情報コーナー

水質基準
?Water Quality Standards ?

はじめに

長年にわたり、実験動物施設の管理者たちが Edstrom Industries に電話をしてきて次のように尋ねました。

 ● “実験動物の飲水の基準はなにか?”

 ● “細菌数はどこまで許容できるか?”

 ● “何のために水を検査するか?”

彼らは Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (1996) の一般的な説明よりももっとなにか具体的なものを求めている。The Guideには次のように述べられている:

通常、動物はその特別な要求に従って、飲料に適した汚染されていない飲水を飲むことができなければならない。水質および飲水に適していることの定義は地方によって異なる(Homberger and others 1993)。pH、硬度、微生物汚染および化学的汚染の定期的なモニタリングは、水質が許容できることを確認するために必要かもしれない。とくに、特定の場所の水の通常成分が、得られる結果に影響する可能性をもつ試験に用いる場合には必要である。プロトコールが非常に純粋な水を求めているときには汚染を少なくするあるいは皆無にするために水を処理あるいは精製することができる。水処理法の選択は、多くの形態の処理法が生理学的変化、ミクロフローラの変化あるいは実験結果に対する影響を起こすので、慎重に検討しなければならない(Fidler 1977; Hall and others 1980; Hermann and others 1982;Homberger and others 1993)。たとえば水道設備の塩素処理はある動物種には有益であるが他の動物種(水生動物のような)には有毒である。

推奨
より具体的な水質基準として、我々は以下のことを推奨する:

  1. 環境保護局(EPA)の基準に適合すること。“飲用可、汚染されていない”水をヒトが飲むためのEPAの一次(健康関連)飲水基準に適合する水と解釈するのが妥当である。
  2. 貴施設の試験研究にとって関心のある汚染物に限界値を定め検査すること。たとえば、毒性試験では、飲水中で被検物質と干渉するあらゆる化学汚染物を検査する。免疫不全動物では、細菌数について厳しい限度値を定める。
  3. 他の施設や機関の限度値から学ぶ。実験動物施設の中には自らの微生物学的水質目標を定めているところがある。配管給水システムで達成可能な細菌学的水質レベルについては、米国薬局方の薬用水を参照する。
  4. 純水が規定されているならば浄化プロセスをモニターする。水の浄化(通常、逆浸透による)は水から汚染物を除去し、地方の水道水の不調に対して標準化した水質を供給する。浄化プロセスを、通常、電導度または除去率を検査することによってモニターする。

1980年の Charles River のシンポジウムにおいて、Gordonn Newell は実験動物業界は規制当局が水質規則を定める前に協力して水質基準を定めなければならないと示唆している。これは、まだなされていない。

この冊子の目的は、EPA 基準、薬用水の基準、および前向きな施設が行っていることに基づいて水質基準を推奨することである。Edstrom Industries はこの冊子が施設管理者が自らの水質基準を設定するお役に立てばと願っている。

EPA 飲水基準

多くの施設は、、通常の動物のための“飲用可、汚染されていない”水の条件を、少なくとも、ヒトが飲むためのEPA 飲水基準に適合している水と解釈している。EPA 基準とはなにか?

EPA は the National Primary Drinking Water Regulation を管轄する。これは Maximum Contaminant Levels (MCLs)(最大許容汚染物濃度)を定めている。 MCLs は公共水道のユーザーに配水される水の汚染物の最大許容濃度である。それは the Safe Drinking Water Act(安全飲水法)の下に守られている。EPA は非強制の Maximum Contaminant Level Goals (MCLGs)(最大許容汚染物水準目標)も定めている。この水準ではヒトに既知または予知される有害作用が起こらず、適切な安全域を示している。強制的な MCL は公共水道に用いることができるコストと処理技術を考慮に入れて、できるだけ MCLG に近く設定されている。

Health Advisories(保健報告書)はヒトの健康に影響を及ぼす可能性があり、飲水に存在することが知られているか予知される汚染物に関する情報を提供する。保健報告書はいろいろな期間(たとえば、1日、10日、長期、および生涯)の暴露に対する癌以外の健康影響に基づく指標値である。

