CC BY
72
УДК 57:579.8:628.8
ВОЗДУШНЫЕ БАРЬЕРНЫЕ ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
О.Б. Шишкина, Е.А. Тюрин
ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии»
Роспотребнадзора, Оболенск, Россия
Система мониторинга приточно-вытяжной вентиляции при организации работ с патогенными биологическими агентами (ПБА) необходима для обеспечения защиты персонала и окружающей среды от вредных выбросов. Стабильное обеспечение оптимальных физических и гигиенических параметров воздушной среды (микроклимата) средствами вентиляции в лабораториях, где работают с ПБА, является дополнительным элементом управления возможными рисками внутри лаборатории. Эффективный режим безопасного вентилирования микробиологической лаборатории возможен только при совокупном рассмотрении гигиенических требований и параметров теплового баланса воздушной среды с учетом термоизоляционных характеристик спецодежды, средств индивидуальной защиты, в том числе органов дыхания, специфики и интенсивности выполняемых работ с ПБА. Использование боксов биологической безопасности создает дополнительную защиту от вредных выбросов в помещения лаборатории и окружающую среду.
Ключевые слова: биологическая безопасность, вентиляция, микроклимат, боксы биологической безопасности, уровни биологической безопасности, патогенные биологические агенты, персонал лаборатории
AIR BARRIER DISTRIBUTION BOARDS OF BIOSAFETY TO PROTECT THE ENVIRONMENT
O.B. Shishkina, E.A. Tyurin
The State Research Centre for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russia
The system of monitoring combined extract and input ventilation during organization of works with pathogenic biological agents (PBA) is necessary for ensuring protection of the personnel and environment from harmful emissions. Stable ensuring optimum physical and hygienic air environment parameters (microclimate) using ventilation in PBA laboratories is an additional part of management of possible risks in the laboratories. An effective mode of safe aeration of microbiological laboratory is possible only by combination of hygienic requirements and parameters of thermal balance of the air environment taking into account thermo insulating characteristics of overalls, means of individual protection, including respiratory organs, specificity and intensity of the performed works with PBA. Use of biological safety boxes creates additional protection against harmful emissions in the laboratories and environment.
Key words: biological safety, ventilation, microclimate, biological safety cabinets, biological safety levels, pathogenic biological agents, laboratory personnel,
Любая воздушная среда помещения есть подвижная, живая среда, которая характеризуется не только газовым составом, но и содержит в себе пылевые механические частицы, влагу, микроорганизмы. Человеческий эпителий - основная среда для распространения живых биологических образований. По некоторым данным в чистых помещениях на 1000 частиц человеческого эпителия приходится один микроорганизм [8]. Защитить персонал внутри лаборатории от возможного контакта с аэрозольными частицами ПБА, связанного с профессиональной деятельностью, через воздушную среду достаточно сложно. Поэтому проектные решения, монтажные исполнения, эксплуатация вентиляционной сети должны обеспечивать требуемый режим принудительного вентилирования. Для этого необходимо формировать устойчивые воздушные потоки заданной направленности на границах зон (из «чистого» в «заразное»), лабораторных помещений, рабочих сечений боксов биологической безопасности, вытяжных шкафов, укрытий и т.п. [1, 2].
Воздушная среда микробиологической лаборатории может рассматриваться как место потенциального присутствия патогенного биологического агента [4, 5, 12]. Эксплуатация лабораторного помещения должна учитывать особенность условий и предусматривать функциональное зонирование внутреннего пространства, локализацию, продуманную организацию работ и определенные гигиенические условия [1, 2]. Необходимо постоянно проводить контролирующие мероприятия и процедуры, которые предупреждают, ограничивают и подтверждают минимизацию риска бесконтрольного распространения ПБА в воздухе лабораторной среды и исключают возможность его выхода во внешнее воздушное пространство [1, 2, 4, 5, 11-13].
В микробиологических лабораториях различного уровня биологической безопасности (базовых, изолированных, максимально изолированных), расположенных на потенциально опасном биологическом объекте, на котором проводят работы с возбудителями вирусных и бактериальных инфекционных заболеваний, относящихся к I-IV группе патогенности (опасности), должны быть предусмотрены инженерные системы биологической безопасности [3, 4, 12-14].
