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生物气溶胶的来源、传播及健康效应

2020-02-15

生物气溶胶,通常是指空气动力学直径在100μm以内的含有微生物或来源于生物性物质的气溶胶。生物气溶胶颗粒包括病毒、细菌、真菌、花粉、过敏原、立克次体、衣原体、动植物源性蛋白,各种菌类毒素和它们的碎片和分泌物等。生物气溶胶在传染病、公共卫生、大气环境、食品安全、生态环境、气候变化、生物反恐、疾病检测以及环境与健康等方面均有重要影响。

生物气溶胶

生物气溶胶的来源

生物气溶胶主要来源于土壤、植被、水体等面源排放和动物(包含人类)、医院、养殖场、垃圾填埋场、污水处理厂等源排放。

土壤是生物气溶胶重要的自然源,空气细菌的种类与土壤中细菌种类相似。

一些非自然的活动如农业活动、污水处理和动物饲养等也是生物气溶胶的重要来源,这些微生物中包含多种潜在的机会致病菌或病原体。

在污水处理过程中,污水中的微生物形成微生物气溶胶,其中潜在的致病菌(包括一些耐药菌)会对污水处理厂内的工作人员造成暴露健康风险,例如过敏性鼻炎、哮喘、慢性支气管炎以及过敏性肺泡炎等。同样,使用污水处理厂的剩余活性污泥施肥也会对大气环境造成污染。
制药污水处理厂中耐药菌和机会致病菌的浓度比普通社区和市政污水处理厂的浓度更高,其附近的职工和居民的潜在健康风险也更高。
动物饲养和繁殖过程也会产生生物气溶胶,释放到动物笼舍中,进而传播到周围的环境中,导致人畜传染性动物病原体的传播,危害人类和动物的健康。此外,这些动物养殖场、废水处理厂也会排放耐药基因到空气中,从而对周边环境构成额外健康风险。室内的宠物和植物也是微生物气溶胶的重要来源。

生物气溶胶的传播方式

大部分微生物在室内的传播都是由飞沫传播或微生物气溶胶的空气传播造成的。Wells提出最早也是最经典的空气传播理论,即生物气溶胶的传播方式有3种: 尘埃、飞沫和飞沫核。


世界卫生组织根据飞沫粒径大小为5μm来界定飞沫核传播(≤5μm)和飞沫传播(>5μm)。对于同一种病原体,也可能同时通过不同的形式进行传播。根据飞沫粒径的不同,可将其分为短距离传播(个体之间的,距离一般小于1 m) 和长距离传播(一般距离大于1m)两种途径。

短距离空气传播途径主要是基于传染源与易感者之间的近距离接触。飞沫核中的病原体由于有蛋白质膜壳的保护,不易受到干燥和其他理化因素的影响,能存活相当长的时间,其传播能力和致病性也较强。这些传播都会受到个体、呼吸模式如打喷嚏、咳嗽等因素的影响。此外,儿童与成人的传播模式也有所不同,原因之一可能是由于呼吸高度不同。儿童具有更强的地面活动力度,微生物二次悬浮的力度也存在很大的差别。

生物气溶胶采样

传统的生物气溶胶采样方法是利用空气微生物采样器采集空气中的生物气溶胶样本,然后进行实验室培养。因而生物气溶胶采样中的一个关键问题是如何保持其活性。在粒子的收集和沉降过程中,微生物会由于机械压力和脱水而失去发育能力。测量得到的微生物浓度很大程度上依赖于采样技术和分析方法。

生物采样器主要依据撞击、碰撞、过滤等机理采样,因此可用不同的物理采集效率表征。另外人们常常重视采样过程中收集到的微生物的数量,却忽略了它们的生存能力,因此采样器的相关采集效率也直接影响检测的结果。

目前已经开发了很多种收集生物气溶胶的采样器:单级或多级撞击式采样器,离心式采样器,液体冲击式采样器,过滤式采样器,以及成熟的生物气溶胶在线监测技术。传统大多数采样器允许将微生物直接采集在琼脂介质上,便于采样后在合适的条件下进行培养,从而来确定微生物群落。

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后记:作为大气颗粒物的主要成分之一,生物气溶胶的健康效应也日益受到关注。生物组分的健康效应主要有过敏性疾病、呼吸系统感染与癌症、病态楼宇综合症等。致敏是生物气溶胶常见的健康效应之一。许多细菌、真菌可以分泌过敏原,引发过敏反应。对于儿童哮喘与环境中的细菌暴露量间的关系进行研究,结果表明,儿童长期暴露于高浓度的不动杆菌属、乳酸菌属、奈瑟氏菌属、松树葡萄球菌等中, 其患哮喘和枯草热的几率与所暴露细菌的浓度成正比。




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