基于EIAproA软件的火车站室外广场肉毒毒素扩散情况和处置程序研究

范庆典，毕 波

(武警学院 a.研究生队； b.消防指挥系，河北 廊坊 065000)

0 引言

现如今，社会发展的同时也伴随着各类事故的发生，美国生物实验室事故、H2N2流感病毒样本风波、“炭疽邮件”等事件使人们清醒地认识到生物事故已经成为当今社会不容忽视的问题。这其中危害最为严重、影响最为广泛的当属生物恐怖袭击事件。生物恐怖袭击是指将病毒、病菌等病原体或其产物(如肉毒毒素)释放在媒介中，或直接接触伤口诱导人体、动植物发生病变、死亡，从而达到某种经济、政治或宗教目的的活动[1]。2001年“炭疽邮件”事件发生后，美国加强了对生物恐怖袭击的防控，并在2003年建立了生物监测计划[2]，同时其相关部门还着手对恐怖袭击微生物病原体的研究，用于疫苗的生产[3]。在国内，有大量学者就恐怖袭击所用的病原体的扩散特性做了深入研究，分析认为风速、风向对毒素在下风向、建筑物不同壁面的分布情况有一定的影响[4-7]。此外，路旁绿化带叶片的吸附作用[8]、天桥、高架桥的阻挡作用[9]、事故附近的温度场[10-11]和相对湿度[12-13]对其分布也具有较大影响。公安部基于此类研究制定了一系列应急处置措施，提出了中国政府防范生物恐怖危机的组织管理体系、法律保障机制、公共管理对策以及危机后的重建工作等建议[14]。本文则借助EIAproA软件中的AERMOD和SCREEN3两种气溶胶扩散模型分别模拟肉毒毒素气溶胶在火车站室外广场释放数小时后的扩散情况，结合其毒性特性，进而评估人员危害程度，并借助评估结果作出合理的应急处置措施。

1 软件模拟

1.1 参数设定

1.1.1 肉毒毒素的基础数据

经查阅文献可得到肉毒毒素基础数据，其无系统致死量、吸入半数致死剂量LD50和吸入致死剂量LD100分别为≤2.54 ng·kg-1、3 ng·kg-1和13 ng·kg-1[15-17]。现设定火车站室外广场人员平均体重为75 kg，则其致死剂量为0.975 μg、半数致死剂量为0.225 μg，当人员吸入肉毒毒素剂量小于0.190 5 μg时无中毒现象。以人每分钟平均吸气7.5 L计算[18]，则1 h吸入空气为0.45 m3，经换算，1 h内无系统致死浓度、半数致死浓度、致死浓度分别为：≤0.4 μg·m-3、0.5 μg·m-3、2.17 μg·m-3。

1.1.2 释放源数据

释放源的具体数据以市面上销售的德国Topas SAG-410型气溶胶发生器的相关参数进行设定，此类气溶胶发生装置的具体参数：烟筒出口内径为0.15 m、输入烟气流量为5 m3·h-1、出口烟气密度为0.1 kg·m-3，气溶胶的排放强度为0.5 kg·h-1。根据实际情况设定气溶胶中肉毒毒素的含量约为1%，即其释放强度为5 g·h-1。

1.1.3 气象数据

表1所示地面气象数据由中国气象局网站获得，表示北京往年冬季气象数据平均值。

现场气象数据如表2所示，设定火车站人员的平均身高约为175 cm，通过中国气象局网站查询和事故现场测取获得冬季北京地区距地面约1.75 m处的气象数据，并取其平均水值。

表2 现场气象数据

1.2 模拟计算

1.2.1 SCREEN3模型的模拟计算

由SCREEN3模型计算得出肉毒毒素浓度随释放源下风方向距离的变化数据。其中，下风方向160 m和400 m处肉毒毒素的浓度值分别与其致死浓度2.17 μg·m-3和半数致死浓度0.5 μg·m-3接近；450 m处的浓度值略小于无系统致死浓度0.4 μg·m-3。将肉毒毒素浓度随释放源下风方向距离的变化数据制成肉毒毒素浓度-距离曲线，如图1所示。图1表明肉毒毒素浓度在释放源100 m范围内的变化较快，之后缓慢降低。综合分析图形，得出在距释放源160 m处，肉毒毒素的浓度为2.25 μg·m-3，人员处于致死浓度中；400 m处的浓度为0.43 μg·m-3，人员处于半数致死浓度中；距释放源450 m以外的人员相对安全。

