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Capítulo 20
INDICADORES DE CONTAMINACION FECAL EN AGUAS
Resumen
El crecimiento de la población a nivel mundial y
el aumento del uso del agua para diferentes actividades, ha incrementado
los niveles de contaminación. Esta contaminación está
relacionada con los vertidos de origen doméstico e industrial a
los cuerpos de agua. En el caso de los residuos de origen doméstico,
la carga contaminante está representada por altos porcentajes de
materia orgánica y microorganismos de origen fecal. Estos microorganismos
son causantes de enfermedades de origen hídrico, que generan altos
porcentajes de morbi-mortalidad en la población. El control de
la calidad microbiológica del agua de consumo y de vertido, requiere
una serie de análisis dirigidos a determinar la presencia de microorganismos
patógenos. El diagnóstico de estos microorganismos, requiere
laboratorios especializados y representa varios días de análisis
y costos elevados. Como alternativa a estos inconvenientes, se ha propuesto
el uso de indicadores microbianos que se puedan identificar mediante el
uso de métodos sencillos, rápidos y económicos. Este
trabajo hace una revisión de los principales indicadores de contaminación
fecal y su significado en la evaluación de la calidad del agua.
Palabras Clave: Calidad, contaminación,
indicadores, riesgo.
El control de los parámetros físico-químicos
y microbiológicos es muy importante tanto en los sistemas de potabilización
como de depuración del agua. Sin embargo, en los lugares donde
el agua es consumida por el hombre o es reutilizada, el factor de riesgo
más importante está asociado con la exposición a
agentes biológicos que incluyen bacterias patógenas, helmintos,
protozoos y virus entéricos (Asano y Levine, 1998).
Desde el punto de vista de la salud pública, los
virus entéricos son el grupo de organismos patógenos más
críticos, debido a que la dosis mínima infecciosa es muy
baja, son muy resistentes a los sistemas de desinfección y el control
a nivel de laboratorio es costoso (Ayres y Wescot, 1987; Wescot y Ayres,
1990).
Es importante anotar que además de los patógenos
que tradicionalmente se encuentran en el agua y que son causantes de la
enfermedades de origen hídrico, cada vez es más frecuente
que estas enfermedades estén relacionadas con la presencia de microorganismos
emergentes y reemergentes.
Las enfermedades emergentes son aquellas cuya incidencia
en los seres humanos ha aumentado en las dos últimas décadas
(dengue, cólera, resistencia microbiana). Las enfermedades reemergentes
son las que reaparecen después de una disminución significativa
en su incidencia (malaria, tuberculosis, peste).
El aumento de este tipo de microorganismos esta relacionado
con cambios dramáticos en el ambiente y en la población
incrementados por los procesos de urbanización, la expansión
de la pobreza, la ocupación de regiones no habitadas anteriormente,
las migraciones no controladas con gran número de refugiados y
desplazados, la facilidad y rapidez en los desplazamientos y el movimiento
creciente de animales y de productos de origen animal. A esto se suma
que la resistencia a los agentes antimicrobianos continúa reduciendo
la eficacia de los medicamentos incrementando los niveles de mortalidad
y de costos sanitarios.
Este grupo de microorganismos no está limitado a
ninguna región en el mundo ni se circunscribe a países en
desarrollo o desarrollados; representa una amenaza general, que exige
una respuesta coordinada de todos los servicios de salud de todos los
países. Asimismo constituyen una carga financiera que obliga a
gastos enormes para el control de brotes epidémicos y la atención
medica y de salud pública.
El riesgo de contaminación tanto a nivel humano
como ambiental hace necesario el control de la presencia de microorganismos
en el agua. Determinar el tipo de microorganismos presentes y su concentración
proporciona herramientas indispensables para conocer la calidad del agua
y para la toma de decisiones en relación al control de vertidos,
tratamiento de aguas y conservación de ecosistemas.
Existe un consenso general sobre la dificultad de determinar
la presencia de todos los organismos patógenos implicados en los
procesos de contaminación ambiental. Dicha determinación
implica varios días de análisis, costos elevados y laboratorios
especializados. Frente a estas dificultades y a la necesidad de hacer
una evaluación rápida y fiable de la presencia de patógenos
en el agua, se ha planteado la necesidad de trabajar con organismos indicadores
(Campos, 1999).
Los microorganismos indicadores son aquellos que tienen
un comportamiento similar a los patógenos (concentración
y reacción frente a factores ambientales y barreras artificiales),
pero son más rápidos, económicos y fáciles
de identificar. Una vez se ha evidenciado la presencia de grupos indicadores,
se puede inferir que los patógenos se encuentran presentes en la
misma concentración y que su comportamiento frente a diferentes
factores como pH, temperatura, presencia de nutrientes, tiempo de retención
hidráulica o sistemas de desinfección es similar a la del
indicador.
