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讲讲生物安全动物实验室的分类以及设计原则吧
问题描述: 讲讲生物安全动物实验室的分类以及设计原则吧
回复时间: 2007-6-1
问题回复:摘要：本文简要介绍生物安全动物实验室的分类、基本作用、重要防护设备及建设注意事项。供生物医学科研工作者及生物安全动物实验室的管理者、经营者、设计单位和施工单位参考。
关键词：生物安全动物实验室 生物安全柜 实验动物
动物实验作为生命科学的重要研究手段而广泛使用,研究者越来越多的使用动物进行艾滋病、流行性出血热、病毒性肝炎、麻风、狂犬病、鼠疫等烈性传染病研究。动物感染实验从接种病原体到实验结束,中间要经过以日、周、月计算的过程,在此期间还要继续给动物喂食、给水、更换垫料及笼具等,遇有病原体随尿粪、唾液排出,就会有感染性气溶胶不断向环境扩散的危险；剖检动物时,实验者还会有接触在体液、脏器中繁殖了的病原体的危险；根据动物种类不同,还可能被动物咬伤甚至由于注射器、手术刀的创伤而被感染等。另外,近年来发展快速的重组ＤＮＡ实验所带来的潜在危险以及由肿瘤病毒引起的潜在致癌性等问题也是动物实验中存在的生物危害【1】。因此，生命科学领域中的实验动物工作在为人类的健康做出越来越重要的作用的同时,不容置疑地也涉及到一定的生物安全问题。
本文试从生物危害（biohazards）和生物安全(biosafety)及防护等方面简要介绍生物安全动物实验室（animal Biosafety laboratory）的相关知识。
一、生物安全动物实验室的分类
世界卫生组织（WHO）一直非常重视生物实验室生物安全问题，早在1983年就出版了《实验室生物安全手册》（Laboratory Biosafety Manual），该手册将病原性微生物根据其致病能力和传染的危险程度等划分为四类；将生物实验室根据其设备和技术条件等划分为四级；其相应的操作程序也划分为四级，并对四类微生物可操作的相应级别的实验室及程序进行了规定。美国NIH/CDC联合出版的《微生物学及生物医学实验室生物安全准则》（Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories, BMBL），也针对各病原体对人体、环境的危害程度而将病原性微生物分为四大类。很多国家在生物安全等级分类上都有相关规范，虽然若干定义上稍有不同，但对于危害等级分类的范畴却十分接近。2002年12月3日，我国颁布卫生行业标准《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》（WS233-2002》）。2003年8月19日卫生部发布通告（卫通[2003]14号 ），宣布医疗机构暂停执行该准则。由于实验室的生物安全越来越受到人们的重视，去年我国陆续出台了3部有关实验室生物安全的规范与标准，分别是：2004年５月２８日颁布国家标准《实验室生物安全通用要求》（GB 19489—2004），同年１０月施行；2004年11月12日，国务院令(第424号)，公布《病原微生物实验室生物安全管理条例》； 2004年8月3日建设部发布公告，《生物安全实验室建筑技术规范》（GB 50346－2004）自2004年9月1日起开始实施。
根据生物因子对个体和群体的危害程度将其分为4级【2】：
危害等级Ⅰ（低个体危害，低群体危害）
不会导致健康工作者和动物致病的细菌、真菌、病毒和寄生虫等生物因子。
危害等级Ⅱ（中等个体危害，有限群体危害）
能引起人或动物发病，但一般情况下对健康工作者、群体、家畜或环境不会引起严重危害的病原体。实验室感染不导致严重疾病，具备有效治疗和预防措施，并且传播风险有限。
危害等级Ⅲ( 高个体危害，低群体危害)
能引起人或动物严重疾病，或造成严重经济损失，但通常不能因偶然接触而在个体间传播，或能用抗生素抗寄生虫药治疗的病原体。
危害等级Ⅳ（高个体危害，高群体危害）
能引起人或动物非常严重的疾病，一般不能治愈，容易直接、间接或因偶然接触在人与人，或动物与人，或人与动物，或动物与 动物之间传播的病原体。
一般说来，生物安全级别与微生物危害级别相一致（严格上，应通过生物危害评估）。因此，生物安全动物实验室也相应的分为如下四个级别：
