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INACTIVACIÓN DE HUEVOS DE HELMINTO MEDIANTE FOTOCATÁLISIS SOLAR CON TiO2

Leal A. Ma. Teresa (1) Química con Maestría en Oceanografía Química. Desde 1999 es Subcoordinadora de Calidad del Agua en el IMTA, donde ha sido responsable de más de 20 proyectos en calidad del agua, una producción científica de 21 informes técnicos, 6 artículos en revistas con arbitraje, 8 artículos en revistas sin arbitraje y 5 capítulos de libros. Es revisora de revistas científicas. Gelover S. Silvia 2 Licenciatura en Química. Maestría en C. Químicas (Q. Analítica) y Dra. en Ingeniería (Energía). Ha publicado 8 artículos en revistas internacionales con arbitraje, 2 capítulos en libros y 25 trabajos en congresos. Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, IMTA. Reyes O. Karina 3 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, IMTA. Gomez B. Luis A. 4 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, IMTA.

Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, IMTA. Paseo Cuauhnáhuac 8532. Progreso, Jiutepec, Morelos. C.P. 62550 México. Tel & Fax (52)7773293664. Email: tereleal@tlaloc.imta.mx

RESUMEN

Los helmintos son parásitos que representan un elevado riesgo a la salud humana. Debido a que en sus diversos estadios infecciosos (huevos embrionados o larvas) son persistentes en el agua contaminada, el agua constituye un vehículo directo o indirecto de diseminación de helmintos, aún cuando se encuentren en bajas concentraciones. Los métodos de desinfección de agua tradicionales, como la cloración, no son capaces de inactivar a los parásitos debido a su alta resistencia a este tipo de tratamientos; mientras que hervir el agua o pasteurizarla resulta impráctico para la población. Uno de los métodos más simples y menos costosos de proveer de agua segura para el consumo humano a las comunidades rurales es SODIS (del acrónimo SOlar-DISinfection), método que utiliza la radiación solar (UV-A e infrarrojo) para la desinfección de agua contenida en botellas de plástico. En este trabajo se presenta una alternativa que mejora el proceso SODIS a través de la fotocatálisis solar con el catalizador dióxido de titanio (87.5 mg/L) inmovilizado en cilindros de vidrio Pyrex®. Este proceso ha demostrado ser efectivo para la remoción de bacterias coliformes, por lo que ahora se ha probado su aplicación en la remoción de parásitos intestinales conocidos como helmintos. Para las pruebas de reto se aislaron huevos de Ascaris spp., Hymenolepis nana, Hymenolepis diminuta y Trichuris trichura, de una descarga de agua residual. Se realizó el aislamiento, conteo e identificación de los huevos, mismos que se inocularon en agua de manantial para generar así las muestras de prueba. Posteriormente se llevó a cabo el proceso de desinfección con SODIS y fotocatálisis solar con TiO2. El desempeño de los tratamientos fue evaluado a través de la permanencia de huevos de helminto tras el tratamiento, así como por la viabilidad del desarrollo larvario. En cuanto a la destrucción parasitaria, los tratamientos redujeron en 15 % la presencia de huevos de helminto. Como resultado de la exposición a fotocatálisis solar con TiO2, la viabilidad de los huevos de helminto se redujo a cero con seis horas de tratamiento. En contraste, las muestras tratadas con SODIS mostraron un remanente de 10% de viabilidad de formación de larva tras el tratamiento. Palabras clave: Fotocatálisis, huevos de helminto, dióxido de titanio

