Бактерия легионеллы
Свое название болезнь легионеров (легионеллез) получила по первому зарегистрированному массовому случаю этого заболевания (эпидемической вспышке) на форуме американских ветеранов Второй мировой войны. Из 221 заболевших 30 человек умерли, большинство выживших остались инвалидами, страдающими физическими и психическими расстройствами. Среди последствий перенесенного заболевания такие, как потеря памяти, проблемы с органами дыхания, легкими, почками и сердцем, желудочные расстройства.
Произошло это в 1976 г. С тех пор эпидемические вспышки легионеллеза регистрировались неоднократно. Самая массовая из них, унесшая жизни более 30 человек, случилась в 2001 г. на ежегодной выставке цветов в Голландии, где рассадником инфекции стал фонтан в одном из действующих павильонов. Хотя по распространенности, риску летального исхода и неблагоприятным последствиям болезнь легионеров значительно уступает такому заболеванию, как СПИД вследствие ВИЧ-инфекции, проблема остается насущной. Более того, проблема скорее расширилась, чем приблизилась к успешному разрешению.
Каждый год отмечается в Европе новыми зарегистрированными случаями заболевания людей легионеллезом при заражении от работающих кондиционеров. Вообще же, легионелл находят не только в бассейнах и декоративных водоемах, но и везде, где есть подходящие условия для существования и развития этих бактерий.
Возбудители болезни легионеров типично присутствуют в природной и искусственной водной экосистеме. В природных экосистемах, так же, как и в системах городского водоснабжения, легионелла отмечена в очень низких концентрациях. Однако в искусственных экосистемах при определенных условиях концентрация организмов может драматически возрастать. Такой процесс называется «амплификация». Следовательно, систему, в которой происходит такая амплификация, называют амплификатор.
Благоприятные условия для амплификации: температура воды 25-42°С, застой воды, осадок, отложения, биопленка, а также присутствие амеб. Легионеллу можно считать простейшей, т. к. они естественно инфицируют свободно живущую амебу и при благоприятных условиях попутно заражают фагоцитарные клетки в легких человека. Внутриклеточный рост легионеллы внутри одноклеточных и/или внутри разных микробных биопленок может стать главным способом ее размножения и распространения.
Следовательно, благоприятная среда для распространения вируса – разнообразные, сложные микробные сообщества, обеспечивающие необходимые питательные вещества и защиту от окружающей среды.
Лучший способ предотвращения заражения легионеллезом – контроль численности популяции простейших и других микроорганизмов.
Заболеванию предшествовует ряд событий. Как показано на схеме, процесс начинается с появления источника легионеллы. Этот событие не зависит от особенностей системы и ее работы. Однако следующие три звена в цепи – амплификция, распространение и передача – могут быть обусловлены особенностями конструкции и эксплуатации системы. Остальные звенья обусловлены состоянием здоровья человека.
Основополагающей стратегией предотвращения большинства заболеваний, включая легионеллу, является предотвращение передачи вируса на большинстве участков цепи. Информация, представленная в данной статье, ознакомит читателя с условиями, обуславливающими амплификацию и передачу вируса легионеллы. Это поможет определить стратегии по прерыванию цепи и предотвращению заболевания.
Амплификаторы включают системы питьевого и аварийного водоснабжения, декоративные фонтанчики и водопады, спа, башенные охладители воды, испарительные конденсаторы, испаряющие воздухоохладители, туманообразователи, воздухоочистители, увлажнители воздуха и т. д. В данной статье мы не рассматриваем все виды амплификаторов. Наше обсуждение будет ограничено системой центрального водоснабжения, системами ГВС и башенными охладителями воды, испарительными конденсаторами.

В центральных системах водоснабжения бактериальное заражение воды достаточно успешно можно предупредить на этапе предварительного хлорирования. Однако в автономных системах холодного водоснабжения интенсивное размножение легионелл в питьевой воде возможно в случае нахождения каких-то участков трубопровода или накопительных емкостей для хранения воды, на открытом воздухе, которые подвергаются нагреву под воздействием солнечных лучей. Если вода из такой системы некоторое время не использовалась, размножение легионелл и превышение их пороговой концентрации в воде составляло 104 КОЕ/л, становится реальным распространение легионеллезной инфекции. При этом следует помнить, что график размножения бактерий имеет характер экспоненциальной зависимости от времени, поэтому нарастание их концентрации в замкнутом объеме и при благоприятных условиях происходит достаточно быстро. Как правило, для снижения риска заражения воды легионеллой при использовании воды из вышеуказанных систем достаточно просто слить некоторый объем, в котором могли размножиться бактерии. Еще лучшего эффекта можно достичь, установив перед выходом воды из трубопровода обеззараживающее устройство, например включающие комбинированные фильтры из KDF и кокосового активированного угля или бактерицидные ультрафиолетовые установки. Применение в данном случае систем обратного осмоса вызывает сомнение, потому что в этом случае возможно накапливание легионелл в концентрате.
