Эколого-эпидемиологические аспекты контаминации V. cholerae О1 водных объектов в Республике Калмыкия

Введение. Изучение контаминации водных объектов V. cholerae О1, О139 серогрупп, эпидемиологического фактора риска в активизации водного пути распространения возбудителя инфекции, определяет актуальность исследований в этом направлении, имеет научное и прикладное значение. В последние годы вектор исследований в этом аспекте сконцентрирован в основном на изучении биологических свойств V. cholerae О1, О139, выделяемых из объектов окружающей среды, с применением молекулярно-биологических методов для оценки эпидемиологической обстановки, распространений во времени и пространстве, суждений об их происхождении, эволюции и других [1–3]. Эпидемиологическая оценка поверхностных водоемов с учетом контаминации их V. cholerae О1, О139 применена как составляющая при определении эпидемического потенциала административных территорий РФ [4]. Научный интерес представляют литературные данные об определяющей роли поверхностных водоемов с компонентами экосистем в эпидемических проявлениях холеры [5], экологических особенностях персистенции холерных вибрионов [6]. Небезынтересны ранее полученные результаты исследований при мониторинге выделения V. cholerae О1 (1965–1988 гг.) в различных климатогеографических областях СССР о благоприятной для вибрионов Эль Тор экологической нише – иловых отложениях, образующихся в водоемах в результате сброса в них сточных вод [7].

Ежегодное и периодическое выделение нетоксигенных штаммов V. cholerae О1 из водных объектов, используемых в качестве источников I и II категорий в соответствии с социально-гигиеническим мониторингом, мы рассматриваем как предпосылки возможного осложнения эпидемиологической ситуации. Здесь целесообразно отметить, что для имевших место вспышек холеры в России в период седьмой пандемии был характерен основной – водный путь распространения возбудителя инфекции [8]. При мониторинге холеры в стране установлено длительное, ежегодное выделение V. cholerae О1 в Республике Калмыкия, за исключением 2020 г. Это явилось основанием для изучения и анализа данных о контаминации V. cholerae О1 во взаимосвязи с некоторыми эколого-гигиеническими показателями водных объектов, используемых для рекреационного водопользования.

Цель исследования – изучение контаминации V. cholerae О1 водных объектов как составляющей эпидемиологического надзора за холерой в Республике Калмыкия.

Материалы и методы. При анализе данных о выделении V. cholerae О1 из поверхностных водоемов в Российской Федерации и Республике Калмыкия использованы донесения руководителей управлений Роспотребнадзора по субъектам Российской Федерации в соответствии с документами ^{1 2}, паспорта на штаммы V. cholerae О1, сведения из проблемно-ориентированной базы данных «Холерные вибрионы. Россия» (1991–2019 гг.³).

Результаты и обсуждение. Республика Калмыкия расположена на юге Европейской части России, в Северо-Западной части Прикаспия, входит в Южный федеральный округ. Для региона характерен умеренно-континентальный климат с возрастанием степени континентальности с запада на восток. Это самый засушливый регион России, типичны засухи. Республика относится к числу маловодных регионов. На востоке речная сеть практически не развита; в западной части представлена короткими пересыхающими водотоками, стекающими с возвышенности Ергени. Крупнейшей рекой на территории Калмыкии является Волга, которая пересекает территорию в районе поселка Цаган Аман (12 км). На юге республики расположено Чограйское водохранилище, на востоке – Каспийское море (167-километровый участок побережья). Большинство имеющихся рек является малыми, пересыхающими летом. Основные водные объекты республики: озеро Сарпа, озеро Маныч-Гудило, река Элиста. Для нужд коммунально-бытового водоснабжения созданы 283 пруда и водохранилища общим объемом 50 млн м3, в т. ч. Чограйское и Красинское. Построена сеть оросительных систем (Черноземельская, Сарпинская, Каспийская и др.)⁴.

