新型冠状病毒肺炎病区环境及医务人员防护设备表面SARS-CoV-2核酸污染的检测与评价

Abstract

目的

对武汉某定点医院新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)病区内的空气、污染区高频接触物体表面及医务人员防护服表面采样，并检测新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)核酸，以明确病区内SARS-CoV-2污染程度，指导感染控制，保证医务人员安全。

方法

于2020年3月11—19日，使用便携式生物气溶胶采样器WA-15采集病区内清洁区、缓冲区及污染区的空气样本，应用预湿无菌棉签涂抹法采集污染区高频接触物体表面样本和医务人员防护服表面样本(最外层手套表面以及气管切开操作者正压呼吸防护头套和隔离衣表面)，采用实时荧光定量PCR方法检测样本中的SARS-CoV-2核酸。隔离医学观察期间对病区内工作过的医务人员行咽拭子SARS-CoV-2核酸检测，血清SARS-CoV-2 IgM、IgG抗体检测及胸部CT扫描明确医务人员COVID-19感染情况。

结果

病区内90个清洁区、缓冲区及污染区空气样本，38个污染区高频接触物体表面样本和16个医务人员防护服表面样本，均未检出SARS-CoV-2核酸。137位在病区参与COVID-19救治工作的医务人员咽拭子SARS-CoV-2核酸检查结果均阴性，血清SARS-CoV-2 IgM、IgG抗体均阴性，胸部CT检查均无COVID-19肺部影像学表现。

结论

良好的通风条件、严格环境设施消毒、正确的患者生活习惯指导以及医务人员严格手卫生，是减少隔离病房内病毒气溶胶形成、降低气溶胶含量、避免交叉感染的重要保证。面对未完全掌握的按甲类管理的传染病，医务人员按高级别防护是安全的。

新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)是《中华人民共和国传染病防治法》规定的乙类传染病，但因其传播途径复杂，感染风险巨大，一旦感染后果严重，2020年1月20日国家卫生健康委决定对其采取甲类传染病的预防、控制措施。COVID-19主要经呼吸道飞沫和密切接触传播，在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能^[1]。COVID-19的快速传播能力，引起人们对其各种传播途径、隔离病区环境及工作人员防护服表面污染的关注。通过对COVID-19病区环境及工作人员防护服表面进行新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)核酸检测，可为控制病毒感染、指导防护、改进医务人员安全实践提供科学依据^[2]。因此，本研究对武汉某COVID-19定点医院病区内空气、物体表面、医务人员防护服表面进行采样，检测样本中的SARS-CoV-2核酸，以期发现可疑污染环节，及时采取整改措施，指导感染控制和医务人员防护。同时，对医务人员行咽拭子SARS-CoV-2核酸检测、血清SARS-CoV-2 IgM、IgG抗体检测及胸部CT扫描以明确医务人员COVID-19感染情况。

1. 资料与方法

1.1. 研究对象

对2020年3月11—19日武汉某COVID-19定点医院2个病区环境和在病区内工作的援鄂医疗队医务人员防护设备表面进行调查和采样。

1.2. 现场调查

北京大学第三医院援鄂医疗队负责的COVID-19病区内危重症患者均需吸氧，部分患者使用无创或有创呼吸机。病区由普通病房改造而成，依据SARS-CoV-2污染情况，可将病区分为清洁区、缓冲区和污染区。其中，清洁区包括医护用电梯间、更衣室、办公区以及个人防护设备准备区；缓冲区包括脱外层防护设备区(隔离衣、防喷溅医用面屏、外层手套和鞋套)、脱内层防护设备区(防护服、护目镜和内层手套)以及更换口罩区；污染区包括进风入口室、护士站、治疗室、病房走廊、COVID-19患者病房。

