XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México, 27 al 31 de octubre, 2002

CALIDAD DEL AGUA PARA USO Y CONSUMO HUMANO EN LA CIUDAD DE MEXICO

Marisa Mazari Hiriart* Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México Líneas de Investigación: Contaminación acuática y salud pública Yolanda López Vidal Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México Sergio Ponce de León Instituto Nacional de Ciencia Médicas y Nutrición Salvador Zubirán Juan José Calva Mercado Instituto Nacional de Ciencia Médicas y Nutrición Salvador Zubirán Francisco Rojo Callejas Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México Pilar Islas Macías Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México Gonzalo Castillo Rojas Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México Josué Sandoval Contreras Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México Rosa Isabel Amieva Fernández Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México Brianda Barrios López Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México Xóchitl Vega Manrique Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México Elia Velázquez Mejía Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México * Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México. Tercer Circuito Exterior Ciudad Universitaria, 04510 Coyoacán, México, D.F. México. Tel (0155) 5622 8998 - Fax (0155) 5622 8995 – email: [email protected] RESUMEN La cuantificación de bacterias coliformes ha determinado a nivel mundial la seguridad del agua potable. En México se llevó a cabo un estudio prospectivo longitudinal en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México de la calidad de agua subterránea utilizada como fuente de abastecimiento para uso y consumo humano durante un ciclo anual que abarcó lluvias 2000 y secas 2001. Se seleccionaron al azar 30 sitios de entre 1,575 pozos registrados en esta zona geográfica, tomando muestras antes y después de la desinfección con cloro. Se determinaron parámetros fisicoquímicos incluyendo temperatura, conductividad, pH, oxígeno disuelto, amonio, nitratos, cloro residual, cloroformo, bromodiclorometano, dibromoclorometano, bromoformo, trihalometanos totales y carbono orgánico total. También se determinaron parámetros microbiológicos tales como coliformes totales, coliformes fecales, estreptococos fecales y otras bacterias, determinando género y especies de bacterias oportunistas o patógenas en la mayoría de los casos, así como la presencia de Helicobacter pylori. Esto se llevó a cabo con la finalidad de contar con parámetros que pudiesen correlacionarse, así como relacionarlos de acuerdo con la temporalidad y eficiencia del proceso de desinfección. Los análisis fisicoquímicos se llevaron a cabo utilizando electrodos selectivos para cada parámetro; trihalometanos por cromatografía de gases con detector de captura de

electrones; carbono orgánico total por el método coulombimétrico; las muestras microbiológicas mediante método de filtración a través de membrana para el conteo y aislamiento de bacterias en medios selectivos y su identificación por sistema semi-automatizado de MicroScan; H. pylori se determinó por reacción en cadena de la polimerasa. Los resultados muestran que los parámetros fisicoquímicos relevantes fueron nitratos, cloroformo, bromodiclorometano, trihalometanos totales y carbono orgánico total. Se observó la presencia de coliformes totales, coliformes fecales, estreptococos fecales y otras patógenas durante el ciclo anual. La media aritmética de coliformes tanto totales como fecales muestra valores que rebasan la norma para agua de uso y consumo humano. Aún cuando estreptococos y otros patógenos no se indican en la norma, fueron identificados, presentando diferencias significativas en el caso de estreptococos fecales por temporada, la presencia de cloro no presentó un impacto en la positividad. Un total de 84 microorganismos de 9 géneros se identificaron en muestras de agua que se asocian primordialmente con contaminación fecal humana a excepción de los enterococos que es difícil conocer su origen. Se detectó H. pylori en menos del 20% de las muestras estudiadas, no observándose diferencias significativas entre lluvias y secas, ni por efecto de la cloración. Palabras clave Indicadores microbianos, patógenos, parámetros fisicoquímicos, agua uso y consumo humano, Ciudad de México. INTRODUCCION La gastroenteritis es la preocupación más común asociada a patógenos en agua potable. En países en desarrollo hasta 10 millones de muertes son causadas debido al consumo de agua contaminada (Hazen y Toranzos, 1990). Las enfermedades de origen hídrico siguen representando un riesgo para la salud, con una gran inequidad entre zonas urbanas y rurales, debido a diferente acceso a servicios sanitarios básicos como agua potable y disposición de agua residual (PAHO, 1997). Un aspecto de gran importancia es la calidad del agua y la manera como se evalúa. Recientemente se realizó un análisis por parte de la Organización Mundial de la Salud sobre la calidad del agua y la preocupación por los riesgos a la salud (Fewtrell y Bartram, 2001). Desde el punto de vista microbiológico se considera que no existe una correlación entre el número de indicadores y los patógenos entéricos. Se menciona además que un manejo adecuado del agua requiere del desarrollo, validación y uso de indicadores mas orientados a medir la eficiencia de los procesos, la presencia de contaminación fecal o bien especies o grupos que sirvan como modelos del comportamiento de ciertos microorganismos (Ashbolt et al., 2001). Esta nueva visión se orienta al “riesgo aceptable“ para la población, en el cual la probabilidad de causar daño, enfermedad o muerte bajo circunstancias específicas debe ser mínima (Nutre y Fewtrell, 2001). La Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) se ha considerado como una región en estado crítico desde el punto de vista ambiental (Kasperson et al., 1995; Ezcurra et al., 1999). Uno de los elementos limitantes para el sostenimiento y futuro desarrollo de este ecosistema urbano es el recurso agua, el cual se extrae del sistema de acuíferos para cubrir aproximadamente un 70% de la demanda, mientras que el 30% se importa de otras cuencas (Merino, 2000). La disponibilidad del recurso es un tema preocupante, ya que de él depende una población actual de 18 millones de habitantes, que ocupan 16 delegaciones y 25 municipios metropolitanos (Garza, 2000). En la ZMCM se han realizado estudios en los que se han evaluado los recursos hídricos en zonas piloto (Mazari-Hiriart et al., 1999) o abarcando ciertas zonas geológicas por su relevancia en relación con la potencial de recarga al acuífero (Mazari-Hiriart et al., 2000; Cifuentes et al., 2002) con base en parámetros de tipo microbiológico utilizando las bacterias indicadoras que se mencionan en la NOM-127-SSA1 (DOF, 2000), así como algunas otras bacterias como son estreptococos fecales y otras bacterias patógenas. También se ha determinado Helicobacter pylori, bacteria asociada con gastritis crónica, úlcera gástrica y cáncer gástrico (Mazari-Hiriart et al., 2001a,b) en diversos ecosistemas acuáticos de la ZMCM y sus alrededores. Este estudio prospectivo, diseñado específicamente para la ZMCM nos brinda una visión general de la situación en esta zona urbana, con una perspectiva más amplia que en estudios previos. METODOS DISEÑO EXPERIMENTAL En este estudio longitudinal prospectivo se llevó a cabo una selección aleatoria de 30 pozos de los 1,575 registrados en la ZMCM (Tablas de Bradford Hill IV y V) para conocer la situación global del agua subterránea antes y después de la desinfección con cloro en esta zona geográfica, lo que proporciona una muestra representativa.

