К количественной оценке микробного риска, связанного с экспозицией кишечных вирусов в питьевой воде

Обеспечение безопасного питьевого водоснабжения является эффективной мерой в области профилактики возникновения заболеваний, связанных с потреблением питьевой воды. Состояние централизованного питьевого водоснабжения населения Российской Федерации требует срочных мер по его улучшению [1]. Даже при проведении качественной водоочистки существует вероятность попадания возбудителей инфекционных заболеваний в водопроводную сеть, к примеру, в результате изнашивания системы распределения воды и/или аварий на водопроводах [2, 3]. Случаи острых ки- шечных инфекций с вероятным водным фактором передачи возбудителя остаются недостаточно изученными в результате нечувствительности эпидемиологического анализа и отсутствия исследований, позволяющих установить прямую зависимость между загрязнением питьевой воды и ростом спорадической заболеваемости [4, 5].

В основе отечественных методов оценки микробного риска учитываются факторы, имеющие непосредственное отношение к водному пути передачи возбудителя, такие как условия хозяйственнобытового водоснабжения и коммунального благоус-

Унгуряну Татьяна Николаевна – доктор медицинских наук, главный специалист-эксперт отдела организации и обеспечения деятельности, профессор кафедры гигиены и медицинской экологии (e-mail: ; тел.: 8 (182) 20-06-56; ORCID: .

Михайлова Руфина Иринарховна – доктор медицинских наук, заведующий лабораторией гигиены питьевого водоснабжения и биофизики воды (тел.: 8 (499) 246-76-74, e-mail: ; ORCID: .

тройства населенных мест, качество воды в рекреационных водоемах и водоисточниках1 . Оценка микробного риска как комплексный научный подход, основанный на количественной оценке уровня воздействия факторов, связанных с микробным воздействием, широко применяется в зарубежных исследованиях [6, 7]. Зарубежные методики имеют некоторые отличия от российских. В частности, количественная оценка микробиологического риска (Quantitative Microbial Risk Assessment – QMRA) представляет собой математическую систему оценки инфекционного риска опасных для человека патогенов. Методика может помочь в выявлении и регулировании рисков, связанных с передаваемыми через воду микроорганизмами, в особенности в случае спорадических заболеваний. Она может быть использована как при анализе отдельных факторов риска, например, качества воды зон рекреации или питьевой воды централизованного водоснабжения, так и в комплексных исследованиях [8].

Вирусологический мониторинг объектов окружающей среды предусматривает проведение исследований питьевой воды водопроводной сети на наличие вирусов методом вирусологической ловушки с последующей постановкой полимеразной цепной реакции (ПЦР). Однако данный метод не позволяет количественно оценить содержание возбудителя в воде, указывая лишь на наличие ДНК или РНК вируса в пробе без разграничения присутствия живого или инактивированного вируса в воде [9]. Поэтому такой метод обнаружения вирусов в питьевой воде не может быть использован для идентификации опасности, в связи с чем данные об индикаторах микробного загрязнения являются единственными доступными микробиологическими данными для характеристики качества воды.

Несмотря на неопределенность в оценке полученных концентраций патогена по результатам количества обнаруженных микробиологических показателей качества питьевой воды, в литературе есть несколько примеров использования соотношений патогена к показателям качества для цели количественного определения концентраций патогена в окружающей среде для QMRA. Если принять во внимание эпидемиологию (закономерности в распространенности и микробных источниках) и контекст окружающей среды (относительная стойкость и перенос), то данные фекальных индикаторов имеют большое значение для QMRA. Например, полезность модели QMRA была использована в исследованиях с ограниченными данными и получен вывод, что количество колифагов можно считать равнозначным количественному содержанию вируса в воде

(в частности ротавируса)2 [7, 14]. Результаты исследований широкого спектра бактериальных и вирусных показателей фекальной контаминации воды указывают на то, что содержание колифагов в воде сильнее связано с возникновением заболеваний желудочно-кишечного тракта у человека, чем обнаружение других индикаторов микробиологического загрязнения воды, таких как колиформные бактерии [15]. Показано, что попадание неочищенных фекальных стоков в городской водопровод и зоны купания соответствует подъему заболеваемости норо-вирусной инфекцией, установленному при параллельном эпидемиологическом исследовании [16].

