Outdoor and indoor air microflora of academic buildings in Poznań

Wstęp
W powietrzu atmosferycznym poza stałymi składnikami znajduje się wiele innych, tworzących zanieczyszczenia powietrza, a wśród nich również zanieczyszczenia biologiczne, do których zalicza się m. in. bakterie, grzyby strzępkowe, drożdże, wirusy, pyłki itp. Skład jakościowy i ilościowy oraz rozkład stężeń zanieczyszczeń w powietrzu są zmienne w czasie i przestrzeni, oraz podlegają ciągłym przemianom w wyniku ruchów powietrza i oddziaływań z jego cząsteczkami. Ilość drobnoustrojów w powietrzu zależy od wielu czynników i podlega sezonowym wahaniom. Największą część cząstek biologicznych występujących w powietrzu atmosferycznym stanowią zarodniki grzybów, które podobnie jak pyłki roślin bardzo często są odpowiedzialne za objawy alergii powietrznopochodnej [1]. W ostatnich latach obserwuje się wzrost wśród ludzi schorzeń alergicznych wynikających z uczulenia na alergeny zarodników grzybów. Dużą grupę alergików stanowią osoby młode, w tym studenci, a objawy choroby występują najczęściej przez cały rok, ze zwiększonym nasileniem w miesiącach letnich i jesiennych [2].
Jakość mikrobiologiczna powietrza zewnątrzdomowego wywiera również wpływ na powietrze wewnątrz pomieszczeń. Od pewnego czasu obserwuje się coraz większe zainteresowanie występowaniem zanieczyszczeń mikrobiologicznych, szczególnie grzybów, w powietrzu wewnątrz pomieszczeń [3–6]. Mikrobiologiczna jakość powietrza wewnątrzdomowego wpływa znacząco na samopoczucie i zdrowie użytkowników pomieszczeń, odgrywa też wiodącą rolę w produkcji, zwłaszcza w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym czy kosmetycznym [7].
W Polsce nie ustanowiono dotąd norm dotyczących mikrobiologicznej czystości powietrza wewnątrz mieszkań i pomieszczeń użyteczności publicznej. Wobec luki w polskich regulacjach prawnych dotyczącej tych zagadnień, powszechne jest odwoływanie się do zaleceń literaturowych (szczególnie Krzysztofika [1], który opracował propozycje standardów czystości mikrobiologicznej powietrza wewnątrz różnego rodzaju pomieszczeń) oraz norm innych krajów europejskich [8].
Cel pracy
Celem niniejszej pracy było określenie jakości mikrobiologicznej powietrza w pomieszczeniach budynków należących do wyższej uczelni, w których pracownicy i studenci przebywają przez wiele godzin dziennie. Jakość powietrza w tych pomieszczeniach może bezpośrednio wpływać na zdrowie i samopoczucie osób tam pracujących oraz uczących się.
Materiał i metody
Badania prowadzono od kwietnia do października 2002 r. w dwóch punktach P₁ i P₂, zlokalizowanych na terenie miasta akademickiego, na dwóch wysokościach. Próbki powietrza atmosferycznego pobierano w centrum miasta na dachu budynku uczelni (80 m) i na wysokości 1 m przed budynkiem (pkt P₁) oraz 3 km od centrum na dachu domu studenckiego (50 m) i na wysokości 1 m przed tym domem.
Próby powietrza wewnątrzdomowego zostały pobrane w wybranych salach dydaktycznych (z zamontowanym systemem wentylacyjno-klimatyzacyjnym i bez tego systemu), w laboratoriach, pomieszczeniach biblioteki, stołówki, na korytarzu i w sanitariatach. Próby pobierano rano przed rozpoczęciem zajęć i pod koniec dnia po zajęciach.
Powietrze do badań pobierano metodą sedymentacyjną Kocha z wykorzystaniem płytek Petriego (czas ekspozycji 10 min) [9]. Liczbę miejsc pobierania prób w każdym z badanych pomieszczeń zamieszczono w tab. 1.

Do badań wykorzystano podłoża:
- agar z ekstraktem drożdżowym (Merck) – oznaczanie ogólnej liczby bakterii,
- podłoże Sabourauda + 2% glukozy (Merck) – hodowla grzybów.