Un microorganismo indicador de contaminación fecal
debe reunir las siguientes características:
- Ser un constituyente normal de la flora intestinal de
individuos sanos.
- Estar presente, de forma exclusiva, en las heces de animales homeotérmicos.
- Estar presente cuando los microorganismos patógenos intestinales
lo están.
- Presentarse en número elevado, facilitando su aislamiento e identificación.
- Debe ser incapaz de reproducirse fuera del intestino de los animales
homeotérmicos.
- Su tiempo de supervivencia debe ser igual o un poco superior al de las
bacterias patógenas (su resistencia a los factores ambientales
debe ser igual o superior al de los patógenos de origen fecal).
- Debe ser fácil de aislar y cuantificar.
- No debe ser patógeno.
No existe ningún microorganismo que reúna
todos los criterios de un indicador ideal y apenas algunos grupos satisfacen
algunos de estos requisitos. A continuación se describen los grupos
patógenos y los microorganismos que se han propuesto como sus indicadores.
Bacterias
Las bacterias que se encuentran con mayor frecuencia en
el agua son las bacterias entéricas que colonizan el tracto gastrointestinal
del hombre y son eliminadas a través de la materia fecal. Cuando
estos microorganismos se introducen en el agua, las condiciones ambientales
son muy diferentes y por consiguiente su capacidad de reproducirse y de
sobrevivir son limitadas. Debido a que su detección y recuento
a nivel de laboratorio son lentos y laboriosos, se ha buscado un grupo
alternativo de indicadores que sean de más rápida y fácil
detección. El grupo más utilizado es el de las bacterias
coliformes.
El grupo de microorganismos coliformes es adecuado como
indicador de contaminación bacteriana ya que los coliformes,
- Son contaminantes comunes del tracto gastrointestinal
tanto del hombre como de los animales de sangre caliente.
- Están presentes en el tracto gastrointestinal en grandes
cantidades.
- Permanecen por más tiempo en el agua que las bacterias
patógenas.
- Se comportan de igual manera que los patógenos en los
sistemas de desinfección.
Los coliformes fecales y E. coli en particular,
se han seleccionado como indicadores de contaminación fecal debido
a su relación con el grupo tifoide-paratifoide y a su alta concentración
en diferentes tipos de muestras.
Los coliformes fecales son un subgrupo de los coliformes totales, capaz
de fermentar la lactosa a 44.5ºC. Aproximadamente el 95% del grupo
de los coliformes presentes en heces fecales, están formados por
Escherichia coli y ciertas especies de Klebsiella. Ya
que los coliformes fecales se encuentran casi exclusivamente en las heces
de animales de sangre caliente, se considera que reflejan mejor la presencia
de contaminación fecal. Otro de los aspectos negativos del uso
de los coliformes totales como indicador es el hecho de que algunos coliformes
son capaces de multiplicarse en el agua (Madigan y col., 1997).
Los coliformes fecales se denominan termotolerantes por su capacidad de
soportar temperaturas más elevadas. Esta denominación está
ganando más adeptos actualmente, pues sería una forma más
apropiada de definir este subgrupo que se diferencia de los coliformes
totales por la característica de crecer a una temperatura superior.
La capacidad de reproducción de los coliformes fecales fuera del
intestino de los animales homeotérmicos es favorecida por la existencia
de condiciones adecuadas de materia orgánica, pH, humedad, etc.
Algunos géneros son autóctonos de aguas con residuos vegetales,
como hojas en descomposición. También pueden reproducirse
en las biopelículas que se forman en las tuberías de distribución
de agua potable. Por estas razones y por la existencia de bacterias que
responden a la definición de coliformes que no son de origen fecal
y que incluso pueden ser lactosa-negativas (apareciendo como positivas
si se aplica la prueba de B-galactosidasa), el grupo de los coliformes
totales tiene actualmente poca utilidad como indicador de contaminación
fecal.
Su uso se ha restringido para aguas tratadas y aguas minerales. Para aguas
superficiales o para evaluar la eficiencia de una planta de tratamiento
de aguas residuales deben usarse los coliformes fecales. Solamente deberá
recurrirse a los coliformes totales si no hay condiciones para cuantificar
los coliformes fecales.
La presencia de coliformes totales debe interpretarse de acuerdo con el
tipo de aguas: deben estar ausentes en 85% de las muestras de aguas potables
tratadas. En caso de estar presentes, su número no puede ser superior
a 2-3 coliformes. Esta contaminación a pesar de ser baja, no puede
ocurrir en tres muestras recolectas en días consecutivos.
