Введение к работе
Актуальность проблемы. Легионеллез (болезнь легионеров) – сапронозная инфекция, протекающая с поражением органов дыхания, часто в форме тяжелых пневмоний, обусловленных Legionella pneumophila. Факторами передачи инфекции являются мелкодисперсный водный аэрозоль и вода, контаминированные легионеллами.
Впервые грамотрицательная палочка, отнесённая к роду Legionella, была выделена из легочной ткани умерших и охарактеризована известными американскими риккетсиологами J.E. McDade и C.C. Shepard спустя полгода после первой эпидемической вспышки легионеллеза летом 1976 г. в Филадельфии (США), когда из 4400 участников конгресса ветеранской организации "Американский легион" у 221 (5%) развилась тяжелая пневмония, для 34 (15,4%) завершившаяся летальным исходом.
Болезнь легионеров выявляют в различных странах Европы, Америки, Азии и Австралии. Первые достоверные случаи заболевания в России зарегистрировали в 1980 году. В нашей стране исследования неизвестного ранее возбудителя и вызываемой им инфекции возглавил академик РАМН С.В. Прозоровский. Под его руководством были изучены основные биологические свойства штаммов легионелл, выделенных из разных источников, разработаны эффективные лабораторные методы диагностики болезни легионеров, изучены эпидемиологические особенности легионеллезов в России (С.В. Прозоровский С.В.,1979; В.И. Васильева с соавт.,1986; В.И.Покровский с соавт.,1995; И.С. Тартаковский, 2001).
Вода пресных водоемов является основной средой обитания легионелл. Но наличия природных хозяев – свободноживущих в воде и почве амеб и простейших, в которых легионеллы паразитируют при благоприятных температурных условиях (выше 25оС) недостаточно для достижения возбудителем высоких концентраций, представляющих угрозу человеку. Размножиться до опасной для человека концентрации возбудитель может только в определенных типах искусственных водных систем.
Наиболее часто эпидемические вспышки легионеллеза связаны с контаминацией легионеллами водных систем охлаждения (градирен). Водные системы охлаждения являются обязательным элементом производственных циклов промышленных предприятий и централизованных систем кондиционирования воздуха. Для обозначения данных систем в мировой литературе используется термин – «cooling tower» (охладительная башня, градирня). Системы данного типа, а не только «пресловутые бытовые кондиционеры» или приточно-вытяжная вентиляция являются реальными источниками распространения легионелл, при определенных обстоятельствах способных вызвать эпидемические вспышки и спорадические случаи болезни легионеров.
В водном контуре систем охлаждения циркулирует несколько десятков тысяч литров воды при температуре 30-35оС. В процессе циркуляции в зависимости от конструкции системы 0,1-2% воды распространяется из охладительной башни в виде водного аэрозоля с размером капель 1-100 мкм. Капли диаметром менее 5 мкм легко попадают в альвеолы легких человека, где вирулентные штаммы легионелл проникают в альвеолярные макрофаги и начинают размножаться. В зависимости от высоты башни и метеорологических условий аэрозоль может распространяться на значительное расстояние и вызывать инфекцию у людей. По данным Европейской рабочей группы по легионеллезу (EWGLI) c 2002 по 2007 годы в европейских странах зарегистрированы 44 эпидемические вспышки, связанные с контаминацией градирен (Ricketts K.D., Joseph C.,Lee J.,Wewalka G., 2008).
В Российской Федерации до настоящего времени отсутствовала необходимая методическая база и исследования по анализу уровня контаминации легионеллами водных систем охлаждения не проводились.
Сложность количественной оценки легионелл в сочетании с высокой устойчивостью к дезпрепаратам создают существенные трудности в оценке уровня контаминации и потенциальной опасности водных систем охлаждения. В этом отношении, мониторинг легионелл в водных системах охлаждения промышленных предприятий и определение частоты и количественного уровня их контаминации легионеллами, является одним из наиболее перспективных подходов. Выбор в качестве объекта исследования водных систем охлаждения промышленных предприятий важен с учетом особенностей эксплуатации данных потенциально опасных водных систем в России. Для централизованных системы кондиционирования с водным охлаждением в России характерна сезонная эксплуатация (отключены в зимний период), в отличие от США и Европейских стран, где данные системы эксплуатируют круглогодично. В то же время водные системы охлаждения промышленных предприятий в России, как и за рубежом, эксплуатируют круглогодично, что создает благоприятные условия для накопления высоких концентраций легионелл. По этой причине именно данный объект представлял наибольший интерес для изучения.
Цель работы: изучить особенности колонизации легионеллами водных систем охлаждения промышленных предприятий, определить частоту и уровень их контаминации легионеллами.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Разработать методику количественного мониторинга легионелл в водных системах охлаждения промышленных предприятий на основе бактериологического метода и ПЦР в реальном времени.