National Secondary Drinking Water Standard(連邦二次飲水基準)は水の味、臭い、色、およびある種の他の美的特性に関する非強制の連邦ガイドラインである。EPA はそれらを妥当な目標として推奨しているが、連邦法は水道がこれらを遵守することを求めていない。

EPAの飲水基準を表1に示す。

USP 規格

実験動物の飲水に適用できるものを見るには薬用水基準を知ることが有用である。これは、とくに細菌学的汚染物に当てはまる。いかなる配管給水システムにおいても絶対的無菌水を得ることは不可能であるが、自動給水システムでは(適切な設計と運用によって)USP の純水の品質を達成することが可能であり、USP の注射用水に近づけることができる。

USP とはなにか?

The United states Pharmacopoeia Convention は医薬品、器具および診断薬の基準を設定する民間の非営利機関である。これは2つの大要(要約文書)を発行する。合衆国薬局方(USP)には医薬品の基準が含まれる。合衆国処方集 (NF)は医薬品の賦形剤(担体または希釈剤として使われる不活性物質)の基準を設定する。これらの基準の最新版は USP 23 および NF 18 であある。

法的立場

USPの“モノグラフ”セクションに掲載されている基準は FDA によって法的に強制されている。“一般情報”セクションはFDAによって強制されていない。

USPの水

USPモノグラフはバルク形式で調製される2つの水を載せている。純水(PW)は他の純水と区別するために USP 純水と呼ばれることが多い。そして注射用水(WFI)がある

USP 純水(PW)

USP 純水は USP 23モノグラフに以下のように記載されている。

“純水とは蒸留、イオン交換処理、逆浸透、あるいは他の適当なプロセスによって得られる水である。これは EPA の飲料水に関する規制を順守した水から調製される。純水は添加物を一切含まない。”

微生物学的水質

PW の細菌学的純度に関して、モノグラフ(法的に強制力のあるセクション)は PW は飲料水のための EPA 規制を遵守しなければならないと述べているだけである。EPA 規制は大腸菌に対する限度を定めているだけである。USP 23 の情報セクションでは、成分水の微生物学的コントロールの限界ガイドラインを扱っており、以下のように述べている。

“飲料水源として用いることができる総菌(好気性)数は 500 cfu/mL である。純水の一般ガイドラインは 100 cfu/mL である。”

cfu/mLで示すこれらの数は、推奨される警告/限界限度を示す助言ガイドラインにすぎない。情報セクションも PW の細菌学的限界限度値はその水の用途と製造する製品の性質に合わせて決めるべきだと示唆している。それは、PW の微生物学的限度値はケース・バイ・ケースで決める必要があることを認めている。

1996 年 11 月から有効の USP23 補遺5は総菌数の方法を規定している。それには、“Plate Count Agar を用い 30-35℃の培養温度で48時間(最低)で1 mLサンプルの従属栄養プレートカウント”と述べられている。この方法は高純水中の“飢えた”細菌を少なく見積もるので、論議がある。(Collentro 1996)

化学的水質

1996 年11月15日以降、以前の無機化学検査(カルシウム、硫酸塩、塩化物、アンモニアおよび二酸化炭素の)は3段階電導度検査に変わった。電導度の限度は pH 依存であるが、たとえば、pH 7.0 では電導度は 5.8 μS/cm以下でなければならない。酸化性物質の以前の検査は 0.05 mg/L の総有機炭素(TOC)に変わった。TOC は測定する水に存在する有機分子を炭素として間接的に測定するものである。新しい検査は検査室ではなくて計測装置を用いて連続的にインライン・モニタリングすることを可能にする。

注射用水(WFI)

USP 23モノグラフは次のように述べている。

“注射用水(WFI)は蒸留または逆浸透によって浄化した水である”