W celu określenia liczby bakterii płytki inkubowano przez 24–48 godz. w temp. 37⁰C oraz w temp. 25⁰C w czasie do 10 dni dla stwierdzenia obecności grzybów.
Bakterie identyfikowano na podstawie oceny makroskopowej, następnie przeprowadzano ocenę mikroskopową (barwienie metodą Grama i Schaeffera-Fultona) oraz badania biochemiczne metodami klasycznymi.
Diagnostykę grzybów strzępkowych prowadzono na podstawie klucza Fassiatiova [10].
Omówienie wyników
Wyniki badania mikrobiologicznego powietrza atmosferycznego w pobliżu budynków dydaktycznych uczelni i domu studenckiego oraz ogólny podział mikroflory powietrza atmosferycznego w badanych punktach przedstawiono na ryc. 1. i 2. Jak wynika z przedstawionych danych (ryc. 1.) najwyższy udział, bez względu na rejon pobierania prób powietrza, przypadał grzybom strzępkowym – średnio 52% mikroflory wyodrębnionej z powietrza. Udział bakterii natomiast wynosił średnio 38%, a drożdży 10%. Jak wynika z danych przedstawionych na ryc.2. średnie miesięczne skażenie powietrza było zróżnicowane i wynosiło w przypadku bakterii od 6,5 x 10² jtk/m³ w październiku do 1,3 x 10⁴ jtk/m³ w sierpniu, a pleśni od 5,2 x 10² jtk/m³ do 1,6 x 10⁴ jtk/m³. Przez cały okres badania liczba grzybów strzępkowych w punkcie P₂ utrzymywała się na nieco wyższym poziomie niż w punkcie P₁. W porównaniu z wynikami badań jakości mikrobiologicznej powietrza w innych miastach, powietrze badane przez nas jest bardziej zanieczyszczone [11, 12]. W punkcie P₁ kulminacyjne stężenie mikroorganizmów przypadało na lipiec, natomiast w punkcie P₂ stężenie maksymalne stwierdzono na przełomie lipca i sierpnia. Podobną sytuację obserwowali badacze w innych regionach kraju [11–13]. Porównując uzyskane wyniki z dopuszczalnym najwyższym zanieczyszczeniem powietrza zewnętrznego, zaobserwowano czasami przekroczenie tego poziomu nawet o 60% w przypadku stężenia grzybów strzępkowych (koniec lipca, punkt P₂), natomiast stężenie bakterii w tym samym okresie przekroczyło poziom dopuszczalny 4,5-krotnie. W punkcie P₁ przez większą część okresu badawczego powietrze było średnio zanieczyszczone bakteriami, w przeciwieństwie do powietrza w punkcie P₂, gdzie niemal przez cały okres badania, tj. od kwietnia do września powietrze było silnie zanieczyszczone. Pod względem stężenia pleśni w punkcie P₁, z wyjątkiem miesięcy letnich, powietrze można uznać za przeciętnie czyste, a ogólna zawartość grzybów nigdy nie przekroczyła norm powietrza silnie zanieczyszczonego. Wyższą zawartość grzybów stwierdzono w powietrzu w rejonie punktu P₂, gdzie w lipcu i sierpniu liczba pleśni przekroczyła najwyższe dopuszczalne stężenie tych mikroorganizmów. Najliczniejszą pod względem procentowym grupę stanowiły pleśnie z rodzaju Cladosporium (ok. 49%), w tym Cladosporium herbarum i Cladosporium cladosporoides, następnie z rodzaju Mucor sp. (4,5–66,7%), Alternaria (0–60%) w tym Alternaria alternata. W mniejszej ilości identyfikowano pleśnie z rodzaju Penicillium w tym Penicillium glaucum, Penicilliumnotatum, Penicillium albicans, Aspergillus w tym Aspergillus glaucus, Aspergillus versicolor, Aspergillus niger, Epicoccum sp., Paecilomyces sp.