Уровень биологической опасности патогенного биологического агента (ПБА) определяется условиями и требованиями, предъявляемыми к защите от него [3, 4, 12-14] к ограждающим строительным конструкциям зданий и сооружений, в которых располагаются микробиологические лаборатории биологически опасного объекта, а также:
• подбору, приобретению, монтажу, наладке и вводу в эксплуатацию защитного оборудования и средств индивидуальной защиты персонала, работающего на биологически опасном объекте с учетом критериев для соблюдения биологической, санитарно-гигиенической и экологической безопасности;
• соответствующей профессиональной подготовке персонала лабораторий и инженерно-техническому персоналу, ответственному за эффективную работу инженерных систем, обеспечивающих экологическую безопасность;
• разработке безопасных методов и приемов исследований ПБА, вопросы их обеззараживания и дальнейшей утилизации.
Несмотря на принимаемые меры, полностью исключить возможность присутствия ПБА в воздушной среде лаборатории нельзя [1, 2, 14]. Большинство манипуляций с микроорганизмами, проводимых в лабораториях любого уровня, сопровождаются попаданием в воздух его аэрозольных частиц, что может привести к заражению персонала и попаданию в окружающую среду [4, 5, 12].
При проектировании в организации воздухообмена микробиологической лаборатории закладываются условия вентилирования: общеобменная вентиляция обеспечивает удаление тепловых поступлений (люди, освещение, оборудование, отопление) из верхней части помещения. Формируемые направленные барьерные воздушные потоки и рекомендуемые значения их скорости (0,45 - 0,7 м/сек), обеспечивают локализацию источника биологической опасности, но только на границе зон и в укрытиях. Однако при выполнении работ на столе, некорректной работе в укрытии (боксе биологической безопасности), возникает реальная возможность попадания аэрозоля с ПБА в воздушную среду помещения и, в дальнейшем, выход его в окружающую среду [4, 14].
Вентиляция - непрерывный процесс организованного перемещения воздушной среды. Боксированное лабораторное помещение является изолированным от внешней окружающей среды помещением. В отсутствии персонала его можно рассматривать как аналог вентиляционной камеры - то есть защитного барьера между внутренним рабочим пространством биологически опасного помещения и внешними экологически чистыми пространствами окружающей среды. При работающей вентиляции в помещении можно выделить два вида воздушных потоков: организованные и неорганизованные. Организованные потоки связаны с местами поступления и удаления воздуха обще обменной вентиляцией, а также воздушными формированиями, обусловленными влиянием постоянной работы первичных барьеров. Организованные потоки предусмотрены проектом и техническими решениями. Эти потоки характеризуются расчетными параметрами и заданной направленностью. Организованные потоки существуют в боксе в оснащенном и функционирующем состоянии. Неорганизованные воздушные потоки, возникают в процессе эксплуатации помещения и обусловлены присутствием персонала. Персонал, находящийся или работающий в помещении, является объектом, который своей жизнедеятельностью вносит физические изменения в состояние воздушной среды (загрязнения, тепло и влаговыделения), а также возмущения в направленное движение воздушных потоков. Лучистый и конвективный теплообмен также оказывает влияние на формирование неорганизованных потоков, которые усиливают явление турбулентности.
По данным У.Уайта [8], который является международным экспертом в области технологии чистых помещений, 70% загрязнений воздушной среды приходится на человека, остальное - частицы пыли с одежды, ограждающих строительных конструкций (стены, пол, потолок), оборудования и т.п. Интенсивность генерации частиц эпителия зависит от комфортности условий среды: температуры, влажности, кратности воздухообмена. Размер генерируемых человеком частиц находится в пределах от 5 мкм до 30 мкм. Частицы
размером 10-30 мкм могут осаждаться со скоростью 1 м/с. Движение и распространение этих частиц контролируемо.
Тяжесть последствий поражения персонала и окружающей среды зависит от напряженности источника ПБА. При аэрозольном заражении инфекционным агентом через воздушную среду при дыхании именно аэрозольные частицы размером 0,1-0,5 микрон достигают альвеол. По данным статистики одна треть заражений, полученных в лаборатории, происходит в результате однократного воздействия ПБА или несчастного случая [4, 14]. В этом случае инфекционное заболевание просто трудно распознать или классифицировать, как профессиональное, т.е. полученное в лаборатории.
