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Revista U.D.C.A Actualidad & Divulgación Científica

Print version ISSN 0123-4226

rev.udcaactual.divulg.cient. vol.22 no.1 Bogotá Jan/June 2019  Epub May 04, 2019

https://doi.org/10.31910/rudca.v22.n1.2019.1187 

Ciencias Naturales

Evaluación cuantitativa de riesgos microbiológicos asociado con el consumo de agua del río Chicamocha en Boavita- Boyacá

Quantitative microbiological risks assessment associated with the consumption of water of Chicamocha river in Boavita-Boyacá

John Delgado Vargas1 

Luz Marina Lizarazo2  * 

Margoth Valdivieso3 

Diego García4 

1Biólogo, Grupo de Investigación Biología Ambiental. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Avenida Central del Norte No. 39-115, Tunja, Boyacá, Colombia, e-mail: jhonjames1115@gmail.com, /https://orcid.org/0000-0003-1495-2267

2Ph.D., Docente asociada, Coordinadora Grupo de Investigación Biología Ambiental. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Avenida Central del Norte No. 39-115, Tunja, Boyacá, Colombia, e-mail: luz.lizarazo@uptc.edu.co, /http//orcid.org/0000-0002-7849-7876

3M.Sc., Estadística, Docente asistente, Grupo Interdisciplinario en Ciencias GICI. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Avenida Central del Norte No. 39-115, Tunja, Boyacá, Colombia, e-mail: margoth.valdivieso@uptc.edu.co, /https://orcid.org/0000-0002-3617-928X

4M.Sc., Veterinaria Zootecnista, Docente asistente, Grupo GIDIMEVETZ. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Avenida Central del Norte No. 39-115. Tunja, Boyacá, Colombia, e-mail: diegojose.garcia@uptc.edu.co, /https://orcid.org/0000-0003-1495-2267


RESUMEN

Los habitantes del sector El Terrenal, del municipio de Boavita-Boyacá, al no contar con el servicio de acueducto, utilizan las aguas del río Chicamocha, para la preparación de sus alimentos, limpieza y aseo personal. El objetivo de este estudio fue evaluar bacterias y protozoos presentes en el cuerpo de agua del río Chicamocha, a través de un análisis cuantitativo de riesgo microbiológico (ACRM). Para el desarrollo del trabajo, se realizaron cuatro muestreos, de abril a junio de 2016, en los márgenes y centro del río y un quinto muestreo de agua tratada con la planta Opuntia ficus-indica (Tuno). Se realizó el método de recuento en placa, usándose medios selectivos y diferenciales para el aislamiento de Escherichia coli, Salmonella, Enterococcus y la técnica de MacMaster, para la determinación de parásitos gastrointestinales (PGI). Para el análisis de la información, se emplearon los estadísticos no paramétricos de Kruskall-Wallis y U-Mann Whitney. Se determinó que, al menos, un lugar de muestreo es estadísticamente diferente a otro para Enterococcus faecium (P= 0,000) y los ooquistes de Entamoeba histolytica (P= 0,000). Por el contrario, para Escherichia coli no se observaron diferencias significativas entre las zonas, pero sí al menos una fecha de muestreo fue estadísticamente diferente (P= 0,026) a otra. En el agua tratada, se observó una disminución de los ooquistes de E. histolytica y un aumento en el porcentaje de E. faecium (P= 0,035).

Palabras clave: consumo agua contaminada; Escherichia coli; Salmonella typhi; Enterococcus faecium; Entamoeba histolytica.

