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Cómo elaborar una estrategia de muestreo de vigilancia de aguas residuales

Cómo elaborar una estrategia de muestreo de vigilancia de aguas residuales
Actualizado el 23 de nov. del 2020

Use esta guía para implementar la vigilancia de enfermedades transmitidas por aguas residuales. La vigilancia de enfermedades transmisitidas por aguas residuales es una ciencia de rápido desarrollo, y los CDC seguirán actualizando la guía y la información a medida que esté disponible.

Visión general de la estrategia de muestreo

La implementación de una estrategia de muestreo de vigilancia de aguas residuales en el contexto del COVID-19 debería estar impulsada por las necesidades de salud pública estatales, tribales, locales y territoriales con un fuerte compromiso de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Los datos de vigilancia de aguas residuales tienen como objetivo complementar otros indicadores de vigilancia del COVID-19 utilizados para implementar medidas de salud pública. Las intervenciones y medidas de salud pública no deberían basarse solo en los datos sobre aguas residuales. La estrategia de muestreo debería equilibrar los recursos disponibles y la capacidad de realización de pruebas de detección con la necesidad de contar con datos de salud pública, y es posible que deba actualizarse con el paso del tiempo en función de los conocimientos científicos más recientes y las necesidades de salud pública.

¿Qué es un área específica de alcantarillado?

Un área específica de alcantarillado es la comunidad a la cual presta servicio el sistema de recolección de aguas residuales.

Elaborar una estrategia de muestreo de vigilancia de aguas residuales en el contexto del COVID-19 incluye tres pasos:

  1. Identificar las necesidades de datos de salud pública. Las necesidades de datos de salud pública dependen del estado de la epidemia a nivel local y otros indicadores de salud disponibles. Con base en los avances científicos actuales, la vigilancia de aguas residuales puede usarse para respaldar los siguientes objetivos de respuesta:
    • Detectar la presencia de COVID-19 dentro de un área específica de alcantarillado, posiblemente más rápido que con la vigilancia de casos establecida. Se ha detectado la presencia del virus en aguas residuales varios días antes a la notificación de casos dentro de la comunidad. Saber que el virus está presente en las aguas residuales puede ser un indicador importante al monitorear las comunidades con mayor nivel de riesgo sin casos conocidos. No obstante, el hecho de no detectar ARN viral en las aguas residuales no puede usarse nunca para descartar la presencia de infecciones en una comunidad.
    • Monitorear las tendencias en la actividad del COVID-19 dentro de un área específica de alcantarillado, lo que incluye tanto casos notificados como infecciones no notificadas. Los datos analizados  sobre aguas residuales pueden ayudar a establecer tendencias en la concentración del SARS-CoV-2 con el paso del tiempo. Se ha demostrado que las tendencias en las concentraciones virales en aguas residuales han liderado las tendencias de casos nuevos notificados dentro de un área específica de alcantarillado por días. Usar la vigilancia de aguas residuales como indicador adelantado de las tendencias del COVID-19 puede resultar útil cuando las tendencias en la cantidad de casos nuevos fluctúan o para evaluar el posible impacto de las iniciativas de mitigación en la comunidad.

    Actualmente, las concentraciones de ARN del SARS-CoV-2 en aguas residuales no pueden utilizarse para determinar la cantidad total de personas infectadas en una comunidad o el porcentaje de la población que está infectada. Se necesitan más datos acerca de las concentraciones de SARS-CoV-2 en las heces de personas infectadas para poder comprender la relación que existe entre las concentraciones de ARN del SARS-CoV-2 en aguas residuales y la cantidad de personas infectadas en un área específica de alcantarillado. 

  2. Evaluar la capacidad de muestreo y análisis de aguas residuales. Al evaluar la capacidad de muestreo y análisis de aguas residuales, es fundamental incluir personas con experiencia en microbiología ambiental y sistemas de aguas residuales.​​​​​​​ Los métodos para muestrear y cuantificar con precisión el ARN viral en aguas residuales que sean representativos de la diseminación viral dentro de una comunidad aún se encuentran en desarrollo. Por este motivo, la capacidad de análisis es limitada en todos los Estados Unidos y gran parte de ella se encuentra albergada en instituciones académicas que carecen de la capacidad necesaria para realizar una vigilancia sostenida. El uso eficaz de la capacidad limitada de análisis de aguas residuales requerirá equilibrar la cobertura poblacional y la información de tendencias oportuna que requiere una mayor frecuencia de muestreo. Los inconvenientes en la cadena de suministro también pueden limitar la capacidad de análisis y deberían evaluarse antes de seleccionar un método de análisis.
  3. Elaborar un plan de muestreo. Responda las siguientes preguntas en su plan de muestreo:

