Monitoraggio ambientale dell'aria

Principio

L’attività di monitoraggio ambientale dell’aria può essere riassunta nelle fasi seguenti:

Campionamento dell’aria
Incubazione dei campioni (piastre contenenti il terreno di coltura)
Lettura dei campioni con conteggio delle colonie cresciute sulla piastra
Espressione del risultato

Negli ambienti di lavoro, l’attività di monitoraggio ambientale dell’aria ha due obiettivi fondamentali:

Valutare l’esposizione professionale dei lavoratori
Valutare le caratteristiche biologiche dell’aria in aree e in periodi di tempo differenti

I movimenti convettivi dell’aria negli ambienti di lavoro permettono il trasporto degli agenti microbiologici sotto forma di bioaerosol, i quali si legano a polvere, particelle liquide o altri contaminanti naturalmente presenti (emulsioni oleose, polvere di legno, ecc.).

Il crescente interesse della comunità scientifica per la caratterizzazione delle componenti del bioaerosol è legato soprattutto agli effetti che tali componenti hanno sulla salute umana: infezioni, asma, allergie e altre malattie delle vie respiratorie.

Definizione di bioaerosol

L’INAIL, nella “Procedura sperimentale per la determinazione della componente batterica del materiale particolato” pubblicata nel 2020, ha riportato la definizione di bioaerosol:

“Il bioaerosol è composto da microrganismi come virus, batteri, funghi, spore e da frammenti di materiali biologici come pollini, peli di animali, detriti di pelle, escrementi e residui vegetali”.

Inoltre, aggiunge che:

“Una componente importante del bioaerosol è rappresentata dalle specie batteriche che per le loro caratteristiche di permanenza in atmosfera ed interazione con l’uomo e gli animali costituiscono un rischio per la salute. Problemi respiratori, danni polmonari, allergie e cefalea sono soltanto alcuni dei potenziali danni che l’esposizione ad ambienti contaminati da batteri potrebbe provocare sull’uomo”.

Metodo

Le tecniche di campionamento per il monitoraggio ambientale dell’aria prevedono l’utilizzo dei terreni di coltura solidi e liquidi che rilevano la frazione microbica vitale, cioè metabolicamente attiva, che può riprodursi e formare colonie visibili sulle piastre di laboratorio.

Attualmente ci sono diverse norme tecniche a cui far riferimento, come la UNI EN 17141:2021, UNI 11108:2004, UNI EN 13098:2019, UNI CEN/TS 16115-1:2011, UNI EN 14031:2005. Tali norme stabiliscono i requisiti, le linee guida e le metodologie per i campionamenti negli ambienti di lavoro dei microrganismi aerodispersi.

Il tecnico prelevatore può valutare l’utilizzo del metodo attivo, oppure di quello passivo. In base al tipo di monitoraggio che si intende effettuare e al tipo di ambiente che viene indagato, il tecnico definisce preventivamente quale metodo utilizzare e quali parametri microbiologici ricercare.

Può essere utile, inoltre, conoscere le condizioni ambientali caratteristiche dell’area che si vuole campionare (umidità relativa, temperatura, velocità del vento, ecc.).

Metodo attivo

Il campionamento attivo prevede l’utilizzo di campionatori che possono avere principi di funzionamento molto diversi:

impatto,
filtrazione,
gorgogliamento.

In generale, i campionatori attivi aspirano volumi predeterminati di aria, convogliandoli su un terreno di coltura liquido o solido. I microrganismi presenti nell’aria aderiscono al terreno e, dopo un adeguato periodo di incubazione, danno origine a colonie visibili ad occhio nudo. Le colonie cresciute vengono conteggiate e identificate.

Alcuni dei metodi sono appropriati per il solo campionamento statico, mentre altri possono essere utilizzati anche come campionatori personali.

Campionatori per impatto

Tra i campionatori, si distinguono i campionatori multistadio da quelli monostadio.

Il campionatore multistadio Andersen è caratterizzato da una pompa aspirante a vuoto esterna e da una serie di filtri con pori di diverse dimensioni. L’aria aspirata passa attraverso questi filtri in modo che le particelle sospese, compresi gli aggregati batterici aerei, vengono trattenute, in funzione del loro diametro, sulle superfici di una serie di piastre con terreno nutritivo.