生物安全1级动物实验室（Animal Biosafety Level 1,ABSL-1）：实验室结构和设施、安全操作规程、安全设备适用于对健康成年人已知无致病作用的微生物，如用于教学的普通微生物实验室等。
生物安全2级动物实验室（Animal Biosafety Level 2,ABSL-2）：实验室结构和设施、安全操作规程、安全设备适用于对人或环境具有中等潜在危害的微生物。
生物安全3级动物实验室（Animal Biosafety Level 3,ABSL-3）：实验室结构和设施、安全操作规程、安全设备适用于主要通过呼吸途径使人传染上严重的甚至是致死疾病的致病微生物及其毒素，通常已有预防传染的疫苗和治疗药物。
生物安全4级动物实验室（Animal Biosafety Level 4,ABSL-4）：实验室结构和设施、安全操作规程、安全设备适用于对人体具有高度的危险性，通过气溶胶途径传播或传播途径不明，目前尚无有效的疫苗或治疗方法的致病微生物及其毒素。与上述情况类似的不明微生物，也必须在四级生物安全防护实验室中进行。待有充分数据后再决定此种微生物或毒素应在四级还是在较低级别的实验室中处理。
根据国标《实验动物 微生物学等级及监测》（GB 2002-05-01）和《实验动物 寄生虫学等级及监测》 (GB 2002-05-01)中对实验动物微生物学和寄生虫学等级的监控及分类要求，依照国标《实验动物 环境及设施》（GB 14925－2001）对环境条件分类及技术指标要求，生物安全动物实验室的设施环境相应的分为：
普通环境：该环境设施符合动物居住的基本要求，不能完全控制传染因子，适用于饲育教学等用途的普通级实验动物。
屏障环境：该环境设施适用于饲育清洁级实验动物及无特定病原体（SPF, specific pathogen free）实验动物，该环境严格控制人员、物品和环境空气的进出。
隔离环境：该环境设施采用无菌隔离装置以保存无菌或无外来污染动物。隔离装置内的空气、饲料、水、垫料和设备均为无菌，动物和物料的动态传递须经特殊的传递系统，该系统既能保证与环境的绝对隔离，又能满足转运动物时保持内环境一致。该环境设施适用于饲育无特定病原体（SPF）、悉生（Gnotobiotic）及无菌（germ free）实验动物。
二、生物安全动物实验室的设计原则
2004年8月28日修订通过《中华人民共和国传染病防治法》第二十二条规定：疾病预防控制机构、医疗机构的实验室和从事病原微生物实验的单位，应当符合国家规定的条件和技术标准，建立严格的监督管理制度，对传染病病原体样本按照规定的措施实行严格监督管理，严防传染病病原体的实验室感染和病原微生物的扩散。
不同危害群的微生物必须在不同的物理性防护的条件下进行操作，一方面防止实验人员和其他物品受到污染，同时也防止其释放到环境中。生物安全动物实验室的设计原则就是要做到三保护：保护人、保护环境和保护实验动物。
保护人员免受相关危害。如感染、过敏、中毒或被动物抓挠撕咬等；
保护动物即保证实验动物质量和保证人道主义使用实验动物；
保护环境即保证室内空气、污水及废弃物（垫料、粪便、动物组织、动物尸体）等不污染室外环境。
为达到三保护的原则，生物安全动物实验室主要通过设施（Facilities）、设备（Equipment）、 人员及素质（Practices）的有效结合加以实现。
防护设施（secondary barrier,二级屏障）：实验室的设施结构和通风设计构成二级物理防护。二级防护的能力取决于实验室分区和室内气压，要根据实验室的安全要求进行设计。一般把实验室分为洁净、半污染和污染三个区。实验室的墙壁保持密闭，空调通风的气流方向永远保持：外界－HEPA－洁净区－半污染区－污染区－HEPA－外界。
防护设备（primary barrier,一级屏障 ）：包括各级生物安全柜和个人防护器材。关于生物安全柜后面将有详细介绍。个人防护器材包括口罩、面罩、护目镜、各类防护衣、帽、裤、鞋、靴、袜、手套等。
人员及素质:良好的专业训练和技术能力对保证实验室生物安全具有重要的作用 。
三、生物安全动物实验室的重要防护设备——生物安全柜
