空調病房室內浮游細菌濃度與粒徑分布特征

張華玲，張嫻，方子梁

(重慶大學 城市建設與環(huán)境工程學院，重慶 400045)

近年來，空氣生物污染問題受到廣泛關注，生物氣溶膠主要包含懸浮在空氣中的細菌、真菌、病毒、塵螨、花粉、孢子和動植物的殘骸等[1]。動力學直徑不同的生物氣溶膠會進入到呼吸系統(tǒng)的不同位置，對人體造成不同程度的危害。如10～30 μm的粒子可進入鼻腔和上呼吸道，可能造成上呼吸道感染；6～10 μm的粒子能沉著在小支氣管內，可能導致支氣管炎癥等；1～5 μm的粒子可進入肺深處[2]，嚴重的可導致過敏性肺泡炎癥。氣溶膠粒徑越小，進入人體呼吸道的位置就越深，對人體造成的危害就越大?？諝庵屑毦ǔ８街跉馊苣z顆粒物上，以浮游細菌的形式存在，其大小主要取決于黏著的塵埃顆粒大小。浮游細菌可以通過黏膜、皮膚損傷、消化道及呼吸道進人人體，但主要是通過呼吸道感染機體[3]。細菌存活能力強，繁殖能力高，尤其在空調建筑內有適宜細菌生存的溫度和濕度。近年來，細菌感染率明顯上升，應引起重視。

科研人員越來越關注室內空氣生物污染問題。Ki等[4]通過研究，得到了韓國不同公共場合的平均空氣細菌濃度以及隨季節(jié)變化的情況；Ki等[5]測量了Konkuk大學學生大廳的可培養(yǎng)細菌濃度，分析了其與人數(shù)之間的關系；劉婷等[6]研究了梅雨期大學宿舍內浮游細菌濃度和粒徑分布特征。這些研究主要關注的是普通民用建筑內的浮游細菌濃度，還沒有文獻針對醫(yī)院空調房間的浮游細菌粒徑特征進行現(xiàn)場測試研究。與普通公共建筑不同，醫(yī)院布局復雜，特殊功能科室多，易感人群高度集中，空氣中的病源微生物相對集中，相對于易感人群而言，不同粒徑的浮游細菌到達人體呼吸道的位置不同，長時間暴露在空氣細菌超標的環(huán)境中會導致健康風險。本文選取重慶市某綜合醫(yī)院3個不同科室的病房進行現(xiàn)場實測，分別在冬、夏季對室內空氣細菌進行采樣培養(yǎng)，分析病房內空氣細菌濃度、粒徑分布特征和優(yōu)勢菌屬，以期為病房的空調系統(tǒng)設計及日常消毒殺菌提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地點和時間

選擇重慶市某綜合醫(yī)院內科大樓3個病房進行現(xiàn)場采樣，大樓共13層，每層病房為同一科室，病房空調系統(tǒng)均為風機盤管加新風系統(tǒng)，各病房空調均為全天連續(xù)運行，窗戶關閉，病房門開啟與走道相通。3個病房在各層的位置、大小和室內布置完全相同，病房內沒有肉眼可見的霉菌，沒有明顯霉味，每個病房內的病人數(shù)相同，采樣病房為不同科室。故選擇二樓兒科、五樓心內科與八樓呼吸科3個病房進行現(xiàn)場采樣，分析細菌的濃度和粒徑分布與疾病類型是否有關，病房面積為15 m2，每個病房選取2個采樣點，均勻布置在病房對角線上。冬季選擇內科大樓一樓入口處作為室外參考點，由于此處人流量大，人員擾動大，夏季調整為六樓室外新風口處為室外參考點，并增加了無人且空調關閉的會議室作為室內參考點。采樣時間為2013年1月19日、21日、25日、29日(冬季)和6月19日、7月5日、15日(夏季)，上、下午各1次。采樣儀器為IWL-6型六級撞擊式空氣微生物采集器(北京)，采樣器Ⅰ～Ⅵ級的捕獲范圍如表1所示。

表1 六級微生物采樣器技術參數(shù)Table 1 Technical parameters of the sampler

1.2 采樣和培養(yǎng)方法

采樣高度為人的呼吸帶，距離地面約1.3 m，樣品采集時間為2 min，空氣流量為28.3 L·min-1。每次采樣之前都要用75%的酒精對采樣儀和采樣皿等工具進行消毒，保持周圍環(huán)境安靜，避免引起空氣擾動。采用LB瓊脂培養(yǎng)基(酵母膏5 g、氯化鈉10 g、瓊脂粉15～20 g、蒸餾水1 000 mL、蛋白胨10 g)。采樣完畢后，取出培養(yǎng)皿扣上蓋，依次按順序和編號，再將培養(yǎng)皿包裹嚴實，將細菌樣品帶回實驗室，放入溫度為37 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)2 d。