За период седьмой пандемии холеры в Республике Калмыкия имели место эпидемиологические осложнения в виде периодической регистрации вспышек и спорадических случаев инфекции завозного происхождения в 1970-е, 1980-е, 1990-е годы с наиболее высокими показателями заболеваемости до 2,602 ‰00 (1974 г.), 4,559 ‰00 (1981 г.) и 4,717 ‰00 (1994 г.) при средних многолетних показателях по республике – 0,477 ‰00 (1970–1980 гг.), 0,450 ‰00 (1981–1990 гг.) и 0,427 ‰00 (1991–2000 гг.). В 2011 г. зарегистрирован случай холеры с выделением из клинического материала V. cholerae О1 ctxA–tcpA+. При совершенствовании эпидемиологического надзора за холерой Республика Калмыкия была отнесена к территориям II типа подтипа А по эпидемическим проявлениям холеры, для которых были характерны при осложнении эпидемиологической ситуации все пути передачи возбудителя инфекции с преимущественным – водным типом вспышек и ежегодным выделением нетоксигенных холерных вибрионов из поверхностных водоемов⁵.

В соответствии с данными о контаминации V. cholerae O1 водных объектов во время седьмой пандемии холеры на территории СССР, в Калмыцкой АССР, холерные вибрионы были выделены в 1973–1983 и 1985–1987 гг. в восточных и юго-восточных районах республики из р. Волги (пос. Цыган-Аман), водохранилища и оросительного канала (г. Каспийский), Оле-Каспийского канала (с. Джалыково) и др.⁶.

При оценке результатов эпидемиологического надзора за холерой с 1991 по 2019 г., а именно результатов бактериологических исследований проб из водных объектов, установлено, что в республике было выделено 446 штаммов V. cholerae О1 El Tor, в том числе V. cholerae О1 ctxA–tcpA+ – 44 (10,0 %), V. cholerae О1 ctxA–tcpA– – 400 (89,6 %) и V. cholerae RO ctxA–tcpA– – 2 (0,4 %), что составило в целом 19,8 % от изолированных в России. Они были типичны по родовым и видовым признакам, характерным для V. cholerae O1 биотипа El Tor, агглютинировались до титра сыворотками Инаба, Огава и RО, были гемолизположительными. По результатам ПЦР-анализа все штаммы относились к эпидемически незначимым – V. cholerae O1 ctxА–tcpА– и V. cholerae O1 ctxА–tcpА+.

На модели динамики контаминации V. cholerae О1 водных объектов с 1991 по 2019 г. выявлена тенденция роста числа изолированных штаммов (коэффициент аппроксимации – 0,374) на фоне
тенденции к снижению их числа в России (рисунок). При анализе данных об обнаружении V. cholerae О1 по временным периодам установлено, что в первом периоде (1991–2000 гг.) в регионе было изолировано 52 (5,78 % от выделенных в России) штамма V. cholerae О1, во втором периоде (2001–2010 гг.) число их возросло до 143 (18,7 %), в третьем периоде (2011–2019 гг.) – до 244 (41,2 %). При этом следует отметить, что с учетом отнесения республики к территориям II типа по эпидемическим проявлениям холеры тактика эпидемиологического надзора оставалась неизменной в части, касающейся сроков и кратности исследований проб на холеру. Отмечено увеличение стационарных точек отбора проб в 2019 г. до 71 по сравнению с 2017 г., когда их число составляло 34.

Установлено, что с 2011 по 2019 г. наибольшее число штаммов V. cholerae О1 было выделено из поверхностных водоемов в местах неорганизованного рекреационного водопользования – 173 (70,9 %), в местах сброса сточных вод – 40 (16,0 %), в местах организованного рекреационного водопользования – 27 (11,51 %), в зонах санитарной охраны водных объектов, используемых для централизованного питьевого водоснабжения, и в других точках (по эпидемиологическим и санитарно-гигиеническим показаниям) – по 2 штамма (1,0 и 1,0 %). Удельный вес штаммов, выделенных в республике, составил 59,5 % в структуре V. cholerae О1 в Южном федеральном округе за указанный период.

Следует констатировать, что выделение нетоксигенных штаммов V. cholerae О1 из водоемов Республики Калмыкия происходило за рассматриваемый временной период ежегодно, преимущественно из р. Элисты, пруда Заячьего, пруда Колонского в г. Элисте, периодически – из пруда с. Вознесеновка (Целинный район) и других водных объектов.