En aguas tratadas, los coliformes totales funcionan como un alerta de
que ocurrió contaminación, sin identificar el origen. Indican
que hubo fallas en el tratamiento, en la distribución o en las
propias fuentes domiciliarias. Su presencia acciona los mecanismos de
control de calidad y de procesamiento dentro de la planta de tratamiento
de agua, e intensifica la vigilancia en la red de distribución.
Los Streptococcus fecales (o estreptococos del grupo “D”
de Lancefield) son bacterias integrantes de la flora normal de los animales
homeotérmicos. Actualmente se considera que los estreptococos fecales
pertenecen a dos géneros: Enterococcus y Streptococcus.
Todos los Enterococcus presentan alta tolerancia a condiciones
ambientales adversas (altas o bajas temperaturas, deshidratación,
salinidad, luz solar, etc.).
El género Streptococcus reúne apenas dos especies
ya existentes en la antigua clasificación: S. bovis y S. equinu,
que son más abundantes en heces animales.
De manera similar a los coliformes fecales y a E. coli, presentan
tasas se supervivencia semejantes a la de los patógenos entéricos.
Los Estreptococos fecales no se multiplican en el medio ambiente, o si
esto ocurre es solamente en raras ocasiones. Son más persistentes
en ambientes acuáticos y en suelos contaminados que E. coli.
Son importantes en situaciones donde se sabe que hay contaminación
fecal y no se detectan coliformes, como ocurre cuando las descargas son
intermitentes o más antiguas, de modo que mueren los coliformes
fecales y E. coli, y permanecen los estreptococos.
Clostridium perfringens es de origen fecal y no es patógeno
en el intestino de animales homeotérmicos. No es exclusivamente
fecal se encuentra en suelos y aguas contaminadas. Por ser una bacteria
esporulada tolera elevadas temperaturas y desecación, pH extremos
y falta de nutrientes, entre otras condiciones adversas. Esta resistencia
elevada la convierte en un indicador apropiado de contaminación
fecal antigua, intermitente, también cuando las descargas domésticas
se mezclan con las industriales que tienen un pH extremo que mata a las
bacterias no esporuladas, o cuando hay altas temperaturas que también
eliminan las formas vegetativas de las bacterias. Es de gran utilidad
cuando los coliformes están ausentes, pues indicará contaminación
fecal antigua. Por otro lado, esa misma resistencia elevada limita su
uso: no puede ser aplicado como indicador de la eficiencia de tratamientos
de aguas residuales, pues estará presente en los efluentes después
de la eliminación de los patógenos. O sea que su número
no reflejará el verdadero grado de contaminación fecal.
Es un buen indicador de la eficiencia del tratamiento de aguas manantiales.
Cuando está presente en el agua potabilizada y desinfectada indica
fallas en el tratamiento o en la desinfección. Su presencia en
aguas cloradas se asocia con deficiencias en la filtración. Debido
a su alta resistencia las esporas pueden indicar, de forma indirecta,
la presencia de quistes de protozoarios (Rolim, 2000).
Virus
En contraste con las bacterias, los virus no se encuentran normalmente
en las heces del hombre. Están presentes solamente en el tracto
gastrointestinal de individuos que han sido afectados.
Más de 140 virus patógenos pueden ser transmitidos al hombre
a través del agua. Estos son los virus entéricos eliminados
a través de las heces de personas infectadas. Los más comunes
son los virus causantes de gastroenteritis y el virus de la hepatitis.
Algunos de estos virus (rotavirus, virus Norwalk) no generan una protección
inmunitaria a largo plazo por lo que la infección puede repetirse
varias veces a lo largo de la vida.
Acerca de los virus se sabe que, aún en bajas concentraciones,
tienen la capacidad de causar infección o enfermedad. Algunos virus
son más resistentes a la desinfección que los organismos
coliformes, por lo que los indicadores tradicionales de contaminación
bacteriana no evalúan de manera eficiente la presencia o ausencia
de virus en el agua.
El poliovirus ha sido propuesto como indicador viral. Sin embargo, las
cantidades de este virus encontradas en ambientes acuáticos son
demasiado variables como para que sea considerado un buen indicador. Además
de estas variaciones, la detección de virus entéricos requiere
laboratorios especializados y los resultados tardan varios días.
Estas dificultades en el uso de los enterovirus como indicadores de contaminación
de origen fecal en el agua, ha llevado a la búsqueda de indicadores
alternativos que sean de rápida y fácil detección
y que permitan prever el comportamiento de los enterovirus en el medio
ambiente. Estos indicadores son los fagos (Schwartzbrod, 1995).
