实验室与生物安全 LaboratoryBiosafety 绪论 中山大学中山医学院余新炳 绪论 一 几个基本概念 由动物 植物 微生物等生物给人类健康和自然环境可能造成不安全的防范 包括由现代生物技术的开发和应用可能产生的负面影响所采取的有效预防和控制措施 生物安全实验室 biosafetylaboratory 是指通过防护屏障和管理措施 从事传染性物质操作的实验室 包括 研究用实验室 动物实验室 临床检验实验室 公共卫生实验室 传染病监测实验室等 生物多样性公约 联合国环境规划署和 生物多样性公约 秘书处从1994年开始制定 生物安全议定书 共组织10轮工作组会议和政府间谈判2000年8月 我国政府正式签署 生物多样性公约 的卡塔赫纳生物安全议定书 生物安全是 生物多样性公约 最重要的议题之一 生物安全问题 狭义的生物安全问题可能对生物多样性 生态环境和人类健康产生潜在的不利影响包括各类转基因活生物体释放到环境中 可能对生物多样性构成潜在威胁 生物安全问题 广义的生物安全问题是国家安全问题的组成部分 是指与生物有关的各种因素对社会 经济 人类健康及生态环境所产生的危害或潜在风险这些因素主要是 天然的生物因子如生物武器 生物恐怖 重大传染病的暴发流行 是最重要 最现实的生物安全问题转基因生物 生物技术滥用或对人类健康 生态环境以及社会 经济造成严重危害 食品安全 生物恐怖 Bioterrorist 用活的有害微生物或用生物技术制造的有害微生物以不同的形式 如生物武器 水源或环境扩散 导致人类生命受到严重威胁 蒙古人用弹射器将鼠疫病死者的尸体抛入黑海卡法城 世界第一次细菌战 卡法城之战 1346年 卡法城热那亚人大量死亡 化学武器 包括装有毒剂的炮弹 航弹 火箭弹 导弹 地雷以及飞机布洒器 毒烟施放器材等 按毒害作用分7类 神经性毒剂 糜烂性毒剂 全身中毒性毒剂 失能性毒剂 窒息性毒剂 刺激性毒剂植物除莠剂 受芥子气袭击而失明的英国士兵 世界第一次化学战 1915年德军首次施用 芥子气 沙林毒剂都是化学武器中的超级杀手 1915年4月22日 德国首先使用芥子气 各交战国共生产芥子气13500吨 其中12000吨用于实战 一战因毒气伤亡人数达130万 88 90 因芥子气中毒 一战 生物战 主要事件 德国 二战日本侵华 生物战 石井四郎 侵华日军526部队 拿中国人做实验 100部队1644部队8607部队731部队 731部队生物战的能力 每年可生产 300kg乳浆鼠疫杆菌菌液 500 600公斤炭疽杆菌 1000公斤霍乱弧菌和2000kg跳蚤 同时还研制出磁制气雾剂 铜壳榴霰弹等多种生物炸弹 炭疽杆菌 1876年RobertKoch首次以该病作为描述细菌性疾病的模型 其病原菌炭疽杆菌是用显微镜从染病动物材料中检出的第一种微生物 第一种以纯培养在实验动物中人工感染成功的疫病1880年LouisPasteur用炭疽杆菌研制成第一种活菌弱毒疫苗 Koch培养的炭疽杆菌 实验室相关性感染Laboratoryassociatedinfections 实验室感染 实验室获得性感染Laboratoryacquiredinfections 二 实验室感染简史 又称 定义 二 实验室感染简史 1886年Koch报告第一例霍乱病的实验室感染 德国柏林的一名学生在处理霍乱弧菌培养物时被感染并发病1893年Reincke报告第一例实验室伤寒感染1899年Birt和Lamb报告第一例布氏杆菌引起的实验室获得性感染1905年Johnston报告第二例布氏菌实验室感染并作了评价 1931年Findlay报告第一例实验室感染肝炎的病例1932年有报告实验室工作人员被恒河猴咬伤后患猿猴疱疹病毒性脑炎 这是该病毒感染人类的第一例1943年在巴西的黄热病实验室 两周内8名实验室人员发生了委内瑞拉马脑炎1967年在德国有26名实验室人员因接触黑尾长猴的血液和组织而感染一种病毒 马堡病毒 最终有9人死亡 二 