В Архангельской области 82 % населения городов Архангельска, Новодвинска, Котласа, Коряжмы и Северодвинска обеспечено централизованным питьевым водоснабжением из поверхностных водоисточников. Водоисточники городов Архангельска, Новодвинска, Котласа, Коряжмы относятся к водному бассейну реки Северная Двина. В качестве источника централизованного питьевого водоснабжения города Северодвинска используется река Солза, которая не входит в состав бассейна реки Северная Двина. В 2017 г. только 35 % городского населения Архангельской области было обеспечено доброкачественной питьевой водой [17], что обусловливает актуальность изучения микробного риска, ассоциированного с потреблением населением питьевой воды надлежащего качества.

Целью исследования была оценка микробиологического риска развития кишечных инфекций, связанного с потреблением воды водопроводной сети, для населения в городах Архангельской области.

Материалы и методы. В соответствии с методикой QMRA исследование включало четыре этапа: 1) идентификацию опасности – выбор конкретного микробного агента и связанных с ним последствий; 2) оценку экспозиции в зависимости от типа, величины, продолжительности воздействия микробного агента на человека; 3) оценку зависимости «доза – ответ» и 4) характеристику риска [18].

На этапе идентификации опасности при выборе территорий исследования, групп инфекционных болезней и индикативных показателей факторов внешней среды выполнено описательное эпидемиологическое исследование спорадической заболеваемости острыми кишечными инфекциями (ОКИ) совокупного населения по трем нозологическим группам: ОКИ ротавирусной, норовирусной и энте-ровирусной этиологии по данным статистической отчетной формы № 2 «Сведения об инфекционных и паразитарных заболеваниях» за 2009–2017 гг. в пяти городах Архангельской области (Архан- гельск, Северодвинск, Новодвинск, Котлас, Коряжма). Пространственный анализ заболеваемости проводился с помощью среднего многолетнего значения заболеваемости, в качестве контрольного уровня принималась среднемноголетняя частота заболеваемости совокупного населения по г. Северодвинску. Северодвинск выбран в качестве территории сравнения в связи с тем, что источником централизованного питьевого водоснабжения населения города является река Солза. Солза не входит в состав бассейна реки Северная Двина, в отличие от остальных городов, где Северная Двина является основным или единственным источником питьевого водоснабжения. Сравнение средних показателей заболеваемости по территориям с контрольным уровнем проводили по доле разницы показателей и отношению показателей. Различия считались эпидемиологически выраженными, если доля разницы показателей превышала 20 %, а отношение показателей было выше 1,25.

На этапе идентификации опасности исследовали количественное содержание возбудителя в питьевой воде водопроводной сети по данным социальногигиенического мониторинга за 2006–2017 гг. Для решения этой задачи была выполнена санитарногигиеническая оценка качества воды водопроводной сети систем централизованного питьевого водоснабжения в пяти городах Архангельской области: Архангельске, Северодвинске, Новодвинске, Котласе и Коряжме по содержанию колифагов. Для описания содержания исследуемого показателя в воде использованы удельный вес нестандартных проб, медиана ( Ме ), 75-й и 95-й процентили ( Р 75 и Р 95 ).

Расчет дозы микробного агента осуществляли по формуле (1):

dose = CV , (1)

где C – концентрация возбудителя в одном литре потребляемой воды, V – объем водопотребления.

Для расчета дозы использовали содержание колифагов на уровне Р 95. Колифаги более устойчивы к окружающей среде, чем их бактерии-хозяева, что обусловливает способность колифагов служить индикатором давнего фекального загрязнения. Исследователями доказана зависимость между содержанием колифагов в воде и опасных для человека энтеровирусов [19, 20]. Для расчета дозы в настоящем исследовании использовали значение водопотребле-ния, равное 0,743 литра в сутки³, которое отражает потребление только водопроводной воды и не включает бутилированную воду, а также покупные продукты и напитки, содержащие воду.

