高校及科研院所SPF级动物实验室的应急管理措施

摘要:SPF级实验动物是生命科学领域被广泛认可的实验动物, 国内外高校和研究机构对于SPF级动物实验室的建设及管理都极为重视。SPF级动物实验室的屏障系统内环境要求苛刻,对室内环境的各项指标均有严格的质量标准。为保证屏障系统达到国家标准要求并正常运行,对其可能发生的紧急情况制定有效的应对措施显得尤为重要。以本校SPF级动物实验室为参考,针对停水及停电、极端天气、微生物污染和人员伤害等几方面的突发情况阐述了相应的应急管理措施,以期为我国高校及科研院所SPF级动物实验室的突发事件应急管理提供参考。

高校及科研院所SPF级动物实验室的应急管理措施

随着我国国民经济的快速发展,国家对生命科学科研事业也越来越重视,各大高校对高级别实验动物的应用和需求日益增多。无特定病原体 (Specific pathogen Free, SPF) 动物不携带潜在感染或条件致病菌,能够保证实验数据的精确性和可靠性,已经成为生命科学研究中被广泛认可的实验动物四而这些实验动物必须饲养于SPF级动物实验室,因此,SPF级动物实验室的建设和管理已成为反映医学院校科研水平的重要标志之一。但SPF级动物实验室运行时间长且对管理与维护要求较高,难以避免在运行过程中发生紧急安全事件,因此制定合理有效的应急管理预案显得格外重要。该文将从本校SPF级动物实验室正式运行以来遇到的突发情况进行总结,并对其中典型事件进行分析,对实验室的应急管理措施进行深度讨论。

1 突发停电及停水对屏障安全的考验

SPF级动物实验室的饲养环境为屏障环境,即使用万级无菌洁净室作为饲养室,入室施行严格管理,如消毒、淋浴、更换衣物等。实验室正常运行依赖着室内的各种设备,包括空调系统、纯水系统、灭菌系统及其他实验仪器等,这些设备均在通电的情况下才能正常使用,因此突发停电及停水对设备的使用及实验室内的环境影响巨大。

1.1 对空调系统的影响及相应措施

本校SPF级动物实验室使用的是全新风空调,配备独立的空调控制系统。空调控制系统的稳定运行是维持SPF级动物实验室内温湿度正常的核心要素,也是保持设施内洁净程度的基本条件。室外空气经过初效、中效及高效三级过滤装置过滤后进入屏障环境内,室内的实验动物产生的污浊气体将会通过空调的排风口经排风管道排到室外,在维持室内均一空气介质的同时保证室内环境的万级洁净度。如果遭遇突发停电或停水导致新风空调系统无法正常运行时,若无相应应急预案则可能导致实验室内屏障环境遭到破坏,严重威胁到实验动物的生命安全以及科研人员实验的正常进行。

若遇到突发停电的情况,可以根据季节温度不同采取不同应急措施。若在夏季遇到突发停电时,不需要调整空调系统,室内在短时间内可维持相对适宜的温度与湿度。若在冬季遇到突发停电时,当室外最低温度在零度以上且为短时间停电时(l h 内),同样无需调整空调系统;但当室外温度在零度以下且停电时间较长时,需关掉楼顶的补水箱阀门,同时打开空调主管泄水阀门、水泵泄水孔以及风冷模块机组的泄水阀门,排掉所有管路水源,避免因温度过低导致设备冻坏。在来电时应及时关闭所有泄水阀门并打开补水箱阀门,使管道水注满并打开循环水泵,再重新启动空调。

若遇到突发停水的情况,因空调机房内有补水箱可以储存部分水源,故短时间的停水对于空调系统的运行无大碍。但在缺水的情况下,表冷器等配件的温度调节功能可能因缺水出现异常,因此在夏季较长时间缺水可能会导致室内温度明显升高。