Dla każdego obszaru badawczego najczęściej występującym rodzajem pleśni, szczególnie w miesiącach letnich był rodzaj Cladosporium. Wyniki obserwacji prowadzonych przez nasz ośrodek zbliżone są do obserwacji prowadzonych w ostatnich latach na terenie Polski [13], jak i Europy [14–16]. Również inni autorzy, analizując jakościowy skład mikroflory powietrza potwierdzają najwyższe stężenie tych grzybów w m³ powietrza. I tak, np. w Sztokholmie obecność spor tych pleśni w powietrzu w miesiącach letnich przekraczała 80% [14], a w Sofii 56,6%. Również w Grecji, Holandii i Włoszech [15, 16] stwierdzano przez cały rok najwyższą koncentrację zarodników pleśni z rodzaju
Cladosporium w powietrzu.
Analizując wyniki skażenia powietrza drobnoustrojami, w zależności od wysokości pobrania próby zaobserwowano różnice w ilości grzybów strzępkowych. Na poziomie 1 m oznaczono średnio 2–16% więcej pleśni niż na wysokości 80, czy 40 m. Ilość drożdży i bakterii pozostawała na zbliżonym poziomie, niezależnie od wysokości. Stwierdzono, że na wysokości 1 m od podłoża występowała inna mikroflora, zwłaszcza w odniesieniu do grzybów strzępkowych, niż na wyższych wysokościach. Wraz ze spadkiem wysokości zaobserwowano wzrost stężenia grzybów strzępkowych z rodzaju Cladosporium sp., Mucor sp. i Alternaria sp. oraz zmniejszenie ilości rodzajów Aspergillus sp. i Penicillium sp. Obecność zwiększonej liczby rodzajów tych alergogennych pleśni na poziomie, na którym przebywają i pracują ludzie może wpływać ujemnie na ich stan zdrowotny, powodując różnego rodzaju objawy alergii powietrznopochodnej, np. schorzenia układu oddechowego lub skóry [7]. Z mikroflory bakteryjnej na niższym poziomie stwierdzano głównie obecność laseczek z rodzaju Bacillus sp., ziarniaków Micrococcus sp. i w mniejszej ilości paciorkowców z rodzaju Streptococcus sp. oraz pałeczek Serratia sp. i Pseudomonas sp.
Monitoring powietrza wewnątrz pomieszczeń prowadzono rano przed rozpoczęciem zajęć i tego samego dnia we wczesnych godzinach popołudniowych. Wyniki tych badań przedstawiono w tab. 2. i 3. Jak widać, poziom skażenia powietrza bakteriami kształtował się od 1,3 x 10² jtk/m³ w laboratorium do 2,3 x 10³ jtk/m³ w sanitariatach. Liczba grzybów w powietrzu tych pomieszczeń kształtowała się odpowiednio na poziomie 1,3 x 10² jtk/m³ do 1,0 x 10³ jtk/m³ w sanitariatach. Porównując wyniki badania powietrza pomieszczeń dydaktycznych z wartościami zaproponowanymi przez Krzysztofika łatwo zauważyć, że ilość mikroflory bakteryjnej powietrza tych pomieszczeń znajduje się w granicach najwyższego poziomu. Zanieczyszczenie powietrza grzybami w pomieszczeniach dydaktycznych prawie we wszystkich przypadkach przekraczało poziom 2,0 x 10² jtk/m³, proponowany w literaturze jako najwyższy dopuszczalny. Po zakończeniu zajęć obserwowano wyższy stopień skażenia powietrza niż przed zajęciami. Dotyczyło to szczególnie mikroflory grzybowej. Wyjątek stanowiła klimatyzowana sala wykładowa, w której przed rozpoczęciem zajęć liczba grzybów była zdecydowanie wyższa niż pod koniec zajęć, kiedy to obserwowano obniżenie liczby grzybów w powietrzu. Dominującą mikroflorą w pomieszczeniach dydaktycznych były grzyby, a w sanitariatach, na korytarzach i stołówce przeważały bakterie, których liczba w godzinach popołudniowych wzrastała znacząco, w szczególności w sanitariatach. Charakterystyka jakościowa grzybów strzępkowych, izolowanych z powietrza pozwoliła wskazać na dominujący udział rodzajów Cladosporium oraz Penicillium w ogólnej florze grzybowej, w tym silnie alergizujące gatunki Cladosporium herbarum i Penicillium notatum. Z sal wykładowych w godzinach popołudniowych oraz w stołówce izolowano również pleśnie z rodzaju Alternaria. Podobne badania prowadzono na Politechnice Łódzkiej w Łodzi [17]. Tam dominującą mikroflorą, obecną w powietrzu pomieszczeń uczelni były bakterie, w tym również hemolizujące. Grzyby strzępkowe stanowiły do 39% populacji wyhodowanych drobnoustrojów, a ich liczba w zależności od czasu i miejsca pobrania próby wahała się od 1,6 x 10² jtk do 8,2 x 10³ jtk w 1 m³ powietrza. Dominującą mikroflorą złożoną z grzybów w powietrzu wewnątrzdomowym były pleśnie z rodzajów Penicillium i Fusarium, natomiast nie stwierdzono, w przeciwieństwie, do rezultatów naszych badań, obecności pleśni z rodzajów Cladosporium i Alternaria.