图1 肉毒毒素浓度-距离曲线

1.2.2 AERMOD模型的模拟计算

与SCREEN3模型只能计算释放源下风向肉毒毒素浓度分布情况不同，AERMOD模型可以较为准确地计算释放点周围一定范围内一些点的浓度值和变化情况。通过模型模拟，得出图2所示的释放源周围预测点处的毒素浓度值(μg·m-3)。

图2 预测点的肉毒毒素浓度

借助Surfer8软件处理上述数据，做出肉毒毒素浓度等值线，如图3所示(蓝色曲线表示致死浓度，绿色曲线表示半致死浓度，红色曲线表示无系统致死浓度)，在图中标出了风向标和方向标。可以看出浓度值2.17 μg·m-3的最远作用距离约为150 m；半致死浓度最远作用距离约为550 m；下风向670 m外为肉毒毒素无致死作用浓度区域。

图3 下风向浓度等值线

如表3所示，由于SCREEN3模型和AERMOD模型适用范围不同，因此两种模型计算的结果存在差异。为更大程度地减少人员伤亡，现将警戒区域、半致死区域、致死区域分别取为半径670 m、450 m和160 m的圆环或圆形区域。图4中标出了肉毒毒素各浓度值的作用范围(箭头指向表示人员疏散方向)，并分别用A、B、C、D表示致死区域、半致死区域、警戒区域和安全区域，同时根据实际情况确定人员疏散方向和洗消区域。

表3 两种模型计算结果对比

图4 应急处置图

2 人员危害分析

2.1 确定评估标准

将前面得到的肉毒毒素具体毒性数据作为人员危害的评估标准，即不致死浓度、半数致死浓度、致死浓度分别为：≤0.4 μg·m-3、0.5 μg·m-3、2.17 μg·m-3。

2.2 人员危害评估

人员危害程度主要取决于其所处环境毒素的浓度大小和停留时间长短，浓度越大、作用时间越长，人员受到的损伤越严重。结合图4分析得出，人员在区域A内停留1 h的致死率为100%；人员在区域B滞留1 h的致死率大于50%，且越接近释放点，致死可能性越大；C区的边界为警戒线，该区域使人致死的可能性低于50%；区域D污染物浓度较低，人员相对安全，但当毒物在人体中的积累量大于0.225 μg时，同样可使人员致死，由此可知D区人员同样不适宜在含有肉毒毒素的环境中长时间停留。因此，恐怖袭击发生后要求处置人员必须迅速实施现场警戒、确定释放源位置、疏散医治人员，尽可能减少人员暴露时间，以降低对毒物的吸收。

3 处置措施

恐怖袭击发生后，为使救援人员能以最快的速度、最短的时间、最小的消耗、最高的效率将人员伤亡、经济损失和社会负面影响降到最低，在现场处置此类事故时必须要有一套完整的处置程序进行参考，主要步骤包括：现场侦检、警戒、人员防护、人员疏散、受伤群众的紧急医治、人员及现场的洗消等。在处置过程中，通常是多个步骤同时进行的。

3.1 现场侦检

处置人员到达现场迅速成立侦检小组，在做好人员防护的基础上，迅速前往事故中心确定释放源位置并关闭释放装置，同时在A区采集空气和物体表面样品，使用BTA或UPT进行现场快速侦检，并及时把结果报告上级，为后面的处置提供参考。

3.2 现场警戒

一旦有类似生物恐怖袭击或生物剂泄漏事件发生，要迅速对现场实施警戒。如图4所示，以释放源为圆心，将半径670 m的圆作为警戒区域。考虑火车站附近交通复杂、人流量大、肉毒毒素气溶胶难控制等特点，需在警戒区设置明显的警戒标志，并实施交通管制。

3.3 人员防护

为防止人员持续吸入肉毒毒素气溶胶，应将其集中在室内，控制外出。此外，处置人员在从上风向进入现场实施救援之前，应在以下几个方面进行重点防护：(1)肉毒毒素可通过呼吸道和伤口侵入人体，因此处置人员必须做好呼吸道和皮肤的防护，进入A、B区域前需佩戴空气呼吸器或高效微粒空气过滤防护面具，C区处置人员应佩戴过滤式防护面罩。同时，处置人员必须着生物防护服，并禁止在袭击现场坐卧，防止沾染毒素或划破防护服。(2)禁止人员在事故现场进食或饮水，防止肉毒毒素污染食物和水源从而经消化道侵入人体。(3)为进一步确保处置人员安全，在其进入现场之前应注射多价的肉毒毒素类疫苗，进行免疫防护，这是最为行之有效的特异免疫措施。

