Climatizzazione di ambienti indoor e rischio biologico

Negli ultimi anni l’attenzione verso il problema della legionellosi è andata progressivamente aumentando.

Grazie alla collaborazione tra la Consulenza Tecnica Accertamento Rischi e Prevenzioni (CONTARP ) dell’Inail ed alcune ditte associate alla Associazione Italiana Igienisti Sistemi Aeraulici (AIISA) è stato possibile realizzare uno studio sui livelli di contaminazione microbiologica e sull’eventuale presenza di legionella in diverse tipologie d’impianti di aerazione e climatizzazione di ambienti indoor, distribuiti su tutto il territorio nazionale.

I dati fanno riferimento a campionamenti microbiologici effettuati negli anni 2004-2008, in occasione di alcuni interventi di manutenzione e sanificazione.
Riportiamo qui di seguito uno stralcio del documento finale, mentre  l’articolo completo delle parti relative ai metodi, ai risultati, all’analisi statistica dei dati e di un ampia bibliografia è scaricabile direttamente dal sito dell’AIISA (www.aiisa.it) nella sezione News

Introduzione

Il termine rischio intuitivamente richiama l’attenzione su una situazione pericolosa, il cui accadimento potrebbe determinare un danno. Quando il rischio riguarda l’esposizione ad agenti biologici patogeni o potenzialmente tali, la percezione del pericolo spesso non è immediata.

La qualità dell’aria che respiriamo negli ambienti indoor come le abitazioni, gli uffici o gli ospedali, dal punto di vista chimico, fisico e biologico è strettamente correlata alla qualità dell’aria esterna, al tipo di ambiente considerato, alle persone eventualmente presenti e all’efficienza dei sistemi di aerazione. L’uomo, gli animali, gli arredi, la polvere e gli impianti di condizionamento, se non correttamente gestiti, sono sicuramente tra le principali fonti di contaminazione microbiologica.

Le patologie legate alla qualità dell’aria indoor sono comunemente raggruppate in due distinte tipologie: Sindrome dell’Edificio Malato (Sick Bulding Syndrome, SBS) e Malattie Correlate all’Edificio (Bulding Related Illness, BRI). Entrambe dipendono strettamente dal microclima e dall’esposizione agli agenti chimici, fisici e biologici eventualmente presenti e si manifestano in seguito alla permanenza in un dato ambiente. Se la SBS presenta sintomi aspecifici ma ripetitivi e non correlati a uno specifico agente, le BRI sono patologie ben precise, come la legionellosi, l’alveolite allergica e altre comuni allergie, per le quali l’agente causale può essere identificato.

Gli agenti biologici aerodispersi negli ambienti confinati, in grado di causare patologie nell’uomo e considerati, quindi, un rischio per la salute, comprendono i batteri (i.e. Stafilococchi e gram negativi), i funghi (i.e. Cladosporium, Penicilium, Alternaria, Fusarium, Aspergillus) e i loro residui (endotossine, micotossine), i peli, le spore, i virus (i.e. Rhinovirus e virus influenzali), gli acari, e i pollini.

Tra i batteri patogeni è particolarmente rilevante l’eventuale presenza della legionella, un bacillo aerobio gram negativo, ubiquitario negli ecosistemi acquatici naturali, dove è stata riscontrato nel 40% degli ambienti indagati con metodi colturali e nell’80% di quelli studiati tramite PCR.

La legionella, nel caso trovi condizioni favorevoli alla propria sopravvivenza, è in grado di passare dagli ambienti naturali a quelli artificiali raggiungendo picchi di crescita a temperature comprese tra i 28 e i 50 °C. Sono state descritte più di 50 specie (71 sierotipi), metà delle quali potenziali patogene per l’uomo, anche se circa il 90% dei casi di infezione registrati sono riferibili alla specie L. pneumophila (principalmente i siero gruppi 1 e 6).

La frequenza d’infezione e la reale patogenicità della legionella e dei diversi sierogruppi, non è ben conosciuta oltre che per l’effettiva difficoltà diagnostica, anche per la mancata identificazione delle specie e dei siero gruppi meno frequentemente correlati alle patologie notificate.

La legionellosi, infatti, non è radiograficamente distinguibile da una comune polmonite e per arrivare alla conferma della diagnosi è necessario eseguire alcuni test molto specifici come la ricerca dell’antigene solubile urinario, l’analisi sierologica e l’isolamento del microrganismo da fluidi biologici infetti (espettorato).

