生物医学实验室操作中生物气溶胶的产生及其危害控制

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1、生物医学实验室操作中生物气溶胶的产生及其危害控制 军事医学科学院微生物流行病研究所丰风翔 前言 九一一事件之后的炭疽粉末震惊世界的生物恐怖攻击、S A R S 灾难、新加坡 和中国台湾和北京实验室相关感染以及最近的猪链球菌突发卫生事件等等说明了一个真理： 人类与传染病的斗争任务与人类共存；在社会发展中的任何阶段，任何国家都不能不对来自 自然的、人为的生物威胁采取有效的对策，以保护公众健康；各国卫生部门不得不投入大量 的人力和物力建立生物医学实验室，以满足临床检验和研究工作之需。然而，实验室相关感 染在世界范围内频频出现又给我们增加了重重困难。为此，笔者就实验室操作中有害气溶胶 的发生及其危害控

2、制做一综述 1 微生物气溶胶与实验室呼吸道感染及其影响因素 P i k e ( 1 9 6 5 ，1 9 7 6 ，1 9 7 8 ) ，对近4 0 0 0 例实验室相关感染统计分析表明，实验室相关 感染主要发生在研究实验室、临床诊断实验室、动物实验室，其中弄清原因的实验室感染只 占全部感染的1 8 ，不明原因的实验室感染却高达8 2 ，在这些不明原因的实验室感染中， 大多数是因为在操作病原微生物时形成了感染性气溶胶并在实验室中扩散，工作人员和有关 人员暴露后发生了空气传播感染。 无论是诊断实验室，还是研究实验室或动物实验室，在常规操作中产生的微生物气溶胶 可分为两大类：一类是“液滴核”( D

3、 r o p l e tn u c l e i ) 气溶胶，这种气溶胶的产生是由于外力 作用于含有微生物的液体，如液体标本、培养液形成颗粒进入空气，较大的很快沉积在各种 表面上形成了含有微生物的尘埃，较小的粒子水分很快蒸发形成“液滴核”成为非常小的颗 粒( 2 4 1 a m ) ，分散在空气之中，能够漂浮较长的时间和扩散较远的距离。另一类是含有生 物因子的粉尘气溶胶，这种气溶胶的产生是由于外力作用于干燥的培养物或尘埃粒子，悬浮 于空气之中，形成粉尘气溶胶。这两类微生物气溶胶对实验室工作人员都具有一定程度危害 性，危害程度的大小取决于微生物本身的“感染力”、“致病力”、“毒力”、“存活力”，气

4、溶 胶的浓度、粒子大小、其它的粒子特性。以及当时工作人员防护优劣和实验室内的微小气候 条件等。研究发现，粒径( p a r t i c l ed i a m e t e r ) 1 0 0 山n 的液滴很快沉降在各种表面上，如果 沉降在伤口或粘膜上感染的机会很大：粒径1 0 至5 0 9 m 的飞沫可以扩散，但大部分不易吸 入呼吸道，最终也是沉降；5 至1 0 9 m 粒子可随着吸入的空气进入气管、枝气管以上的呼吸 道，造成一定危害；粒径 5 9 m 的颗粒被人吸入后可以滞留在肺的深部，进行繁殖和扩散，其 危害最大。 曾用安德森空气微生物采样器( A n d e r s e nS a m p

5、l e r ) 测定了一些实验室操作过程中产生微 生物气溶胶颗粒的大小。结果发现，搅拌粉碎器产生的气溶胶颗粒中，粒径 5 9 i n 的占8 0 。其他操作如收取鸡胚培养 液、用吸管吹吸、混均、离心悬液、超声波粉碎感染性材料、摔碎菌液瓶等所产生的微生物 气溶胶颗粒，其平均粒子直径都( 5 t u n 。 一般来说，微生物感染力、致病力、毒力和存活力越强，微生物气溶胶颗粒浓度越高， 粒子径越小，实验室的环境越适合微生物生存，引起实验室感染的概率就越大。 上述数据表明，实验室常规操作中发生感染性气溶胶机会比较多。实验室人员应以上述 规律为指导正确处理致病微生物的实验操作活动。 2 实验室微生物气溶

6、胶的产生 实验室中许多操作过程可以产生微生物气溶胶，并随空气扩散而污染实验室的空气，当 工作人员吸入了污染的空气，便可以引起实验室相关感染( L a b o r a t o r y - a s s o c i a t e di n f e c t i o n ) 表1 列出能够产生微生物气溶胶的实验活动。 表1 能够产生微生物气溶胶的实验室活动 实验室活动微生物操作 1 接种微生物培养和划线培养； 培养介质中“冷却”带菌接种环； 燃烧带菌接种环； 2 吸液 用吸管吹打混合微生物悬液； 吸液管中菌悬液落在固体表面； 3 注射 排除注射器中的空气； 从塞子中拔出针头； 接种动物； 针头从注射器上脱