-
Установить частоту и уровень контаминации легионеллами водных систем охлаждения промышленных предприятий.
-
Охарактеризовать серологическое разнообразие легионелл, циркулирующих в водных системах охлаждения промышленных предприятий с помощью международной панели моноклональных антител.
-
Изучить морфологические особенности природных биопленок легионелл в ассоциации с другими микроорганизмами в водных системах охлаждения промышленных предприятий.
-
Изучить активность биоцидов, применяемых в водных системах охлаждения промышленных предприятий, на биопленки легионелл.
Научная новизна.
Впервые установлена частота и уровень контаминации легионеллами водных систем охлаждения промышленных предприятий в Российской Федерации. Показано, что частота колонизации градирен составляла от 73% до 80% от общего числа обследованных градирен (43градирни). Уровень колонизации градирен колебался в диапазоне от 1,0х102 до 3,6х105 КОЕ на литр воды.
Впервые охарактеризовано серологическое разнообразие штаммов легионелл, циркулирующих в водных системах охлаждения промышленных предприятий. Показано, что в водных системах данного типа преобладают штаммы Legionella pneumophila серогруппы 1 – наиболее значимые в этиологии эпидемических вспышек внебольничных легионеллезных пневмоний. В 56% исследованных образцов воды градирен выделены изоляты 2х и более различных серогрупп L.pneumophila,что свидетельствует о выраженном серологическом разнообразии легионелл в потенциально опасных водных системах данного типа.
Показано, что присутствие природных биопленок, содержащих легионеллы, на поверхности градирни является маркером эпидемически значимого уровня контаминации воды градирни легионеллами. Впервые изучены морфологические особенности природных биопленок легионелл в ассоциации с другими микроорганизмами в водных системах охлаждения промышленных предприятий.
Изучена активность ряда биоцидов, применяемых в водных системах охлаждения промышленных предприятий, на моновидовые биопленки легионелл и в градирнях промышленных предприятий.
Научно-практическая значимость работы.
Анализ действия на легионеллы хлор и бром содержащих биоцидов Nalco Stabrex ST40 и Ferrocid 8580 на модели моновидовых биопленок и на работающей градирне, показал их высокую эффективность, что позволяет рекомендовать данные препараты для применения на соответствующих объектах для профилактики легионеллеза.
Современные принципы и методы мониторинга легионелл в водных системах охлаждения промышленных предприятий внедрены в систему государственного санитарно-гигиенического нормирования. По результатам работы в практику здравоохранения внедрены Санитарно-эпидемиологические правила СП 3.1.2.2626-10 «Профилактика легионеллеза», 2010 г. и Методические рекомендации МР 02.039-09 «Выявление и количественное определение легионелл в водных образцах внешней среды методом полимеразной цепной реакции в реальном времени», 2009 г.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработан порядок обследования, позволяющий выявлять контаминированные легионеллами участки и зоны потенциально опасных водных объектов в водных системах охлаждения промышленных предприятий на основе скрининга с помощью ПЦР-РВ, с последующим бактериологическим подтверждением.
-
Установлены частота и уровень контаминации легионеллами водных систем охлаждения промышленных предприятий.
-
Охарактеризовано серологическое разнообразие легионелл, циркулирующих в водных системах охлаждения промышленных предприятий с помощью международной панели моноклональных антител.
-
Изучение с помощью электронно-микроскопических методов исследования природных ассоциативных биопленок в водных системах охлаждения промышленных предприятий показало, что их присутствие является маркером эпидемически значимого уровня контаминации воды градирен легионеллами.
-
Изучение эффективности хлор- и бромсодержащих биоцидов против легионелл на модели биопленок и в действующей градирне позволило рекомендовать данную группу дезинфектантов для профилактики легионеллеза в потенциально опасных водных системах.
Апробация работы. Результаты работы доложены на Международной конференции «Legionella 2009» (Paris, 2009), на Пленуме Научного совета по экологии и гигиене окружающей среды РАМН (Москва, 2009), 25 конференции Европейской рабочей группы по легионеллезу (Copenhagen, 2010), 26 конференции Европейской рабочей группы по легионеллезу (Wienna, Austria, 2011), на Х съезде Всероссийского общества эпидемиологов, микробиологов и паразитологов (Москва, 2012), Abstracts 1st meeting of the ESCMID study group of Legionella infection (Dresden, Germany, 2012).
Апробация диссертации состоялась 29 мая 2013 г. на научной конференции отдела медицинской микробиологии ФГБУ "НИИЭМ им.Н.Ф. Гамалеи" Минздрава России.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 103 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов, результаты собственных исследований и их обсуждения, выводы и список литературы, содержащий ссылки на 12 отечественных и 105 иностранных источников. Работа иллюстрирована 16 таблицами и 9 рисунками, из которых 7 - электронограммы.