W tab. 4. przedstawiono rodzaje mikroflory występującej w powietrzu w pomieszczeniach uczelni.
European Confederation of Medical Mycology klasyfikuje gatunki grzybów do czterech grup. Podstawę klasyfikacji stanowi stopień zagrożenia zdrowotnego dla organizmu ludzkiego. Zidentyfikowane w powietrzu pleśnie w zdecydowanej większości należały do klasy pierwszej, która obejmuje organizmy saprofityczne, mogące wywołać jedynie łagodne powierzchowne zakażenia. Stwierdzono jednak, szczególnie w godzinach popołudniowych, dużą ilość mikroflory złożonej z grzybów, potencjalnie alergogennych, której obecność w powietrzu wewnętrznym pomieszczeń może być przyczyną licznych chorób układu oddechowego, skóry i spojówek. Również mikotoksyny wytwarzane przez pleśnie mogą wnikać do organizmu wraz z wdychanym powietrzem, poprzez skórę i błony śluzowe [18].
Podsumowanie
Na podstawie przeprowadzonych badań czystości powietrza zewnątrzdomowego można stwierdzić, że stopień skażenia mikrobiologicznego powietrza atmosferycznego w okolicy uczelni i domów studenckich jest wysoki, szczególnie w miesiącach letnich. Dominującą mikroflorę stanowiły ziarniaki z rodzaju Micrococcus i laseczki rodzaju Bacillus. Grzyby strzępkowe reprezentowane były przez takie rodzaje, jak Cladosporium, Penicillium, Alternaria, Mucor i Aspergillus, a więc i grzyby powodujące objawy alergii powietrznopochodnej u ludzi. W miesiącach letnich obecność zarodników pleśni wytwarzających silne alergeny w 1 m³ powietrza zewnętrznego przekraczała stężenie progowe, odpowiedzialne za występowanie objawów chorobowych u ludzi uczulonych.
W pomieszczeniach dydaktycznych uczelni ogólna liczba drobnoustrojów obecna w 1 m³ zbadanego powietrza znacznie przekraczała proponowane maksymalne stężenie 5,0 x 10² jtk/m³. Oznacza to, że mikrobiologiczna czystość powietrza wewnętrznego uczelni nie spełnia europejskich standardów. Natomiast stopień zanieczyszczenia powietrza florą grzybową znacznie przekraczał poziom 2,0 x 10² jtk/m³. Oznacza to, że powietrze badanych pomieszczeń charakteryzuje się silnym skażeniem grzybami strzępkowymi. Dominującą mikroflorę powietrza pomieszczeń dydaktycznych stanowiły pleśnie, reprezentowane głównie przez rodzaje Cladosporium i Penicillium, rzadziej przez rodzaj
Alternaria. Wśród bakterii dominowały gramododatnie ziarniaki z rodzajów Micrococcus, Staphylococcus i Sarcina oraz tlenowe laseczki przetrwalnikujące z rodzaju Bacillus, a w powietrzu sanitariatów również pałeczki Gram-ujemne np. z rodzaju Escherichia. Zaobserwowano, że ilość mikroflory, jak i jej skład jakościowy zależą od stanu mikrobiologicznego powietrza zewnątrzdomowego, liczby studentów uczestniczących w zajęciach i częstotliwości ich przemieszczania się oraz obecności systemu wentylacyjno-klimatyzacyjnego w pomieszczeniu.