Dónde tomar las muestras

Vigilancia de aguas residuales en la comunidad

La toma de muestras de aguas residuales para detectar la presencia del SARS-CoV-2 al ingresar a la planta de tratamiento (lo que se denomina influente no tratado) se utiliza para evaluar tendencias de infección dentro de la comunidad que vierte agua al sistema de alcantarillado. Seleccione la cantidad de plantas de tratamiento para la vigilancia de enfermedades transmitidas por aguas residuales a nivel comunitario con base en las necesidades de datos de salud pública en la región y la disponibilidad de recursos. Las tasas y tendencias del COVID-19 en la comunidad, la distribución de la población y las características del sistema de alcantarillado también pueden influir en su elección.

Se pueden seleccionar plantas de tratamiento de aguas residuales para llevar a cabo la vigilancia de aguas residuales en la comunidad con el fin de:

  • Abarcar un cierto porcentaje de la población.
  • Proporcionar datos sobre las comunidades con mayor riesgo de contraer el COVID-19 o con mayor riesgo de enfermarse gravemente a causa del COVID-19.
  • Proporcionar datos de las comunidades con baja utilización o sin disponibilidad de pruebas clínicas de COVID-19 oportunas.
  • Representar a varias áreas específicas de alcantarillado que brindan servicio a una población interconectada más grande, como en el caso de áreas urbanas densamente pobladas.

Antes de seleccionar una planta de tratamiento de aguas residuales para llevar a cabo la vigilancia de aguas residuales en la comunidad, es fundamental consultar con ingenieros de aguas residuales y administradores de servicios públicos para conocer:

  • El área geográfica y la población alcanzadas por el servicio público en cuestión
  • La contribución relativa de los tipos de residuos de entrada (industriales, comerciales, residenciales)
  • Los factores operativos que podrían influir en la detección del SARS-CoV-2 (p. ej., el pretratamiento de aguas residuales entrantes o el desvío de aguas residuales para ajustar el caudal hacia el sitio de muestreo)
  • Las ubicaciones de muestreo disponibles en la planta de tratamiento
  • La capacidad de la empresa de servicios públicos de llevar a cabo la recolección, documentación y envío de las muestras
  • La disponibilidad de los metadatos de servicios públicos necesarios para la interpretación por parte de la salud pública (p. ej., mediciones del caudal influente, mediciones de la calidad química/física del agua, archivo shapefile del área de servicio)

Vigilancia específica de aguas residuales

La vigilancia específica de aguas residuales implica el muestreo de aguas residuales de aguas arriba en la red de aguas residuales (p. ej., estaciones de bombeo, interceptores, bocas de alcantarilla). La vigilancia específica de aguas residuales puede ayudar a comprender mejor cómo se distribuyen las infecciones por SARS-CoV-2 dentro de un área específica de alcantarillado. No obstante, actualmente se cuenta con muy pocos datos que demuestren la aplicación de este enfoque.

Al decidir si la vigilancia específica de aguas residuales puede ser útil para la toma de acciones de salud pública, es importante considerar lo siguiente:

  • Las concentraciones de ARN del SARS-CoV-2 son más variables aguas arriba de la planta de tratamiento de aguas residuales que en la toma de la planta porque las aguas residuales aguas arriba han tenido menos tiempo para mezclarse y contienen heces de menos personas.
  • Acceder a las líneas de alcantarillado que brindan servicio solo a la población específica contemplada podría requerir modificaciones de infraestructura o podría no ser posible.
  • En función del tamaño de la población objetivo, llevar a cabo una vigilancia específica eficaz de aguas residuales podría ser más costoso y difícil desde el punto de vista logístico que implementar la vigilancia de casos.

Con qué frecuencia tomar las muestras

La frecuencia de muestreo de aguas residuales depende de cómo se utilizarán los datos con fines de salud pública y la prevalencia del COVID-19 en la comunidad. Con una frecuencia de análisis suficiente, el análisis de aguas residuales puede usarse para hacer un seguimiento de las tendencias registradas en el tiempo. La toma de muestras individuales o los muestreos muy poco frecuentes (p. ej., mensuales) probablemente no proporcionarán información suficiente para establecer tendencias, pero podrían usarse para establecer la presencia del COVID-19 en una comunidad.

Si el objetivo de la vigilancia de aguas residuales es detectar la presencia del SARS-CoV-2 en aguas residuales, tomar muestras una vez por semana podría ser una frecuencia adecuada. Si el objetivo es lograr la indicación temprana de tendencias de infección, se necesitan al menos tres puntos de muestreo dentro de un periodo de tendencia de interés para llevar a cabo la vigilancia.  Hay pocos datos disponibles que describan con qué rapidez podrían cambiar las concentraciones en las aguas residuales bajo diferentes situaciones epidemiológicas.