实验室感染简史 1969年尼日利亚北部一家医院3名护士感染砂粒病毒 其中2人死亡 这是该病毒感染人的首次报告 1951 1965 1976 美国实验室相关感染调查 二 实验室感染简史 5000个实验室累计感染总数 3921例与已知事故相关的80 气溶胶 最常报告的感染 乙型肝炎 肺结核 伤寒 委内瑞拉马脑炎 布鲁氏菌病 1999年Walker等报告实验室人员感染率1994 1995年为16 2人 10万 年1988 1989年为82 7人 10万 年2003年后新加坡 台湾和北京先后发生了实验室人员感染SARS CoV的报告2004年中国CDC病毒所形态室SARS CoV感染事件导致9人感染 其中1人死亡 747人被隔离 二 实验室感染简史 抗击SARS瞬间 温家宝总理 党和人民感谢你们 向SARS宣战 共产党员冲锋在前 抗击SARS瞬间 蒙丽莎 戴 着口罩微笑 天使的 时装 同学重聚 宋某 3月23日北京 安徽 3月25日发热 北京 3月29日北京健宫医院 护士李某陪护 3 29 4 2 4月22日发热 4月2日淮南矿二院 宋母魏某3月31日陪伴4月8日发热 19日病亡 李某3名亲属 同室病人及伴护5人均被感染发热 4月4日安医附院 病毒性肺炎 5月上旬出院 北京实验室SARS感染概况 宋某发热15天后其同事杨某发热 宋 杨均在同一实验室工作 该室一直从事SARS CoV工作 封锁病毒所后 未再出现任何SARS病人 第二代病例魏某胸水中分离到SARS CoV 其全基因序列与实验SARS CoV高度同源 宋 杨从未接触过野生动物 宋 杨潜伏期内北京没有任何其他SARS病例 实验室感染的证据分析 主要原因 病毒灭活不彻底 灭活方法没有进行有效的评价 没有规定对每一批病毒的灭活效果进行监测和质控 责任追究 13名处级以上领导被免职 亲切握手 热烈交谈 粗心与意外 感染方式与感染途径 穿白褂到处走戴手套随意开手柄台面 器皿不清洁动物感染时自己被感染 咬 不做善后工作清洁区与污染区不分 针刺 器皿破碎 离心 穿拖鞋 空气传播 手口传播 无知最危险 把所有未知病原都按HIV HBV处理对所有他人都按传染源警惕 除已知者外 把要工作的各类设施设备都按污染物对待 除已知者外 每天先做清洁消毒再开展实验工作严格按操作规程工作 预防原则 三 实验室污染事故及管理 到目前为止 世界各地已经报道发生的实验室感染事件多达万件 这些实验室感染事件的主要原因是操作不规范 生物安全意识低和防护措施不当等 这些事件都没有提及其发生跟建筑物的选址和布局之间的关系 实验室内由于工作人员不慎 或技术不熟练而发生的一些污染事故 必须及时采取应急措施 以免病原微生物蔓延而造成传染病流行 实验室获得性感染 实验室获得性感染都与事故有关 这些事故包括针刺和动物咬伤 但大多数感染原因不明 这些感染与偶然产生的微生物气溶胶有关 在离心机泄露 冷冻干燥和滴瓶等的时候发现有气溶胶化的微生物产生主要以气溶胶传播的最常见的实验室感染包括布鲁氏菌病 Q病 兔热病 肺结核 委内瑞拉马脑炎和鹦鹉热 培养物渗漏或容器破损的处理 盛有感染性标本的容器渗漏 或溅落在工作台上 或污染地面时 以0 5 次氯酸钠或过氧化乙酸浸泡的布覆盖至少1小时 再用擦布擦去渗漏物 并将擦布放在污染物容器内压力灭菌如果手和脚被微生物污染 可用碘吸附洗涤消毒 受污染的工作服应立即更换 如果发生大量烈性传染病的致病菌污染 除采取以上应急措施外 必须立即封闭现场 并报主管防疫部门 请专职防疫人员参加研讨和采取相应的处理方法若盛有培养物的器皿破碎 要用消毒液浸泡的布覆盖 至少半小时后才能将破碎物和用过的布放在容器中高压消毒 然后 用消毒液浸泡的布擦洗污染的台面或地面 擦布使用后也必须高压消毒 做上述处理者要戴手套 装有病原体离心管破碎后的处理 如果离心沉淀过程中发现离心破碎 应立即停机 并于30分钟后打开 假如停机后发现离心管破碎 要重新盖好盖子 30分钟后打开戴上厚橡皮手套 