Системы ГВС
Вода, подающаяся в систему ГВС из системы городского водоснабжения, хлорируется для снижения численности присутствующих в ней микроорганизмов. Но бактерии легионеллы более терпимы к хлорке, чем большинство других бактерий, они присутствуют в низких концентрациях в системе центрального водоснабжения, а значит и в системе ГВС. Температура воды в системе ГВС обычно составляет 25°С, уровень – благоприятный для амплификации. Температура горячей воды обычно составляет 41-60°С. Температура ниже 42°С считается благоприятной для амплификации.
Как мертвые, так и живые микроорганизмы, биопленки и осадок – необходимые питательные вещества для размножения и роста легионеллы. Капли воды чрезвычайно маленького размера (меньше 5 микрометров) на насадках душа, аэраторах, распыляющихся форсунках и т. д. могут глубоко вдыхаться, оседая в легких. Известны многочисленные случаи вспышек нозокомиальной (приобретенной в больнице) болезни легионеров у пациентов с ослабленным иммунитетом, связанной с присутствием бактерии в водопроводной воде. Система ГВС является важным потенциальным источником болезни легионера, и особенно это критично в госпиталях, больницах и оздоровительных центрах.
Главным методом предотвращения размножения легионеллы в системе ГВС является температурный контроль воды. Холодная вода должна храниться и/или доставляться при температуре ниже 20°С. В медицинских учреждениях температура хранения горячей воды должна превышать 60°С и в случае ее рециркуляции, минимальная температура обратной воды должна быть не ниже 51°С. Работа системы при таких температурах требует установки программированных термостатических смешивающих клапанов во избежание обжигания пользователя. В случаях, когда установка является непрактичной, следует периодически повышать температуру воды до 65 °С или осуществлять хлорирование, что следует за промывкой труб. При этом достигаются условия, не благоприятствующие росту бактерий. Важнейшим условием при такой профилактике является равномерный прогрев воды в резервуарах (бойлерах) по всему объему. Такой эффект достигается либо расположением нагревателя в самой нижней части резервуара, либо использованием в накопительных системах встроенных теплообменников с большой площадью теплообмена. Чтобы контролировать правильную работу термостатов, следует ежегодно обследовать систему.
При проектировке систем высокой степени риска целесообразно использовать замкнутые контуры водоснабжения.
В любом случае участок трубопровода должен быть как можно короче. Современные душевые системы, что используются в крупных объектах, госпиталях, медицинских центрах, должны предусматривать смешение холодной и горячей воды около головки душа. Участок трубы с теплой водой между контрольным клапаном и головкой душа должен быть самодренирующийся (безнапорный). В системах с высоким уровнем риска рекомендуется ежемесячная профилактика душевых головок аэраторов путем снятия отложений и осадка, а также их последующая промывка в хлорном растворе.
Дополнительным и сравнительно новым методом контроля численности популяции легионеллы в системе горячего водоснабжения, который успешно применялся в некоторых медицинских объектах, является метод ионизации медью и серебром. Ионы меди и серебра, что вырабатываются электролитически, подаются в систему рециркуляции горячей воды в концентрациях, убивающих бактерию, – 0,2-0,8 мг/л (медь) и 0,2-0,8 (серебро). Оптимальная концентрация ионов С u и А g для полноценного контроля легионеллы в горячей воде не известна. Все зависит от качества воды и особенностей проектировки системы. Однако следует отметить, что на эффективность воздействия ионов серебра и меди, как и хлора, неблагоприятно влияет повышенный уровень рН.
Профилактику систем горячего водоснабжения можно осуществлять, используя методы теплового удара или шоковой хлоринации. Метод дезинфекции тепловым ударом заключается в повышении темпратуры горячей воды с 71 до 77°С и постепенной промывке всех водовыпускных отверстий системы ГВС. Конечно, во избежание обжигания следует придерживаться предписаний безопасности. Консультативный комитет по борьбе с внутрибольничной инфекцией при центре санитарно-эпидемиологического надзора рекомендует минимальное время промывки, что составляет 5 минут. Однако в некоторых случаях может потребоваться более длительное время. Количество сливных отверстий, промываемых одновременно, зависит от мощности водонагревателя (котла) и возможностей расхода системы.
