高致病性病原微生物实验室环境风险探讨

彭小红， 周海蔚， 龙向宇， 张宇峰， 张婉月

（1.陆军勤务学院军事设施系，重庆 401331；2.32377 部队工程质量监督站，北京 100192）

0 引言

大百科全书中环境污染定义：“人类社会经济的发展，导致地球环境系统改变，使环境质量下降的程度超过地球环境的自净能力，造成危害人类健康和生态系统正常功能退化的现象。”在注解中又提到“…如果有害的化学物质、放射性物质、病原微生物、噪声、热等侵入到自然环境中，而自然环境又没有足够的容量或自净能力把这些物质净化消除，就会导致环境污染。”［1］从大百科全书对环境污染的定义和注解看出，病原微生物进入自然环境属于环境污染范畴。病原微生物通过环境进入人体属于自然环境被病原微生物生物污染后造成的危害人类健康的现象。

根据病原微生物的传染性，感染后对个体或者群体的危害程度，将病原微生物分为4 类。第1 类、第2类病原微生物统称为高致病性病原微生物［2］。目前，根据新冠病毒特性及传播速度及面积，划分为高致病性病原微生物范畴。新冠病毒的变异使各国加快高致病性病原微生物实验室建设步伐。为防止病原微生物实验室运行过程中病原微生物载体或样本散逸自然环境导致环境被污染，进而导致人体被感染，需要在实验室建设之前进行环境影响评价［3］。环境风险评价是高致病性病原微生物实验室环境影响评价的核心内容，目的是对实验室运行过程中可能产生环境生物性污染风险做出评价，提出合理可行预防、应急响应措施，为突发公共卫生事件的联防联控提供支持［4-5］。

根据环境污染定义、环境影响评价目的，从高致病性病原微生物进入自然环境途径、通过环境介质进入人体途径两方面进行辨析，勾勒出病原微生物从实验室多途径散逸出来到侵入人体的全过程轨迹。提出与高致病性病原微生物实验室运行活动有关的所有能给自然环境带来生物性污染风险的环节都应该纳入环境风险评价范畴。

1 病原微生物进入自然环境途径

1.1 由实验室排放的“三废”进入自然环境

1.1.1 废气

含有病原微生物气溶胶的废气外排主要有实验室建筑设计不规范、生物安全柜使用不规范、排风系统出现故障、离心机过滤装置缺失等原因。

（1）实验室建筑导致含病原微生物的气溶胶外溢。实验室建筑设计不规范常见以下情况。①防护区、辅助工作区分区不合理、门窗故障或缺陷导致无法完全封闭，未形成绝对负压和压力梯度，致使空气回流［6］。②实验室缓冲间面积太小或者未设置缓冲间，实验人员无穿脱防护服场所，只能在半污染区或者清洁区穿脱，造成外环境感染［6］。③实验室地面未做勾缝处理导致含有病原微生物的废水渗透土壤进入地下水，并随水循环或者挥发性物质外溢外环境［7］。④墙面未做勾缝等封闭处理，导致病含病原微生物的气溶胶外溢。⑤圈养实验动物的场所未实行完全封闭，导致含病原微生物的气溶胶外溢。

（2）生物安全柜带来含病原微生物的气溶胶外溢。高致病性病原微生物实验室使用的3 级安全柜［7］采用负压密闭设计，通过前窗手套完成实验操作。无论是安全柜前窗手套、器壁还是动力装置，试剂残留物如果不及时清洗，都将大大减少使用年限，导致安全柜漏气。其次，安全柜操作过程中因实验人员操作不当也会导致含病原微生物的气溶胶外溢。

（3）排风系统设备排出含病原微生物的气溶胶外溢。病原微生物实验室每个排风口都安有高效过滤装置［7］。比如高压灭菌器，未对高压灭菌器出口气体进行毒性检验或高效过滤装置出现故障，都将导致含病原微生物的气溶胶外溢。

（4）离心过程产生含病原微生物的气溶胶散逸。病原微生物实验室离心机用于采集微生物菌体和其他沉淀物，使用过程中容易产生带病原微生物的气溶胶烟雾。离心机是病原微生物实验室风险预防和控制不可忽视的环节。但目前关于离心机规范性文件只对病原微生物实验室离心机的转子做密封规定［8］。小型离心机未在安全柜中操作，大型离心机除了转子封闭外，整个离心机未配备负压盖，未对出气口安装高效过滤装置，都会导致病原微生物气溶胶散逸。