Se han propuesto dos tipos de fagos: colifagos somáticos y colifagos
F específicos. Los argumentos que validan la propuesta son:
- Los fagos se encuentran abundantemente en agua residual y agua
contaminada.
- Las poblaciones de colifagos son mucho más grandes que
las de los enterovirus.
- Los colifagos son incapaces de reproducirse fuera del huésped
bacteriano.
- Los colifagos se pueden aislar y contar usando métodos
sencillos.
- Se obtienen resultados más rápidos cuando se analizan
los colifagos que cuando se trabaja con enterovirus.
- Ciertos colifagos son tan resistentes como los enterovirus a
los procesos de desinfección.
Los colifagos se relacionan directamente con
su huésped bacteriano específico E. coli. Cuando
las condiciones ambientales son desfavorables, los coliformes fecales
no son buenos indicadores de contaminación fecal, ya que desaparecen
rápidamente. Por consiguiente es mejor usar microorganismos más
resistentes, como los colifagos que reflejan mucho mejor los niveles de
Salmonella (Kott y cols., 1978; Borrego y cols., 1987; Yates,
1992).
Los coliformes están presentes en números
bajos en las heces humanas y de animales homeotérmicos, pero están
en número elevado en aguas residuales. Invariablemente estarán
en aguas que contienen E. coli y por tanto serán indicadores
de contaminación fecal. Por ser más resistentes a las factores
ambientales y a la cloración que los coliformes y que todas las
bacterias en general, su presencia en plantas potabilizadoras indican
fallas en algún paso del tratamiento, en especial en la cloración.
El tercer grupo propuesto, son los fagos que infectan Bacteroides
fragilis. Este grupo presenta la ventaja de no replicar en ambientes
naturales, dado que infectan una cepa anaerobia y su multiplicación
se realiza solo bajo estas condiciones. Por otro lado su aislamiento se
realiza en la mayoría de los casos en heces humanas.
Parásitos
Los parásitos que son patógenos para el hombre
se clasifican en dos grupos: los protozoos y los helmintos. Los protozoos
son organismos unicelulares cuyo ciclo de vida incluye una forma vegetativa
(trofozoito) y una forma resistente (quiste). El estado de quiste de estos
organismos es relativamente resistente a la inactivación por medio
de los sistemas de tratamiento convencional de agua residual.
Los huevos de helminto son un grupo de organismos que incluye
los nemátodos, tremátodos y cestodos. Las características
epidemiológicas que hacen de los helmintos patógenos entéricos
causantes de infección por contacto con agua contaminada, son su
alta persistencia en el medio ambiente, la mínima dosis infecciosa,
la baja respuesta inmune y la capacidad de permanecer en el suelo por
largos periodos de tiempo.
El estudio de los huevos de helminto a nivel ambiental
ha hecho necesaria la selección de un parásito indicador
debido a las limitaciones en la detección a nivel de laboratorio.
Ascaris lumbricoides se ha sugerido como un buen indicador del comportamiento
de los huevos de helminto. Sus ventajas son:
- Persiste en el medio ambiente por muchos meses,
pero no se multiplica.
- Se puede identificar fácilmente.
- El índice de parasitismo a nivel mundial es muy alto.
- El riesgo de transmisión es alto, debido a la elevada
concentración de huevos que se puede encontrar.
Tampoco hay que olvidar que en los últimos años
se ha dado gran importancia a la contaminación por Giardia
lamblia y Cryptosporidium parvum. Estos protozoos se consideran
patógenos emergentes y la investigación, en el caso de la
contaminación de aguas, se ha orientado básicamente a la
detección a nivel de laboratorio y al estudio de procesos de desinfección
que garanticen la eliminación de este tipo de quistes.
Desde 1981, los protozoos entéricos son reconocidos
como causantes de brotes infecciosos transmitidos por el agua. Los protozoos
más conocidos en las heces humanas son : Giardia lamblia, Entamoeba
histolítica y Balantidium coli. Más reciente han sido
aisladas cepas de Cryptosporidium.
La Giardia lamblia es un protozoo que se presenta
trofozoito (forma flagelada) cuando está dentro del hombre. La
forma infectiva es el quiste, que es eliminado con las heces de la persona
enferma. Este quiste penetra por la boca e infecta el intestino delgado,
y allí se transforma en trofozoito. Los quistes de giardias y otros
protozoos tienen una gruesa pared que los protege de las condiciones ambientales
adversas, y los hace resistentes por varias semanas o meses.