WFI は蒸留あるいは2段階 RO のいずれかによって製造される。それは通常、微生物学的品質基準を満足させるために80℃で貯蔵され配水される。

微生物学的水質

USP モノグラフは WFI の細菌数限度に言及していない。滅菌する必要はないが、モノグラフは WFI は 0.25 USPエンドトキシン単位(EU)/ml以上を含まないことを規定している。エンドトキシンはグラム陰性菌(水中に存在する最も一般的な細菌)の細胞壁の成分であるパイロジェンの一種である。エンドトキシンは細菌細胞の発育中および死菌から流出する。間接的に、水のエンドトキシン濃度を低くするためには、その微生物学的水質が非常に高くなければならない。USP の情報セクションでは、10 cfu/100 mL の限界限度を推奨している。検査に推奨される方法は100-mL サンプルの膜濾過および培養温度 30-35℃、48時間におけるプレートカウント寒天である。

化学的水質

WFI の化学的純度基準は PW と同じである。

化学的水質基準

EPAが規制する化学的汚染物

The Guide に述べられているように“通常の動物”のための“飲用可、汚染されていない”飲水の基準は、実験動物の飲水は、少なくとも、ヒトが飲むための EPA の一次(健康関連)飲水基準を遵守していなければならないことを意味していると解釈できる。これは。USP 純水が EPA 規制を遵守している水を用いて調製しなければならないという基準と似ている。EPA が規制している汚染物を表1に示す。

推奨
水は EPA 一次飲水基準に適合しなければならない。規制化学物質を貴施設で検査するか、あるいは貴地区の水道ユーティリティーから資料をもらわなければならない。これらの汚染物を検査している実験動物施設は通常、年に 1-4 回行っている。

pH

The Guide は pH は定期的にモニタリングする必要のあるものとして特別に述べている。下限度を設定する理由は、低いpHの水は腐蝕性であり配管成分を溶解するということである。これは、とくに水が真鍮や銅の配管システムと接触するときに問題となる。この場合に、銅、亜鉛。および鉛が実験動物の飲水中に溶け出してくる。上限度を設定する理由は、高い pH は硬度スケールの沈殿を促進すること(硬度の項を参照)、および塩素消毒が高 pH ではあまり効果的でないということである。実験動物施設の中には緑膿菌や他の一般水生菌を殺すために実験動物の飲水を pH 2.5-3.0 になるように酸処理しているところがある。

許容 pH の推奨範囲
真鍮および銅の配管成分と接触する水:6.5-8.5

ステンレススチールおよび/またはプラスチック配管内の水: 2.5-8.5

注:最も有効な塩素消毒のためには、pHは7.0以下でなければならない。

硬度

硬度の上限値を設定する理由は、硬水が自動給水システム内に炭酸カルシウムのスケール沈着を起こし、飲水バルブの水漏れや他の運転上の問題の原因となるということである。The Water Quality Association によると、測定した硬度が 120 mg/L を越えるとその水は硬水とみなされる。水の硬度を測定するだけではスケール問題を起こすかどうかを予測するのに不十分である。もっとよい予測は the Langelier Saturationn Index (LSI) である。LSI(pH、総溶解固形分、、カルシウム硬度およびアルカリ度から計算される)がゼロよりも大きいとき、その水はスケールを起こす傾向がある。

推奨
自動給水システムに用いる水の LSI はゼロ以下でなければならない。

総溶解固形分あるいは電導度

総溶解固形分(TDS)および電導度はともに飲水の総無機ミネラル含量を示す。これらの検査のいずれかが水から無機汚染物を除去するための水の純化プロセスによる水の品質が一定であることをモニターするために用いられる。逆浸透(RO)水の典型的な電導度は水源の電導度の違いによって1-100 micromhos/cmの間にある。通常、電導度はインライン・センサーによって測定される。

推奨
水を逆浸透、脱イオンあるいは蒸留によって浄化するとき、浄化プロセスを生産水のTDSまたは電導度を測定することによってモニターしなければならない。最大限度を水源の品質および浄化プロセス性能に基づいて設定しなければならない。

消毒剤

自動飲水システムは公共飲水源からの残留消毒剤を含むか、あるいは細菌の発育を抑えるために実験動物の飲水に消毒剤を追加注入することがある。EPA はこれらの一般的な消毒剤の最大汚染濃度について提案/試案を出している。

- クロラミン 提案 MCL = 4 mg/l
- 塩素 提案 MCL = 4 mg/l
- 二酸化塩素 試案 MCL = 0.8 mg/l

推奨
飲水中の消毒剤は実験動物飲水中の濃度を記録に残すために定期的に測定しなければならない。実験動物施設において消毒剤を追加して添加する場合には、その濃度を、注入ポイントと自動給水システム下流の最遠ポイントの両方で1週に1-7 回測定するのが一般的である。