ABSTRACT

The habitants of the El Terrenal sector of the municipality of Boavita-Boyacá, have no access to the aqueduct service, and use water of the Chicamocha River for preparation of food, housework and personal hygiene. The aim of this study was to evaluate the presence of pathogenic bacteria and protozoa, present in the water body of the Chicamocha River, through a quantitative analysis of microbiological risk (ACRM). For the development of the work, four samples were conducted from April to June 2016, in the margins and center of the river, and a fifth sample of water treated with the plant Opuntia ficus-indica (Tuno). The method of plate count was performed, using selective and differential media for the isolation of Escherichia coli, Salmonella, Enterococcus and the MacMaster technique for the determination of gastrointestinal parasites (PGI). For the analysis of the information the nonparametric statistics of Kruskall Wallis and U-Mann Whitney were used. It was determined that at least one sampling site is statistically different from another for Enterococcus faecium (P = 0.000) and the oocysts of Entamoeba histolytica (P = 0.000). In contrast, for Escherichia coli no significant differences were observed between the zones, but if at least one sampling date was statistically different (P =0.026) to another. In the treated water there was a decrease in the oocysts of E. histolytica and an increase in the percentage of E. faecium (P= 0,035).

Keywords: contaminated water consumption; Escherichia coli; Salmonella typhi; Enterococcus faecium; Entamoeba histolytica.

INTRODUCCIÓN

Las enfermedades de transmisión alimentaria (ETA) son definidas por la Organización Mundial de la Salud, como “el conjunto de síntomas originados por la ingestión de agua o alimentos que contengan agentes biológicos -bacterias o parásitos- o no biológicos -plaguicidas o metales pesados-, en cantidades tales, que afecten a la salud del consumidor en forma aguda o crónica, a nivel individual o de grupo de personas”.

Estas enfermedades, se caracterizan por una variedad de síntomas gastrointestinales, siendo los agentes etiológicos con mayor prevalencia de ETA diarreicas la Salmonella enterica no tifoidea, Escherichia coli enteropatógena, Salmonella typhi y Taenia solium.

El departamento de Boyacá cuenta con 123 municipios, de los cuales, 119 consumen agua no apta para consumo humano, estando en niveles de riesgo para la salud entre bajo, medio y alto, de acuerdo con la resolución No. 2115 del Ministerio de la Protección Social-MPS y del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial-MAVDT (2007), lo que indica que no cumplen con los parámetros físicos, químicos y microbiológicos. Para el 2008, el departamento de Boyacá reportó 556 casos de ETA, observándose un aumento en comparación con los años anteriores, dejándolo, a nivel nacional, como el cuarto departamento que más casos notificó (Gobernación de Boyacá, 2011).

El municipio de Boavita cuenta con servicio de acueducto y alcantarillado, con una cobertura del 90,7%; sin embargo, el sector El Terrenal, de la vereda Lagunillas, no cuenta con servicio de acueducto ni alcantarillado, lo que obliga a sus habitantes a cubrir sus necesidades con el agua del río Chicamocha, aumentando el riesgo de exposición a ETA.

En investigaciones realizadas en la calidad del agua de la cuenca alta en el río Chicamocha, encontraron coliformes totales, indicando contaminación fecal en el cuerpo de agua y recomendaron revisar los riesgos sanitarios y enfermedades, por el uso de estas aguas (CORPOBOYACÁ, 1999).

Adicionalmente, CORPOBOYACÁ (2006) informó valores superiores de Coliformes totales y fecales a los aceptados en los decretos 1594 de 1984 y 3930 de 2010. Además, la presencia de actividad ganadera en las riberas del río afecta la calidad del agua de la cuenca, porque altera, principalmente, los parámetros microbiológicos, generando contaminación por coliformes totales, Enterococcus intestinales, Giardia sp., entre otros parásitos.

La evaluación cuantitativa de riesgos microbiológico (ECRM) es una herramienta de tipo estadístico utilizada para la detención y la evaluación de los peligros que puedan estar presentes en los alimentos o agua, la probabilidad de exposición a estos y su impacto sobre la salud pública de la comunidad expuesta (Haas et al. 1999).

Por consiguiente, el objetivo de este estudio fue evaluar, mediante una ECRM, el agua del río Chicamocha que utiliza la población del sector el Terrenal, del municipio de Boavita.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio. La investigación fue desarrollada en la vereda Lagunilla, en el sector El Terrenal, perteneciente al municipio de Boavita- Boyacá, Colombia. El municipio cuenta con una extensión total de 159km2 y una altitud de 2114m s.n.m. Su temperatura media está entre 16 y 24°C. La economía del municipio gira alrededor de la agricultura, ganadería y la cestería. El sistema hídrico del municipio pertenece en un 97% a la cuenca del río Chicamocha.