1.3 浮游細菌濃度計算

冬夏季得到采樣器各級細菌培養(yǎng)皿有效數(shù)據(jù)共600個，利用采樣時間和氣體流量，根據(jù)式(1)得到浮游細菌總濃度。

空氣中浮游細菌數(shù)(CFU·m-1)=

(1)

1.4 浮游細菌中值直徑計算

根據(jù)采樣器各級的浮游細菌菌落數(shù)占總浮游細菌菌落數(shù)的百分比，按照從Ⅵ級到Ⅰ級的順序計算出各級的累計百分比，再根據(jù)生物采樣器各級的有效截留粒徑，得到累計百分比與有效截留粒徑的對數(shù)回歸方程，當累計百分比為50%時得到的有效截留粒徑，即為浮游細菌的中值直徑。

1.5 統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析方法采用SPSS軟件，當p<0.05時，表明在95%的置信區(qū)間內具有統(tǒng)計學意義上的顯著差異。圖表繪制用Microsoft Excel 2007進行。

2 結果與分析

2.1 浮游細菌濃度

在冬季，心內科的浮游細菌濃度最大，為1 589 cfu·m-3，其次為室外點及兒科，細菌濃度分別為1 449、1 292 cfu·m-3，呼吸科的浮游細菌濃度遠小于其他采樣點，為786 cfu·m-3。在夏季，兒科的浮游細菌濃度最大，為2 865 cfu·m-3，其次為呼吸科和心內科，浮游細菌濃度分別為2 272、1 749 cfu·m-3，室外采樣點和無人會議室的浮游細菌濃度分別為565、314 cfu·m-3。除室外點，冬季各采樣點的浮游細菌濃度均低于夏季，冬季室外采樣點為內科大樓入口處，過往人員多，夏季室外采樣點為內科大樓五樓新風入口處，排除了過往人員的影響，這可能是導致夏季室外采樣點空氣細菌濃度低于冬季的原因。采用文獻[7]給出的標準對病房空氣細菌真菌污染進行評價，各采樣病房的空氣細菌真菌污染情況如表2所示。

表2 各采樣病房細菌濃度分級評價Table 2 Grading evaluation of airborne bacterial in all sampling points

由表2可以看出，除冬季的呼吸科，病房均存在一定的細菌污染狀況，病房人員的長期暴露將存在一定的健康風險。

使用單因素方差分析方法進行差異性分析，發(fā)現(xiàn)冬、夏季數(shù)據(jù)存在顯著性差異(置信區(qū)間為95% CI，p<0.05)，說明季節(jié)是影響細菌濃度的因素，同時發(fā)現(xiàn)溫濕度也是影響病房空氣細菌濃度的顯著性因素。同一季節(jié)不同科室病房采樣點之間的細菌濃度數(shù)據(jù)之間沒有顯著性差異(置信區(qū)間為95% CI，p>0.05)，說明科室不是影響病房空氣細菌濃度的主要因素。此外，采用獨立樣本t檢驗法對現(xiàn)場采樣時刻的病房人數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)病房人員密度是影響浮游細菌濃度的顯著因素(置信區(qū)間為95% CI，p<0.05)。

2.2 細菌粒徑分布特征

圖1和圖2為冬夏季不同粒徑細菌樣本所占的比例。在冬季，Ⅱ級所占比例最大，Ⅱ級～Ⅵ級逐漸減小，Ⅰ級～Ⅲ級所占比例總體最大。其中，兒科病房浮游細菌濃度Ⅰ級～Ⅲ級占72.7%；心內科浮游細菌濃度Ⅰ級～Ⅲ級占64.9%；呼吸科浮游細菌濃度Ⅰ級～Ⅲ級占68.9%；室外測點Ⅰ級～Ⅲ級占77.3%。

圖1 冬季浮游細菌粒徑分布Fig.1 Airborne bacterial distribution characteristics in winter

圖2 夏季浮游細菌粒徑分布Fig.2 Airborne bacterial distribution characteristics in summer

在夏季，Ⅰ級～Ⅴ級所占比例逐漸增加，在Ⅴ級達到最大值，Ⅲ級～Ⅴ級所占比例總體最大。其中，兒科病房浮游細菌濃度Ⅲ級～Ⅴ級占79%；心內科浮游細菌濃度Ⅲ級～Ⅴ級占64.7%；呼吸科浮游細菌濃度Ⅲ級～Ⅴ級占71.6%；室外測點Ⅲ級～Ⅴ級占70.6%。會議室內浮游細菌濃度Ⅲ級～Ⅴ級占87.7%?？梢姡募靖鞑》靠諝饧毦牧椒植继卣鞔嬖谝欢ú町?。