Considere lo siguiente al determinar la frecuencia de la toma de muestras en una ubicación específica:

  • Se requiere un mínimo de tres muestras para detectar tendencias en las aguas residuales en el tiempo. El tiempo entre las muestras consecutivas de aguas residuales determina el tiempo mínimo durante el cual puede detectarse una tendencia. Por ejemplo, si las muestras se recolectan una vez cada dos semanas, 8 días es el intervalo de tiempo mínimo luego del cual puede confirmarse una determinada tendencia.
  • La capacidad de análisis de los laboratorios y la escasez en la cadena de suministro pueden limitar la frecuencia máxima de muestreo.
  • La toma de muestras por única vez no proporcionará datos útiles más allá de la presencia de infección por SARS-CoV-2 dentro del área específica de alcantarillado.

De qué tomar muestras

El tipo de muestra es una consideración importante a la hora de recoger muestras representativas, y dependerá de la ubicación de recolección de la muestra y de factores específicos de la planta de tratamiento de aguas residuales. Consulte detenidamente con el personal de la planta de tratamiento para determinar los tipos de muestra adecuados que mejor representarán a la población objetivo. Las muestras deben recogerse en ubicaciones que precedan la incorporación de productos químicos o el mezclado de caudales de desechos en la planta de tratamiento de aguas residuales.

Existen dos tipos de muestras de aguas residuales con fines de vigilancia

  1. Aguas residuales no tratadas: las aguas residuales no tratadas incluyen desechos domésticos o de edificios (p. ej., inodoros, duchas, lavabos), que contienen desechos fecales humanos, así como desechos de fuentes no domésticas (p. ej., agua de lluvia, uso industrial). Las muestras de aguas residuales no tratadas pueden tomarse en el influente de la planta de tratamiento de aguas residuales (antes del tratamiento primario) o aguas arriba en la red de recolección de aguas residuales. Los cambios en las concentraciones de ARN del SARS-CoV-2 en las muestras de aguas residuales recogidas en el influente de las plantas de tratamiento de aguas residuales han demostrado tener correlación con las tendencias de casos notificados. En la mayoría de los casos, es probable que las aguas residuales no tratadas requieran la concentración  previa a la extracción del ARN. La cantidad de infecciones necesarias para detectar el virus en aguas residuales sin concentración es difícil de determinar porque depende tanto del límite de detección del método elegido como de la cantidad de virus presente en las heces, sobre lo cual hay muy pocos datos.
  2. Lodo primario: el lodo primario se compone de sólidos en suspensión que se asientan en las aguas residuales durante el primer proceso de remoción de sólidos ("sedimentación") en las plantas de tratamiento de aguas residuales. El lodo primario es diferente del lodo secundario después del tratamiento primario. No utilice el lodo secundario para la vigilancia de aguas residuales. Los cambios en las concentraciones de ARN del SARS-CoV-2 en las muestras de lodo primario han demostrado tener correlación con las tendencias de casos notificados. Una ventaja de las muestras de lodo primario en comparación con las aguas residuales sin tratar es que el SARS-CoV-2 se concentra en el lodo, lo que reduce el volumen de muestra requerido para detectar el virus y podría eliminar la necesidad de concentrar la muestra antes de la cuantificación. No obstante, el alcance de la concentración de ARN del SARS-CoV-2 en el lodo no está bien caracterizado. Las muestras de lodo también presentan retos que deben ser evaluados para cada planta de tratamiento de aguas residuales, como los productos químicos agregados en la planta de tratamiento, la mayor concentración de compuestos que pueden interferir con los métodos de laboratorio o la incorporación de caudales de desechos reciclados de otras partes de la planta de tratamiento.

Seleccionar un tipo de muestra

Tanto las aguas residuales sin tratar como el lodo primario son tipos aceptables de muestras de aguas residuales con fines de vigilancia en la comunidad. En el caso de la vigilancia específica de aguas residuales aguas arriba, solo están disponibles las muestras de aguas residuales sin tratar. Si se cuenta con métodos de laboratorio, se recomienda el muestreo de lodo para evaluar la presencia de la infección dentro de las áreas específicas de alcantarillado con pocos casos conocidos dado que el virus estará más concentrado en el lodo. Las muestras de aguas residuales sin tratar se recomiendan cuando las plantas de tratamiento de aguas residuales aplican desinfectante antes de que se pueda tomar una muestra del lodo, cuando el análisis del lodo demuestra una alta inhibición en las pruebas o una recuperación deficiente del virus, o cuando se desconoce el tiempo de permanencia de los sólidos dentro del clarificador primario.