Muestreo. Se realizaron cuatro muestreos hacia los dos bordes y centro del río, en recipientes estériles de vidrio de boca ancha, cada 20 días, en abril, mayo y junio, con promedios de precipitaciones de 192, 173 y 77,9mm, respectivamente. El quinto punto de muestreo, se ejecutó en un tanque de almacenamiento, donde la comunidad deposita el agua que filtran, haciendo uso de la planta Opuntia ficus-indica, comúnmente, llamada tuno.

Para E. coli, Salmonella y Enterococcus, se tomaron muestras de 250mL y para parásitos gastrointestinales (PGI), de 1.000mL (APHA et al. 2012). Se mantuvieron a temperaturas entre 6 y 10°C y se realizó el análisis dentro de las 12 horas siguientes.

Encuesta. Una vez validada la encuesta por un experto (M.Sc. Estadística Margoth Valdivieso), se procedió a aplicar la encuesta trasversal a las familias habitantes del Terrenal, quienes usaban el agua del río Chicamocha para sus actividades diarias: aseo personal, consumo, limpieza, labores agrícolas, entre otras actividades. Todos los participantes fueron informados del estudio a realizarse y firmaron el consentimiento informado.

Análisis microbiológico. Para el aislamiento y la cuantificación de las bacterias, se realizó el método de recuento en placa, sembrándose por duplicado en los medios selectivos MacConkey (Merck®), para aislar Escherichia coli; agar selectivo Hektoen Entérico (Merck®), para Salmonella y agar Bilis Esculina Azida (Merck®), para Enterococcus. Se incubaron de 48 a 72 horas, a una temperatura entre 35-37°C, para la cuantificación de unidades formadoras de colonias.

Después de la incubación, las colonias características para Enterobacterias en los medios MacConkey y Hektoen Entérico, se aislaron en cajas de Petri, con agar Chromocult (Merck®), que se incubaron durante 48 horas, a 35°C.

Para la caracterización de género y especie, se utilizaron pruebas bioquímicas tradicionales.

Análisis parasitológico. Para el análisis cuantitativo, se utilizó la técnica de MacMaster, modificada para muestras de agua (Sixtos, 2011). El número de huevos u ooquistes por mililitro, se halló con la siguiente fórmula:

Para el análisis cualitativo, se realizó la técnica formol-éter, descrita por Ritchie et al. (1960).

ECRM. Se siguieron los cuatro pasos necesarios para ello: identificación de peligros, evaluación de la exposición, el análisis de dosis-respuesta y la caracterización del riesgo. El riesgo, se estimó mediante el uso de ecuaciones dosis-respuesta, utilizándose el modelo Poisson-Beta y exponencial para las bacterias y los parásitos, respectivamente (Haas et al. 1999; Westrell et al. 2004).

(Modelo de Poisson-Beta)

(Modelo exponencial)

Dónde, P inf: es la probabilidad de infección; D es la dosis microbiológica que se ingiere; N 50 es la dosis = 7.336; Yapo et al. (2014), que representa la infección del 50% de la población y; α y k son constantes

Las constantes utilizadas para las bacterias y para E. histolytica fueron:

E. coli: α = 0,49 y N 50 =5,9x105; Salmonella y Enterococcus: α= 0,312 y N 50 = 236 (Haas et al. 1999) y E. histolityca: k=50,23 (Rendtorff, 1954).

Caracterización del riesgo anual. La probabilidad anual de infección está relacionada con la exposición múltiple de una persona (Sakaji & Funamizu, 1998) y se calculó con la siguiente fórmula:

Donde, P es la probabilidad anual de infección; P inf es la probabilidad de infección para una sola exposición y n es la frecuencia de exposición, número de días durante un año, el cual, una persona está expuesta a una dosis de agentes de patógenos.