I campionatori monostadio, invece, hanno una pompa aspirante a vuoto integrata all’apparecchio, e l’aria passa ad una velocità costante attraverso una testata dotata di piccoli fori di speciale conformazione. Possono utilizzare due criteri differenti di intercettazione del bioaerosol: impatto tangenziale o impatto ortogonale dell’aria sul terreno di coltura.

Il campionatore monostadio di Reuter (Reuter Centrifugal Sampler – RCS) è ad impatto tangenziale, e l’aria aspirata viene convogliata in una striscia di terreno di coltura (Fig. 1). Viene utilizzato principalmente nelle industrie alimentari, lattiero-casearie o farmaceutiche. Lo strumento è caratterizzato da un’elevata efficienza, anche se la striscia contenente il terreno di coltura tende a saturarsi velocemente con la sovrapposizione delle colonie batteriche non più facilmente conteggiabili e identificabili.

Il Surface Air System (SAS) è un campionatore monostadio ad impatto ortogonale dove l’aria aspirata viene inviata sulla superficie della piastra contenente il terreno di coltura scelto dall’operatore (Fig. 2).

Reuter Centrifugal Sampler Monitoraggio ambientale dell'aria — *Figura 1 – Reuter Centrifugal Sampler [Fonte: MerckMillipore]*

Campionatori per filtrazione

Il controllo dell’inquinamento microbiologico dell’aria può essere condotto anche mediante filtrazione. Il metodo è utilizzato di solito per l’inquinamento di tipo chimico, ma è stato adattato anche alla componente biologica. Esistono tre principali categorie di filtri: filtri in fibra, membrane estere di cellulosa o di altro polimero sintetico, filtri in policarbonato.

Campionatori per gorgogliamento

I campionatori Impingers su liquido sono in vetro, e agiscono per gorgogliamento (Fig. 3). I volumi di aria aspirati sono fatti gorgogliare in un opportuno mezzo liquido, dove si raccoglie il particolato aerodisperso. La sospensione così ottenuta, dopo omogeneizzazione e diluizione, viene seminata direttamente su terreno solido.

L’utilizzo di un liquido per la raccolta microbica migliora la capacità di recupero dei microrganismi stessi e, in caso di elevata contaminazione, è possibile la diluizione del campione. Tuttavia, lo strumento non è di facile impiego in campo. Inoltre le soluzioni liquide possono evaporare facilmente, e questo può limitare la durata dei prelievi dell’aria.

Metodo passivo

I microrganismi presenti nell’aria vengono raccolti per sedimentazione. In questo caso, il campionamento non prevede un’aspirazione meccanica dell’aria. Le piastre contenenti il terreno di coltura specifico per la ricerca degli agenti biologici, vengono esposte nell’ambiente di lavoro in esame per un intervallo di tempo idoneo. Dopo opportuna incubazione delle piastre, si procede alla conta del numero di colonie cresciute. La funzionalità di questo tipo di campionamento dipende soprattutto:

Dalle caratteristiche aerodinamiche delle particelle
Dal grado di ventilazione dell’ambiente

Risultati attesi

Il D. Lgs. 81/2008 e ss.mm.ii. (“Testo unico sulla salute e sicurezza sul lavoro”) non fornisce valori di carica batterica o micetica a cui rapportarsi per valutare la qualità dell’aria degli ambienti di lavoro. A livello di contaminazione microbiologica, la differenziazione tra ambiente salubre e insalubre non è così immediata e semplice. L’American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) non ritiene proponibili valori limite-soglia per i contaminanti biologici. Ciò in conseguenza di diversi fattori, tra i quali l’indisponibilità di relazioni dose-risposta, e di procedure standard di monitoraggio. Viene sottolineata anche la complessa composizione biologica del bioaerosol e la variabilità della risposta individuale all’esposizione.

Unità di misura

A seguito dell’incubazione, la conta delle colonie eseguita su piastra porta al risultato espresso come Unità Formanti Colonie (UFC).