La Legionella

Le legionelle, parassiti intracellulari naturali dei protozoi, pur necessitando di una particolare combinazione di nutrienti che trovano nell’ambiente intracellulare dei loro ospiti (amebe, protozoi ciliati e muffe acquatiche), sono in grado di sopravvivere associate ai biofilm che si sviluppano sulle superfici, preferibilmente porose, di ambienti acquatici naturali e artificiali. Il biofilm è costituito da una variegata comunità di microrganismi e dalle sostanze extracellulari da essi prodotte, al suo interno le legionelle trovano riparo e nutrimento, anche se in assenza di amebe non sono in grado di moltiplicarsi.

Il biofilm, non solo funge da substrato per lo sviluppo della comunità microbica ma, garantendo il mantenimento di condizioni ambientali costanti, protegge i microrganismi dalle fluttuazioni chimico-fisiche della fase acquosa sovrastante e dagli eventuali trattamenti con biocidi.

La contaminazione da legionella acquista particolare rilevanza per la salute qualora interessi gli impianti idrici e di condizionamento dell’aria o più genericamente, ambienti acquatici artificiali da cui possa propagarsi nell’ambiente attraverso aerosolizzazione dell’acqua. La sua capacità di dare infezione e malattia si manifesta, infatti, solo se inalata con piccolissime particelle d’acqua in grado di raggiungere gli alveoli polmonari.

La contaminazione microbiologica negli impianti di aerazione

In un impianto aeraulico le aree a rischio di contaminazione da legionella sono quelle in cui è presente l’acqua, in particolare le sezioni di umidificazione, i sifoni di drenaggio all’interno delle Unità di Trattamento dell’Aria (UTA) e le torri di raffreddamento.

In particolare queste ultime sono considerate siti ad alto rischio poiché la presenza di biofilm e l’elevata temperatura dell’acqua al loro interno possono favorire lo sviluppo di importanti concentrazioni di L. pneumophila, mentre, contemporaneamente, il meccanismo stesso di funzionamento comporta la diffusione del microrganismo attraverso l’aerosol.

Nell’ambito degli studi sulla contaminazione delle acque delle torri, L. pneumophila rappresenta sicuramente il patogeno più ricercato ma non è certamente l’unico agente biologico, potenzialmente dannoso per la salute umana, in grado di colonizzare tali ambienti. Molti altri microrganismi patogeni possono vivere in associazione ai biofilm acquatici trovandovi riparo e nutrimento e alcuni di essi sono risultati responsabili di casi d’infezioni nosocomiali.

Molte indagini hanno rilevato la presenza di L. pneumophila prevalentemente durante la stagione estiva. Ciò è congruente con i picchi d’incidenza dei casi di legionellosi in Europa che si manifestano principalmente in estate e autunno [in Italia agosto e settembre secondo i dati ISS] ed è facilmente spiegabile se si considera la maggior velocità di replicazione della Legionella durante la stagione calda, grazie all’aumento della temperatura dell’acqua e al maggior utilizzo delle torri di raffreddamento per gli impianti di climatizzazione.

Quando però si considerano i soli casi nosocomiali, questi sono distribuiti su tutto l’arco dell’anno senza differenze stagionali. La causa è la natura opportunista dell’infezione, che annovera tra i fattori di rischio che predispongono alla patologia: l’età (più del 70% dei casi ha più di 50 anni), l’immunodeficienza, il sesso (i maschi presentano un indice di rischio maggiore delle donne), le malattie croniche, il tabagismo, il cancro e il diabete.

Uno studio del 2008 condotto su una torre di raffreddamento ha evidenziato la capacità di Legionella di resistere alle procedure di sanificazione. Più precisamente i valori di carica microbica, scesi sotto il limite di rilevabilità del sistema (PCR quantitativa) in seguito alle operazioni di pulizia, dopo pochi giorni sono nuovamente aumentati per rimanere stabili nelle settimane successive. L’eventuale presenza di biofilm, che è piuttosto resistente alle procedure di sanificazione (biocidi e clorazione) spiegherebbe il fallimento nella eradicazione del patogeno. Nello stesso lavoro era monitorato l’andamento della concentrazione della specie L. pneumophila, il quale sembra variare indipendentemente dalla concentrazione totale delle legionelle.

Questo rafforza la convinzione che il rischio non possa essere valutato semplicemente testando sporadicamente la presenza di Legionella spp., infatti, pur rimanendo stabile la concentrazione di legionelle totali, la concentrazione di L. pneumophila aumentava notevolmente in certi periodi dell’anno, dimostrando che l’aumento di L. pneumophila avveniva a discapito di altre specie dello stesso genere. Le cause ipotizzabili potrebbero essere: forme di competizione ecologica tra specie diverse, differenti temperature di crescita, presenza di batteri eterotrofi inibenti o cambiamenti nelle popolazioni di  protozoi.