Para comparar los recuentos de las bacterias en los meses y puntos de muestreo, se realizaron análisis estadísticos no paramétricos (Kruskall Wallis, U de Mann-Whitney), utilizándose el programa estadístico IBM SPSS Statistics versión 22.0 (versión de prueba, 16/08/13).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Aislamiento, cuantificación e identificación bioquímica de las bacterias. Tal como se registra en la tabla 1, se obtuvieron valores para E. coli, que oscilaron desde 0 hasta 79×103 UFC/mL, con un valor medio de 2,615×103 UFC/mL. Para la especie S. typhi, los recuentos variaron entre 0 a 252×103 UFC/mL, con una media de 2,907×103 UFC/mL y para E. faecium, desde 0 a 280 ×103 UFC/mL, con una media de 9,480×103 UFC/mL.

Tabla 1 Recuento de bacterias en UFC/mL. 

Análisis cuantitativo de PGI. En el análisis parasitológico, se observaron formas ovales y redondas de 10 a 15µm, con 1 a 4 núcleos compatibles con E. histolytica (PHAC, 2011).

La prueba estadística de Kruskal-Wallis determinó que, al menos, una de las fechas de muestreo fue estadísticamente diferente para E. coli (P=0,003) y Entamoeba histolityca (P=0,336). En cuanto a los puntos de muestreo, al menos uno fue diferente para la población de E. coli (P=0,442), S. typhi (P=0,149), E. faecium., (P=0,000) y los ooquistes/mL de E. histolityca. (P=0,360) (Tabla 2).

Tabla 2 Resultados de la prueba estadística Kruskal- Wallis para las fechas y los puntos de muestreo. 

Fechas de muestreo: 6 de abril, 27 de abril, 18 de mayo y 7 de junio.

Puntos de muestreo: Borde derecho, centro, borde izquierdo, agua tratada.

Al comparar el agua tratada con los puntos de muestreo del río hubo un aumento en el promedio de bacterias del género E. faecium, de 0,027×103 UFC/mL, por el contrario S. typhi, con 1,044×103 UFC/mL y E. coli, con 0,013×103 UFC/mL, disminuyeron. En cuanto a E. histolityca, en el centro del cauce se observó una media de 7,83 quistes/mL, en comparación al borde derecho (0,007×103 quistes/mL) e izquierdo (0,007×103 quistes/mL), en promedio (Tabla 3).

Tabla 3 Promedio de UFC/mL de bacterias y quistes/mL en los puntos de muestreo. 

Con relación a la heterogeneidad de las muestras, mediante la prueba U de Mann-Whitney (Tabla 4), se puede concluir que en el agua tratada E. faecium presentó diferencias significativas en todos los puntos del río (para el Borde derecho el valor fue de P=0,001), indicando que, con un nivel de significancia del 5%, se rechaza Ho a favor de H1 y se evidencia resultados semejantes para el Centro, con un P=0,001 y para el Borde izquierdo, con un P=0,001, igualmente Entamoeba histolityca, también presentó diferencias significativas en todos los puntos del río (Borde derecho P=0,012; Centro P=0,012; Borde izquierdo P=0,012).

Tabla 4 Resultado de diferencias estadísticas de U de Mann-Whitney, entre los puntos de muestreo y el agua tratada con el Tuno. 

Exposición al agua. De acuerdo con el análisis de las encuestas efectuadas, se determinó que el agua se destina para la preparación de alimentos, aseo personal y agricultura. Con relación a la frecuencia de exposición anual es de 365 días, ya que hacen uso de esta agua todo el año. En cuanto a los síntomas, los habitantes reportaron diarrea, dolor de estómago, fiebre y vomito.

Evaluación cuantitativa de riesgos microbiológicos (ECRM). En la tabla 5, el mayor porcentaje de infección, con una sola exposición, está dado por E. faecium, del 97%, seguido de S. typhi, con un 94% y 1,59%, para E. coli.

Tabla 5 Porcentaje de infección por una sola exposición. 