根據(jù)浮游細菌氣溶膠粒徑的分布百分比，計算出冬夏季不同科室病房內浮游細菌的中值直徑，冬季各采樣點的中值直徑分別為4.73(兒科)、4.04(心內科)、4.40(呼吸科)、5.17 μm(室外)。夏季浮游細菌中值直徑相對較小，分別為2.48(兒科)、2.57(心內科)、2.34(呼吸科)、3.28(室外)、2.09 μm(會議室)。結果如圖3所示。

圖3 各科室冬夏季浮游細菌中值直徑Fig.3 Median diameters of bacterial aerosols in winter and summer of different wards

由圖3可見，在同一季節(jié)，浮游細菌室內采樣點的浮游細菌中值直徑均小于室外點，其原因可能是由于通過空調系統(tǒng)進入病房內的空氣被空調系統(tǒng)過濾器過濾，較大粒子被阻截。不同科室病房的浮游細菌的中值直徑幾乎相同，說明人員密度和患病類型對浮游細菌的中值直徑影響較小；不同季節(jié)的浮游細菌中值直徑差別較大，且同一病房浮游細菌中值直徑也不同，說明季節(jié)影響浮游細菌的粒徑分布浮游細菌。冬、夏季室內浮游細菌粒徑中值直徑都小于5 μm，粒徑小于4.7 μm的氣溶膠為可吸入氣溶膠，可進入下呼吸道，對人體的健康影響風險更大。張華玲等[8]也給出不同科室空氣真菌氣溶膠粒徑中值直徑小于3.19 μm，因此,在進行空調系統(tǒng)設計時，需要加大對粒徑小于4.7 μm(Ⅲ級以下)的浮游細菌的過濾效率，同時，也有利于室內真菌孢子的控制。

2.3 浮游細菌菌落特征

夏季實驗在各級培養(yǎng)皿中總共培養(yǎng)出細菌4 689株，冬季實驗在各級培養(yǎng)皿中總共培養(yǎng)出細菌3 497株。各科室細菌所占比例如圖4、圖5所示。將冬夏季各采樣點的浮游細菌按照革蘭氏染色與形態(tài)進行分析，分為陽性球菌、陽性桿菌、陰性球菌、陰性桿菌。各采樣點的分析結果如圖6、圖7所示?？梢钥闯觯募靖饔^測點空氣中革蘭氏陽性菌(91.3%～99.1%)明顯多于革蘭氏陰性菌(0.9%～8.8%)，球菌(84.3%～98.6%)遠多于桿菌(1.4%～15.9%)，其中，革蘭氏陽性球菌最多。大多數(shù)革蘭氏陽性菌能產(chǎn)生外毒素，具有致病性，革蘭氏陽性球菌又分為葡萄球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌、糞腸球菌等，病房內的感染性革蘭氏陽性球菌主要以金黃色葡萄球菌為主[9]，金黃色葡萄球菌可引起局部化膿感染，也可引起肺炎、偽膜性腸炎、心包炎等，甚至敗血癥、膿毒癥等全身感染，是醫(yī)院交叉感染的重要來源。因此，在病房日常衛(wèi)生防護時有必要針對此類病菌進行消毒與殺菌。

圖4 夏季不同采樣點浮游細菌比例Fig. 4 The percentage of bacterial in different sites in summer

圖5 冬季不同采樣點浮游細菌比例Fig. 5 The percentage of bacterial in different sites in summer

圖6 夏季各科室浮游細菌優(yōu)勢菌種Fig.6 Dominant bacterial genera in summer

圖7 冬季各科室浮游細菌優(yōu)勢菌種Fig.7 Dominant bacterial genera in winter

3 討論

Ki等[4]給出人員密度及活動量是導致幼兒園浮游細菌濃度最高、老年福利院浮游細菌濃度最低的主要原因；Jaffal等[10]發(fā)現(xiàn)醫(yī)院的兒科和婦科病房浮游細菌濃度高于其他科室，認為是這兩個科室中醫(yī)護人員、探病人員及病人陪護數(shù)量多而引起；Awosika等[11]采樣發(fā)現(xiàn)男科和普外科病房人數(shù)超過其他科室病房，其浮游細菌濃度高于其他科室。本文通過對測試數(shù)據(jù)的分析，也發(fā)現(xiàn)浮游細菌濃度與人員密度有關，且室內浮游細菌濃度與室內溫度呈正相關，與濕度呈負相關，與劉婷等[6]的研究結論一致。