Cómo tomar las muestras

Hay dos métodos de recolección de muestras para la vigilancia de aguas residuales

  1. Al azar: las muestras al azar pueden recogerse rápidamente y no requieren el uso de equipos automatizados. No obstante, las muestras al azar pueden ser menos representativas de las contribuciones fecales de la comunidad que las muestras compuestas. En el caso de las aguas residuales sin tratar y el lodo, las muestras al azar representan un momento único en el tiempo y se ven altamente influenciadas por las fluctuaciones diarias del caudal y la composición de las aguas residuales. A nivel de la planta de tratamiento, las muestras al azar pueden proporcionar concentraciones similares a las suministradas por las muestras compuestas si la proporción de la comunidad que está infectada es lo suficientemente alta. No obstante, por el momento se desconoce la proporción mínima de la comunidad que debe estar infectada para que las muestras al azar y las muestras compuestas sean similares.
  2. Compuestas: las muestras compuestas se recogen al agrupar varias muestras al azar con una frecuencia especificada durante un periodo determinado, por lo general de 24 horas para la vigilancia de aguas residuales. Puede recoger muestras compuestas de aguas residuales sin tratar manualmente o usando equipos automatizados para la toma de muestras con capacidad de refrigeración que recogen muestras ponderadas según el caudal (p. ej., una muestra por cada 200 000 galones de caudal). Las tomas de muestras compuestas continuas (en contraposición a las ponderadas según el caudal) pueden mejorar el nivel de representatividad de la muestra de la comunidad que vierte sus desechos al sistema de alcantarillado. Se considera que las muestras compuestas son más representativas de las contribuciones fecales de la comunidad que las muestras al azar.

Seleccionar un volumen de muestra

El volumen de las muestras a recoger dependerá del tipo de muestra (aguas residuales o lodo). Una muestra compuesta de 1 litro (L) de aguas residuales o una muestra al azar de 100 mililitros (ml) de lodo deberían ser volúmenes suficientes para la realización del análisis. La cantidad máxima de sólidos del lodo que pueden extraerse directamente suele ser de aproximadamente 2 gramos. El volumen restante de la muestra (si lo hubiere) puede usarse para repetir la medición o evaluar la variabilidad biológica.

El volumen de la muestra que se concentre y cuantifique determinará la cantidad más baja de ARN del SARS-CoV-2 que es posible detectar. Concentrar más de 1 L de aguas residuales puede provocar una recuperación deficiente o una inhibición de la señal viral. Si utilizará muestras al azar, consulte con el personal de la planta de tratamiento de aguas residuales para recoger muestras representativas que capturen los momentos pico de carga fecal humana y para comprender el tiempo de permanencia de los sólidos en el lodo.

Cómo recoger, almacenar y enviar muestras de manera segura

Seguridad de la toma de muestras: hasta la fecha no hay evidencia de que alguna persona se haya enfermado con COVID-19 por haber estado expuesta a aguas residuales. Las prácticas estándar asociadas a las operaciones de las plantas de tratamiento de aguas residuales deberían ser suficientes para proteger del virus que causa el COVID-2 a quienes trabajan con aguas residuales. Estas prácticas estándar pueden incluir controles administrativos y de ingeniería, precauciones de higiene, prácticas específicas de seguridad laboral y equipos de protección personal que se requieren normalmente al manipular aguas residuales sin tratar. Más allá de las recomendaciones de los CDC acerca de cómo protegerse del COVID-19, no se recomienda el uso de ninguna protección adicional específica para el COVID-19 a los trabajadores involucrados en el manejo de aguas residuales, incluidos aquellos que trabajan en plantas de tratamiento de aguas residuales.

Almacenamiento: nunca almacene muestras a temperaturas mayores que la de refrigeración (4 °C). Refrigere las muestras durante el proceso de recolección. Si es posible, procese las muestras dentro de las 24 horas posteriores a la recolección ya que la vigilancia útil de aguas residuales depende de la rápida recolección de los datos. Las muestras restantes pueden congelarse a -70 °C para ser archivadas. Evite realizar más de un ciclo de congelamiento-descongelamiento. Los datos preliminares han mostrado una pérdida potencial de señal luego del congelamiento.

Envío: al enviar las muestras a los laboratorios, los CDC recomiendan empacar las muestras con compresas frías (4 °C) y realizar el envío el mismo día o al día siguiente. Empaque y envíe las muestras como Sustancia infecciosa de categoría B (UN 3373), de conformidad con las Normas de Materiales Peligrosos del Departamento de Transporte de los EE. UU. y la Reglamentación sobre Mercancías Peligrosas de la Asociación de Transporte Aéreo Internacional.