Per il campionamento attivo, la concentrazione totale dei microrganismi campionati viene calcolata dividendo il numero di colonie conteggiate per il volume d’aria campionato (espresso in litri) moltiplicando poi il risultato per 1000 Litri (corrispondenti a 1 metro cubo d’aria). Il risultato finale è espresso come UFC / metro cubo d’aria.

Indici di contaminazione dell’aria

Lo studio condotto da Dacarro e dai suoi collaboratori ha condotto all’elaborazione di alcuni indici per valutare la qualità dell’aria degli edifici con il metodo attivo. Lo studio ha preso in considerazione 226 diversi uffici situati in edifici dotati di ventilazione forzata. I livelli di contaminazione si basano su un indice globale di contaminazione microbica al metro cubo d’aria (IGCM/m³). Tale indice è calcolato come somma dei valori della conta microbica totale determinata per batteri mesofili, batteri psicrofili e funghi in tutte le aree campionate. Il 95,5% degli uffici oggetto di studio aveva un valore di IGCM/m³ inferiore a 1000: tale valore si propone come valore limite, oltre il quale dovrebbe essere effettuata una valutazione più ampia dei livelli di contaminazione basata sulla misurazione di ulteriori indici microbiologici.

A tal fine, lo studio procede proponendo l’Indice di Contaminazione Mesofila (ICM) ottenuto calcolando il rapporto tra il valore UFC/m³ misurato per batteri mesofili e batteri psicrofili nello stesso punto di prelievo.

La misura dell’Indice di Amplificazione (IA) completa la valutazione ed è il rapporto tra i valori IGCM/m³ misurati all’interno dell’edificio e quelli misurati all’esterno.

L’Indice Microbico Aria (IMA), invece, è il metodo di campionamento passivo maggiormente utilizzato. Esprime il grado di inquinamento microbiologico dell’aria come numero di Unità Formanti Colonie (UFC) che si contano in una piastra Petri di 90 millimetri di diametro, contenente il terreno di coltura. Le indicazioni da seguire secondo quanto richiesto per l’Indice Microbico Aria sono le seguenti:

Luogo del prelievo: scegliere un punto di campionamento ad un metro da terra e ad un metro da ogni ostacolo fisico rilevante.
Durata dell’esposizione: lasciare aperte per un’ora le piastre Petri contenenti il terreno di coltura.

Limitazioni del test

Principio di campionamento scelto dall’operatore	Vantaggi	Svantaggi
Metodo attivo	Aspirazione di grandi volumi di aria confinata. Riduzione delle differenze di distribuzione dei batteri dovute alle correnti, alla temperatura e alle dimensioni degli aggregati aerodispersi. Affidabile in termini di efficienza di campionamento e percentuale di rilevazione di microrganismi.	Lo strumento per l’aspirazione dei volumi di aria ha un costo notevole.
Metodo passivo	Più semplice, ed economicamente più vantaggioso. Conveniente per il monitoraggio dell’inquinamento microbiologico in una camera operatoria, in una camera asettica o in un’azienda alimentare, in quanto permette di avere una stima diretta del numero di microrganismi che si depositano sugli oggetti o sugli alimenti presenti in questi luoghi. Le piastre possono essere più facilmente posizionate in vicinanza delle zone di possibile inquinamento.	Non permette la correlazione del numero di microrganismi ad un volume noto di aria. Bassa sensibilità. L’efficienza di questo metodo viene influenzata da fattori non sempre riproducibili e controllabili quali: la distribuzione non uniforme dei microrganismi nell’aria, la dimensione dei microrganismi e di conseguenza la diversa velocità di sedimentazione delle particelle vitali, la temperatura dell’ambiente e i ridotti volumi di aria campionati.

Tabella 1 – Vantaggi e svantaggi dei metodi di campionamento

Quality control

Ogni lotto di piastre Petri utilizzate deve presentare il certificato di qualità rilasciato dal produttore.

I campionatori attivi devono essere adatti allo scopo della misura. Inoltre devono essere puliti e disinfettati dall’operatore tra un campionamento e l’altro. Deve essere documentata l’efficienza, e il campionatore dovrebbe essere in grado di raccogliere le frazioni aeree fondamentali per valutare i possibili effetti sanitari derivanti dall’inalazione di particelle aerodisperse, secondo quanto riportato nella UNI EN 481.