冬、夏季空調病房中的細菌氣溶膠濃度不同，夏季高于冬季。文獻[12]通過對長安大學校內醫(yī)院細菌污染情況的測試，得到醫(yī)院內夏季細菌濃度明顯高于冬季；Lee等[13]對韓國某公寓進行測試，得到浮游細菌濃度有季節(jié)性差異，夏季浮游細菌濃度高于冬季，文獻[14]通過大量文獻分析指出：細菌的生長溫度在5～55 ℃之間，其中，30～46 ℃范圍內生長最為活躍，而其生長所需的相對濕度在55%～99%之間，說明夏季環(huán)境比冬季更適于細菌滋生。與本文研究結果一致。

此外，本文研究發(fā)現(xiàn)冬、夏季浮游細菌粒徑分布不同，夏季病房內浮游細菌顆粒物主要分布在Ⅴ級，冬季主要分布在Ⅱ級，冬季浮游細菌的中值直徑大于夏季。張燕茹等[12]對長安大學校內醫(yī)院長達一年的采樣觀察，得到春夏秋冬4個季節(jié)浮游細菌主要分布在Ⅲ～Ⅴ級；郝翠梅等[15]對杭州市居家環(huán)境下生物污染進行調查，得到夏季和冬季細菌粒徑主要分布在Ⅴ級。分析其原因，可能是由于重慶特殊的氣候條件所造成，重慶的冬天多雨而濕潤，相比其他地區(qū)，室外空氣相對濕度大，經(jīng)過空調處理送入病房的空氣含濕量相對較高，造成病房內的含濕量較其他地區(qū)高，空氣中的細顆粒物會隨著環(huán)境濕度的升高而發(fā)生聚集作用[16]，導致室內空氣顆粒物大粒徑濃度所占比例相對較大，且不同粒徑浮游細菌濃度與空氣顆粒物濃度正相關[17]，也導致本文測試發(fā)現(xiàn)的冬季浮游細菌的中值直徑較大。

韓國某醫(yī)院優(yōu)勢空氣細菌屬為葡萄球菌屬(50%)、微球菌屬(15%～20%)、棒桿菌屬(5%～25%)、芽孢桿菌屬(5%～15%)[18]；伊朗某醫(yī)院優(yōu)勢空氣細菌為革蘭氏陽性芽孢桿菌(50.6%)、表皮葡萄球菌(20.29%)、金黃色葡萄Saprophyticus(2.6%)、金黃色葡萄球菌(7.03%)、其他葡萄球菌(5.9%)和微球菌(13.43%)[19]；梁冰等[20]通過對大型補給船艙室內空氣內浮游浮游細菌菌落鑒定，得到革蘭氏陽性菌占85.1%，其中，革蘭氏陽性球菌最多，革蘭氏陰性菌占14.9%；方志國等[21]對北京市31戶家庭進行空氣細菌采樣，發(fā)現(xiàn)在居家環(huán)境空氣中，球菌(60.6%)的數(shù)量明顯多于桿菌(39.4)，室內革蘭氏陽性菌(90.7%)明顯多于革蘭氏陰性菌(9.3%)，冬季(12.5%)空氣中革蘭氏陰性菌小于夏季(30.7%)?？梢姡t(yī)院與普通民用建筑室內空氣中陽性菌和陰性菌、球菌和桿菌所占比例雖然不同，但其陽性菌明顯多于陰性菌，且球菌明顯多于桿菌。

4 結論

1)夏季各科室病房空氣細菌濃度高于冬季，其中,兒科病房細菌濃度最高，為2 865 cfu·m-3。除冬季的呼吸科以外，測試空調病房冬夏季均存在一定的細菌污染，病房人員的長期暴露存在一定的健康風險?？諝饧毦鷿舛扰c季節(jié)變換、室內環(huán)境的溫濕度和室內人員密度有關，但室內病人患病類型對空氣細菌濃度沒有影響。

2)各科室病房空氣細菌粒徑分布特征因季節(jié)不同而不同，冬季各采樣病房的浮游細菌粒徑主要分布Ⅰ級～Ⅲ級，在Ⅱ級達到最大值，其粒徑范圍主要分布3 μm以上；夏季的各采樣病房的浮游細菌主要分布在Ⅱ級～Ⅴ級，在Ⅴ級達到最大值，粒徑范圍在1～6 μm之間。病房空調系統(tǒng)設計與日常維護時，應加強對粒徑小于4.7 μm浮游細菌的過濾。

3)冬、夏季的浮游細菌中值直徑都小于5 μm，但季節(jié)對浮游細菌的中值直徑有影響，夏季浮游細菌中值直徑小于冬季，在同一季節(jié)，浮游細菌室內空氣細菌氣溶膠中值直徑小于室外。

4)冬、夏季不同科室的浮游細菌中占最大比例的均為革蘭氏陽性球菌，其中，革蘭氏陽性菌菌落數(shù)明顯多于革蘭氏陰性菌，球菌明顯高于桿菌。在病房的日常清潔和運行管理中，應選擇適宜的、有針對性的消毒殺菌方法。

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