病房内通风条件情况为：关闭各病房自然通风窗，在其窗上和污染区走廊尽头加装高流量排气扇，直接将空气排出至空旷室外，打开护士站背后的原医生办公室窗作为自然新风入口，保证室内空气达到每小时换气18~20次。病区内消毒措施如下：每日分别于8时左右和16时左右使用1 000 mg/L含氯消毒剂进行消毒，消毒范围为地板、门把手、键盘和鼠标表面、办公桌面、病床床栏、床头柜、病房卫生间洗漱台、水龙头、马桶盖、马桶圈。医务人员由医护用电梯进入清洁区，更衣后在个人防护设备区穿戴内层和外层防护设备，检查防护设备安全后由①~⑤缓冲门依次进入污染区。出病房时，对外层手套清洗消毒，门把手消毒后经⑤缓冲门进入脱外层防护设备区，脱去隔离衣、防喷溅医用面屏、外层手套和鞋套，手和门把手消毒后经④缓冲门进入脱内层防护设备区，脱去护目镜、防护服和内层手套。手和门把手消毒后经③缓冲门进入更换口罩、帽子区，更换N95口罩和帽子。更换完毕后手和门把手消毒，依次经②和①缓冲门进入清洁区走廊。医疗物品经清洁区、缓冲区进入污染区，产生的污染医疗废物装入双层黄色医疗废物收集袋封装后经污染区电梯间送出，按照处置流程进行处理。

病区平面示意图及进出病房路线见图 1。

图1.

武汉某COVID-19定点医院病区平面示意图

Schematic diagram of the ward in a COVID-19 designated hospital in Wuhan, China

1.3. 病毒采样方法

1.3.1. 空气采样

空气采样使用旋风分离式与撞击式相结合的便携式生物气溶胶采样器WA-15(北京鼎蓝科技有限公司)，该设备可将空气中的颗粒物直接采集到液体中，结合聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)、环介导等温扩增技术等检测手段快速检测采集样品中的病毒、细菌、真菌等。该设备的主要参数如下：流量14 L/min，切割点0.5 μm，采样液2~3 mL，损耗速度80 μL/min。空气采样过程简述如下：设备开机后加采集液3 mL，设置病毒采样时间30 min，开始采样，采样时间到后自动停机，此时样品液剩余大约1 mL(气溶胶颗粒直径在1 μm时采集效率约为95%)。将样品液转移至冻存管，做好标志。需要注意的是，采样过程中需保持采样器进风口距地面1.5 m。本研究在上午消毒后4 h左右(约上午12时)对两个病区的清洁区、缓冲区和污染区(包括进风入口室、护士站、治疗室、病房走廊、SARS-CoV-2核酸阳性患者病房、SARS-CoV-2核酸阴性患者病房、空病房)以及进行气管切开术操作时(从气管切开术开始至结束后半小时)进行空气采样，样本采集完毕后将样品液装入病毒核酸检测试剂盒[友康恒业生物科技(北京)有限公司，注册证号：京械注准20182400236号]中，用75%(体积分数)乙醇喷洒试剂盒外部，立即放入标有“生物危险”密封袋中并封严封口；再用75%(体积分数)乙醇喷洒密封袋外部，然后放入标本转运容器，并对转运容器进行外部消毒，2~8 ℃保存并于12 h内完成SARS-CoV-2核酸检测。

1.3.2. 物体表面采样

病区上午消毒后4 h左右(约中午12时)，对清洁区、缓冲区和污染区的高频次接触物体，尤其是隔离病房内门把手、床头柜、呼叫器、床栏、输液泵、呼吸机面板，以及患者卫生间内水龙头、水盆、马桶圈、马桶冲水按钮的表面，采用预湿无菌棉签涂抹法采集样本。采样过程简述如下：采样者手消毒，用5 cm×5 cm灭菌规格板放在被检物体表面，用浸有无菌0.03 mol/L磷酸盐缓冲液采样液的棉拭子1支，在规格板内横竖往返各涂抹5次，并随之转动棉拭子，涂抹完成后将棉拭子剪去手接触部分后装入病毒核酸检测试剂盒(同前)中，按前述方法保存并送检。气管切开术结束后用同样方法采集病床床头和床尾表面样本并送检。

