Avaliação quantitativa de risco microbiológico como subsídio para a formulação de diretrizes de qualidade microbiológica de águas residuárias para irrigação de forrageiras: estudo da sanidade animal

Abstract

No contexto atual de escassez de água, formas de reutilização vêm ganhando espaço como opções ambientalmente aceitas e mesmo necessárias. A crescente demanda por produtos de origem animal aponta a necessidade de incremento na produção de forrageiras e a irrigação com águas residuárias surge como alternativa viável. Esse trabalho teve como objetivo estimar riscos de infecção, ou doença, decorrentes da prática de uso de águas residuárias na irrigação de pastagens destinadas à alimentação de animais de produção, com base na aplicação da metodologia de Avaliação Quantitativa de Risco Microbiológico (AQRM). Foram selecionados os patógenos, Salmonella spp. Campylobacter spp., Cryptosporidium spp. e rotavírus, e construídos cenários de exposição específicos para diferentes animais (bovinos, caprinos, suínos e aves). Os cenários de exposição foram baseados no Pastoreio Racional de Voisin, (PRV) no qual os animais alternam diariamente entre piquetes irrigados com água residuárias, mantendo intervalo de 14 dias entre a irrigação e o pastoreio. Foi considerado que os animais foram alimentados exclusivamente à pasto, durante 365 dias. Em relação aos modelos doseresposta, com base em dados de literatura e utilizando o método dos mínimos quadrados por Gauss Newton, foram estimados os parâmetros de interação agente-hospedeiro para salmonelose em bovinos (modelo beta-Poisson). Para as demais combinações de patógenos e animais de produção, foram utilizados parâmetros de modelos dose-resposta (beta-Poisson e exponencial) descritos na literatura para infecção em humanos. As estimativas de risco foram obtidas com simulação de irrigação de pastagens com águas residuárias em diferentes faixas de qualidade microbiológica, entre 101 e 107E. coli/100mL, por meio da técnica de Hipercubos Latinos&#8223; com 10.000 iterações. Os resultados sugerem que a utilização de águas residuárias com 104-105E. coli/100mL não representa excesso de risco de infecção ou doença para bovinocultura (cenário de exposição mais desfavorável), sendo as estimativas obtidas, em termos percentuais, próximas de zero para Salmonella spp., 2,8% para Cryptosporidium spp. e 33,9% para rotavírus, enquanto dados de literatura revelam prevalência de 21,3% para Salmonella spp., entre 9,2 a 77,46% para Cryptosporidium spp. e entre 2,7% a 82,4% para rotavírus. Com a utilização de águas residuárias contendo 103-104E. coli/100mL as estimativas de risco foram ainda menores, com percentuais praticamente nulos para Salmonella spp., 0,28% para Cryptosporidium spp. e 3,89% para rotavírus. Conclui-se que a qualidade preconizada nas diretrizes da OMS para irrigação de pastos e forrageiras com águas residuárias,(104E. coli/100mL), embora tenha sido fixada visando a proteção da saúde de trabalhadores, é segura para garantir a sanidade dos animais que consomem tais plantações. Por conseguinte, também o seria o critério estabelecido pela Resolução CONAMA no 357/2005 (<4x103 coliformes termotolerantes/100mL).Em contraposição, os critérios adotados pelos Estados Unidos da América e pela Austrália para irrigação de pastagens com águas residuárias, respectivamente &#8804;200 coliformes fecais/100 mL e <100 E. coli/100mL, soam extremamente rigorosos e até mesmo desnecessários para assegurar a sanidade dos animais. A metodologia de AQRM mostrou grande valia para a estimativa de riscos à sanidade animal associados ao pastoreio de forrageiras irrigadas com águas residuárias. Entretanto, essa metodologia ainda necessita ser mais bem adaptada, de forma a reduzir as incertezas incorporadas aos modelos de estimativa de riscos, tanto em seu componente de modelos de exposição quanto, e principalmente, nos de dose-resposta. Estudos que supram tais informações podem ser úteis na medida em que poderão reduzir as incertezas incorporadas nesse trabalho e endossar o reconhecimento do reúso como prática segura e viável na pecuária.

In the current context of water scarcity in several parts of the world, water reuse is becoming more and more popular as an acceptable, even necessary, activity. The increasing demand for animal products points to the need of enhancing forage production, and wastewater irrigation can play an important role in this. Based on the Quantitative Microbiological Risk Assessment (QMRA) methodology, this work aimed at estimating animal risks of infection, or disease, arising from using wastewater to irrigate pastures for farm animals feeding. Salmonella spp. Campylobacter spp. Cryptosporidium spp., and rotavirus were selected in as reference pathogens and specific exposure scenarios were built for cattle, goats, pigs and poultry. The exposure scenarios were based on the Voisin Rational Grazing (VRG) approach in which animals alternate daily between paddocks irrigated with wastewater, keeping a 14 days interval between the last irrigation and grazing. It was assumed that animals were fed exclusively on pasture, for 365 days. Regarding the dose-response models, based on data from the literature and using the Gauss Newton method, pathogen-host interaction parameters for salmonellosis in cattle were estimated (beta-Poisson model). For other combinations of pathogens and animals, parameters reported in the literature for the beta-Poisson and the exponential models for human infection were used. Risk estimates were obtained simulating forage irrigation using wastewater with various ranges of microbial quality, from 101 e 107E. coli/100ml, using the Hipercubos Latinos&#8223; simulation technique with 10,000 iterations. The results suggest that using wastewater with up to 104-105E. coli/100ml do not impose excess risk of infection, or disease, to cattle (the worst case scenario): risk estimates (median values, expressed as percentages) were close to zero for Salmonella spp., 2.8% for Cryptosporidium spp. e 33,9% for rotavirus, whereas the literature reports prevalence of 21.3% for Salmonella spp., from 9.2 to 77.46% for Cryptosporidium spp., and from 2.7% to 82.4% for rotavirus. Using wastewater with 103-104E. coli/100ml resulted in virtually no risk of salmonellosis in cattle, and risk estimates of 0.28% for Cryptosporidium spp. and 3.89% for rotavirus (median values). Thus, it is suggested that the microbial quality recommended in the WHO Guidelines for irrigation of pastures and forage crops (restricted irrigation) (~104E. coli/100ml), although originally aiming at protecting agriculture workers, is also protective for animals consuming such crops. Therefore, it also is the criteria for water irrigation quality of the Brazilian regulation (Resolução CONAMA no 357/2005 (< 4x103 thermotolerant coliforms per 100ml). On the other hand, the criteria used in the US and in Australia for wastewater irrigation of pastures, respectively 200 thermotolerant coliforms per 100ml and <100 E. coli/100ml, sound too strict if not unnecessary to assure animal health safety. The QMRA technique was found to be quite useful to estimate animal health risks associated with animals grazing in pastures irrigated with wastewater. However, such an approach still needs improvements in order to reduce uncertainties involved in the risk estimates models, both in the exposure and, mainly, the dose-response models. Studies that fill these gaps will certainly complement the findings of this work and add to endorsing that wastewater use in agriculture is a viable practice.