BD: Borde Derecho; CE: Centro; BI: Borde Izquierdo; AT: Agua Tratada; D1: Dilución 10-1; D2: Dilución 10-2; ND: Determinado.

Para el punto de muestreo (agua tratada), E. faecium presentó un valor del 97%; S. typhi obtuvo un índice del 93%, mientras que el riesgo de infección para E. coli, de 1,59%, solo se presentó en el primer muestreo. Para los ooquistes de E. histolytica fue del 100%, para los tres puntos de muestreo, pero no se detectaron ooquistes en el agua tratada.

Caracterización del riesgo anual. El riesgo anual de infección para S. typhi y E. faecium fue del 100%; para E. coli, del 99% y E. histolityca tuvo un índice del 100%, indicando que los cuatro patógenos tienen un alto porcentaje de infección anual que, probablemente, puede llegar a provocar alteraciones en la salud a lo largo del año, en los individuos que consumen esta agua.

Se demostró que existe presencia de microorganismos patógenos, como Escherichia, S. typhi, E. faecium y E. histolytica en las aguas del río Chicamocha, en el sector El Terrenal, del municipio de Boavita-Boyacá, lo que indica la existencia de contaminación fecal. Esto puede estar asociado a la descarga de aguas residuales municipales e industriales (CORPOBOYACÁ, 2006).

Los recuentos obtenidos de E. coli variaron entre 0 a 79×103 UFC/mL, en comparación con Nuñez et al. (2014) , quienes en las aguas grises de la provincia de Buenos Aires, obtuvieron valores entre 160×103 a 2500×103 UFC/100mL y a los hallados por Yapo et al. (2014) , que estuvieron en concentraciones de 128 a 29,7 × 103 UFC/100mL, en un canal de aguas residuales.

Es importante destacar que E. coli es una especie bacteriana comensal del intestino humano; existen ciertas cepas que causan diferentes enfermedades. Entre los principales patotipos causantes de diarrea, se encuentra E. coli enterohemorrágica, asociada a ETA. Esta cepa ha generado epidemias y casos esporádicos de diarrea y colitis hemorrágica (Pennington, 2010; Onanuga et al. 2014).

El aislamiento de coliformes fecales en la cuenca del río Chicamocha concuerda con los resultados obtenidos en el trabajo del comportamiento de los indicadores de contaminación fecal en diferentes tipos de aguas de la sabana de Bogotá. Estas concentraciones de indicadores fecales son un reflejo de las constantes y repetidas contaminaciones que recibe el río a lo largo de su cauce, por efluentes de agua doméstica, lo que hace difícil que puedan tener procesos de autodepuración (Campos et al. 2008).

Los resultados advierten a las autoridades en salud pública del municipio, que el agua analizada no es apta para el consumo humano y representa un gran riesgo para la población de El Terrenal, situación también descrita por Corrales et al. (2014) , para el río Bogotá, que reportaron E. coli y coliformes totales. Silva et al. (2017), quienes evaluaron la del río Fonce, en San Gil, Colombia, encontrando que los valores de coliformes totales y E. coli están por fuera de lo permitido en la normatividad para uso primario y secundario del agua y Chavez-Ortiz et al. (2017) determinaron que el río Ventilla, en el Amazonas, Perú, no es apto para el consumo humano, dado los parámetros microbiológicos encontrados, que representan contaminación, por aguas residuales.

Las concentraciones de Salmonella typhi (0 a 252×103 UFC/mL), para la cuenca del río Chicamocha, sector El Terrenal, esta también asociado a la presencia de materia orgánica, como resultado del vertimiento de aguas residuales (Abulreesh, 2012).

El E. faecium, osciló entre 280x103 a 34,5x103 UFC/mL, posiblemente, relacionado con la disminución de las precipitaciones durante el periodo de muestreo. El aumento de la concentración de esta bacteria en el agua tratada por la planta de tuno puede estar asociado a su resistencia al cloruro de sodio, al 6,5%, pH 6-9, temperaturas entre 10 y 45 y altas concentraciones de sales biliares y detergentes (Flahaut et al. 1996).

