ICU空氣中微生物和顆粒物的分布特征及其相關因素

Distribution characteristics and related factors of microorganisms and particulate matter in the air of ICU

YANG Xin1，2， FAN Shanhong3*， JIN Yafei3， XU Wen3， GE Wei3， HE Gaihua3， HUO Xinxin3， BIAN Mei1， ZHANG Li′na1

1.School of Nursing， Shaanxi University of Chinese Medicine， Shaanxi 712046 China； 2.The First Affiliated Hospital of Xi′an Jiaotong University; 3.Second Hospital Affiliated to Air Force Medical University

*Corresponding Author" FAN Shanhong， E?mail： 2582748002@qq.com

Abstract""" Objective： To investigate the dynamic distribution characteristics of microbial concentrations and particulate matter （PM） particle size in the air of hospital intensive care units （ICU） and their associated factors. Methods：A convenience sampling method was used to select a multi-bed open ICU in a tertiary hospital in Xi'an as the sampling site.The TSI 9 360 laser dust particle counter was used to sample six particle sizes with aerodynamic equivalent diameters （AED） greater than 0.3， 0.5， 1.0， 2.5， 5.0，and 10.0 μm within the ICU. Results： In actual conditions， the microbial concentrations and number of particulate matter in the ICU showed fluctuating trends. Microbial concentrations were negatively correlated with indoor temperature and humidity， and positively correlated with the number of staff， number of aerosol-generating procedures （AGP）， and patient occupancy rate. The number of particulate matter was negatively correlated with indoor humidity and positively correlated with the number of staff and number of AGP.Conclusion： Within a certain range， microbial concentrations in the ICU decrease as temperature and humidity increase， but increase with the number of fixed and active individuals in the hall， total number of staff， patient occupancy rate，and number of AGP.The number of particulate matter decreases within a certain range as indoor humidity increases， but increases with the number of fixed and active individuals in the hall， total number of staff， and number of AGP.The main source of indoor particulate matter is nebulization procedures.

Keywords""" intensive care unit （ICU）； microbial aerosol； particulate matter； distribution characteristics； related factors； hospital infection

摘要" 目的：調查醫院重癥監護室（ICU）空氣中微生物濃度和顆粒物粒徑的動態分布特征及其相關因素。方法：采用方便抽樣方法，選擇西安市某三級甲等醫院普通ICU的多床位開放式空間作為檢測地點，使用TSI9360激光塵埃粒子計數器對ICU內空氣動力學等效直徑（AED）大于0.3、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 μm的6種顆粒物進行采樣。結果：實際狀態下，ICU室內微生物濃度與顆粒物數量呈現波動的變化趨勢，且微生物濃度與ICU室內的溫度、濕度呈負相關，與工作人員總人數、固定人數、活動人數、醫療氣溶液生成程序（AGP）操作數量、病人入住率呈正相關。顆粒物數量與ICU室內溫度、濕度呈負相關，與工作人員總人數、固定人數、活動人數、AGP操作數量呈正相關。結論：ICU內微生物濃度在一定范圍內隨著溫度、濕度的升高而降低，隨著大廳內的固定人數、活動人數、工作人員總人數、病人入住率、AGP操作數的增加而增加。顆粒物數量在一定范圍內隨著室內濕度的升高而降低，隨著大廳內的固定人數、活動人數、工作人員總人數、AGP操作數的增加而增加，并且室內顆粒物的主要來源是霧化操作。

關鍵詞" 重癥監護病房（ICU）；微生物氣溶膠；顆粒物；分布特征；相關因素；醫院感染

doi：10.12102/j.issn.1009-6493.2025.05.010

世界衛生組織（World Health Organization，WHO）的數據顯示，每100例住院病人中，有7～10例至少發生1次與住院相關的感染[1]。醫療機構中的主要感染源是病人、醫護人員以及環境因素[2]?？諝赓|量作為環境因素中的一部分，是發生醫院感染的重要感染源和傳播途徑，其中顆粒物數量以及微生物濃度是評估室內空氣質量的重要指標[3]。根據其空氣動力學等效直徑（AED）可分為不同粒徑的顆粒物，其中AED≤10 μm的顆粒物可以進入呼吸系統被稱為可吸入顆粒，包括粗顆粒物（AED 2.5～10.0 μm）和細顆粒物（AEDlt;2.5 μm）。多項研究表明，可吸入顆粒物成分復雜、健康危害風險高，對心腦血管疾病、呼吸系統疾病的發生率和死亡率有著重要影響[4?6]。除此之外，顆粒物也是微生物存活的主要載體，顆粒物的傳播往往伴隨著微生物的傳播[7]。醫院環境空氣中的微生物通常以氣溶膠形式存在，其中細菌是最主要的組成部分[8]。微生物氣溶膠中含有多種致病性和非致病性微生物，可能增加醫護人員、病人及家屬感染性疾病的發病風險，甚至導致醫院感染（HAI）的發生[9]。據估計，10%～20%的醫院感染是由空氣中的微生物引起[10]。重癥監護病房（intensive care unit，ICU）是各種類型危重癥病人的救治中心。由于ICU內病人侵入性操作多、留置管路多、抵抗力低等特點，其排泄物和分泌物攜帶大量的病原微生物，使得ICU成為醫院感染發生的高危區，其發生率高達13%左右[11]，是普通病房的5～10倍[12]?？傊?，目前國內外針對ICU的空氣質量研究很少，也沒有公認的標準。本研究在真實環境中對ICU空氣中微生物濃度和顆粒物水平進行動態檢測，并分析其特征及相關因素，為ICU內空氣質量標準的制定和醫院感染防控提供依據，為采取有效護理措施降低ICU空氣中微生物及顆粒物數量提供參考，對保護病人及護理人員的生命健康有重要意義。