1.1.2 废水

病原微生物实验室的废水主要来自实验操作产生的实验废水、洗消废水、饲养动物废水、实验人员淋浴废水等。废水导致病原微生物外溢有以下几种情况。①实验室未灭活的废水处理装置未采用高温灭菌，或者内未设置专用的高压蒸汽灭菌器，致使实验室废水排至自然环境。②实验室未灭活废水未与生活污水及雨水分开，混流排入自然环境。或者设立了独立的排水支管，但未安装阀门，导致未灭活废水回流。③实验室未设置有排水功能的地漏［6］，使废水四处蔓延渗透。④未灭活废水处理设备未设在整个排水系统最低处，导致未灭活废水回灌。⑤实验室废水排水系统未完全封闭，使未灭活实验废水渗透到土壤污染地下水，从而使活病原微生物进入自然环境的水循环。

1.1.3 固体废物

病原微生物实验室产生的固体废物包括：实验用过的器皿、病原微生物样本、实验培养物，丢弃的高效过滤器装置配件，用于动物保暖、筑窝、吸附粪便的垫料、动物组织、动物食渣粪便、圈养栏等。固体废弃物导致病原微生物外溢有以下3 种途径。①检测人员在核心区打包病原微生物固体废弃物时，挤压废弃物产生病原微生物气溶胶。②未灭活病原微生物废弃物未按规定堆放在指定场所，存在污染自然环境生物风险。③废弃物未及时处置，超时存放带来的自然环境生物污染风险［9］。

1.2 被感染实验室人员或者动物进入自然环境

1.2.1 实验室人员感染

（1）实验室获得性感染。实验室人员感染病原微生物是高致病性病原微生物实验室最常见的安全隐患之一，包括以下4 种方式。①实验室人员在混合、搅拌、研磨、捣碎实验材料和接种过程中因操作不当，致使含病原微生物的气溶胶被人体误吸。②实验人员未正确穿戴防护服，致使液体溅洒入口、眼中，将污染的物品（如铅笔）或手指无意识放入口腔中（如咬指甲，钻鼻孔，揉眼睑），或者在实验室吸烟、喝水及进餐等，导致病原微生物进入人体。③实验人员未穿戴隔离手套或者穿戴不正确，污染的针尖把手刺伤、污染的刀片或碎玻璃片把手割伤，被感染的动物或昆虫咬伤、抓伤手而导致意外被接种。④实验人员未正确穿戴防护帽，让皮肤伤口、眼鼻口黏膜暴露在生物污染的环境中，接触病原微生物导致被感染［10］。

（2）实验人员因技能、身体、心理因素导致感染。

实验人员具有扎实的专业技能和丰富的生物实验操作经验，良好的身体素质及健全的人格，过硬的应变处置能力是高致病性病原微生物实验室正常运行的必备素质。但往往因为以下原因致使实验人员感染。①实验室人员缺乏过硬专业知识和技能，未经培训取得专业资格证，操作不规范或者操作失误导致自身感染病原微生物。②实验室人员因为身体疾病原因导致操作过程中被病原微生物感染。③实验人员因婚姻不幸福、家庭变故、心理疾病等问题导致责任心丧失、厌世或者仇视社会，恶意散逸病原微生物样本到自然环境中，从而带来大面积的环境生物污染。

1.2.2 携带病原微生物的动物逃逸

动物作为实验室研究的重要对象，是病原微生物的活载体，以下情况容易造成动物感染源逃逸。①实验室因管理松散，消杀不到位导致节肢动物或啮齿动物进入库存病原微生物样本区，对生物样本进行啃食并带出实验室，导致感染源外溢［6］。②实验室因购买无资质单位的动物或野生动物，存在动物携带病原微生物的隐患［11］。③实验室动物未饲养在有资质的封闭环境，而是在无资质场所或实验室散养，或者没有用哨兵鼠监测动物质量导致感染源外溢。④实验室因监管不力，动物从实验室逃逸出去导致感染源外溢。⑤被感染病原微生物的动物粪便及洗脱废水未及时处理外排导致自然环境生物污染。

1.3 病原微生物样本直接进入自然环境

1.3.1 运输过程中病原微生物样本泄漏

病原微生物样本运输途中出现突发情况使病原微生物样本暴露于自然环境中常见情况［12］。①发生自然灾害（地震、水灾等）不可抗拒因素致使样本容器损坏导致病原微生物样本散逸。②盛装病原微生物样本的装备设施出现故障或者材料容器破裂导致样本散逸。③车祸、意外事故导致装盛病原微生物样本散逸。

1.3.2 储存过程中病原微生物样本丢失

正确科学储存病原微生物样本是实验室的重要任务。实验人员在维护保存病原微生物样本过程中，常因为以下原因导致生物样本外溢。①病原微生物样本仓库因管理疏忽或者实验人员个人原因导致少拿、多拿、混拿、错拿样本，致使样本失管失控造成样本外溢。②因实验室因管理疏忽或者实验人员个人原因导致病原微生物样本被偷、被盗、丢失。