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INTRODUCCIÓN Las enfermedades diarreicas son causa común de muerte en niños alrededor del mundo, principalmente en países latinoamericanos en vías de desarrollo. El riesgo de enfermedades gastrointestinales y muerte es muy alto debido al consumo de agua contaminada (1). En México, la falta de infraestructura y tratamiento de aguas residuales y de potabilización de agua está acentuada en las zonas rurales e indígenas, lo que ha generado contaminación microbiana de las fuentes de abastecimiento. Los helmintos son parásitos que representan un elevado riesgo a la salud humana debido a que pueden llegar a infestar el intestino y perforarlo causando la muerte. En el ambiente los helmintos se encuentran en forma de huevos, una vez que llegan al huésped y tras un tiempo de incubación, pasan al estadio infeccioso de larva (2). Debido a que en sus diversos estadios infecciosos (huevos embrionados o larvas) son persistentes en el agua contaminada, el agua constituye un vehículo directo o indirecto de diseminación de helmintos, aún cuando se encuentren en bajas concentraciones, dando lugar a enfermedades del tracto digestivo (2 y 3). Las estadísticas muestran que al menos uno de cada tres seres humanos se encuentra infectado por estos parásitos. Los métodos de desinfección de agua tradicionales, como la cloración, no son capaces de inactivar a los parásitos debido a la resistencia de éstos a este tipo de tratamientos, mientras que otros métodos como hervir el agua o pasteurizarla resultan imprácticos para la población y con riesgo de recontaminación. Uno de los métodos más simples y menos costosos de proveer de agua segura para el consumo humano a las comunidades rurales es el uso de la radiación solar para inactivar bacterias y otros patógenos. La desinfección solar SODIS (del acrónimo SOlar-DISinfectión), es un método que utiliza la radiación solar (UV-A e infrarrojo) y botellas de plástico para la desinfección bacteriana de agua, en un periodo aproximado de 6 horas (4). La desinfección completa, sin riesgo de recrecimiento puede lograrse con tiempos considerablemente menores si se utiliza dióxido de titanio (87.5 mg/L) inmovilizado en cilindros de vidrio Pyrex® (5, 6). En este trabajo se presentan resultados de esta aplicación, muy efectiva para la remoción bacteriana, probando su efectividad, ahora, en la remoción de los helmintos, parásitos intestinales.

METODOLOGÍA Los huevos de helminto fueron obtenidos en el poblado Santa María, municipio de Huitzilac, Morelos, México. Este lugar carece de servicios de alcantarillado y los habitantes vierten sus descargas en los cuerpos de agua de la zona sin tratamiento. Para la toma de muestras, se prepararon garrafones de plástico de 5 L, previamente desinfectados con hipoclorito al 30%, lavados con agua de la llave y enjuagados varias veces con agua deionizada. La preservación de las muestras se realizó agregando 10 mL de formaldehído al 4%. La concentración de las muestras para recuperar los huevos de helminto se llevó a cabo por medio de constantes centrifugaciones y reposos hasta obtener un concentrado final de 5 mL aproximadamente de muestra. Para el aislamiento e identificación de los huevos de helminto se distribuyeron alícuotas de 1 mL en una celda de Sedgwich-Rafter y se observaron al microscopio de contraste de fases en aumentos de 10x y 40x. Al mismo tiempo que se observaron, éstos fueron cuantificados para obtener un pequeño concentrado de entre 30 y 40 huevos, mismo que se utilizó para cada ensayo de desinfección. Los huevos pertenecían a los géneros Ascaris e Himenolepis, con algunos individuos Toxocara y Trichuris, siendo en su mayoría huevos del género Ascaris. Cada concentrado (30 a 40 huevos) fue inoculado dentro de una botella de plástico transparente PET, que contenía 2 Litros de agua de manantial, utilizada con la intención de proporcionar un medio donde los huevos de helminto pudieran permanecer en condiciones que simulan a las condiciones de un agua natural infectada Las botellas de plástico con los inóculos fueron llevadas a la plataforma solar del Instituto Mexicano de Tecnología del agua (IMTA), donde se colocaron dentro de concentradores solares de paredes planas. Siempre se utilizaron un par de botellas por cada concentrador solar. Una botella servía

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para probar el desempeño del proceso SODIS y la otra para la realización de la desinfección por fotocatálisis solar con dióxido de titanio (TiO2) inmovilizado en anillos de vidrio Pyrex® (fig. 1). Al mismo tiempo se mantuvo una muestra control a la sombra. Los concentradores solares se inclinaron 19º sobre el suelo, sobre la dirección norte-sur, ya que el sitio de prueba se encuentra a 19º latitud norte. El tiempo de exposición de las muestras fue de 6 horas.