その他

実験動物の飲水は貴施設における研究プロトコールに支障を与えるおそれのある他の汚染物について検査しなければならない。

微生物学的水質基準

実験動物の飲水のための微生物学的水質指針を設定するためには、EPA(環境保護局)の飲水および USP(米国 薬局方)の PW(純水)とWFI(注射用水)のためのガイドラインと規制を理解することが役に立つ。

処理技術を特定する

EPA 規制は飲水中の多くの微生物汚染について特定の最大汚染物限界値のかわりに処理技術(濾過、消毒など)を特定している。飲水伝播微生物を検査することは複雑でコストがかかるので、飲水中の病原体を日常的に検査することは不可能である。特定の病原体を検査するときでも、検査方法が不適切なために陰性結果となる可能性がある。あるいは、飲水をサンプリングしたその時点で安全な水質であることが示されるかもしれないが、検査の1時間前あるいは後でも安全な水を期待できることは保証されていない。

このタイプのガイドラインが実験動物の飲水に採用されるならば、たとえば、施設は、細菌、ウイルスおよび病原性原虫の最大濃度を規定するかわりに最低濃度の消毒薬を含む逆浸透水を規定するかもしれない。

特定微生物の限度をセットする

EPA の大腸菌に対する MCL は <1/mLであり、ランブル鞭毛虫、レジュネラ、およびウイルスに対する非強制 MCLG はゼロである。

水の用途に基づいて限度をセットする

USP の純水ガイドラインは 100 cfu/ml での総菌数に対して限界/警告限度を示しているが、微生物限度はケース・バイ・ケースで規定すべきことも認識している。USP の純水に対する菌数限度が水の用途に基づいているように、実験動物の飲水の微生物限度も実験動物の要求あるいは試験の要求に基づく必要があるかもしれない。おそらく動物のタイプあるいは試験のタイプが異なれば推奨値が異なる必要があるであろう。

完全滅菌水を期待するな

配管システムから配給される水が完全に無菌であることはありえない。純水システムの中でさえどのようにして細菌が付着し増殖するかをお知りになりたければ、以下のウェブサイトをご覧ください。

http://www.edstrom.com/lab/update/may97/may97.htm
最高品質の薬用水でも完全な無菌を期待できない。USP の注射用水は 80℃ で保存され配水されるけれども、推奨限界値は 10 cfu/100 mL(“ゼロ”ではない)である。常温自動給水システムでは非常に低い菌数が可能であるが、飲水は無菌ではない。

推奨ガイドライン

ここに実験動物用飲水のための推奨ガイドラインのいくつかを示す。

大腸菌

大腸菌検査は糞便汚染があったことを示す信頼できる指標である。そして、結果的に病原体と相関している。EPA の大腸菌に対する MCLは <1/mL である。多くの実験動物施設は実験動物の飲水を大腸菌について検査し、この限界を用いている。(Microbiological Survey of Automated Watering Systems, Dreeszen, 1996を参照のこと)

推奨
実験動物の飲水はEPAの水道水と同じであるべきである(大腸菌<1/mL)。

総菌数

従属栄養体プレートカウント(HPC)は“総菌数”または“プレートカウント”とも呼ばれ、栄養物中における一定の培養期間中にコロニーに発達するサンプル中の推定菌数を示す。この検査は非病原体、病原体および日和見病原体を含む広いグループの細菌を検出するが、検査する水サンプル中にある細菌の全てを報告しようとするものではない。HPC は飲水の一般生物学的水質が低いことを示す指標である。

EPA および世界保健機構(WHO)のような保健機関は“プレートカウントの基準を設定することを、おそらく病原性が欠除していることと濃度のバラツキが大きいために、避けてきた(DeZuane, 1990)。”ヒト飲水用の推奨 MCL はまだ提案されていないが、EPA は高いプレートカウントが水質の劣化を意味することを認めている。飲料水の上限は通常 500 cfu/mL である。ある文献(DeZuane 1990)によると 100 cfu/mL 以下は“飲用可”であり 100-500/mL は“疑わしい”である。