В системах, где невозможно использовать метод теплового удара, альтернативным методом является шоковое хлорирование (суперхлорирование), хотя этот метод дезинфекции менее популярен. В воду вносится повышенное количество активного хлора, значительно превышающее ее хлоропоглащаемость. Дозу активного хлора выбирают в зависимости от физических свойств воды (мутности, цветности), эпидемической обстановки и т. д. При суперхлорировании время контакта хлора с водой должно составлять как минимум 2 часа (не 24 часа). После систему следует тщательно промыть. Уровень остаточного свободного хлора в системе должен составлять по крайней мере 2 мг/л, при этом необходимый уровень хлорирования воды в водяном баке может составлять 20-50 мг/л, а уровень рН воды – 7,0-8,0. Необходимый уровень остаточного свободного хлора может вызвать коррозию металла. Каждое отверстие следует промывать до появления запаха хлора.
В системах ГВС, где проводились ремонтные работы или в системах, где происходили изменения давления воды по техническим причинам, может появиться коричневый цвет воды и драматический рост популяции легионеллы. В таких случаях рекомендуется проводить минимальные методы дезинфекции, а именно – тщательную промывку системы.
Высокотемпературная промывка и хлорирование также могут быть уместны, однако выбор в пользу последних должен осуществляться, исходя из особенностей конкретной системы.
Башенные охладители воды и испарительные конденсаторы
Открыты башенные охладители воды – испарительные устройства, что осуществляют передачу тепла, в которых атмосферный воздух смешивается и охлаждает воду за счет ее частичного испарения. Движение воздуха через систему осуществляется вентиляторами. Также в системе обычно используется некое вещество – «засыпка» – для обеспечения улучшенного контакта воды и охлаждающего воздуха.
Охлаждающие башни в системе водоснабжения обычно используются для отведения отходящего тепла чиллера, что обеспечивает кондиционирование воздуха.
Башенные охладители (градирни) замкнутого цикла и испарительные конденсаторы также являются испарительными системами, осуществляющими передачу тепла. Они схожи с открытыми градирнями, однако существуют и значительные различия. Рабочая жидкость (вода, этиленгликоль, смесь воды, масло и т. д. или хладагент) напрямую не контактируют с охлаждающим воздухом. Рабочая жидкость находится в трубчатом змеевике конденсатора.
Вода, что испаряется вследствие процесса отведения тепла, возмещается подпиточной водой из системы городского водоснабжения. Так как эта вода содержит бактерии легионеллы в низких концентрациях, вода в охладительной башне или испарительном конденсаторе также содержит небольшое количество бактерий.
Зачастую охладительные башни как открытого, так и закрытого типа, а также испарительные конденсаторы, обеспечивают условия, благоприятные для размножения и роста легионеллы. Обычно рабочая температура воды составляет 25-42 °С – благоприятная для амплификации. Однако в зависимости от тепловой нагрузки системы, температуры окружающего воздуха и особенностей работы системы температура воды может превышать 49°С или быть ниже 21°С.
Так как градирни и испарительные конденсаторы являются высокоэффективными воздухоочистительными системами, через которые проходят большие объемы воздуха, они могут аккумулировать органические вещества и другие отложения. Эти отложения могут служить питательными веществами, необходимыми для роста легионеллы. Различные биопленки, что способствуют росту бактерий, могут покрывать поверхности теплообменников, отстойников, сливных резервуаров и т. д.
Башенные охладители и испарительные конденсаторы оснащены инерциальными стрилерными устройствами – каплеуловителями. Так как эффективность каплеуловителей существенно различается в зависимости от особенностей конструкции (современные устройства намного эффективнее), а также состояния системы, то очевидно, что некоторое количество капель размером до 5 микрометров не задерживается устройством. К тому же, некоторые капли воды больших размеров, покидая устройство, уменьшаются до 5 и менее микрометров вследствие испарения.
Главными рекомендациями по дезинфекции системы являются тщательная очистка системы и биоцидная дезинфекция. Поддерживая чистоту системы, удается снизить уровень питательных веществ, способствующих росту легионеллы. Для этого следует проводить периодические визуальный осмотр оборудования и при обнаружении осадка, налета или других органических отложений – своевременную чистку системы. Предотвратить и контролировать отложения помогут механические фильтры или центробежногравитационные сепараторы. Также следует проводить своевременный осмотр, чистку или замену каплеуловителей.