同时应当注意的是,当空调系统因突发停电、停水或其他故障而不再运行时,屏障环境内各房间的压差也无法再保持。因此不建议外部人员再进入屏障环境内,而屏障环境内的门禁系统随即失效,实验人员可以选择立即离开,也可以选择留在原处等供电恢复,但不应频繁开启屏障环境内部各房间的门,防止各房间之间的交叉污染。

1.2 对实验动物纯水仪的影响及相应措施

本实验室使用的实验动物纯水仪为MN-100J型实验动物饮水机,采用三级过滤系统纳滤膜渗透系统以及内置的紫外杀菌装置,能有效去除动物饮用水中的氟、砷以及含毒性有机物等有害物质,并可有效杀灭水中可能存在的致病的微生物,保证了实验动物饮水符合国家安全标准与实际实验需求。

在突发停电或停水时实验动物纯水仪均无法继续使用,所以实验室应提前准备适量的、符合标准的饮用水。经过纯水仪处理的实验动物饮用水在储存一周的情况下是符合国家标准的,因此建议定期更换储存饮用水。

1.3 对灭菌设备的影响及相应措施

外环境中的一切物品进入屏障环境内都需要经过灭菌处理,一般来说有两种方式,分别是通过紫外传递窗的辐照灭菌以及通过脉动真空灭菌器的高温高压灭菌。突发停水不影响紫外传递窗灭菌,但当突发停电时两种灭菌方式均无法正常使用。

因此,如果在使用过程中碰到突发停电或停水,应关闭电闸、保持传递窗或灭菌器的门为关闭状态,等恢复供电后再重新灭菌。

1.4 对其他设备的影响及相应措施

实验室内的其他设备包括大小鼠独立通风笼具(Individual Ventilated Cages, IVC)、超净工作台、显微镜、离心机等实验设备也会因突发停电而受到影响或是无法使用。

其中大小鼠IVC在一般情况均内置蓄电池,在停电后自动切换至电池供电状态,可维持约8~ 24h的仪器运行,因此,短时停电对其笼具内的实验动物生存无太大影响。

由此可见,短时间的停水、停电,部分设备可以采用相应应急措施,以减轻对设备的损害,并维持室内环境的洁净及稳定。长时间的停水及停电将对实验室的环境造成严重破坏,需要联系相关单位尽快供水供电,或启用备用小型发电机和备用水箱以维持实验室供水供电正常。

2 极端天气对空调系统的挑战

通过对气候观测数据的分析发现,近几十年间在中国境内的极端天气显著增多。极端天气包括极寒、极热以及极端降水等情况,主要影响的是室外环境,尤其对空调系统外机设备以及空调机房内附属设备影响较大,对室内设备的影响因素较少。

2.1 极寒天气对空调系统的影响及相应措施

即使在“全球气候变暖”这一大趋势下,实证事例表明仍有部分地区出现了“极寒天气现象” ,尤其是近几年的寒潮,往往伴随着大风、暴雪等灾害性天气, 对人们的生产生活造成了严重的影响,同时对低温或超低温条件下的空调机组造成了着巨大的潜在危害。

该地区冬季气温达到零下十几度,近年来屡次出现极寒天气,因此本实验室非常重视空调系统在冬季运行过程中可能发生的设备以及管路的冻裂事故。冻裂事故主要发生在以热水为热媒的新风加热器以及热风幕,少部分发生在以蒸汽为热媒的新风加热器,另有少部分情况发生在后盘管内的存水排泄不尽时停止运行表冷器。本实验室曾发生过冬季低温时期水泵冻裂情况,是未将轮换使用的水泵中存水及时排出而导致,因此冬季长期不用或轮换使用设备时,应及时打开泄水阀门、水泵泄水阀以及制冷机组泄水阀,将管道和设备里面的水排放干净避免冻裂管道和设备。

