城镇化过程中的城市公共卫生与安全防控

导读：随着自然灾害、环境污染和人群健康等问题的复杂化,有关城市环境安全的思考显得尤为突出.空气微生物作为空气生物中的主要组分,是城市灰霾能够直接干扰健康效应的部分,直接导致城市环境品质下降,有研究因此指出,人工生态环境（城市）可能是H7N9等空气病毒的温床.从城市公共安全问题的甄别出发,系统讨论空气微生物的大气行为特征、公共健康效应、主要来源和历史上的城市生物安全问题,并结合当今的前沿技术创新成果,有助于提出城市生物安全的防控对策建议,有助于为城市管理者和研究人员提供决策参考.

关 键 词：城市安全；空气生物学；空气微生物；健康危害；监测

一、引言

近年来,在世界范围内传播的H1N1（江苏、北京和贵阳等城市的感染事件和致死病例）,长江上海段、宜昌段以及陕西渭河等流域出现的死猪事件,造成的空气微生物的吸入健康风险和通过水介质进入空气介质加速扩散的风险,对新型城镇化进程中的城市公共卫生提出了新的挑战,正不断地考验着当前的空气卫生检测水平和应对紧急公共卫生事件的能力.本研究全面介绍空气微生物在城市大气中的行为特征、主要的健康风险、城市中的来源与关键的致病菌种、历史上曾经由于空气微生物而造成的重大城市公共卫生事件,最后提出城市生物安全的防控对策建议.

二、空气微生物的城市大气行为特征

从空气生物学角度来讲,空气微生物一般指悬浮于气态介质中生物来源的颗粒物,其空气动力学直径在100m以下.[1]空气微生物的种类包括细菌、真菌、病毒和它们的副产物,如内毒素、葡聚糖、过敏原和霉菌毒素等.国内外研究表明,不同种类的空气微生物具有不同的粒径分布特征,见图1.病毒、支原体、衣原体和立克次体、细菌等的粒径主要在2m以下；真菌的粒径（主要在3-100m）；而真菌孢子介于两者之间.病毒的粒径在纳米级（0.08-0.3m）.从粒径分布的特征可以发现,空气微生物是PM10和PM2.5的重要组成部分.

根据空气动力学理论（检测设在理想条件下悬浮在空气中的颗粒物主要受自身重力和运动时的空气阻力的作用）,不同粒径的空气微生物在大气中的停留时间不一样,如图2所示,从8.2min（10m的花粉过敏原）到41.0hr（0.5m的细菌气溶胶）不等.由于病毒的粒径更小,因此大气停留时间会更长,这样就客观决定了不同类型的空气微生物可以在城市环境中普遍存在,广泛分布.[2]

三、空气微生物暴露的主要负面健康效应

吸入空气微生物可能会导致各种健康危害,直至伤亡.[3]空气微生物通过人群和动物的呼吸道系统而进入体内,以人为例,不同粒径大小的空气微生物（图1）在呼吸道的不同部位沉积（如图3所示）,进而造成不同的负面健康效应.[1]图3列出了不同种类的空气微生物在肺部沉积对应的疾病类型.

图3从粒径段归纳了空气微生物和非空气微生物对应的健康应特点.从图3中可以看出,小粒径（0.015-15μm）的空气微生物,如病毒、细菌具有导致传染病的严重健康效应,而大粒径（5-100μm）的空气微生物,如真菌孢子也对人体具有普遍的过敏性.

由细菌气溶胶引起的健康效应包括肺功能障碍、哮喘和传染性疾病.由真菌气溶胶可以引起过敏,并导致头痛、眼睛刺激感、出鼻血、鼻塞、鼻窦充血和咳嗽等.由于真菌的空气动力学直径较大,一般认为它的空气停留时间较短,但最近的一项研究表明,致病性真菌病原体广泛存在于空气中,[4]因此,真菌气溶胶的环境暴露风险值得重视.此外,由肺结核杆菌（细菌病原体）引起的人患肺结核被认为是最流行的致病性细菌传染病之一.在众多负面健康影响中,与城市建筑息息相关的病态楼宇综合征（SBS）影响的人群规模最为广泛,[5]该问题是当前职业场所健康暴露研究的核心问题之一.[2]

除了职业健康暴露风险之外,人类也面临着由空气微生物诱发的传染性疾病的暴露和传染风险,如2003年以中国广州、深圳和北京为代表的全球范围的SARS、2009年以墨西哥为代表的全球范围的H1N1和某些生物恐怖（如2001年在美国发生的炭疽杆菌恐怖袭击事件）,2013年伊始,挪威首都奥斯陆和波兰的西里西亚省等地相继出现H1N1的致死病例.