在生物安全动物实验室的各项防护设备中，为避免生物性样本、化学试剂等物质外逸造成人员健康危害或为确保操作样本的洁净，生物安全柜（Biosafety Cabinet）可说是进行生物性相关实验不可缺少的基本工具，除使用上极为普遍外，更由于其选择与使用的正确性与实验室人员安全息息相关，因此成为生物安全动物实验室极为重要的防护设备。以下主要参照世界卫生组织以电子版的形式在WHO网页上发布的《实验室生物安全手册》（第三版）为参考，笔者就生物安全柜的分级、工作原理及与不同安全等级实验室的使用做一简介。
Ⅰ级生物安全柜classⅠbiosafety cabinet：
由前部操作窗口以最小风速0.38 m/s 采入的室内空气到达柜内工作台面，而后经管道排出柜外。这种定向气流可以防止工作台面产生的具有潜在污染的空气逸出柜外，从而保护操作者。柜内气体经一个高效空气过滤器（High Efficiency Particulate Air filter, HEPA filter）可以直接排至室内，也可通过特定管道排至室外或直接排至室外。Ⅰ级生物安全柜由于设计简单，可以有效保护人员及环境，因此应用广泛。但由于其不能保证实验对象（实验试剂、样品等）不受污染，因此存在很大的局限性。
Ⅱ级生物安全柜Class II biological safety cabinets：
不同于Ⅰ级生物安全柜的是，进入Ⅱ级生物安全柜操作台面的室内空气需预先经HEPA-filter过滤。因此Ⅱ级生物安全柜既提供对操作人员和环境的保护，也提供对实验对象（实验试剂、样品等）的保护。Ⅱ级生物安全柜分为A1, A2, B1 和 B2四种型号。二级生物安全柜可以用来处理2类、3类风险组的病原性微生物，当穿着正压工作服时，甚至可以处理4类风险组的病原体微生物。
III级生物安全柜Class III biosafety cabinet：
提供了对人员的最高水平的保护，可以被用来处理4类风险组的病原体微生物。其特点是全密闭负压型。供气经HEPA-filter过滤，排气经双层HEPA-filter过滤。气流方向由安置在柜外的一个远程风机控制，可保证柜内相对于外界为负压，压差达到大约124.5 Pa。操作窗口为密闭式手套型操作口，物品经双扉灭菌锅或带HEPA-filter的传递箱进出柜内。III级生物安全柜可以适用于3级或4级生物安全动物实验室。
四、生物安全动物实验室的建设过程中应注意的问题
组建设计团队：包括建筑设计师、实验动物专家、动物实验室使用者代表、动物实验室管理者。
信息收集：对将要建设的动物实验室准备进行的动物种类及数量、微生物类型、试验性质等进行详细的前期调研工作。实验动物科学正逐步走入正规化和法制化，因此，设计团队一定要熟读有关实验动物的国标、行标及生物安全等有关规范。
参观考察：有目的有重点的参观同类相关设施，采纳经验、吸取教训。甚至可以通过因特网（Internet）了解当今国外先进的动物实验设施。
微生物危害评估Risk Assessment：当建设使用传染性或有潜在传染性材料的动物实验室前，必须进行微生物危害评估。评估内容包括：微生物的致病性（致病方式、致病程度）、致病途径、稳定性、致病剂量、操作时的浓度，除此以外，目标微生物是否有有效的预防和治疗方法、操作者的专业水平及技能也是评估内容。根据微生物危害评估结果，参照国际或国家的《微生物危害分类标准》，确定目标微生物应在哪一级的生物安全防护实验室中进行。
定位要清楚：在立项建造生物安全动物实验室前，首先应对实验室的主要用途、基本的性能指标以及建造实验室的目的等有透彻的了解。要根据试验对象的危害性确定生物安全动物实验室的等级，不能盲目地追求高等级，因为级别越高，建造和运行费用也越高。选择合理、经济的设计方案，要兼顾初投资和运行费用。对于高级别的生物安全动物实验室（三级和四级），由于其造价昂贵，不宜盲目攀比建设，避免造成浪费。
论证咨询和施工合作：从方案设计到论证施工,这期间动物实验室经营管理者要经过大量的调研工作和资料查阅,提出具体方案,并聘请实验动物专家为技术顾问，同设计单位进行密切沟通与合作、多方征询有关专家的意见；平面图设计好后，应该请实验动物学专家进行论证，论证设计图的人流、物流、气流的走向是否合理，以及设计是否达到实验动物国标的要求。
参考文献
【1】 陶元清 王忠东 范薇 等 青海医药杂志2001年第31卷第12期 关注全球生物安全,加快实验动物标准化进程
【2】《实验室生物安全通用要求》（GB 19489—2004）