2.2 极热天气对空调系统的影响及相应措施

在温度较高的情况下,空调系统的能耗将会显著上升。

在极热天气时,SPF级动物实验室管理人员应首先考虑到本区域供电压力问题,预防好可能出现的停电或停水情况。

2.3 极端降水对空调系统与屏障安全的影响及相应措施

从2012年的7.21北京特大暴雨灾害到2021年的河南暴雨灾害,近年来国内的极端降水事件不断发生,这让我们不得不考虑到极端降水或多降雨事件对SPF级动物实验室可能造成的影响。

降水过多或时间过长时可能会出现建筑漏水情况,因此,一定要做好实验室防水工作。另外,湿度过大时可能会导致空调外部设备的线路短路,工作人员应做好设备巡检与维保工作,一旦发生问题及时维修。

管理人员应及时关注可能发生的极端天气,遇到可控范围内的极端天气可采取部分应急措施,以降低对SPF级动物实验室内环境的影响;若遇到较为严重的情况,则应积极响应国家及当地政府的领导,服从指挥,应对灾情。

3 实验动物微生物污染的防控

SPF级实验动物是生命科学及医学研究使用最频繁的动物,因其不存在对实验结果影响大的微生物而被广泛认可。因此,SPF级实验动物的微生物质会直接影响着相关实验结果的精确性与准确性,是实验动物质量的重要评判标准之一 ,需要我们严加防控。

在对我国部分厂家生产的商业化SPF级小鼠的检疫分析中,结果证实部分样品仍可能存在病原体污染现象,包括呼肠孤病毒III型 (Reo-3)、小鼠肺炎病毒(PVM) 和多瘤病毒 (POLY) 等病毒污染,以及为肺炎克雷伯杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌等细菌污染,另有少量样品存在寄生虫污染。其次,在实验动物饲养和实验过程中,空调系统过滤器未及时更换、物品灭菌不完全、饮用水不达标、饲料或垫料不合格、实验室环境清洁不到位、人员操作不规范或本人具有传染性人畜共患病等均可造成实验动物的微生物污染。这些微生物病原体中,除条件性致病菌绿脓杆菌外,其他病原体对小鼠本身和实验研究均具有一定的影响。国外普遍要求排除而未在我国标准中的螺杆菌、牛棒状杆菌、柠檬酸杆菌等微生物均可对实验动物健康产生不同程度的危害,往往会产生体重降低、结膜充血、肿瘤等异物移植生长缓慢等现象, 进而影响实验结果的准确性,因此,做好实验动物检疫工作显得尤其重要。

针对此类情况,入驻前的动物检疫工作至关重要,我们通常需要对实验动物携带微生物进行检测,并将其放在检疫观察室内观察1~ 2周,均无异常后再转入相应饲养室中。实验动物的微生物污染一旦发生就难以清除,按照《实验动物管理条例》应将本室内污染的实验动物全部淘汰或是重新净化,所有的饲养器具及实验器具均需重新清理消毒,本室内外有可能被污染的区域应当采取严格的消毒措施,且应空置一段时间后再次启用。而目前常用的净化方法包括剖腹取胎技术以及胚胎移植技术,剖腹取胎技术的特点是相对来说简单且有效,而胚胎移植技术更适用于基因编辑动物的净化。但在实际情况中,部分单位并不具备大规模净化的能力,且无法承担全部淘汰的损失,在实验动物表现基本正常的情况下也有通过药浴达到消灭寄生虫污染的案例,并在随后的18个月随访过程中未发现复发现象。

4 日常实验过程中对人员伤害防护

SPF级实验动物往往需要屈障系统及IVC系统的双重保险,因此其生存环境相对稳定,不但保证了实验结果的可信性,也最大程度保障了实验人员的安全。但是2011年发生的东北农大师生在动物实验过程中感染布鲁氏菌病的事件,再一次让我们重视起动物实验过程中的安全隐患问题。

4.1 突发的物理性危害及应对措施

实验室内发生的物理性危害包括动物的抓伤咬伤、锐器的割伤刺伤、不慎摔伤碰伤、放射线辐射伤以及触电伤等,一般情况下若实验人员按照标准流程操作,很大程度上可以避免这些伤害。