Для создания заданных параметров системы вентиляции в первую очередь следует ориентироваться на уровень биологической безопасности, который необходим при работе с данным видом ПБА, наличие нормативно-методической документации по биологической безопасности при проведении работ в лаборатории, обслуживании инженерных систем биологической безопасности обученным инженерно-техническим персоналом.
Следовательно, для обеспечения надежной защиты воздушной среды и создания соответствующих санитарно-гигиенических условий для соблюдения требований биологической и экологической безопасности средствами вентиляции желательно уже на стадии проектирования моделировать, а после ввода в эксплуатацию помещения экспериментально подтвердить эффективность принятых технических решений и организационных мероприятий.
Температура, влажность, скорость перемещения (подвижность) воздуха и температура ограждающих поверхностей помещения - основные гигиенические параметры, оказывающие влияние на тепловые ощущения человека. Человек чувствует себя комфортно в том случае, когда посредством воздушной среды отводится столько тепла, сколько его вырабатывает организм. Отклонения параметров приводят к нарушению физиологические функции организма: терморегуляции, обмена веществ, работы сердечно - сосудистой, нервной системы и т.п. Даже в климатических условиях, которые принято считать «нормальными», до 10 % людей чувствуют различную степень дискомфорта. Теплота, выделяемая организмом человека, передается в окружающую среду через кожный покров радиационным теплообменом, конвекцией, теплопроводностью и испарением, а также выдыханием теплого воздуха. Радиационный теплообмен происходит между человеком и поверхностями ограждений. Теплота, передаваемая конвекцией и теплопроводностью, зависит от температуры, влажности и скорости воздуха, вида и теплопроводности одежды. Влага из человеческого организма постоянно выделяется через легкие и кожу в результате естественного метаболизма. В то же время организм требует, чтобы выделяемая влага возмещалась, причем третья часть потерь восполняется через легкие. Несбалансированное превышение влажности и температуры приводят к перегреву организма. Это может отразиться на моторике движений персонала во время выполнения специфических манипуляций с ПБА, инфицированными животными.
Недостаточное движение воздуха приводит к образованию тонкой неподвижной воздушной оболочки вокруг тела человека, которая уменьшает теплоотдачу организма, что приводит к перегреву организма. Кроме того, малая подвижность воздуха оказывает
влияние на состояние внутренней воздушной среды помещения, в том числе формирование застойных зон. В условиях лаборатории концентрация контаминированных частиц - фактор риска. Рекомендуемый объем подаваемого свежего воздуха в помещение установлен на основании количества углекислоты. Однако эта величина индивидуальна. Увеличение количества поступающего воздуха в помещение, как правило, улучшает качество воздушной среды. Газовый состав в помещении изменяется главным образом в результате жизнедеятельности людей.
Избыток и недостаток СО2 во вдыхаемом воздухе одинаково вредно отражается на состоянии организма. Влияние газового состава воздушной среды на организм человека в условиях микробиологической лаборатории может повлиять на чрезмерную возбудимость или повышенную утомляемость персонала, что является фактором риска возникновения аварийных ситуаций при работе с ПБА.
Стабильное обеспечение оптимальных физических параметров воздушной среды (микроклимата) средствами вентиляции в лабораториях, где работают с ПБА - это дополнительный элемент управления возможными рисками внутри лаборатории в совокупности с созданием оптимальных гигиенических условий для работника. Следовательно, эффективный режим безопасного вентилирования микробиологической лаборатории возможен только при совокупном рассмотрении параметров теплового баланса воздушной среды с учетом термоизоляционных характеристик спецодежды, средств индивидуальной защиты, в том числе органов дыхания, специфики и интенсивности выполняемых работ с ПБА.
Еще одним средством противоэпидемической защиты в микробиологических лабораториях и поддержания надлежащего гигиенического баланса при проведении работ с ПБА !-!У групп, кроме вентиляции, являются боксы, шкафы и кабинеты биологической безопасности ! и !! классов [1, 2, 6, 7,9-13].