四、空气微生物的城市来源解析与致病性空气微生物的种类

空气微生物的来源广泛.当人和动物在打喷嚏时,都会产生大量的空气微生物.呼出气中的致病原、尘螨、真菌孢子、菌丝和其他生物材料都是室内环境空气微生物的来源.废品循环、生物固废的归田、发酵、农业、医药和生物技术活动等,都可能产生各种各样的空气微生物.常见的来源包括,禽舍（包括哺乳动物、鸟类和昆虫）、生活用水和污水、大气、土壤、生物技术、废物回收、农业和医药工业、生物废弃物肥料和燃烧.更为重要的是,有意释放传染病菌等生物恐怖袭击也是空气微生物的重要来源.由于空气微生物在各种环境中普遍存在,并且空气微生物还对相应的行业具有危害性,从人群健康、农业生产到半导体、抗生素制造、发酵工业,特别是医院卫生等,对人群和动物健康和植物生长构成重要的暴露风险都有重要的影响.经空气传播的细菌和病毒气溶胶常见表1和表2.

五、因空气微生物引起的代表性城市公共安全事件

人类经历过的与空气微生物暴露相关的重大城市公共安全事件如表3所示,如鼠疫、流感、天花、霍乱、结核、艾滋病、口蹄疫和非典型肺炎等.鼠疫、流感、天花、结核和非典型肺炎都是经空气传播并造成人类的感染.其中,只有天花已经被人类攻克,而鼠疫、流感、结核和非典型肺炎等还对人和动物健康存在严重威胁,特别是流感病毒.下呼吸道感染在前十大致死疾病中排到了第三位（世界水平）和首位（发展中国家）.2011年的统计数据表明,我国因呼吸道感染致死的人数仅次于印度,排在世界第二位.

有研究已经证明,SARS主要是通过空气传播而造成重大健康暴露风险.当人感染病毒或者其他种类的空气微生物后,人本身就会成为致病性空气微生物的来源之一,通过打喷嚏、呼气和说话等方式来自发释放空气微生物.这些常规的人类活动可以释放大量的空气微生物,这其中可能包括一些具有传染性的物质.具有存活能力的空气微生物一般可以在空气中停留相当长的时间,和惰性颗粒吸附在一起,这样就有可能传播到相当远的距离.城市作为人口集聚的空间载体,为致病性空气微生物的传播和感染客观上创造了条件,并且随着城镇化进程的推进、城市交通体系的日趋完善、社会文娱精神生活的极大丰富,如果缺乏必要的政策管制和技术防控,空气微生物暴露的风险势必会提高,作为“小粒子,大问题”来造成显著的环境污染和健康损害.六、城市生物安全防控的对策建议

2003年爆发的严重急性呼吸系统综合症（SARS）和2009年发生的全球性H1N1感染在一定程度上促进了城市管理者和公众对空气微生物及其危害的关注,客观地讲,人类所聚集的城市环境正面临着不断提高的生物感染的威胁.此外,因地区性的不稳定和政治上的冲突,生物恐怖的威胁也在增加.这对城市公共安全构成重大威胁,历史教训表明,很可能引起广泛的社会恐慌,造成重大的人员伤亡和沉重的医疗负担.仅以美国为例,发生了2.5亿件呼吸道感染事件,每年7.5千万的门诊量,造成了1.5亿天次病检测,造成了近100亿美元的医疗费用和近100亿美元的损失.[6]因此,加大以空气微生物为代表的空气生物的管控是保障城市公共安全的必要组成部分.鉴于当前在该方面的体制制度的空缺,建议首先从推进技术常规化和科研前瞻性角度出发给出若干建议：

（一）强化对城市公共场所的卫生安全管理,对潜在空气微生物的重点污染源开展定期卫生监测工作,推行监测信息公开制度.强化城市范围的空气微生物检测工作有助于从空间尺度上全面掌握城市的空气微生物污染现状,甄别出重要的污染源,为后续的整治工作的开展提供基础资料,与此同时,推行监测信息公开,有助于激发社会的参与意识,共同维护城市环境的安全宜居.

（二）定期对城市系统畜禽养殖/交易场所及其周边进行空气生物安全检测,为探索和预防禽流感提供基础信息.当流感在国内的飞禽中爆发,它们排出的粪便当中有大量的病毒,而这些病毒可以通过快速空气化成为空气微生物,可以传播到更远的地方.如果这些被气溶胶化的病毒被包裹在颗粒物里面,本身还不会被损伤,由此就产生了重要的空气暴露传染风险.所有的流感病毒都存在变异的能力,H5N1可能会更加容易地感染人类并且在人与人之间快速传播,进而造成在城市空间的大流行.

（三）加强跨境运输的空气微生物检验检疫,提高应急方案和处置技术能力.最近的一项研究表明,与被环境污染的表面相比,A/Panama/2007/1999（H3N2）型流感病毒可以通过空气进行有效的传播.国际旅行的增加,疫情（如H1N1）在机舱内通过空气传播的可能性大大提高.

（四）跟踪检测新型的或可能继续出现的疾病.由于抗生素的滥用,微生物本身也会快速变异,这就可能诱导出具有更强抗性的物种出现,如近些年出现的超级细菌,因此必须加强相应的防控理念.