1.3.3. 医务人员防护服表面采样

气管切开术结束后用前述预湿无菌棉签涂抹法采集气管切开术者防护面屏、隔离衣表面样本，同时分别在医务人员接触患者前后采用随机抽查的方法对最外层手套表面(手心部分)进行样本采集，样本采集完毕后装入病毒核酸检测试剂盒(同前)中，按前述方法消毒、保存和送检。

1.4. 样本SARS-CoV-2核酸检测方法

采用实时荧光定量PCR方法检测SARS-CoV-2核酸。操作过程简述如下：将灭活后的标本从水浴锅中取出，在生物安全柜内消毒后取出标本，1 500×g离心5 min后冰浴3~5 min。在生物安全柜内打开标本采集管，按核酸提取试剂说明书要求轻柔吸取一定量标本加入核酸提取试剂中。采用基于磁珠吸附的自动化核酸提取方法提取核酸, 核酸提取完成后，立即将提取物进行封盖处理并在生物安全柜内将提取核酸加至PCR扩增反应体系中, 将扩增体系放入扩增仪启动扩增程序, 扩增完成后进行检测结果判读。

1.5. 医务人员COVID-19感染检测

援鄂医疗队返京后进入北京市某酒店进行为期2周的隔离医学观察，监测隔离期间医务人员的体温、症状，分两次采集咽拭子样本行SARS-CoV-2核酸检测(间隔大于24 h)，隔离结束后检测血清SARS-CoV-2 IgM和IgG抗体，并完善胸部CT检查。

2. 结果

2.1. 空气样本SARS-CoV-2核酸检测

清洁区医护用电梯间、更衣室、办公区和个人防护设备准备区的空气样本中未检出SARS-CoV-2核酸。缓冲区脱防护设备区和更换口罩、帽子区的空气样本中，均未检出SARS-CoV-2核酸。污染区进风入口室、护士站、治疗室、病房走廊、SARS-CoV-2核酸阳性患者病房、SARS-CoV-2核酸阴性患者病房、空病房，以及气管切开术操作时病房内的空气样本亦均未检出SARS-CoV-2核酸(表 1)。

表1.

COVID-19病区内空气样本中SARS-CoV-2核酸检测结果

The results of SARS-CoV-2 nucleic acid in the air samples from the COVID-19 wards

Location	Not detected
Elevator room in clean area	2
Changing room in clean area	4
Offices in clean area	4
Personal protective equipment preparation area	2
Changing room of masks and hats	2
Room for removing protective suit	2
Room for removing gown	3
Intake entrance room	6
Nurses station	6
Therapeutic department	6
Corridors in the wards	9
Room for positive nucleic acid patients	28
Room for negative nucleic acid patients	6
Empty rooms	6
Rooms for tracheotomy	4
Total	90

2.2. 污染区物体表面SARS-CoV-2核酸检测

污染区门禁卡、病房内门把手、床头柜、呼叫器、床栏、输液泵、呼吸机面板，以及患者卫生间内水龙头、水盆、马桶圈、马桶冲水按钮的表面样本中，均未检出SARS-CoV-2核酸；气管切开术后患者病床床头和床位的表面样本也未检出SARS-CoV-2核酸(表 2)。

表2.

COVID-19病区污染区内物体表面样本中SARS-CoV-2核酸检测结果

The results of SARS-CoV-2 nucleic acid in the contact surfaces samples of the contaminated area from the COVID-19 wards

Surfaces	Not detected
Control card for contaminated area	2
Door handle of wars	3
Bedside table	3
Beeper	3
Bed bar	3
Infusion pump	3
Ventilator operation panel	3
Faucet	3
Basin	3
Apparatus button	3
Toilet seat	3
The head of the bed after tracheotomy	3
The foot of the bed after tracheotomy	3
Total	38

2.3. 医务人员防护服表面样本SARS-CoV-2核酸检测

气管切开术操作者正压呼吸防护头套外表面和隔离衣表面的样本中未检出SARS-CoV-2核酸。污染区内医务人员最外层手套表面的样本中亦未检出SARS-CoV-2核酸(表 3)。

表3.