3.4 人员疏散

首先，应急人员应明确进入现场的路线，选择交通便利、人员稀少的道路进入。如图4所示，可以沿着释放源附近的公路进入，缩短途中时间。同时要积极引导人员疏散，防止拥挤、踩踏；对于受伤不能自行疏散群众，处置人员要积极协助，进行搀扶或者驮背，做到既快又稳。其次，明确疏散方向和路径，结合肉毒毒素浓度等值图确定人员疏散方向为侧上风向。同时，火车站人员众多、人员情绪激动，为防止诸如踩踏事故、车祸等次生灾害发生，应尽量选择平坦、宽阔、车辆稀少的道路作为疏散路径。最后，确定人员疏散的先后顺序，处置人员在进入中心地带疏散A区人员之前，应先指导B区人员疏散、洗消，防止交叉污染。外围处置人员对被疏散的群众进行处理时应注意肉毒毒素致病性具有数小时的潜伏期，因此需对群众进行留院观察或紧急治疗。

3.5 现场洗消

首先，建立洗消站，洗消站的位置应选择在释放源上风向、交通便利、水源充足、位于疏散路线上、危险区与安全区的交界处[19]。如图4所示，将洗消区1、2、3按以上原则分别设置在操场、公园广场和路口，合理利用市政管网中的水源，结合肉毒毒素耐酸、不耐热、不耐碱的特点[20]，对物品、建筑设施、仪器等进行有针对性的洗消。其次，确定人员洗消的先后次序。由于A、B区域毒素浓度更高，要用大量温的碱性溶液对A、B区内人员进行彻底地淋浴、搓洗，尤其注意对口鼻、指甲、头发、耳蜗等颗粒容易沉积的部位着重洗消。C区人员，可以用温碱性溶液或清水淋浴冲洗。最后，系统地对建筑物、地面进行洗消。用“三合二”、84消毒液等碱性溶液对A区建筑物喷雾，随后再用清水冲刷，防止腐蚀；统一焚烧各区域人员的衣物；用1%的NaOH溶液或1%的NaClO溶液对耐热、防水的贵重物品煮沸10 min[21]，适当延长A区物品的处理时间；用碱性溶液擦洗精密仪器。此外，在终止毒素的释放、控制毒素扩散的同时，充分利用肉毒毒素气溶胶在环境中毒性逐渐衰减的自然衰减特性，使其毒性逐渐消退。

3.6 紧急医治

利用评估结果，采取科学有效的医疗措施。对中毒患者来说，最高效的特异性治疗方法就是使用抗毒素，因此要尽可能快的进行以抗毒素为主、以支持疗法为辅的医疗救治。对A区人员率先给予救助，首先对感染人员进行皮下测试，若注射部位出现异常现象如浸润、红肿，特别是那些类似伪足或有瘙痒感者，注射治疗时必须采用脱敏疗法，防止发生过敏；如果局部反应特别严重或伴有全身症状，应慎重考虑使用抗毒素；检测无过敏反应后，迅速对A区人员注射1 000 U单位的多价马血清抗毒素；不能马上给予特异性抗血清的，可先使用氯丙嗪川楝素缓解中毒症状；对于在恐怖袭击期间进食或饮水的人员，应立即使用医用活性炭洗胃。对于婴儿中毒，主要以输液、基于大量维生素B复合物进行支持疗法，以防出现过敏反应或血清病[22-23]。

4 结论

本文借助EIAproA软件的SCREEN3模型和AERMOD模型，通过设定相关参数，模拟得出火车站广场肉毒毒素气溶胶分布情况。综合两种模型模拟的结果，将现场划分为A、B、C、D四个区域，即致死区、半数致死区、警戒区和相对安全区，各个区域的边界距释放源的最远距离分别为160 m、550 m、670 m，670 m以外的区域为安全区，其中A、B区人员伤亡最为严重。结合人员伤亡情况，制定相应措施。首先实施现场警戒，确定疏散方向；其次在疏散路线上选择操场、公园广场、交通路口等区域设置洗消站。最后针对受伤群众提供相应的洗消和医治措施，对伤势较重的人员第一时间疏散、洗消和治疗。通过本文的研究能够确保人员密集场所发生恐怖袭击或者生物剂泄漏时，有章可循，做到快速应对、处置有序，最大限度减少人员伤亡和经济损失。