Программа дезинфекции воды используется для снижения уровня коррозии, накипи, для контроля роста и размножения микробов, снижения отложений твердых веществ как органического, так и неорганического происхождения. Образования накипи можно контролировать с помощью ингибиторов (фосфонатов, фосфатов и полимеров), что используются для удержания минералов, например кальция, в растворе. Однако микробный налет может влиять на образование накипи и усугубление коррозии, а также на эффективность ингибитроров. Микробные биопленки могут потреблять некоторые виды ингибиторов (фосфаты, фосфонаты и азол), препятствовать контакту ингибиторов с поверхностью, создавать локальные кислородно-истощенные зоны, изменять уровень рН около поверхностей, аккумулировать или удерживать отложения на поверхности.
Сурфактанты (ПАВ – поверхностно-активные вещества) используют для снижения уровня отложений на поверхностях, особенно на поверхностях теплообмена. Важно, чтобы используемый сурфактант соответствовал типу загрязняющих веществ, масла или других веществ, что присутствуют в воде, а также был совместим с используемыми ингибиторами накипи-образования и коррозии.
Рост легионеллы в простейших одноклеточных (протозоа) может быть одним из главных способов распространения, так как протозоа относительно стойкие к биоцидам окислительного и неокислительного действия. Следовательно, очень важно контролировать их рост и размножение, предотвращая появление микробных биопленок, которые обеспечивают питательные вещества. Микробные пленки контролируют с помощью биоцидов – химических соединений, что характеризуются повышенной способностью убивать микробы и обладают сравнительно низким уровнем токсичности. Некоторые биоциды вступают в реакцию с компонентами определенных ингибиторов накипиобразования и коррозии, что обеспечивает меньшую эффективность обоих компонентов.
На практике применяются биоциды окислительного и неокислительного действия. Биоциды окислительного действия осуществляют свою работу двумя главными способами. Галогенные биоциды (хлор, бром и йод) вступают в реакцию в протеином, что содержится в клеточной мембране и обеспечивают его неправильное функционирование, что убивает организмы. Считается, что озон и диоксиды хлора окисляют другие компоненты микробной клетки. С другой стороны, биоциды неоксидирующего действия работают разными способами, которые включают реакцию с внутриклеточными ферментами, растворение клеточной мембраны и важных протеинов, что содержатся в стенках микробной клетки.
Эффективным способом дезинфекции является периодическое чередование биоцидов. Это является целесообразным, так как популяция организмов, выживших после дезинфекции биоцидом, будет восприимчивым к смене биоцида, скажем, неделю или две после. Изменение дозы и частоты использования одного и того же биоцида приведет к тем же результатам.
Правильно использованные биоциды окислительного и неокислительного действия эффективно действуют и предотвращают образование микробной пленки в системах водного охлаждения. Однако вследствие упомянутого выше взаемодействия между накипью и ингибиторами коррозии, сюрфактантами и биоцидами, а также благодаря химическим характеристикам воды (уровень рН и т. д.) важно, чтобы программу дезинфекции назначал и проводил квалифицированный специалист. Он должен разбираться в химических свойствах воды, ее микробиологии, а также знать характерные особенности системы (что система охлаждает и источники загрязнения).
При запуске следует особо внимательно относиться к системе, неработающей более 3 дней. Разнообразие подготовительных работ зависит от того, была ли дренирована система или использовался бак удаленного хранения воды. Основные меры по дезинфекции включают: чистку любых доступных твердых отложений с поверхности башенного охладителя воды и бака для ее хранения, проведение одного или двух дезинфекционных мероприятий (использование гидрохлорида натрия или биоцидов перед остановкой системы) с включенными насосами. Во время этих работ, вентиляторы системы должны быть выключены. В соответствии с руководством 12, расчетная продолжительность предварительной биоцидной дезинфекции должна составлять 6 часов. После завершения процесса работу вентиляторов можно возобновить.
Также это руководство предлагает некоторые предписания относительно места расположения башенных охладителей воды:
• как можно дальше располагать от воздухозаборников или часто открытых окон;
• не располагать вблизи источников органических веществ (около вытяжных кухонных вентиляторов)
• в публичных местах, находящихся на открытом воздухе, следует принимать во внимание направление доминирующих ветров и не располагать против потока.
Соблюдение описанных требований и соответствующих мер профилактики, несомненно, будет способствовать минимизации риска заболевания легионеллезом и предупредит возможность его дальнейшего распространения, в то время как последнее слово в решении этой проблемы остается за медициной.