Non erano stati, comunque, rilevati cambiamenti nella struttura della popolazione microbica pur avendo verificato che la crescita della L. pneumophila è possibile solo in presenza di un elevato indice di diversità specifica. Per tenere sotto controllo il rischio di esposizione a legionella, è importante, quindi, conoscere approfonditamente la composizione della comunità microbica all’interno delle torri e quali microrganismi giochino un ruolo nella proliferazione delle specie patogene.

Tra i fattori particolarmente importanti per lo sviluppo delle legionelle, vanno annoverati anche

• la composizione in minerali dell’acqua,
• la temperatura
• la capacità dei materiali presenti di fungere da substrato per il biofilm.

Un modello di una torre di raffreddamento riprodotto in laboratorio è stato utilizzato per verificare quali materiali favoriscano la formazione del biofilm e, conseguentemente, lo sviluppo delle legionelle. Testati diversi materiali (rame, acciaio inossidabile, acciaio galvanizzato, cloruro di polivinile, polietilene e polipropilene), le conte più basse di L. pneumophila sono risultate quelle relative ai substrati costituiti da polimeri, mentre i batteri sembravano accumularsi di più e più rapidamente sulle superfici di acciaio galvanizzato, probabilmente perché questo materiale ha una morfologia di superficie tale da permettere una più facile adesione del biofilm. Il 30-60% delle torri esaminate per Legionella, risultano contaminate, tra queste anche torri apparentemente “ben manutenute”.

Malgrado solo i casi di legionellosi siano stati direttamente correlati alla contaminazione dell’acqua nelle torri anche altri microrganismi patogeni per l’uomo – protozoi, batteri e virus - possono colonizzare questi ambienti.

I trattamenti chimici riducono la concentrazione delle singole specie e la carica totale di legionella ma, in presenza di biofilm e amebe che offrono protezione ai batteri, hanno un effetto assolutamente circoscritto al periodo di trattamento. Il disinfettante generalmente utilizzato per il controllo microbico delle acque è il cloro, ma le monocloroammine, oltre a essere meno corrosive del cloro libero, penetrano più efficacemente all’interno del biofilm. Inoltre, queste formano meno trialometani, considerati cancerogeni, in seguito alle reazioni chimiche con i substrati organici.

Discussione

Lo studio condotto ha fatto emergere diverse criticità che offrono alcuni spunti di riflessione sulla problematica della qualità dell’aria indoor.

L’analisi statistica relativa alla contaminazione microbica degli impianti, ha evidenziato che a prescindere dalla matrice analizzata (polvere, aria e acqua), i dati si raggruppano in cluster in funzione della tipologia d’impianto in esame. In particolare gli impianti ad aria primaria, climatizzazione con fancoils, appaiono correlati a cariche batteriche totali aerodisperse significativamente più alte.

Dallo studio si evince che nel caso degli impianti a tutt’aria, le rilevazioni si sono raggruppate nella quasi totalità dei punti di prelievo al di sotto delle 100 o addirittura 50 UFC che, secondo quanto proposto dalla European Collaborative Action nel 1993 per gli ambienti indoor, corrispondono a valori di contaminazione ambientale “bassi” o “molto bassi”. Diversamente, per gli impianti ad aria primaria, le cariche rilevate evidenziano una contaminazione microbica valutabile secondo la European Collaborative Action come “intermedia”.

Il fenomeno potrebbe essere spiegato considerando che nel caso degli impianti a tutt’aria, l’aria trattata e climatizzata è per la maggior parte prelevata all’esterno e solo in parte minore riciclata dall’aria in ripresa, salvo casi particolari, come le sale operatorie, in cui non viene utilizzata aria di ricircolo. L’utilizzo di aria ripresa dagli ambienti già climatizzati, consente un notevole risparmio energetico per il riscaldamento e di ridurre il processo di umidificazione durante il periodo invernale.

Presumibilmente, quindi, la concentrazione di agenti biologici dovrebbe essere simile o migliore, se i filtri sono efficienti, a quella dell’aria esterna e non essere influenzata dalla presenza di fonti di contaminazione all’interno degli ambienti e dalla eventuale contaminazione delle sezioni di umidificazione. Gli impianti ad aria primaria, invece, sono associati a dispositivi secondari necessari come complemento per la climatizzazione degli ambienti, spesso rappresentati da fancoils che ricircolano l’aria ambiente per ore. Inoltre, gli impianti ad aria primaria non avendo ripresa e quindi non potendo riutilizzare aria già climatizzata, devono necessariamente sottoporre l’aria a continui processi di umidificazione, aumentando il rischio di contaminazione microbiologica.

La sezione di umidificazione, infatti, è uno dei punti critici per il rischio biologico negli impianti aeraulici.

