразны по особенностям экологии, кругу хозяев, а также патогенносте для человека, животных, насекомых и растений. Ряд видов вызывает желудочно-кишечные заболевания, включая тиф и бактериальную дизентерию. Многие виды, обычно не связанные с желудочно-кишечными заболеваниями, часто могут служить возбудителями оппортунистических инфекций. Большинство этих видов, как и виды, вызывающие желудочно-кишечные заболевания, могут быть возбудителями разнообразных внекишечных инфекций, таких как бактериемия, менингит, а также инфекции мочевыводящих путей, дыхательных путей и раневые инфекции.
Микробиологическая оценка поверхностных водоемов г. Владимира
Пробы воды для микробиологического исследования отбирались из открытых водоемов Г.Владимира (р.Нерль, Клязьма и Содышка), из родников и из системы централизованного водоснабжения (водопроводная вода) в период с 2003г. по 2006г.
В результате проведенных исследований было выявлено, что пробы воды из различных источников сильно отличаются друг от друга по степени бактериальной обсемененности.
Наиболее загрязненной бактериями является вода из реки Клязьма, где бактерии группы кишечной палочки (БГКП) обнаруживались в больших количествах (от 1300 до 5000 в литре).Умеренное загрязнение воды (от 140 до 930 бактерии в литре) было отмечено в пробах воды из р. Нерль и р. Содышка (табл. 3.1.1).
Изучение сезонной динамики численности БГКП в поверхностных водоемах г. Владимира показало, что наибольшее количество бактерии обнаруживалось в основном в сентябре-ноябре, возможно, из-за большого количества осадков (рис. 3.1.1). Исследования воды из 11 родников г. Владимира также показали большие отличия их по степени бактериальной обсемененности. Отмечаются родники с наиболее чистой водой, причем, колебания положительных проб на протяжении всего времени исследования отличаются относительной стабильностью, и родники с наиболее загрязненной по бактериологическим показателям водой. Колебания численности бактерий кишечной группы в исследуемый период составили от 0 до 7400 бактерий в литре (табл. 3.1.4,3.1.5). При этом по годам соответственно:
в 2003 году от 0 до 2750 бактерий в литре (табл.3.1.4);
в 2004 году от 0 до 1800 бактерий в литре (табл.3.1.4);
в 2005 году от 0 до 7400 бактерий в литре (табл. 3.1.5);
в 2006 году от 0 до 1930 бактерий в литре (табл. 3.1.5).
Наиболее чистой по бактериологическим показателям является вода из родника по улице Мира, так как из 29 проб бактерии были обнаружены только в 8 случаях (табл.3.1.8) и в небольших количествах от 0 до 153 бактерий в литре. Процент положительных проб составил 27,6% (табл. 3.1.8). Положительной пробой называют пробу, в которой обнаружены БГКП. Следующими по чистоте воды являются родники по улице Нижняя Дуброва и родник у железнодорожной больницы. В обоих случаях процент положительных проб равен 31% (табл. 3.1.8).
Интересно отметить, что вблизи железнодорожной больницы имеется два родника, отличающиеся качеством воды. Второй родник дает 65,5% положительных проб (табл.3.1.8), т.е. показатели его бактериальной обсемененности значительно выше, и за период исследований колебались от О до 1500 бактерий в литре (табл. 3.1.4,3.1.5).
И, наконец, наиболее загрязненной бактериями является вода из родников у газозаправочной станции ( улица Растопчина) и у стадиона «Торпедо». Здесь число положительных проб составило 79,3% и 75,9 5% соответственно(табл. 3.1.8). Так, у газозаправочной станции общее число бактерий колебалось от 0 до 7400 бактерий в литре (табл. 3.1.3/4, 3.1.5). У стадиона «Торпедо» эти колебания составили от Одо 1800 штук в литре. Очень часто в обоих источниках были отмечены термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ), что является показателем свежего фекального загрязнения.
Анализ результатов по годам показывает, что наибольшее количество положительных проб приходится на 2003 год , и составляет 65,9% и наименьшее на исследуемый период 2006 года, что составляет 49,1% (табл. 3.1.5, 3.1.7, 3.1.8). Так в 2003 году у стадиона "Торпедо" и газозаправки в 100% случаев наблюдалась повышенная бактериальная обсемененность исследуемых проб воды(табл.3.1.7), (приложение 2). Аналогичное количество положительных проб у того же родника стадион "Торпедо" было и в 2006 году и составило 100%.