7、落喷出毒液； 4 离心 高速离心 5 解剖 离心管破裂 皮毛没有消毒或消毒不彻底 刀、锯等操作 血液喷发 6 其它 使用搅拌机、混合器、超声波仪； 和混合用的仪器： 灌注和倒入液体： 打开培养容器； 感染性材料的溢出； 真空冻干和过滤； 接种鸡胚和培养物的收取。 1 0 0 资料表明，对2 7 6 种操作进行了测试，其中2 3 9 种操作可以产生微生物气溶胶，占全部 操作的8 6 6 。在表2 中，将各种操作归纳为2 1 大项，按其产生微生物气溶胶颗粒的多少， 分为重度、中度和轻度三级。特别指出是，有些工作需要反复多次操作，即使一次操作产生 的气溶胶并不多，但由于多次操作同样可以在短时间内产生

8、大量的微生物气溶胶，对工作人 员造成严重危害。 表2 可产生各种严重程度微生物气溶胶的实验室操作一次 轻度( 1 0 0 个颗粒) 玻片凝集试验；腹腔接种动物，局部不涂消毒剂； 离心时离心管破裂； 倾倒毒液；试验动物尸体解剖：打碎干燥菌种管； 火焰上灼热接种环：用乳钵研磨动物组织；打开干燥苗种安瓶； 颅内接种；离心沉淀前后注入、倾倒、混悬毒液；搅拌后立即打开搅拌器 接种鸡胚和抽取培 毒液滴落在不同表面上；盖： 养液；用注射器从安瓿中抽取毒液：小白鼠鼻内接种； 接种环接种平皿、试管或三角烧瓶等； 注射器针尖脱落喷出毒 打开培养容器的螺旋瓶盖；液； 摔碎带有培养物的平i 1 1 1 _ ；刷衣服、

9、拍打衣服： 值得强调的是，在医学微生物研究实验室操作中，除了避免错误操作以外，实际工作中 应该对自己的实验活动和过程做出危险评估，做到防护措施有较强的针对性，做到心中有数。 3 实验室空气传播与感染概述 以往，在微生物学实验室中，大部分传染性和致病性较强的病原体都发生过实验室相关 感染，并且气溶胶传播感染非常严重。下面就几类病原微生物的实验室感染传播途径作扼要 介绍。各种病原体实验室相关感染的资料汇总在表3 中。 1 0 1 表3 一些病原微生物实验室相关感染的途径 感染途径 病原微生物 皮肤接触或粘膜接触吸入食入接触动物 细菌： 炭疽杆菌 +?+ 百日咳杆菌 + 一 布鲁氏杆菌属+ + ?

10、+ 伯纳特立克次体 + + 土拉弗氏菌 + 钩端螺旋体属 +? 结核分支杆菌 + 一 ? 类鼻疽假单胞菌?+ 一 ? 伤寒杆菌 +?+? 梅毒螺旋体 + 霍乱弧菌 + + 鼠疫杆菌 + 病毒： 汉坦病毒 。 + 肝炎病毒( 乙肝和丙肝) +? 一 猴疱疹病毒 +7 + 人类免疫缺陷病毒 +7 拉沙病毒 + 淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒 + 马尔堡病毒 + 一 + 埃波拉病毒 ， + - + 狂犬病毒 + - + 委内瑞拉马脑炎病毒 + + 真菌； 厌酷球孢予菌 +?+ 荚膜组织胞浆菌 + 一 肉毒： 毒素 + 葡萄球茼毒素B+ + + 寄生虫： 锥虫属 + 注明：+ 能够发生实验室感染，不能发生

11、实验室感染，? 不清楚 4 实验室空气传播与感染的控制措施 通过以上分析，实验室空气传播与感染主要由三个过程组成，一是微生物气溶胶的产生， 二是微生物气溶胶的扩散，三是微生物气溶胶人体暴露和吸入。因此，要控制或减少实验室 空气传播和感染的发生，要有相应的生物安全措施，以控制实验室微生物气溶胶感染的三个 过程。下面就这两方面加以论述： 4 1 防止微生物气溶胶产生的安全操作技术 前面已经介绍了哪些实验室操作能够产生微生物气溶胶，在测试的2 7 6 种操作中有2 3 9 种操作可以产生微生物气溶胶。在这2 3 9 种能够产生微生物气溶胶的操作中，有些操作产生 气溶胶是由于工作人员在操作过程中不规范