Se halló Entamoeba histolityca, de gran relevancia epidemiológica, ya que su presencia es indicativa de materia orgánica en el agua, además de la patogenicidad que presenta (Al Rumhein et al. 2005). Por otra parte, los ooquistes de parásitos están asociados a aguas residuales, siendo las zonas tropicales donde existe una mayor transmisión de este patógeno, por ingesta de aguas contaminadas. En el agua tratada no se encontraron ooquistes de Entamoeba histolityca, porque, probablemente, son arrastrados y sedimentados al fondo del tanque de almacenamiento.

Respecto a la ECRM, según la tabla 5, se encontró que la población que consume esta agua tiene un alto riesgo de infección, ya que dichos porcentajes son muy cercanos al 100%, para S. typhi, E. faecium y E. histolytica.

Para el caso de la E. coli, el riesgo de infección está entre 0 y 1,59%, según la tabla 5, siendo estos los porcentajes más bajos, respecto a los demás géneros bacterianos, debido, principalmente, a que las constantes de las ecuaciones de dosis-respuesta son distintas (Nuñez et al. 2014) y a las concentraciones menores encontradas respecto a los otros grupos microbianos; sin embargo, el porcentaje más alto de infección por E. coli fue del 0,068%, por mL de la muestra, siendo mayor que el obtenido por Nuñez et al. (2014), que fue del 0,74, por cada 100mL y similar al encontrado por Teklehaimanot et al. (2015), que varió del 6 al 84%, por cada 100mL. De igual manera, S. typhi presentó el mayor riesgo con un valor de 94%, siendo este resultado más alto que el encontrado por Ottoson & Stenström (2003), que calculó un valor de 0,001%, en aguas negras.

En algunos puntos de muestreo, el porcentaje de infección bacteriana predominó el 90%, siendo superiores a otros estudios realizados en ríos de África. Genthe (2013) reportó un índice de 1 a 26% y Le Roux et al. (2012), del 26%, por patógenos del río Olifants. Un estudio más reciente, realizado por Teklehaimanot et al. (2015), informó un riesgo de infección para diferentes microorganismos enteropatógenos, del 20 al 60%, en cuatro ríos que reciben vertimientos de plantas de tratamiento de aguas residuales.

El riesgo anual fue del 99%, para E. coli, similar al encontrado por Yapo et al. (2014), que osciló entre 90 y 99%, en un canal de aguas residuales. De igual forma, las demás bacterias y E. histolytica presentaron un porcentaje de infección del 100% que, posiblemente, podrían provocar enfermedades a lo largo de un año, en los individuos que consumen esta agua.

Con relación a la dosis asociada con infección es más baja para los protozoos, como E. histolityca, respecto a los valores para bacterias, es decir, la ingestión de 1 a 10 ooquistes puede estar asociada con una alta probabilidad de infección. Por el contrario, una infección bacteriana puede requerir una ingestión de una media de 100 microorganismos, dependiendo de la bacteria patógena; sin embargo, bacterias como Salmonella y E. coli enterohemorrágica pueden causar infección con un número menor de microorganismos (Haas et al. 1999).

REFERENCIAS

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Cómo citar este artículo: Delgado Vargas, J.; Lizarazo, L.M.; Valdivieso, M.; García, D. 2019. Evaluación cuantitativa de riesgos microbiológicos asociado con el consumo de agua del Río Chicamocha en Boavita- Boyacá. Rev. U.D.C.A Act. & Div. Cient. 22(1):e1187. https://doi.org/10.31910/rudca.v22.n1.2019.1187

2Artículo de acceso abierto publicado por Revista U.D.C.A Actualidad & Divulgación Científica, bajo una licencia Creative Commons CC BY-NC 4.0

Conflicto de interés: El manuscrito fue preparado y revisado con la participación de todos los autores quienes declaramos que no existe tipo de conflicto de interés que ponga en riesgo la validez de los resultados presentados.

Recibido: 19 de Febrero de 2018; Aprobado: 15 de Marzo de 2019

*autor de correspondencia: bio.ambient@uptc.edu.co

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