В качестве одного из укрытий для защиты персонала, применяемых до настоящего времени, в РФ был предложен шкаф типа «ШНЖ» НПФ «Изотоп». Шкаф рассчитан на 1, 2 или 3 рабочих места. Шкаф прост и надежен в эксплуатации, относится ко !! классу безопасности. Используется для проведения радиобиологических исследований, выпускается в настоящее время фирмой «Изотоп». Изготавливается из нержавеющей стали. Имеет собственный фильтр для защиты от радионуклидов, переднюю прозрачную панель из органического стекла, которая поднимается и опускается по принципу гильотины, снабжается резиновыми рукавами - перчатками, одеваемыми на отверстия для рук. Эксплуатируется в микробиологических лабораториях как вытяжной шкаф после подключения к вытяжной системе вентиляции с фильтрами тонкой очистки, установленными в вентиляционной камере вне микробиологического бокса. Возможность выброса зараженного воздуха из рабочего объема в рабочее помещение при работе с опущенной панелью и надетыми рукавами - перчатками маловероятна. Шкаф используется для микробиологических работ, постановки серологических реакций, заражения мелких лабораторных животных, выделения клеточных структур, центрифугирования в малых объемах, сублимационного высушивания культур микроорганизмов. К недостаткам можно отнести отсутствие контроля параметров потока воздуха и незащищенность предмета исследования.
Бокс I класса безопасности представляет собой металлическую конструкцию с фильтрами тонкой очистки. Предназначен для работ в лабораториях базового и/или учебного уровня. Частично удерживает ПБА во внутреннем объеме потоком воздуха. Воздух удаляется через систему высокоэффективных фильтров НЕРА в помещение или в вытяжной воздуховод. Скорость воздуха в проеме рабочей панели: 0,5 -1.0 м/сек при высоте проема 20 см. Ламинарный поток воздуха направлен от переднего края панели вглубь и на вытяжку.
Бокс II класса безопасности применяется в изолированных лабораториях. Воздух удаляется через систему высокоэффективных фильтров в вытяжной воздуховод. Скорость воздуха в проеме рабочей панели: 0,4-0,5 м/сек при высоте проема 20 см. Ламинарный поток воздуха направлен сверху вниз. Осуществляется частичное удержание ПБА во внутреннем объеме бокса.
В настоящее время в лабораториях микробиологического профиля используются модели боксов биологической безопасности отечественного производства. Это модели «БАВп-01-Ламинар-СИ» и БАВ - «Ламинар» С - «Protect», СЛШ. Боксы комплектуются фильтрами НЕРА. Основные защитные характеристики боксов: скорость входящего и нисходящего воздушных потоков, характеристики установленных в них высокоэффективных фильтров очистки воздуха позволяют говорить о надежности данного оборудования в защите окружающей среды и персонала и поддержании нормальных гигиенических условий во время работы в боксах. В соответсвии с требованиями нормативной документации [1, 2] работы с микроорганизмами в лаборатории должны проводиться только с использованием данного оборудования.
Наряду с использованием боксов отечественного производства для работы с ПБА очень часто в лабораториях устанавливают кабинеты биологической безопасности, изготовленные за рубежом.
Боксы зарубежного производства также надежны в эксплуатации, но сложны в техническом обслуживании, требуется специальная подготовка инженерно-технического персонала, дороги [6, 7]. Применение боксов биологической безопасности различного класса во многом зависит от тех задач, которые ставят перед собой исследователи. Они изготовлены из нержавеющей стали. Имеют переднюю стеклянную панель гильотинного вида. Управление и элементы контроля расположены над передней панелью горизонтально. Бокс II класса может быть подсоединен посредством трубопровода к вытяжной системе вентиляции корпуса. Все боксы комплектуются высокоэффективными фильтрами НЕРА.
Это требует от службы эксплуатации знаний не только технического, но и биологического характера. Важная роль отводится службам биологического и эпидемиологического контроля, которые проверяют и контролируют чистоту работы, контаминацию рабочих поверхностей, выполнение дезинфекционных мероприятий, теоретические и практические знания исполнителей и обслуживающего персонала [9].