COVID-19病区污染区内医务人员防护服表面样本中SARS-CoV-2核酸检测结果

The results of SARS-CoV-2 nucleic acid in the surface samples of medical staff's protective equipment from the COVID-19 wards

Surface samples of medical staff’s protective equipment	Not detected
Tracheotomy operator’s positive pressure respiratory protective hood	3
Tracheotomy operator’s isolation clothing	3
Outermost gloves before	5
Contact with the patients outermost gloves after contact with the patients	5
Total	16

2.4. 医务人员COVID-19感染情况

医务人员返回北京后在某酒店进行了为期2周的隔离观察，期间未见出现发热、咳嗽、呼吸困难等COVID-19临床症状，经北京市某区疾病预防控制中心两次SARS-CoV-2核酸检测(间隔大于24 h)，全体医务人员核酸检测结果均为阴性。解除隔离观察返回单位后，对全体医务人员行SARS-CoV-2 IgM和IgG抗体检测, 结果均为阴性, 胸部CT检查也均未见COVID-19肺部影像学表现，实现了援鄂医疗队员COVID-19“零感染”的目标。

3. 讨论

SARS-CoV-2病毒可通过呼吸道飞沫和密切接触传播，在特定情况下有气溶胶传播可能。只有加强病区内SARS-CoV-2核酸污染监测，做好隔离、防护措施，才能确保医务人员的安全，有利于科学、严格地实施各项消毒隔离和医务人员防护措施，实现医务人员“零感染”的目标^[3]。本研究通过对病区内空气、物体表面和医务人员手及外层防护设备表面采样监测，均未检出SARS-CoV-2核酸污染，原因探讨如下。

3.1. 隔离病房内通风、环境设施消毒和患者生活习惯指导的重要性

救治COVID-19患者的理想场所是负压隔离病房。负压隔离病房用来隔离、救治传染性较强的呼吸道传染患者，防止病原微生物对环境和周围人的感染，是取得抗疫胜利的重要设施^[4]。负压隔离病房的特点是病房内的空气压力低于周围相邻互通场所，新鲜空气通过送风风机进入负压隔离病房，病房内空气经处理后通过排风设备有组织地向外排放，从而减少医务人员交叉感染的概率，保证周边环境安全^[5]。由于时间紧、疫情重，无法短时间建设足够的负压隔离病房，普通病房改建的隔离病房成为救治患者的主力。在北京大学第三医院支援的武汉某COVID-19定点医院中，对普通病房进行了如下改造：关闭各病房自然通风窗，在其窗上和污染区走廊尽头加装高流量排气扇，直接将病房内空气排出至空旷室外，打开护士站背后的原医生办公室窗作为自然新风入口，保证室内空气达到每小时换气18~20次，控制了从清洁区到污染区的空气流向，病房内由排风扇与外界相通，最大程度降低隔离病房空气病毒含量。

COVID-19患者呼吸道飞沫中的病毒是重要传染源，因此，指导患者正确佩戴口罩，教会患者呼吸道卫生和咳嗽礼仪(咳嗽、打喷嚏时佩戴口罩或用卫生纸遮住，及时处理污染物)，是降低病房内空气病毒含量的有效措施。国内外均有报道，在COVID-19患者的大便中检测到SARS-CoV-2核酸，说明大便中存在病毒，但其是否会传播尚不清楚^[6-8]。有学者认为，若SARS-CoV-2核酸阳性大便污染了环境，可通过直接接触传播；若马桶冲水时因水流搅动形成气溶胶，也有气溶胶传播的可能^[9]。因此，在临床实践中，医务人员指导患者马桶冲水时要先合上马桶盖，尽可能减少气溶胶产生。同时，对病房门把手、床头柜、呼叫器、病床床栏、水龙头、水盆、马桶按钮、马桶圈等高频接触表面以及诊疗设施、设备表面进行每日2次的含氯消毒剂擦拭消毒，降低接触传播风险。本研究中，清洁区、缓冲区和污染区的空气样本病毒检测均为阴性，与合理的病房内气流、环境设施消毒和患者生活习惯指导有重要关系。