La criptosporidiasis humana fue descrita por primera vez
en 1974 y el primer brote de origen hídrico se registró
en 1984. Investigaciones recientes indican que este organismo ocupa el
tercer lugar en importancia mundial entre todos los enteropatógenos
de trasmisión hídrica.
Patógenos emergentes
A continuación se citan algunos ejemplos de microorganismos emergentes.
Cianobacterias
Estos organismos llamados tradicionalmente algas verdes-azuladas,
son bacterias que se parecen a las algas porque tienen clorofila “a”
y, por tanto, realizan fotosíntesis con producción de oxígeno
molecular. No actúan como agentes infecciosos, pero algunas especies
producen toxinas que afectan el intestino (gastroenteritis), el sistema
nervioso y el hígado. Otras menos tóxicas causan irritación
en la piel y alergias.
Campilobacter
Especies del género Campilobacter se consideran causa importante
de gastroenteritis aguda transmitidas por aguas o alimentos contaminados.
Su dosis infectiva es baja y los datos epidemiológicos muestran
una incidencia similar a la de patógenos como Salmonella.
Yersinia enterocolítica
Sólo algunas cepas de Y. enterocolítica
poseen factores de virulencia y son patógenas para el humano, causando
infecciones gastrointestinales. La ruta de infección es a través
de alimentos y agua. Rara vez han sido aisladas de agua potable y su presencia
indica contaminación fecal.
Conclusiones
- Los altos niveles de contaminación de origen fecal
hacen necesario un estricto control de la calidad microbiológica
del agua.
- La evaluación de la calidad del agua se puede realizar a través
de indicadores de contaminación fecal que presentan un comportamiento
similar a los patógenos y que son fáciles rápidos
y económicos de identificar.
- Es necesario tener en cuenta dentro de los microorganismos que representan
un riesgo sanitario por el consumo de aguas y alimentos contaminados,
los microorganismos emergente y reemergentes.
- Es urgente revisar la legislación existente para el control microbiológico
del agua, ya que el uso de indicadores tradicionales como coliformes totales
y fecales no garantiza la ausencia de virus y parásitos.
Bibliografía
ASANO, T. AND LEVINE, D. (1998). “Wastewater reclamation,
recycling and reuse: an introduction. In wastewater reclamation and reuse”.
Takashi Asano (editor),. Technomic Publishing. Lancaster. 1528 pags.
AYRES, R. Y WESCOT, D. (1987). “La calidad del agua en la agricultura.
Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación”.
Estudio FAO Riego y Drenaje, Nº 29. Roma. p 8-101.
BORREGO, J.; MORIÑO, M.; DE VICENTE, A.; CÓRNAX, R. AND
ROMERO, P. (1987). “Coliphages as an indicator of faecal pollution
in water. Its relationship with indicator and pathogenic microorganisms”.
Water. Research. 21, 1473-1480.
CAMPOS. C. (1999). “Indicadores de contaminación fecal en
la reutilización de aguas residuales para riego agrícola”.
Tesis doctoral. Facultad de Biología. Universidad de Barcelona.
250 pp.
HESPANHOL, I. AND PROST, M. (1994). “WHO guidelines and national
standards for reuse and water quality”. Waert Research. 28, 119-124.
KOTT, Y.; BEN ARI, H. AND VINOUR, L. (1978). “Coliphages survival
as viral indicator in various wastewater quality effluents”. Pro
Wat Tech. 10, 337-346.
MADIGAN, M.; MARTINKU, J. Y PARKER, J. (1997). “Biología
de los microorganismos”. Prentice Hall. Madrid. Octava edición.
986 págs.
ROLIM, S. (2000). “Sistemas de lagunas de estabilización”.
Mc Graw Hill. Bogotá. Primera edición.370 págs.
SCHWARTZBROD, L (1995). “Effect of human viruses on public health
associated with the use of wastewater and sludge in agriculture an aquaculture”.
WHO Collaboration Centre for Microorganisms in wastewater. Université
de Nancy. World Health Organization. Geneva. 178 pags.
SZEWZYK, U.; SZEWZYK, W.; MANZ, W. AND SHLEIFER, H. (2000). Microbiological
safety of drinking water. Annual Review Microbiology. 54, 81-127.
WESCOTT, D. Y AYRES, R. (1990). “Criterio de calidad de aguas de
riego”, en riego con agua residual municipal regenerada. Asano,
T. Editado por Universidad Politécnica de Cataluña. Barcelona.
p 33-66.
YATES, M. (1992). “Biomonitors of environmental contamination”.
Encyclopedia of Microbiolgy. Volume 1. Academic Press, Inc New York. p
321-330.
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