Оценку экспозиции проводили с использованием результатов опубликованных исследований4 [9, 10]. Для оценки вероятности заражения ротавирусной и энтеровирусной инфекциями использовали экспоненциальную модель зависимости «доза – ответ», рассчитанную по формуле (2):

р вероятность заражения

= 1 – exp (– dose k ),

где значение коэффициента k для энтеровируса составило 0,00374 [22], для ротавируса – 0,173 [9].

Для оценки вероятности заражения норовирус-ной инфекцией использовали уравнение вырожденной гипергеометрической функции, где α и β – параметры бета-распределения Пуассона (3):

р вероятность заражения

1 – ₁ F ₁ (α, α + β – dose ),

где значения α и β для норовируса составляют 0,04 и 0,055 соответственно [10]. Для вычисления значений уравнения использовали программу по расчету математических функций Wolfram Mathematic online.

Расчет вероятности возникновения заболевания проводили по формуле (4):

Р = 1 – (1 – Р

вероятность заражения

) ⁿ ,

где n – количество нестандартных проб по содержанию колифагов, зарегистрированных за весь период исследования.

Полученные результаты уровней риска оценивались по трем диапазонам: P менее 0,047 указывает на низкий (приемлемый) риск, P от 0,057 до 0,6095 – средний риск, P от 0,619 до 1 – высокий риск возникновения кишечной инфекции среди населения [11].

Результаты и их обсуждение. На территории городов Архангельской области с 2009 по 2017 г. среди совокупного населения зарегистрирован 48 931 случай ОКИ различной этиологии. Среди всех зарегистрированных в городах случаев ОКИ на долю ОКИ неустановленной этиологии приходилось 65,6 %, этиологическую расшифровку получили 34,4 %. Соотношение случаев ОКИ вирусной и бактериальной этиологии составляло 3:1.

В структуре ОКИ вирусной этиологии первое место занимает ротавирусная инфекция (86,9 %), второе место отводится норовирусной инфекции (7,7 %), на третьем месте ‒ энтеровирусная инфекция (3,7 %). Наименьший удельный вес в структуре вирусных кишечных инфекций имеет гепатит А (1,7 %).

Анализ заболеваемости ОКИ среди населения городов показал, что максимально высокий уровень заболеваемости ротавирусной инфекцией установлен в Котласе (299,4 0/0000) и Новодвинске (288,8 0/0000) по сравнению с другими территориями (табл. 1).

• ³    Exposure Factors Handbook – Update (2009, External Review Draft) [Электронный ресурс] // United States Environmental Protection Agency, Washington (DC), EPA/600/R-09/052A, 2009. – URL: https://cfpub.epa.gov/ (дата обращения: 11.10.2018).

• ⁴    О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2017 году: Государственный доклад. – М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2018. – C. 105.

Таблица 1

Пространственная и временная характеристика заболеваемости ОКИ вирусной этиологии среди совокупного населения городов Архангельской области

В Архангельске и Новодвинске отмечалась наибольшая частота заболеваемости норовирусной и энтеровирус-ной этиологии – 19,4 и 16,8 ⁰/ 0000 и 11,0 и 12,4 ⁰/ 0000 соответственно.

Наиболее высокая скорость развития ротавирусной инфекции установлена в Новодвинске и Котласе, где коэффициенты опережения по сравнению с Северодвинском составили 2,6–2,9 раза. В Коряжме и Архангельске скорость развития заболеваемости ротавирусной инфекцией среди населения превышала скорость эпидемиологического процесса на территории Северодвинска в 1,5–1,6 раза. В Новодвинске и Архангельске скорость развития заболеваемости населения энтеровирусной инфекцией превышала аналогичный показатель в Северодвинске в 10,3 и 9,1 раза соответственно. Отсутствие регистрации случаев энтеровирусной инфекции в Котласе и Коряжме в условиях тенденции к росту данной нозологии в целом по стране свидетельствует об отсутствии эпидемиологической настороженности в отношении энтеровирусной инфекции в этих городах. Так, на территории Российской Федерации в многолетней динамике, в том числе и за последние годы (2015–2017 гг.), отмечался рост заболеваемости энтеровирусной инфекцией в 1,5 раза, а в сравнении со среднемноголетним уровнем предыдущего 10-летнего периода – в 3,3 раза [12].