必要时外面再套一层塑料手套 用镊子检出离心碎片全部碎管和套管等应放入无腐蚀性的消毒液中浸泡24小时 或采用高压灭菌离心机转筒应采用无腐蚀性的消毒液擦拭干净 擦布也需经高压灭菌 事故性刺伤 划伤或擦伤的处理 经常使用注射器做实验动物接种等操作 可能无意中刺伤皮肤 造成有感染性液体的事故性注入 尤其对于毒性较强的病原菌 如SARSCoV AIV 炭疽杆菌 鼠疫耶尔森菌核乙型肝炎病毒等 可引起严重的实验室感染一旦发生这样的意外 必须立即报告有关部门 根据不同病原体采取相应的应急措施 包括预防接种和相应的治疗等 类似的事故必须予以较详细的登记其他事故 如被刀剪或破碎玻璃等划伤或刺伤时 均应先清洗伤口 并给予必要的预防注射和相应的抗生素治疗 气溶胶感染的生物安全 气溶胶感染占实验室感染的82 左右 气溶胶感染定义为液体产生大量很小的液体小滴散布于环境 大于0 1mm的小滴很快落地 小于0 1mm的小滴1 7秒即蒸发 小于0 5mm的小滴0 4秒即蒸发这些小滴中的传染性介质在空气中保持干燥状态 越小的有机体和数量越多的介质能更久保持空气传染 并且由通风和人们交通产生的空气流围绕建筑物传染 许多条件可产生气溶胶传染 如离心力 磨削 混合 强力震动 拌合 超声波破碎 低压冻干 开启容器 内部压力不同于环境压力时 随着用于疫苗开发和针对气溶胶给药药剂治疗的资金增加 许多欧美大学和研究所正在转向发展这一领域的专门技术 气溶胶污染室内空气的处理 实验室因操作不慎 含有感染性液体大量喷出而形成气溶胶并污染室内空气时 室内所有人员应马上撤离污染区域 并应报告主管部门至少在1小时之内任何人员均不能进入污染区 待气溶胶排出和较重的感染性微粒沉淀下来 即1小时后再在安全员的监督下进行消毒气溶胶感染人员应做相应的预防注射和抗生素治疗 误服微生物悬液的处理 对于误服者必须立即用含漱 洗胃和催吐等方式处理 严重者应送往急救室 根据摄入的病原体 采取必要的预防和治理措施 并作好事故登记若悬液溅入眼内 应先以生理盐水冲洗 然后每隔1小时以抗生素眼药水滴眼 再根据具体情况 决定有无必要做针对性的预防注射或给予丙种球蛋白 废弃物的处理 废弃物是指任何要丢弃的物品对于日常用品 污染后被真正地拿出实验室销毁的情况很少 大多数的玻璃器皿 用具和实验服都将重新投入使用 最重要的原则就是所有的感染性物品都应该在实验室内净化 高压灭菌或焚烧操作潜在感染性微生物或动物组织的实验室拿出物品或材料以前 应问自己如下一些至关重要的问题 这些物品和材料已经通过可靠的程序有效地净化和灭菌了吗 如果没有 那么它们被可靠的包装过吗 以利于现场焚烧 或运送到另一个有焚烧功能的设施处理已净化的物品时对那些直接参与处理程序的人员或可能接触这些丢弃物的人员会涉及任何额外的潜在危险吗 生物的或其他的 突发事件应急处理 个人的暴露 告知同事 用肥皂和水清洁暴露的体表 洗眼水冲洗眼睛 盐水漱口 请求紧急救助 并按突发事件处理 通知实验室管理者 之后要向安全防护管理部门报告 与临床医学门诊和心理咨询门诊联系 表面污染的处理 告知同事 划定和隔离污染区域 使用适当的个人防护设备 用镊子或铲子移走玻璃或团块 用抹布吸除溅出物 移走大体积物品 用浸有消毒水的抹布擦拭表面 让抹布与表面接触适当的时间 2 秒以上 移开抹布 并擦干 随后用酒精或肥皂水清洗 妥善处理被污染的材料 通知实验室管理者 四 动物实验的生物安全与防护 1 动物实验设施环境污染来源人体污染 咳嗽 打喷嚏或说话 会从口 鼻腔喷出含有大量微生物的液态粒子 人体表皮细胞鳞屑每分钟大约可以脱落7000 10000个左右 其中10 带有微生物 饲养人员和工作人员经常在洁净空间或实验室内活动 所以是环境污染的主要来源 空气污染 空气本身虽不能为微生物提供营养源 但空气中悬浮大量尘埃粒子 每升空气中含有带菌颗粒 微生物气溶胶Microbiologicalaerosol 约为一百万个 0 5um粒径 所以空气是环