12、或违反操作规程所致：另外一些产生气溶胶的过 程是由于操作方法不当或器材使用不恰当所致。综合各家研究结果表明：用玻璃棒接种光滑 的琼脂平面比用接种环接种粗糙琼脂平面所产生的气溶胶少9 9 ：用冷接种环沾取菌液比用 热接种环所产生的气溶胶少9 0 ；使菌液依靠重力由吸管中流出比用吹出所产生的气溶胶少 6 7 ；菌液滴落在浸有消毒液的毛巾上比滴落在硬桌面上所产生的气溶胶少9 0 ；用针头从 盖有橡皮塞的瓶中抽液时，用酒精棉球围住瓶口比不用时所产生的气溶胶少9 9 。由此可见， 在操作方法上或器材使用上略加改进，即可大大减少微生物气溶胶的产生和危害性。下面就 微生物实验室常见的、可能产生微生物气溶胶的

13、操作技术的生物安全要求作扼要介绍： 4 1 1 注射器的使用 使用注射器和针头是最有危害的实验室操作。当使用者推进空气调整注射器容量时会产 生气溶胶，当从橡皮塞中拔出针头时会产生气溶胶，当在注射过程中针头从注射器突然脱落 下来时会产生气溶胶。可见，使用注射器和针头时，有很多操作都能够产生气溶胶。因此， 在使用注射器和针头时要特别注意一下几点： ( 1 ) 针头必须牢固固定在注射器上，防止针头突然脱落产生气溶胶。使用带有锁扣的针头与 注射器较为稳妥。 ( 2 ) 从带有橡皮瓶塞的瓶中抽取微生物悬液时，应该用消毒棉球将瓶口与针头围住，以防向 内注入空气或拔出针头时产生的气溶胶逸出。 ( 3 ) 抽

14、取微生物悬液时，尽量减少泡沫的产生，推出气体时必须使用带有脱脂棉球的“排气 管”。装有微生物悬液的注射器的针头也要用脱脂棉球包好，以防不慎推动管芯将悬液 喷出。 ( 4 ) 动物( 或蛋壳) 的注射部位，在注射前后都应用消毒液涂抹消毒，防止微生物悬液污染 皮毛或蛋壳后，产生气溶胶。 ( 5 ) 注射完毕后把注射器浸泡在消毒液中，小心抽出注射器管芯。 4 1 2 吸管的使用 移液是另一种一直具有潜在危害的实验室技术。当使用吸管混均微生物悬液时，能够产 生气溶胶；当吸管中的微生物悬液滴落地硬桌面或工作台面上时，可以产生气溶胶。防止使 用吸管产生气溶胶应注意以下几点： 1 0 3 ( 1 ) 尽量不

15、使用吸管混均微生物悬液。必须使用时，应尽量将吸管的管口置于液面以下吹打， 尽可能地不产生或少产生气泡。 ( 2 ) 吸管中液体应依靠重力沿容器壁流下，不得垂直滴入容器和用力吹出。 ( 3 ) 在使用吸管移液时，工作台面上应铺一层浸有消毒液的毛巾，以防吸管中的微生物悬液 滴落到工作台面上。 4 1 3 病原微生物的接种 微生物接种环的使用是实验室常见的一种产生气溶胶的来源。使用接种环产生气溶胶的 操作有：接种环上液体的自然流出、接种环在固体培养基上划线( 特别是在粗糙界面上划线) 、 把“热”的接种环放入培养液中冷却和在开放的火焰上加热接种环等，这些操作都能够产生 气溶胶。因此，在使用接种环接种

16、微生物时应注意以下几点： ( 1 ) 打开菌( 毒) 种管时，应用挤干酒精的棉球围住安瓿颈部防止气溶胶散出。将安瓿颈 部烧热，用冷的湿棉球使之突然破裂，可以大大减少气溶胶的产生。 ( 2 ) 琼脂平板要尽可能地选用表面光滑的，不用表面粗糙的平板。 ( 3 ) 接种环应用弹性小的金属丝制作。丝杆要短，环不宜过大。用接种环划种琼脂平板时 动作要缓慢稳重。 ( 4 ) 占有菌液的接种环应在毛巾上吸干后再放到火焰上烧灼，以减少气溶胶的产生。 ( 5 ) 为防止热接种环放入菌液中产生气溶胶，可用两个接种环轮换使用。 ( 6 ) 混匀微生物悬液时，用旋转式转动代替左右摇动，可减少气溶胶的产生；摇动时不要 使悬液弄湿试管塞，最好在试管塞外再包一层消毒纸巾，以防止气溶胶外逸。 4 1 4 病原微生物液体的离心 实验室标准离心时由于离心管破裂或泄漏所致的微生物外溢是常见事故。离心事故引起 实验室相关感染