Таким образом, эпидемиологический анализ спорадической заболеваемости ОКИ позволил выявить наиболее распространенные виды возбудителей инфекции на этапе идентификации опасности. При сравнительном анализе пространственного распределения и многолетней динамики заболеваемости ОКИ с возможным водным фактором передачи возбудителя выявлен высокий уровень частоты развития ротавирусной инфекции и норовирусной инфекции в Архангельске, Новодвинске, Коряжме и Котласе.

Удельный вес нестандартных проб по содержанию колифагов в питьевой воде Коряжмы и Архангельска после водоподготовки составлял 6,2 и 7,0 % соответственно (табл. 2). На уровне медиан-

ных значений и 75-го процентиля микробиологические показатели в питьевой воде не обнаружены. В водопроводной сети Архангельска и Коряжмы удельный вес проб по содержанию колифагов выше гигиенических нормативов составлял 6,2 и 7,0 % соответственно. Установлено превышение гигиенического норматива по содержанию колифагов на уровне Р 95 в Архангельске и Коряжме в 1,4 и 2,2 раза соответственно.

Количественный риск возникновения ОКИ вирусной этиологии в настоящем исследовании был оценен только для Архангельска и Коряжмы в связи с тем, что за весь период наблюдения превышение показателей колифагов было зарегистрировано в водопроводной сети этих двух городов.

Количественная оценка микробиологического риска возникновения ОКИ, связанного с централизованным питьевым водоснабжением, указывает на высокую вероятность возникновения ротавирусной, норовирусной и энтеровирусной инфекций в Архангельске ( р = 0,97–0,99) и ротавирусной инфекции в Коряжме ( р = 0,95) (табл. 3). Средняя вероятность возникновения норовирусной и энтеровирусной инфекций при потреблении питьевой воды из городского водопровода отмечена в Коряжме ( р = 0,58 и р = 0,43 соответственно).

Таблица 2

Качество питьевой воды централизованного питьевого водоснабжения за 2006–2017 гг. по содержанию колифагов в сети

Территория	Количество проб			Ме	Р 75	Р 95	X max
	всего	выше ГН*	% **
Архангельск	1382	86	6,2	0	0	1,4	16,1
Северодвинск	337	0	0,0	0	0	0	0
Котлас	153	0	0,0	0	0	0	0
Коряжма	129	9	7,0	0	0	2,2	16,1
Новодвинск	155	0	0,0	0	0	0	0

Пр имеч ан ие : * – ГН – гигиенический норматив; ** – удельный вес проб, превышающих гигиенический норматив.

Показатель	Территория (город)
	Архангельскп Новодвинск		Котлас	Коряжма Северодвинск
Ротавирусная инфекция
Среднее значение заболеваемости, 0/0000	161,8	288,8	299,4	159,2	104,0
Средний коэффициент опережения*, кол-во раз	1,6	2,8	2,9	1,5	‒
Норовирусная инфекция
Среднее значение заболеваемости, 0/0000	19,4	16,8	2,7	9,4	13,6
Средний коэффициент опережения*, кол-во раз	1,4	1,1	0,1	0,7	‒
Энтеровирусная инфекция
Среднее значение заболеваемости, 0/0000	11,0	12,4	‒	‒	1,2
Средний коэффициент опережения*, кол-во раз	9,1	10,3	‒	‒	‒

П р и м е ч а н и е : * – в сравнении с Северодвинском.

Таблица 3

Микробный риск возникновения кишечных инфекций с вероятным водным фактором передачи возбудителя

Нозология	Вероятность заражения	Вероятность возникновения заболевания	Характеристика вероятности
Архангельск (dose=10,4)
Ротавирусная инфекция	0,16	0,99	Высокий
Норовирусная инфекция	0,09	0,99	Высокий
Энтеровирусная инфекция	0,04	0,97	Высокий
Коряжма (dose=16,4)
Ротавирусная инфекция	0,24	0,95	Высокий
Норовирусная инфекция	0,11	0,58	Средний
Энтеровирусная инфекция	0,06	0,43	Средний