Рассматривая эколого-эпидемиологические аспекты контаминации V. cholerae О1 водных объектов, остановимся на характеристике и эколого-гигиенических условиях некоторых из них. Река Элиста (также используется название Элистинка) протекает в центральной части Калмыкии, берет начало в пределах Ергенинской возвышенности, в одноименной балке, в западной части г. Элисты, является притоком р. Яшкули. Вбирая в себя водотоки балок (Кобылья балка, балка Гурвн-Сала и др.), расположенных в границах г. Элисты, превращается из мелкого ручья в небольшую реку, не пересыхающую летом. По данным доклада об экологической ситуации в Республике Калмыкия в 2011 году, отмечено, что река является конечным приемником канализационных вод г. Элисты, которые поступают после полной биологической очистки с очистных сооружений. Объем ежегодно сбрасываемых канализационных стоков составлял 7,5–8,2 млн м3, которые накапливались в прудах агрофирмы «Вознесеновская» Целинного района и Улан-Эргинском пруду в Яшкульском районе. Вода в реке не соответствовала санитарно-эпидемиологическим нормативам. Так, индекс загрязненности был равен 7,85, вода относилась  к 6-му классу качества – «очень грязная» и была непригодна для использования в питьевых и хозяйственно-бытовых целях. На реке расположено несколько прудов, входящих в систему р. Элистинки, в том числе пруд Заячий, который представляет собой перегороженную плотиной часть реки, куда попадают сточные воды частного сектора ^{7 8}.

При определении эпидемического потенциала Республики Калмыкия по комплексу показателей (2011–2015 гг.) выявлена высокая степень потенциальной эпидемической опасности поверхностных водоемов с учетом контаминации их V. cholerae О1 ctxA–tcpA+, V. cholerae О1 ctxA–tcpA [4].

При этом в поверхностные водоемы, по данным муниципального унитарного предприятия «Элиставодоканал», сбрасывались недостаточно очищенные сточные воды в объеме 1 306 300,0 м3/год. При эпидемиологических расследованиях, проведенных совместно со специалистами Управления Роспотребнадзора по Республике Калмыкия в связи с обнаружением V. cholerae О1 в стационарных точках, в том числе в р. Элистинке, пруду Заячьем (2016 2019 гг.), установлено, что большинство проб воды продолжали не соответствовать значениям микробиологических показателей, предусмотренным СанПиН 2.1.5.980–00⁹. Это свидетельствовало о продолжающихся сбросах недостаточно очищенных хозяйственно-бытовых стоков в водные объекты.

При ежегодном выделении V. cholerae О1 из р. Элистинки и пруда Заячьего мы придерживаемся мнения Т.Б. Каляевой (2017) о наличии в поверхностных водоемах условий для поддержания жизнеспособности и размножения холерных вибрионов. Исходя из литературных данных, к условиям, способствующим сохранению V. cholerae О1, и к «резервуарам возбудителя» могут быть отнесены такие обитатели водоемов, как цветковые растения, ракообразные и зоопланктон, простейшие, рыбы и другие. При этом комменсальное сосуществование с указанными водными организмами является ключевым фактором в адаптации V. cholerae О1 к неблагоприятным условиям для его выживания [5]. В настоящее время установлена в основном симбионтная связь между V. cholerae и зоопланктонными организмами водной окружающей среды. Это обусловливает высокую частоту изоляции V. cholerae в летние периоды в водоемах различных широт [1][9–13]. С другой стороны, представители фито- и зоопланктона, являющиеся типичными для водоемов в умеренном и субтропическом поясах, могут быть одной из экологических ниш для сохранения вибрионов Эль Тор в межэпидемический период,  в том числе в некультивируемой форме и в составе биопленки [14–24].