USP の純水には 100 cfu/mL の非強制の限界ガイドラインがある。100/mL 以下のプレートカウントは塩素添加水で容易に得られるので、これはおおくの実験動物の飲水の一般的限界/警戒水準とすることができる。カウントが一般的に 100/mL 以下であるならば、正常な変動は 500/mL 以下のカウントを維持しなければならない。多くの実験動物施設は HPC 細菌に施設自身の限度を設定しており、それは <1 cfu/mL から <1000 cfu/mL の幅がある。(Microbiological Survey, Dreeszenn, 1996)

推奨
通常の動物には、総菌数警告/限界水準の 100 cfu/mL は自動給水システムで達成することが可能であり、良好な全体的微生物学水質が得られる。より低い水準が免疫不全動物あるいは特殊な動物モデルに望まれるかもしれない。

緑膿菌

緑膿菌は一般的な水生細菌であり、そして日和見細菌であり、免疫不全動物に感染することができる。Edstrom Industries ヤMicrobiologicl Survey (Dreeszen, 1996)では、施設は <1/100mL から <1000/mL のどこかに目標を設定している。これは実験動物施設が重要と考えている一つの基準であるが、推奨水準は動物のタイプによって異なるかもしれない。

推奨
免疫不全動物を収容している施設は緑膿菌ををモニターし限度を設定しなければならない。いくつかの施設が設定している一般的な限度は<2 cfu/mLである。

ウイルスと病原性原虫

ウイルスとジアルジアに対する EPA の MCLG はゼロであるけれども、ウイルスおよび原虫(クリプトスポリジウムも含む)の検出は難しく、ヒト飲料水の日常的な分析は技術的に不可能である。

推奨
ウイルスまたは病原性原虫に関心があるならば、汚染限度を規定するかわりに、逆浸透あるいはオゾン処理のような効果的な水処理技術を規定することができる。

水質基準の比較

表1はEPA飲水基準、USP薬用水基準、および実験動物の飲水に推奨される基準をまとめて比較したものである。星印*は限度が EPA の一次基準 MCL と同じであることを示している。他の記号および略語は表の終わりに定義してある。

表1.水質基準(とくに定めない場合 mg/l)