有学者对武汉火神山医院内SARS-CoV-2病毒气溶胶与物体表面空间分布规律进行研究，发现SARS-CoV-2核酸广泛分布于重症监护病房(intensive care units，ICU)和普通感染病房的空气和物体表面，且ICU内暴露风险高于普通感染病区^[10]。即使在新风系统正常运行的ICU内，病毒气溶胶仍然能被检测到，最远传播距离可达4 m，与本研究结果不同。考虑可能是因为火神山医院感染病房的患者病情较严重，多为有创操作，此外，病房环境通风条件和清洁消毒情况以及采样分析机器不同也会影响检测结果。理论上，在良好通风条件下，高浓度SARS-CoV-2病毒气溶胶难以形成。

3.2. 医务人员手卫生依从性好和速干手消毒剂的持续效应

手卫生是标准预防措施中至关重要的一部分^[11-12]。SARS-CoV-2病毒主要传播途径之一是密切接触传播，因此，严格手卫生是切断传播途径、避免交叉感染的重要措施，是最简单、经济、有效的方法^[13]。国内有研究发现，医务人员或患者经常接触的物体表面SARS-CoV-2核酸阳性率相对较高，其中ICU病床扶手阳性率为42.9%，普通感染病房门把手阳性率为8.3%，医务人员袖口、手套检测个别阳性^[10]。这些结果表明，医务人员应严格手卫生操作。在北京大学第三医院医疗队进入隔离病房开展工作前，对医务人员的手卫生进行了严格培训。同时，在隔离病房内医护用洗手池、护士站、病房门口和心电图机、呼吸机、血液滤过机等仪器设备旁均放置速干手消毒剂，要求医务人员在接触前后均严格手卫生。对于明显污染物接触，如接触患者血液、体液、分泌物、排泄物等，还应使用洗手液和流动水洗手，擦干后再涂抹速干手消毒剂。速干手消毒剂的应用，极大地便利了医务人员，提高了手卫生依从性。本研究使用的速干手消毒剂是以乙醇为主复合其他消毒液的液态或凝胶状消毒剂，根据《新型冠状病毒感染的肺炎防控方案(第六版)》^[14]，可在规定时间内起到有效杀灭病毒的作用。本研究对医务人员外层手套接触患者前后分别采样，均未检出SARS-CoV-2核酸，说明了严格手卫生和速干手消毒剂的持续效应对避免交叉感染、切断传播途径的有效性和重要性。

3.3. COVID-19排毒时间

研究表明，COVID-19患者在出现症状1周左右时唾液病毒量最高，随后降低；33%患者在20 d后仍能检出病毒核酸，且与是否为重症无关^[15]；排毒高峰大约在出现症状1周内，早于严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome，SARS)的排毒高峰期(10 d)^[16]和中东呼吸综合征(Middle East respiratory syndrome，MERS)的排毒高峰期(2周)^[17]。虽然COVID-19患者发病20 d后仍能检出病毒RNA，但是否存在感染性尚未证实；临床症状完全缓解，SARS-CoV-2核酸检测2次阴性后，仍可在复查时出现阳性，提示可能存在较长时间低水平持续排毒。北京大学第三医院作为援鄂抗疫国家医疗队，在接管定点医院病区之前，已完成对病区的改建和消毒工作。本病区接诊患者，从出现症状到收治入院，时间普遍超过1周。本研究样本采集时，距离患者出现症状已大于3周，有可能错过COVID-19的排毒高峰，这可能是本研究无论是空气样本还是高频接触物体表面样本均未检出SARS-CoV-2核酸的主要原因，也是本研究的局限性之一。

总之，本研究认为，良好的通风条件、严格环境设施消毒、正确的患者生活习惯以及医务人员严格手卫生，是减少隔离病房内病毒气溶胶形成、降低气溶胶含量、避免交叉感染、保护医务人员安全的重要保证。面对未完全掌握的按甲类管理的乙类传染病，医务人员按高级别防护是安全的。未来应进一步完善环境卫生评价方法与体系，进一步开发病毒环境检测工具，增加环境卫生质量监测结果的敏感性，以更加客观、真实地评价环境风险，指导临床根据暴露风险进行适宜防护。