操作人员及管理人员应具备一定的应急处理知识,针对不同伤害采取相应措施。抓伤或咬伤一般是由于操作人员操作不规范或固定不当,导致实验动物受到惊吓从而被动物攻击。被实验动物抓伤或咬伤的伤口一般较小,操作人员可能会出现疼痛或焦虑等症状,如处理不当可能存在感染的风险,因此,应及时冲洗伤口并仔细消毒,必要时使用抗菌剂治疗,并及时进行接种破伤风疫苗。针刺伤和锐器伤一般是由于操作人员未正确取用针头或锐器,若造成损伤的针头或锐器已经使用过或存在潜在感染的危害,则应立即挤出伤口的血液,尽可能冲洗干净、消毒包扎,及时就医并做好跟踪复查和治疗。摔伤碰伤一般是由于隔离衣脚底较滑,操作人员疾行不慎或是搬运物品用力不当而导致,实验室工作人员应做好巡视工作,一旦发现摔伤碰伤的实验人员应及时协助其转移至屏障环境外,尽快处理伤情。放射线辐射伤一般是由于操作人员作业期间室内或超净工作台紫外灯处于开启状态,无防护情况下长时间的放射线辐射可能导致实验人员头晕、灼伤、四肢无力甚至对视力造成严重伤害。因此,工作人员应做好检查,在有人作业的情况下严禁开启室内或超净工作台紫外灭菌装置。触电伤一般是由于使用潮湿电器,伤情可能较为严重,因此,工作人员应严格检查实验室内设备的用电安全,并且具备相关急救知识,及时对受伤人员进行急救处理并送至医院进行治疗。

4.2 突发的化学性危害应对措施

实验室内发生的化学性危害一般来源于化学消毒剂或是实验用药剂,往往表现为对皮肤、眼睛、呼吸道和胃肠道的强烈刺激,严重者可能导致灼伤。

因此使用挥发性消毒剂时不应有人长时间处于室内,在消毒结束后应及时通风;若化学消毒剂或药剂溅射到皮肤或眼睛上时应及时冲洗,若出现瘙痒或灼伤症状应及时就医。

4.3 突发的生物性危害应对措施

实验室内发生的生物性危害一般来源于实验动物的体液、粪便或是其他分泌物及废弃物,如果动物本身携带有传染性的病原微生物,则很有可能通过皮肤接触或伴随物理性伤口出现时的体液接触等方式传染给操作人员。

因此对实验动物的定期检疫、哨兵动物的设置与实验废弃物的正确处理十分必要。一旦操作人员的手套或隔离衣发生破损导致与潜在感染的实验动物分泌物或废弃物发生直接接触后,应立即停止实验,充分冲洗接触部位或伤口处,使用消毒剂消毒并及时就医。若在随诊中发现疑似感染则应对污染样品进行保存、检测,同时按国家相关规定向上级主管部门报告,并及时跟进事件进展情况。如果感染事件属实,则应按上文相应措施对实验室进行彻底的消毒灭菌。

5 结束语

SPF级实验动物作为生命科学及医药研究领域的重要载体,其饲养环境为SPF级动物实验室的管理水平直接决定了实验动物质鼠以及实验结果的可靠性, 及时有效地应对实验室突发的紧急事件才能够保障实验室的正常运行、保证动物实验的有效进行以及实验动物从业人员的自身安全。近年来各大高校和研究机构实验室安全事故时有发生,国家和教育部也出台了一系列相关政策和指导意见,对实验室的安全管理工作越来越重视。制定和实施 SPF级动物实验室的应急管理措施是实验室安全管理的重要保障,需要每一位实验动物从业人员的重视与支持。

特别说明:本文选摘滨州医学院周怡璇等老师《探究SPF级动物实验室的应急管理措施》,仅供相关专业师生实验室安全交流学习使用,版权归原作者及原出处所有。内容为作者观点,并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责。如涉及版权等问题,请及时与我们联系!

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