汚染物 EPA 基準 (10/96 現在) USP 23 (11/96 現在) 実験動物の飲水  
一次
MCL (1)
MCLG
(2)
二次
MCL (3)
純水 WFI
有機汚染物
アジピン酸塩(ジエチルヘキシル) 0.4 0.4   * * *
Alachor 0.002 0   * * *
Aldicarb 0.007 0.007   * * *
Aldicarbハsulfone 0.007 0.007   * * *
Aldicarbハsulfoxide 0.007 0.007   * * *
アトラジン 0.003 0.003   * * *
ベンゼン 0.005 0   * * *
ベンゾ(a)ピレン(PAH) 0.0002 0   * * *
Carbofuran 0.04 0.04   * * *
四塩化炭素 0.005 0   * * *
クロルデン 0.002 0   * * *
2,4-D 0.07 0.07   * * *
Dibromochloropropane (DBCP) 0.0002 0   * * *
p-ジクロロベンゼン 0.075 0.075   * * *
o-, m-ジクロロベンゼン 0.6 0.6   * * *
1,2-ジクロロエタン 0.005 0   * * *
1,1-ジクロロエチエン 0.007 0.007   * * *
シス-1,2-ジクロロエチレン 0.07 0.07   * * *
トランス-1,2-ジクロロエチレン 0.1 0.1   * * *
1,2-ジクロロプロパン 0.005 0   * * *
ジ(2-エチルヘキシル)フタレート(PAE) 0.006 0   * * *
Dinoseb 0.007 0.007   * * *
ダイクォット 0.02 0.02   * * *
Endothall 0.1 0.1   * * *
エンドリン 0.002 0.002   * * *
エチルベンゼン 0.7 0.7   * * *
エチレンジブロマイド 0.00005 0   * * *
Glyphosate 0.7 0.7   * * *
ヘプタクロル 0.0004 0   * * *
ヘプタクロルエポキシド 0.0002 0   * * *
ヘキサクロロベンゼン 0.001 0   * * *
Hexachlorocyclopentadiene 0.05 0.05   * * *
リンデン 0.0002 0.0002   * * *
メトキシクロル 0.04 0.04   * * *
モノクロロベンゼン 0.1 0.1   * * *
Oxamyl (Vydate) 0.2 0.2   * * *
ペンタクロフェノール 0.001 0   * * *
ピクロラム 0.5 0.5   * * *
ポリ塩化ビフェニル(PCB) 0.0005 0   * * *
シマジン 0.004 0.004   * * *
スチレン 0.1 0.1   * * *
四塩化エチレン 0.005 0   * * *
トルエン 1.0 1.0   * * *
トクサフェン 0.003 0   * * *
2,4,5-TP シルベックス 0.05 0.05   * * *
トリクロロベンゼン(1,2,4) 0.07 0.07   * * *
1,1,1-トリクロロエタン 0.2 0.2        
1,1,2-トリクロロエタン 0.005 0.003   * * *
トリクロロエチレン 0.005 0   * * *
塩化ビニル 0.002 0        
キシレン 10 10   * * *
総トリハロメタン 0.10 0   * * *
総有機炭素(TOC)       0.05 0.05  
無機汚染物
アンチモン 0.006 0.006   * * *
ヒ素 0.05 -   * * *
石綿 7 MFL 7 MFL   * * *
バリウム 2 2   * * *
ベリリウム 0.004 0.004   * * *
カドミウム 0.005 0.005   * * *
クロム 0.1 0.1   * * *
1.3 1.3 1.0 * * *
シアン化物 0.2 0.2   * * *
フッ化物 4.0 4 2.0 * * *
0.015 0   * * *
水銀 0.002 0.002   * * *
ニッケル 0.1 0.1   * * *
硝酸塩(Nとして) 10.0 10.0   * * *
亜硝酸塩(Nとして) 1.0 1.0   * * *
セレン 0.05 0.05   * * *
タリウム 0.002 0.0005   * * *
アルミニウム     0.05 - 0.2      
塩化物     250 (4) (4)  
    0.3      
マンガン     0.05      
pH     6.5 - 8.5 5.7 - 7.0 5.7 - 7.0 6.5 - 8.5 (brass)
2.5 - 8.5 (ss/plastic)
    0.1      
硫酸塩     250 (4) (4)  
総溶解固形物(TDS)     500 (4) (4)  
亜鉛     5.0      
アンモニア       (4) (4)  
カルシウム       (4) (4)  
重金属       (4) (4)  
電導度       4.7 – 5.8 µS/cm (depending on pH) 4.7 – 5.8 µS/cm (depending on pH)  
放射性核種
総アルファ粒子放射能 15 pCi/L ++   * * *
β粒子および光子活性 4 mrem/yr ++   * * *
ラジウム226および227(合計) 5pCi/L ++   * * *
微生物学的汚染物
大腸菌(合計 <1/100 mL 0   * * *
ランブル鞭毛虫 TT 0       TT
従属栄養体プレートカウント TT NA   100 cfu/mL** 10 cfu/100 mL** 100 cfu/mL**
レジュネラ TT 0       TT
緑膿菌.           1 cfu/mL**
パイロジェン         < or equal to 0.25 EU/mL  
濁度 0.5 – 1.0 NTU NA       *
ウイルス TT 0       TT

(1)一次飲水基準;最大汚染物水準は国として強制力を持つ。

(2)最大汚染物水準目標は強制力を持たない。

(3)二次飲水基準は国として強制力を持たない。これらの限度値は水の美的品質に影響するおそれのある汚染物である。

(4)これらの湿化学検査は11/15/96から有効のUSP 23第5補遺による電導度基準によって置き換えることができる。

* EPA の一次飲水基準の MCL と同じとみなす。
** 限界ガイドライン、強制的な限度値ではない。ケース・バイ・ケースで限度値を設定。
TT 測定濃度ではなく、処理技術を特定。
++ 最終 MCLG ではないが、1991年にゼロが提案されている。

参考文献

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