Obserwowano zmiany w układzie jakościowym mikroflory, szczególnie złożonej z grzybów. W godzinach rannych dominowały rodzaje Penicillium, Mucor i Aspergillus, a pod koniec zajęć dydaktycznych wzrastało stężenie zarodników rodzajów Cladosporium
i Alternaria. Liczba zarodników poszczególnych pleśni w powietrzu wewnątrz pomieszczeń nigdy nie przekroczyła stężenia progowego, ale suma grzybów strzępkowych często przekraczała proponowaną w literaturze dopuszczalną ilość pleśni w 1 m³ powietrza, co może mieć wpływ na zdrowie i samopoczucie studentów oraz wykładowców, przebywających w tych pomieszczeniach.
Piśmiennictwo
1. Krzysztofik B: Mikrobiologia powietrza. Wyd. Politechnika Warszawska, Warszawa, 1992.
2. Lipiec A: Grzyby pleśniowe – ważny antygen środowiskowy. Terapia, 1997, 3: 27-30.
3. Doleżał M: Grzyby pleśniowe w budownictwie a zdrowotność pomieszczeń. Biuletyn informacyjny: użytkowanie, konserwacja, remonty, 1989, 1-2: 62-70.
4. Lis DO, Pastuszka JS, Górny RL: Występowanie aerozolu bakteryjnego i grzybowego w mieszkaniach, biurach i środowisku zewnętrznym Górnego Śląska. Roczniki PZH, 1997, 48 (1): 59-68.
5. Zyska B: Mikologia powietrza wewnętrznego budynków. Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce 99. Wyd. Instytutu Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2000, 305-22.
6. Flannigan B: Microbiological aerosols in buildings: origins, health implications and controls. II Konferencja Naukowa Rozkład i korozja mikrobiologiczna materiałów technicznych, Łódź, 2001, 11-3.
7. Kosińska I: Grzyby w powietrzu pomieszczeń a zagrożenie zdrowotne. Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce 97. Wyd. Instytutu Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1998, 99-109.
8. Gutarowska B, Jakubowska A.: Ocena zanieczyszczenia pleśniami powietrza pomieszczeń na uczelni. Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce 2001. Wyd. Instytutu Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2002, 103-12.
9. Polska Norma, PN 89/Z04111 01-03. Ochrona czystości powietrza. Badania mikrobiologiczne.
10. Fassiatiova O: Grzyby mikroskopowe w mikrobiologii technicznej. WNT Warszawa, 1983.
11. Raport o stanie środowiska w województwie kujawsko-pomorskim w 2002 roku. Biblioteka monitoringu środowiska, Bydgoszcz, 2003, 59-62.
12. Raport o stanie środowiska w województwie łódzkim w 1999. Biblioteka monitoringu środowiska, Łódź, 2000, 97-8.
13. Stępalska D: Zawartość spor Cladosporium i Alternaria w powietrzu atmosferycznym w pięciu punktach pomiarowych w Polsce w latach 1995-1996. I Ogólnopolska Konferencja Naukowa, Biologia kwitnienia, nektarowania i zapylania roślin. Lublin, 1997, 254-61.
14. Rubulis J: Airborne fungal spores in Stockholm and Eskilstuna, central Sweden, Nordic Aerobiology, 1984, 85-93.
15. Baka G, Syrigou E, Manoussakis M: Airborne fungus spores in Athens area 1995-1997. European Journal of Allergy and Clinikal Immunology, Supplement, Kopenhaga, 1998, 53, 43: 21-2.
16. Nikkels AH, Terstegge P, Spieksma FThM: Ten types of microscopically identifiable airborne fungal spores at Leiden. The Netherlands. Aerobiologia, 1996, 12: 107-12.
17. Stobińska H, Skrzycka H: Bioaerozol sal wykładowych i laboratoryjnych. II konferencja naukowa Rozkład i korozja mikrobiologiczna materiałów technicznych, Łódź, 2001, 111-22.
18. Flannigan B: Mycotoxins in the air. International Biodeterioration, 1987, 23, 2: 73-8.












Adres do korespondencji: dr inż. Maria Stryjakowska-Sekulska, Katedra Biochemii i Mikrobiologii, Wydział Towaroznawstwa, Akademia Ekonomiczna, al. Niepodległości 10, 61-875 Poznań