В этой связи представляют интерес исследования В.Н. Максимова и соавт. (1997)¹⁰ в части, касающейся гидробиологических (численность, биомасса, сапробность, виды фито- и зооперифитона) и гидрохимических показателей, характеризующих экосистему р. Элисты, прудов Ярморочного (расположен в юго-восточной части г. Элисты, в пойме р. Элисты) и Улан-Эргинского (расположен в русле р. Яшкули). За период исследований в составе перифитона¹¹ трех водоемов было обнаружено 258 видов и разновидностей.

Установлено, что фитоперифитон включал в себя 180 видов, принадлежащих к шести отделам: Chlorophita, Euglenophita, Pyrrophita, Cyanophyta, Bacillariophyta, Chrysophyta. Флористически наиболее разнообразными были диатомовые водоросли (73 таксона). Зеленые водоросли были представлены 48 видами, сине-зеленые – 31, остальные виды не отличались систематическим разнообразием. Сообщество зооперифитона включало 78 видов, разновидностей и форм, относящихся к классам Ciliata, Sarkodina, Zooflagellata и Rototoria. С применением метода экологически допустимых уровней (ЭДУ) для абиотических факторов получены в тот период данные о превышении, в частности, санитарно-химических показателей для р. Элисты по N(NO₃^–), Cr, P, Cu, SO₄²⁺, Mg (в сравнении с ЭДУ для других регионов России), что определило экологическое неблагополучие водного объекта при адаптации зооперифитона. В 2018, 2019 и 2020 гг. доля проб воды с превышением гигиенических нормативов по санитарно-химическим показателям из водоемов II категории, используемых для рекреационных целей, составила в Республике Калмыкия 61,22; 55,56; 51,7 % соответственно^{12 13 14}.

Приведенные данные по гидробиологическим показателям явно демонстрируют наличие в экологической системе р. Элистинки ранее благоприятных условий для обитания и сохранения V. cholerae О1 с учетом состава фито- и зооперифитона. Изучение видового состава, структуры планктонных сообществ представляет научный интерес и, безусловно, имеет прикладное значение, чтобы приблизиться к ответу на поставленный вопрос о возможности длительного сохранения V. cholerae О1. При этом не исключается контаминация штаммами, попадающими в реку со сточными водами различного происхождения. Это подтверждается выделением V. cholerae О1 ctxA– tcpA– и V. cholerae О1 ctxA–tcpA+ в месте сброса сточных вод с очистных сооружений г. Элисты (2013, 2015, 2018 г.), а также в месте поступления водотока, например из Кобыльей балки, в р. Элистинку (2011, 2015, 2021 гг.).

Пруд Колонский входит также в систему р. Элистинки. Как отмечено на сайте Управления Роспотребнадзора по Республике Калмыкия¹⁵, в рамках социально-гигиенического мониторинга
регулярно в пробах воды из пруда Колонского, в том числе пляжной зоны, обнаруживалось и продолжает обнаруживаться выраженное превышение содержания санитарно-показательных микроорганизмов (термотолерантные колиформные бактерии и общие колиформные бактерии), в связи с чем санитарно-эпидемиологическое заключение на использование данного водоема в целях рекреационного водопользования не выдавалось.

Что касается водоемов Целинного района, где из пруда в с. Вознесеновки ежегодно изолировали V. cholerae О1, то они не связаны единой водной системой с рекой Элистинкой.

Помимо фактических данных о динамике выделения V. choleraе, преимущественной изоляции их из определенных стационарных точек отбора, нами проанализированы данные о выделении первых культур V. cholera O1 из водных объектов с 2011 по 2019 г. и в 2021 г. Установлено, что культуры были обнаружены впервые в июне и июле в водах из р. Элистинки в 2012–2013 и 2021 гг., пруда Заячьего – в 2011, 2017 и 2019 гг., пруда с. Вознесеновки – в 2015–2016 и 2018 гг. и пруда Колонского – в 2014 г. при температуре воды от 16–19 до 26–27 °С, рН воды – от 6,7 (пруд Колонский) до 8,6 (р. Элистинка, пруд Заячий). Приведенные данные указывают на отсутствие закономерности в плане первоисточника, но, учитывая, что водные объекты (кроме пруда с. Вознесеновка) связаны единой водной системой, сохранение V. cholerae O1 в одном из водных объектов, прежде всего в р. Элистинке, или поступление со сточными водами будет способствовать контаминации их и обнаружению.