2

Se colectaron un total de 102 muestras, 60 muestras previas a la desinfección con cloro (30 en lluvias y 30 en secas) y 42 muestras después de la desinfección (22 en lluvias y 20 en secas). Después del la desinfección 11 de las muestras en lluvias y 9 en secas, se tomaron en los mismos pozos, mientras que 11 en secas y 11 en lluvias se tomaron en rebombeos, representando el agua tratada con diferente tiempo de contacto. La temporada de lluvias se cubrió de junio a septiembre, 2000 y la temporadas de secas de enero a mayo, 2001. Los sitios muestreados se indican en la Figura 1.

Figura 1. Sitios de muestreo en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.

MUESTREO Las muestras se colectaron durante un ciclo anual de junio del 2000 a mayo de 2001, durante temporada de lluvias y secas. Se tomaron muestras de 500 mL para análisis fisicoquímicos, de 1 L en frascos de boca ancha de polipropileno estériles para análisis bacteriológico y de 500 mL para H. pylori. Las muestras fueron transportadas y almacenadas en refrigeración (4oC) hasta su análisis siguiendo los procedimientos estándar (APHA, 1995). Pozos de extracción en operación fueron muestreados en un punto previo a la cloración y posterior a la cloración. La llave se limpió antes del muestreo y se tuvo cuidado de no salpicar al tomar la muestra. Se dejó correr el agua durante 5 minutos previos a la recolección de las muestras. ANÁLISIS PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS Se determinaron la temperatura, conductividad y pH mediante un equipo portátil marca YSI, Modelo 3500, No. Serie 93J09730. El cloro residual se analizó con electrodo selectivo Orion, Modelo 9770BN, Nitratos con electrodo Corning, Modelo 476137 y Amonio mediante el electrodo Corning, Modelo 487234. Las muestras se analizaron por duplicado. La concentración de Carbono Orgánico Total se determinó utilizando un Analizador de Carbono UIC, modelo CM5012 mediante el método coulombimétrico ASTM D 4129-88 y ASTM D 513-92 (Harris, 1992).