1.3.3 安保因素导致病原微生物样本丢失

美国《微生物和生物医学实验室生物安全》第6版指出，高致病性病原微生物样本敏感信息应该进入国家信息安全库，未被授权不得公开。病原微生物样本在运输、保存以及交接过程都应该严格执行相关程序，分工明确，制度规范［13］。为保证病原微生物样本安全，运输过程可采用信息技术全程跟踪定位，实时监控，对运输人员电话进行单向屏蔽，对病原微生物样本交接区域进行清场，对样本仓库进行多级加密防护，通过刷指纹或者刷脸等智能手段才能进入。出现病原微生物样本被盗或者丢失，应立即响应《高致病性病原微生物样本丢失》应急预案，第一时间评估事故范围及扩散趋势，通过医疗、消防、警察和其他部门协同完成应急控制措施。最大限度控制病原微生物样本流失范围。防止别有用心的人利用病原微生物制造生物武器，导致生物恐怖事件发生。病原微生物实验室运行过程中导致自然环境生物污染的风险源识别（见图1）。

图1 高致病性病原微生物实验室环境风险因素识别图

从图1 可以看出，病原微生物不管从哪种途径进入自然环境，都是因为病原微生物实验室生物安全文化缺失造成。病原微生物实验室的环境生物污染风险评价预防措施应该从生物安全文化建设入手。病原微生物实验室生物安全文化包括制度文化、物质文化和精神文化［14］。属于生物安全制度文化范畴的《中华人民共和国生物安全法》［15］已经颁布，相关制度也在完善之中。但关于微生物实验室的环境风险评价标准尚未建立，关于病原微生物科研立项及实验室建设的安全审查程序及监督体系尚未完善规范。病原微生物实验室生物安全文化中最核心的是精神文化，包括两方面，①科研人员、实验室工作人员的生物污染风险意识，把科研人员及工作人员的职业素养作为重要考核内容，完善人员之间、部门之间的衔接机制和监管机制。②公众的生物安全意识欠缺，科普工作需加强。

2 病原微生物通过环境介质进入人体途径

人离不开自然环境，病原微生物进入自然环境后，通过环境介质侵入人体，导致人体感染。自然环境中病原微生物进入人体通过以下途径实现。

2.1 通过固体介质表面进入人体

病原微生物进入自然环境后，沉积附着在固体物质表面上，人通过接触该固体物质表面后，病原微生物通过口腔、鼻腔、眼睛等黏膜侵入人体。固体物质范围广泛，包括一切物品、动物、植物等。被感染的人属于带有病原微生物的固体，人的体液带有病原微生物，通过唾沫或者体液沾染身边人或物体，传染给其他人。这就是人与人接触传染、人畜传染途径。

2.2 通过气溶胶进入人体

气溶胶传播是高致病性病原微生物传播重要途径之一，病原微生物进入空气中后，附着在空气中的气溶胶上，使气溶胶带有病原微生物。病原微生物未灭活时，带有活病原微生物的气溶胶被生物体沾染，吸入，导致生物体感染。这就是与携带病原微生物的人有时空交错的健康人被感染的原因。

2.3 通过水介质进入人体

病原微生物进入水体，被感染的水被人饮用或者接触，导致侵犯人体。另外，就是水感染病原体微生物后，可以通过鱼、虾、贝壳等食物链进入人体，导致人体感染。据报道，已有专家在人粪便中检测出活性新冠病毒［16］。含有活性病原微生物的粪便进入下水道后直接外排，将给自然环境带来生物污染。

病原微生物通过自然环境介质进入人体途径见图2。

图2 病原微生物从自然环境进入人体途径示意图

由图2 可以看出，人离不开环境，离不开水源，离不开日用品，离不开与人交往。唯有杜绝病原微生物进入自然环境，才能避免人体被病原微生物感染。

3 结语

高致病性病原微生物实验室生物安全风险评价无论是传播途径、感染途径，还是病原微生物外溢风险的管控措施，都离不开自然环境生物污染这个本质。所以，高致病性病原微生物实验室生物安全风险评价应归属于环境影响评价中风险评价范畴［17］，建议环境影响评价人员在编制环境影响评价文件时，把围绕病原微生物实验室活动产生的所有环境生物污染风险因素全部考虑进去，而不仅仅只考虑三废［18］。同时，建议相关部门以技术导则形式规范高致病性病原微生物实验室环境影响评价技术方法，给高致病性病原微生物实验室环境影响评价一个有章可循的依据。