Fig. 1. Exposición solar para desinfección de huevos de helminto

Al termino de la exposición solar, se repitieron los pasos de la metodología anteriormente mencionada, para la recuperación de los huevos de helminto. Posteriormente, se realizó la observación al microscopio de contraste de fases para cuantificar la cantidad de huevos de helminto recuperados después de los tratamientos. La viabilidad de los huevos de helminto se determinó mediante incubación de los concentrados finales a 26º C en medio ácido durante 30 días (fig. 2).

Fig. 2. Procesamiento de las muestras después de la desinfección solar

Una vez finalizado el periodo de incubación, se realizó una observación al microscopio de contraste de fases para determinar la viabilidad de los huevos de helminto, tomando como positivos aquellos que presentaron una larva en su interior (fig. 3).

RESULTADOS Si bien los géneros Ascaris, Hymenolepis, Trichuris y Toxocara estuvieron presentes en los experimentos realizados, dado que más del 90% de la población total inoculada en cada

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experimento pertenecía al género Ascaris spp, la viabilidad sólo se determinó para este género. Por otro lado, los porcentajes de recuperación al término de los tratamientos están evaluados con respecto a todo el conjunto de parásitos. La observación al microscopio después de los tratamientos no reveló cambios en la estructura morfológica de los huevos. El desempeño de los tratamientos fue evaluado a través de la permanencia de huevos de helminto tras la desinfección. En las muestras control la recuperación de los huevos de helminto fue de 95 % en promedio, lo que muestra la confiabilidad en la reproducibilidad de la técnica. Por otro lado, la recuperación en las muestras tratadas fue de 70% de los huevos de helminto inicialmente inoculados, que indica una reducción de, al menos, 25% debida al tratamiento, ver figura 4. La viabilidad se midió de acuerdo al número de huevos larvados de Ascaris spp. tras 30 días de incubación (fig. 3). La viabilidad de desarrollo larvario en las muestras control fue de 75 a 80 %, mientras que la viabilidad después del tratamiento SODIS fue de 10 %. En el caso de la fotocatálisis con dióxido de titanio, la viabilidad se redujo a cero, como lo muestra la figura 5.

Fig. 3. Huevos de Ascaris spp. estadío infectante (viables)

Figura 4. Recuperación de huevos de helminto Figura 5. Viabilidad de los huevos después los tratamientos de helminto tras los tratamientos

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Trabajar con parásitos representó un reto analítico pues las técnicas para su medición son por conteo e identificación individual. Con otros tratamientos de desinfección, estos organismos han probado ser muy resistentes. En nuestro estudio, ambas metodologías de desinfección con radiación solar, probaron ser efectivas para la inactivación de huevos de helminto, aunque existen diferencias entre ambas. La fotocatálisis con dióxido de titanio en anillos mostró excelente desempeño al lograr reducir a cero la viabilidad de los huevos de helminto con 6 horas de exposición al sol. En contraste, el tratamiento SODIS redujo la viabilidad al 10% del valor inicial. Estos resultados constituyen un buen sustento para continuar la experimentación con fotocatálisis con dióxido de titanio, como alternativa para los procesos de desinfección, ya que es de fácil aplicación, efectivo y ayudaría a la

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disminución de la alta tasa de enfermedades gastrointestinales hidrotransmisibles que aquejan a nuestro país. Es recomendable que se pruebe la técnica en otros parásitos de mayor morbilidad en México como Giardia, así como para el virus de la hepatitis.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Biagi, F. 1984. Enfermedades parasitarias. Editorial La Prensa Médica Mexicana. México, D.F. 376 pp.

2. www.dpd.cdc.gov/dpdx 3. Norma oficial mexicana NMX-AA-113-SCFI-1999. Análisis de agua -determinación de

huevos de helminto método de prueba. 4. Acra, A. M., Jurdi, H. M., and Karahagopian, Z. R. (1990). Water Disinfection by Solar

Radiation. Assessment and Application, Technical Study IDRC 66. 5. Gelover S., P. Mondragón. y A. Jiménez. 2004. Titanium dioxide sol-gel deposited over

glass and its application as a photocatalyst for water decontamination. Journal of Photochemistry and Photobiology 165/1-3, 241-246.

6. Gelover S., Gomez L. A., Reyes K., Leal Ma. T. (2006). A practical demonstration of Water Disinfection using TiO2 films and sunlight. Water Research. Vol. 40 (17), pp 3274-3280.