Выводы:
Для обеспечения защиты человека, окружающей среды и поддержание надлежащих гигиенических условий для работы с микроорганизмами I-IV групп патогенности (опасности) средствами вентиляции и боксами биологической безопасности необходима эффективная работа всего комплекса вентиляционной системы, в которой необходимо предусмотреть:
• проведение анализа рисков и контроля движения воздуха между лабораториями и внутри них с учетом материальных, людских и воздушных потоков, оценить характер их взаимодействия;
• поддержание средствами вентиляции стабильных параметров микроклимата воздушной среды: температуры, влажности, кратностей воздухообмена;
• определить места возможного источника загрязнения с выделением специфических рабочих зон;
• исключение попадания пылевых частиц извне при помощи изолирующих систем и воздушных шлюзов;
• обеспечить устойчивый воздухообмен по времени восстановления воздушной среды в помещении в состоянии эксплуатации за счет формирования устойчивых воздушных потоков, обеспечивающих биологическую безопасность проводимых работ;
• регулярная оценка защитной эффективности боксов биологической безопасности и фильтров тонкой очистки, установленных в них.
Список литературы:
1. 1.3.3118-13.: СП. Безопасность работы с микроорганизмами 1-11 групп патогенности (опасности): Санитарно-эпидемиологические правила. - М.: Госсанэпиднадзор России, 2013. - 195 с.
2. 1.3.2322-08: СП. Безопасность работы с микроорганизмами Ш-М групп патогенности (опасности) и возбудителями паразитарных болезней Санитарно-эпидемиологические правила. - М.: Роспотребнадзор, 2008. - 76 с.
3. Основы биологической безопасности: принципы и практика : учебно-методическое пособие / Р.В. Боровик, Г.А. Дмитриев, Л.В. Коломбет и др. - М.: Медицина для вас, 2008.
- 303 с.
4. Основы техники безопасности в микробиологических и вирусологических лабораториях / С. Г. Дроздов, Н. С. Гарин, Л .С. Джиндоян, В.М. Тарасенко. - М.: Медицина, 1987.
- 256 с.
5. Практическое руководство по биологической безопасности в лабораторных условиях. - 3-е изд. / Всемирная организация здравоохранения. - Женева, 2004. -139 с.
6. Тюрин Е. А. К вопросу использования боксирующих устройств для работ с ПБА I-Пгрупп патогенности в ФГУП ГНЦПМ/Е. А. Тюрин, О. Б. Шишкина//Противочумные учреждения России и их роль в обеспечении эпидемиологического благополучия населения страны :материалы конференции, посвященной 70-летию Противочумного центра. - М., 2004.- С. 275-278
7. Боксирующие устройства, используемые при проведении работ с ПБА 1-11 групп патогенности / Е. А. Тюрин, С. А. Иванов, Л. И. Маринин, И. А. Дятлов, М. Н. Ляпин // Проблемы ООИ. -2010. - Вып. 4 (106). -С. 23-27
8. Уайт В. Технология чистых помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации / В. Уайт. - М. : «Клинрум», 2002. - 304 с.
9. Чекан Л. В.Шкафы биобезопасности - надежное средство профилактики внутрила-бораторных заражений при работе с возбудителями ООИ. /Л. В. Чекан, Е. А. Тюрин// 48 ЦНИИ Минобороны России.Диагностика,лечение и профилактика опасных и особо опас-ныхинфекционных заболеваний. Биотехнология :материалы Всероссийской конференции, посвященной 80-летию со дня основания ФГУ. - Киров, 2008. - С. 426-428.
10. Шишкина О. Б.Комплексное использование систем вентиляции, кондиционирования воздуха и боксов биологической безопасности для обеспечения санитарно-гигиенических условий в микробиологических лабораториях / О. Б. Шишкина, Е. А. Тюрин// Актуальные проблемы общей и военной гигиены : материалы Всероссийской научно-практической конференции. - СПб.,2011. -С.106-107
11. Biological Safety: Principles and Practices. 4 Ed.: D. O. Fleming, D. L. Hunt. - ASMPress Washington D.C. - 2006. - 624 p.
12. Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories // 5th Edition U.S.Department of Health and Human Services Public Health Service Centers for Disease Control and Prevention National Institutes of Health HHS PublicationK No. (CDC) 21-1112 Revised December 2009. 0 360 p.
13. Laboratory Biosafety Guidelines. 3-rd Edition. Canada. 2004. -113 р.
14. Pike R. M. Laboratory-associated infections: summary and analysis of 3921 cases// Health. Lab. Sci. - 1976. - V. 13. - N.2. - P. 105-114.