3

Las muestras para trihalometanos individuales y totales se tomaron por duplicado en viales de vidrio borosilicato ambar de 40 mL con tapón de rosca y septum de silicón-teflón, añadiendo 160 µL de sulfito de sodio 0.2 M como agente reductor en las muestras que contenían cloro. La concentración de trihalometanos totales se determinó mediante la técnica de Headspace descrita por Cancho (comunicación personal) usando un Automuestreador Headspace HP 7694 acoplado a un Cromatógrafo de Gases HP 5890 Series II con detector de Captura de Electrones y columna capilar de 30 m de longitud, 0.25 mm de diámetro interno y película de 2 µm. Las condiciones cromatográficas fueron: 200oC temperatura del inyector, 250oC temperatura del detector, columna a 80oC durante 1 min, elevando la temperatura 6oC por minuto hasta alcanzar 140oC y conservándose por 1 minuto. Se utilizó helio como gas acarreador con un flujo de 1 mL/min y una mezcla especial de 5% metano en 95% argón para el detector. ANÁLISIS BACTERIOLÓGICO Las muestras se analizaron para cuatro grupos diferentes de bacterias que incluyeron: coliformes totales, coliformes fecales, estreptococos fecales, otras bacterias como Vibrio spp. y Aeromonas spp., entre otras (APHA, 1995; Murray et al., 1995). Se utilizaron membranas de 0.45 µm acetato de celulosa (Millipore MF tipo HA) que se colocaron sobre un cojinete con medio líquido en el caso de coliformes totales, fecales y sobre agar para el aislamiento de estreptococos fecales y otras bacterias (APHA, 1995; Murray et al., 1995). Las muestras para el análisis de Helicobacter pylori se analizaron por el método de reacción en cadena usando la polimerasa (PCR) confirmando por hibridación. 500 mL de agua se concentraron por centrifugación a 10,000 X g por 30 min a 4 °C. Los sedimentos fueron resuspendidos en 10 mL de Tris-HCl 10 mM (pH 8.0) - EDTA 1mM (TE) y alícuotas de 1 mL fueron almacenadas a -70°C, mismas que se utilizaron posteriormente para extraer el ADN por el método de tiocianato de guanidina (Pitcher et al., 1989). Los iniciadores utilizados para amplificar por PCR anidado H. pylori fueron los mismos que los citados por Mazari et al. (2001a, b). La primera amplificación se hizo usando los iniciadores Hp1 y Hp3, establecida con 5 µL de solución de ADN. El segundo PCR se amplificó con los iniciadores Hp1 y Hp2, usando 1 µL de producto previo de PCR descrito previamente por Mazari et al. (2001a, b). Se utilizaron iniciadores selectivos para H. pylori género y especie específicos e hibridando todos los PCR para demostrar su especificidad y se determinó su asociación con el gen asociado a la citotoxina mediante un proceso similar al reportado por Mazari et al. (2001a, b). Los medios de cultivo utilizados fueron: caldo Endo (Millipore Corp., Bedford, MA) para coliformes totales, caldo M-FC (Millipore Corp)., Bedford, MA) para coliformes fecales; agar K-F (Becton Dickinson & Co., Cockeysville, MD) para estreptococos fecales y caldo de soya tripticasa (TCBS) (Becton Dickinson & Co., Cockeysville, MD) para aislar otras bacterias. Las placas se incubaron de acuerdo con los protocolos estándar y se enumeraron con base en los tiempos recomendados para incubación (APHA, 1995; Murray et al., 1995). Los cultivos se mantuvieron en incubadoras WTB Binder. Se llevaron a cabo pruebas bioquímicas de la colonias positivas por el sistema de identificación de bacterias Gram-positivo tales como las familias Micrococcaceae, Streptococcaceae que incluyen a los géneros Enterococcus y Staphylococcus, así como microorganismos Gram-negativo como son la familia Enterobacteriaceae, entre las bacteria fermentadoras se encuentran Aeromonas spp., Citrobacter spp., Enterobacter spp., E. coli, Klebsiella spp., Proteus spp., Salmonella spp., Serratia spp., Shigella spp., Vibrio spp. y Yersinia spp. Las bacterias no fermentadoras como son Acinetobacter spp,, Neisseria spp, Moraxella spp., y Pseudomonas spp. COMBOS 12 y 22 respectivamente, la identificación final se llevó a cabo en forma semi-automática por DADE MicroScan, AutoSCAN-4. DADE International. West Sacramento, CA, USA, diseñado bajo la norma del Manual de Microbiología Clínica (Murray et al., 1995).

RESULTADOS En la Tabla 1 se muestran los resultados relevantes de los parámetros fisicoquímicos durante el ciclo anual 2000-2001. Los parámetros fisicoquímicos que no presentaron diferencia significativa por época del año, ni con o sin cloración fueron: temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, cloroformo, dibromoclorometano y bromoformo. Cabe señalar que el cloro residual no presentó diferencia significativa en muestras cloradas. Los parámetros que si presentaron diferencia significativa dependiendo de la temporada y efecto de la cloración fueron nitratos, cloroformo y bromodiclorometano. Unicamente por temporada fueron pH y carbono orgánico total; solo por efecto de la cloración trihalometanos totales. Los valores de pH y trihalometanos caen dentro de lo señalado por la norma. Las concentraciones de nitratos superan la sugerida por la norma. La norma no incluye el carbono orgánico total.

4

TABLA 1. Parámetros fisicoquímicos (mg/L) en agua de pozos de la ZMCM 2000-2001. PARAMETROS LLUVIAS SECAS Valor de p C/Cl (n=22) S/Cl (n=30) C/Cl (n=20) S/Cl (n=30) Temporada Cloración pH (sin unidad) 7.05 (0.85) 6.98 (0.69) 6.59 (0.53) 6.78 (0.44)