Queste sono ancora, molto spesso, del tipo ad acqua con ricircolo (come confermano anche i dati raccolti); l’acqua venendo solo in parte sostituita, può accumulare ingenti concentrazioni batteriche. Inoltre, nel caso di malfunzionamenti del sifone di drenaggio (le cui pareti sono spesso ricoperte da spessi strati di biofilm) si formerebbero accumuli d’acqua contaminata a contatto con l’aria trattata. In questo caso, quindi, la presenza di fonti di contaminazione interne agli ambienti, principalmente persone in numero rilevante data la tipologia di ambienti monitorati (ospedali, uffici, banche ecc), e la necessità di umidificazione continua, potrebbero spiegare i valori di carica batterica sensibilmente più elevati.

Per quanto riguarda i dati sui livelli di contaminazione degli impianti, è emersa una sostanziale differenza tra la media dei valori delle cariche microbiche all’interno degli impianti ad aria primaria e quella degli impianti a tutt’aria.

I primi sembrano avere cariche batteriche più basse dei secondi, con valori medi pari a circa la metà (rispettivamente 103 e 201 UFC). Il dato potrebbe essere in parte spiegato considerando il meccanismo di funzionamento dell’impianto; infatti, va considerato che nelle condutture degli impianti a tutt’aria una certa percentuale dell’aria che passa è aria di “ripresa” e quindi potenzialmente contaminata, mentre, negli impianti ad aria primaria è tutta aria esterna. Inoltre, sul risultato potrebbe pesare il fatto che, casualmente, gli impianti a tutt’aria non risultavano essere stati sottoposti a operazioni di bonifica negli ultimi 5 anni, a differenza di quelli ad aria primaria per i quali erano riportate non solo manutenzioni ordinarie, effettuate anche su quelli a tutt’aria, ma anche ricorrenti operazioni di bonifica.

Le informazioni forniteci circa i 17 casi di legionellosi, riferibili a 9 dei 107 impianti monitorati, offrono un ultimo spunto d’analisi.

Mentre la tipologia degli impianti studiati è distribuita esattamente al 50% tra tutt’aria e aria primaria, il tipo di pacco di umidificazione/deumidificazione dell’Unità di Trattamento dell’Aria, a fronte di una maggior frequenza totale di umidificatori con acqua di ricircolo (40% degli impianti per i quali è stata fornita l’informazione), appare in 6 (67%) dei 9 impianti correlati a casi di legionellosi, del tipo con acqua a perdere, che rappresenta il 20% degli impianti monitorati. Inoltre, 14 dei 17 casi erano correlati ad impianti a servizio di strutture ospedaliere, la qual cosa, oltre a confermare che la polmonite del legionario è una patologia di tipo opportunista che evolve in seguito a infezione di persone spesso già immunocompromesse, forse è anche imputabile al fatto che la diagnosi è stata effettuata con maggior puntualità nel caso di pazienti ospedalizzati e, quindi, più facilmente sottoponibili ai necessari test di screening.

Infine, è bene sottolineare che laddove sono stati identificati i sierotipi di L. pneumophila presente nei campioni d’acqua prelevati nelle torri di raffreddamento e nelle UTA, quelli più frequentemente isolati erano il sierotipo 2 e il 14 seguiti dal 9 e dal 4. Il campione a nostra disposizione è sicuramente poco numeroso ma fa riflettere sul fatto che i sierotipi riscontrati non coincidono con quelli più frequentemente associati alla patologia, principalmente il sierotipo 1, il ritrovamento del quale appare, invece, piuttosto raro.

In conclusione, quindi, pur considerando i limiti del presente lavoro, dovuti alla modalità di raccolta “a posteriori” dei dati, sembra emergere il ruolo degli impianti come rilevante per la qualità dell’aria indoor. In particolare, la tipologia d’impianto appare correlata al grado di contaminazione microbiologica dell’aria e si conferma il ruolo determinante non solo della manutenzione ordinaria ma anche di quella straordinaria per il mantenimento di condizioni igienico sanitarie adeguate.

Merita ulteriori approfondimenti lo studio della dinamica delle popolazioni delle diverse specie di legionella e la verifica della reale incidenza delle patologie correlabili con sierotipi diversi dall’1 della L. pneumophila, che sono spesso rilevati nell’acqua delle torri di raffreddamento e delle UTA ma raramente correlati con la patologia. La prevenzione della legionellosi e delle altre patologie riconducibili alla qualità dell’aria indoor richiede, quindi, di approfondire la conoscenza di diversi aspetti quali: l’ecologia dei microrganismi coinvolti, i metodi di bonifica e i loro meccanismi d’azione. Conoscenze indispensabili affinché si possa valutare e ridurre efficacemente il rischio di esposizione.