По результатам ранее проведенных INDEL- (с использованием девяти локусов) и ПЦР-генотипирования (по 14 генам-мишеням) штаммов V. cholerae O1, изолированных из водных объектов Российской Федерации (2014–2018 гг.), установлена гетерогенность штаммов по INDEL- и ПЦРгенотипам в Республике Калмыкия [25]. При этом наряду с изолированными штаммами с новыми генотипами отмечена ежегодная изоляция V. cholerae O1 с идентичными, ранее встречающимися штаммами по INDEL- и ПЦР-генотипам из водоемов г. Элисты, которые практически отсутствовали в других субъектах РФ. Это косвенно указывало на наличие благоприятных условий для их сохранения в водных объектах, относящихся к единой водной системе. Приведенные результаты подтверждены при INDEL-генотипировании штаммов 2019 г. на фоне выделенных в других регионах РФ.

Контаминация водных объектов V. choleraе О1 с ранее не встречающимися INDEL- и ПЦРгенотипами указывает на возможное их завозное происхождение [25]. О завозе паломниками-буддистами из Индии, Непала штаммов V. choleraе О139 серогруппы в регион сказано в работе А.А. Французова и соавт. (2000) [26].

Несмотря на то, что в Республике Калмыкия при наличии воздушного пункта пропуска установлена низкая степень потенциальной эпидемической опасности миграции населения в возможности завоза холеры и отсутствуют транспортные сообщения со странами, неблагополучными по холере [27], при наличии связей с центром буддизма в Тибете [28] существует потенциальная опасность завоза холеры, в том числе обусловленной токсигенными штаммами V. cholerae О1.

В 2020 г. из водных объектов V. cholerae О1 не были выделены при мониторинговых исследованиях, которые проводились в соответствии с действующими нормативными документами во взаимодействии с Референс-центром. Исключен завоз паломниками из Индии на основании запроса ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Калмыкия» в администрацию Центрального хурула Калмыкии «Золотая обитель
Будды Шакьямуни» «О предоставлении сведений относительно поездок буддийских паломнических групп на учения Его Святейшества Далай-ламы. В 2020 г. паломнические группы не выезжали за пределы Российской Федерации ввиду глобальной эпидемиологической обстановки по COVID-19. Определенное значение имели природные (засуха) и гидрологические условия (обмеление) эпидемиологически значимых водных объектов, введение действенного запрета на использование в рекреационных целях водоемов, из которых ранее были выделены V. cholerae О1, введение самоизоляции. 

Заключение. Анализ результатов мониторинга контаминации V. cholerae О1 водных объектов в Республике Калмыкия свидетельствует о продолжительном, ежегодном выделении холерных вибрионов в г. Элисте из водных объектов (р. Элистинка, пруды Заячий и Колонский), неблагополучных в экологическом отношении по микробиологическим и санитарно-химическим показателям, предусмотренным гигиеническими нормативами. Это обусловлено сбросом в р. Элистинку в границах города хозяйственно-бытовых сточных вод, в том числе недостаточно очищенных из канализационных очистных сооружений, а также контаминацией V. cholerae О1 с водотоками из балок. Следует отметить, что V. cholerae О1 ctxA–tcpA+ были изолированы преимущественно в месте сброса сточных вод, что указывает на их завозное происхождение наряду с V. cholerae О1 ctxA–tcpA– с INDEL- и ПЦР-генотипами, ранее не встречающимися в данном регионе.

Контаминацию водных объектов V. cholerae О1 ctxA–tcpA– и V. cholerae О1 ctxA–tcpA+ мы рассматриваем как предпосылки возможного осложнения эпидемиологической ситуации при завозе возбудителя холеры из стран, неблагополучных по холере, с которыми в Республике Калмыкия имеются ежегодные туристические (религиозные) связи. Это диктует необходимость проведения комплекса мероприятий, направленных на обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения в регионе.