Kontekst badania
Bioaerozole, czyli cząstki biologiczne zawierające mikroorganizmy unoszące się w powietrzu, stanowią istotny czynnik ryzyka dla zdrowia ludzi, zwłaszcza w pobliżu oczyszczalni ścieków. Szczególnym źródłem zagrożenia są oczyszczalnie szpitalne, które zawierają wyższe stężenie patogenów niż oczyszczalnie miejskie. Patogenne bakterie obecne w bioaerozolach mogą powodować infekcje układu oddechowego i inne schorzenia u pracowników oczyszczalni oraz okolicznych mieszkańców. Ich koncentracja i skład mogą zmieniać się w zależności od pory roku, jednak szczegółowe mechanizmy emisji i rozprzestrzeniania bioaerozoli nie są dobrze poznane.
Cele i hipotezy
Badanie miało na celu ocenę emisji bakterii jelitowych w bioaerozolach generowanych przez oczyszczalnie ścieków szpitalnych i miejskich. Kluczowe cele obejmowały określenie sezonowych zmian w emisji, analizę składu bioaerozoli oraz ocenę ich potencjalnych skutków zdrowotnych poprzez eksperymenty na myszach. Postawiono hipotezy, że oczyszczalnie szpitalne emitują większe ilości patogennych bakterii niż miejskie, a ich koncentracja jest najwyższa w miesiącach letnich. Ponadto zakładano, że inhalacja bioaerozoli może powodować reakcje zapalne i uszkodzenia płuc.
Metody badawcze
Badanie prowadzono przez rok, pobierając próbki bioaerozoli w oczyszczalni ścieków szpitalnych oraz miejskich w Chinach. Próbki zbierano w różnych porach roku w kluczowych punktach oczyszczalni, m.in. nad zbiornikami biologicznymi, w strefie wlotowej i wylotowej. Skład mikrobiologiczny bioaerozoli analizowano za pomocą sekwencjonowania 16S rRNA, a ich wielkość oceniano przy użyciu analizatorów cząstek. Rozprzestrzenianie bioaerozoli modelowano za pomocą systemu HYSPLIT, który pozwolił na określenie trajektorii i zasięgu emisji. Dodatkowo przeprowadzono eksperymenty na myszach, które poddano ekspozycji na bioaerozole z oczyszczalni szpitalnej. Po ekspozycji analizowano poziomy markerów stanu zapalnego, takich jak IL-6 i TNF-α, oraz badano zmiany histopatologiczne w płucach zwierząt.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Badanie wykazało, że koncentracja bakterii jelitowych w bioaerozolach była wyższa w oczyszczalni szpitalnej niż w miejskiej. Najwyższe wartości odnotowano latem, co potwierdza hipotezę o sezonowej zmienności emisji. W oczyszczalni szpitalnej dominowały bakterie z rodziny Enterobacteriaceae, Pantoea i Serratia, natomiast w miejskiej Brevundimonas, Pseudomonas i Enterobacteriaceae. W obu przypadkach największą frakcję stanowiły cząstki o średnicy poniżej 2.5 µm, co oznacza, że mogą one być łatwo inhalowane do płuc. Model HYSPLIT wykazał, że bioaerozole z oczyszczalni szpitalnej rozprzestrzeniały się średnio na obszar 131.79 km² po godzinie dyspersji, podczas gdy z oczyszczalni miejskiej na 159.01 km². Większa powierzchnia rozprzestrzeniania wynikała prawdopodobnie z różnic w topografii i prędkości wiatru. Eksperymenty na myszach ujawniły, że ekspozycja na bioaerozole z oczyszczalni szpitalnej prowadziła do istotnego wzrostu poziomu cytokin zapalnych IL-6 i TNF-α w surowicy krwi, co wskazuje na reakcję zapalną organizmu. W analizach histopatologicznych płuc myszy poddanych ekspozycji na bioaerozole zaobserwowano ogniska zapalne, pogrubienie ścian pęcherzyków płucnych oraz nacieki granulocytów. Myszy narażone na bioaerozole zawierające komponenty biologiczne wykazywały silniejsze zmiany patologiczne niż te narażone na cząstki bioaerozoli pozbawione mikroorganizmów.
Wnioski
Oczyszczalnie ścieków szpitalnych emitują większe ilości patogennych bakterii do atmosfery niż oczyszczalnie miejskie. Najwyższa koncentracja bakterii w bioaerozolach występuje latem, co wskazuje na wpływ temperatury i wilgotności na ich emisję. Bioaerozole zawierające bakterie jelitowe mogą być transportowane na znaczne odległości, co zwiększa ryzyko ekspozycji mieszkańców pobliskich terenów. Wdychanie bioaerozoli szpitalnych prowadzi do reakcji zapalnych w organizmie, co może skutkować uszkodzeniami układu oddechowego. Konieczne jest wprowadzenie środków ochronnych w oczyszczalniach, takich jak osłony nad zbiornikami biologicznymi, systemy filtracji powietrza oraz obowiązkowe stosowanie środków ochrony osobistej przez pracowników.
Ograniczenia zakresu badawczego
Badanie obejmowało jedynie jedną lokalizację w Chinach, co może ograniczać możliwość uogólnienia wyników na inne regiony o odmiennych warunkach klimatycznych i systemach oczyszczania ścieków. Kolejnym ograniczeniem jest fakt, że eksperymenty na myszach miały charakter krótkoterminowy, a ich wyniki nie odzwierciedlają możliwych długofalowych skutków zdrowotnych. Ponadto, w badaniu skupiono się głównie na składzie mikrobiologicznym bioaerozoli, pomijając potencjalne toksyczne działanie chemicznych składników aerozoli, takich jak metale ciężkie czy farmaceutyki obecne w ściekach szpitalnych. Dalsze badania powinny uwzględnić długoterminowe skutki zdrowotne inhalacji bioaerozoli oraz ocenić skuteczność różnych metod redukcji emisji w oczyszczalniach ścieków.
Artykuł opublikowany w Environmental Research.