1" 研究方法

1.1 檢測地點

采用方便抽樣方法，選擇西安市某三級甲等醫院普通ICU的多床位開放式空間（以下簡稱為“大廳”）作為檢測地點。普通ICU自然通風，有窗，大廳床位11張，大廳面積是200 m2，1間單間，單間面積為16 m2。保潔人員常規每天08：00及14：00對ICU醫療區域進行2次濕式清潔，用500 mg/L含氯消毒劑擦拭物體表面及地面。

1.2 研究工具

在參考國內外文獻、指南、專家共識并咨詢ICU護理專家、感染控制專家及微生物專家的基礎上，全面考慮影響ICU空氣中微生物濃度及顆粒數量的內在因素，設計ICU空氣中微生物濃度/顆粒物數量的影響因素登記表，主要內容包括：1）一般環境狀況包括溫度、相對濕度和房間面積。2）人員因素包括病人感染狀態（是否患有下呼吸道感染）、入住率、機械通氣人數等和工作人員數量、潛在醫療氣溶液生成程序（AGP）操作（氣管插管、氣管切開、無創機械通氣、胃鏡檢查、支氣管鏡檢查、面罩吸氧、吸痰、經鼻高流量吸氧、霧化吸入、咽拭子采集、胸外按壓）。3）微生物及顆粒物采集的時間、各采樣點的微生物濃度及顆粒物數量。

1.3 采樣時間

選擇不同工作日對普通ICU大廳進行10次采樣，避開節假日，研究日之間的間隔不同。空氣中微生物和顆粒物的采樣時間均為08：00～17：00，每小時采樣1次。

1.4 采樣工具

使用MAS?100eco單級撞擊式空氣微生物采樣器對ICU的氣溶膠濃度進行采樣。使用TSI9360激光塵埃粒子計數器對ICU內AED大于0.3、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 μm的6種顆粒物進行采樣。

1.5 采樣地點

根據GB/T 18204.3—2013《公共場所衛生檢驗方法第3部分：空氣微生物》和GB 50333—2013《醫院潔凈手術部建筑技術規范》對非潔凈ICU大廳各布設5個采樣點，采樣高度設在病人呼吸帶區域，距地面0.8～1.5 m，并避開通風口。顆粒物和微生物在同一點位進行采樣。

1.6 統計學分析

采用SPSS 26.0統計軟件分析數據。正態或近似正態分布的定量資料采用均數和標準差（x±s）表示，比較采用t檢驗或方差分析；不符合正態分布的定量資料采用中位數及四分位數間距[M（IQR）]表示，比較采用秩和檢驗；細菌氣溶膠濃度與粒子數之間的相關性采用Spearman相關分析。以Plt;0.05為差異有統計學意義

2" 結果

2.1 非潔凈ICU微生物濃度變化

本研究采樣過程中記錄了非潔凈ICU大廳環境中的溫濕度變化，其溫度的變化為21.8～25.2 ℃，濕度的變化為41%～63%，微生物的濃度為0～150 cfu/m3。普通ICU 08：00～17：00空氣中微生物濃度呈現波動的變化趨勢，其中08：00以及14：00的微生物濃度最低，分析原因可能在于：保潔人員常規每天08：00及14：00對ICU醫療區域進行2次濕式清潔（用500 mg/L含氯消毒劑擦拭物體表面及地面），并且這2個時段大廳中的總體工作人員少、活動人數少、操作數量少等多種因素使得微生物濃度處于低值。10：00和15：00為ICU中微生物濃度的2個峰值，主要出現在大部分的護理操作、參觀學習、會診等的主要集中時段。具體見圖1。

2.2 非潔凈ICU顆粒物數量變化

本研究所用TSI激光塵埃粒子計數器所能測定顆粒物的最小粒徑為0.3 μm，本次實驗以≥PM0.3作為室內空氣中的總懸浮顆粒物濃度，分析PM的粒徑構成，對不同粒徑-的PM濃度進行計算，定義PM0.3～0.5（個／L）=PM≥0.3-PM≥0.5，同理計算PM0.5～1.0、PM1.0～2.5、PM2.5～5.0、PM5.0～10.0，PM≤2.5=PM0.3～0.5＋PM0.5～1.0＋PM1.0～2.5，PM2.5～10.0=PM≥2.5-PM≥10.0。求各組中不同粒徑顆粒物及PM2.5、PM2.5～10.0的濃度均數用于數據分析。圖2為非潔凈ICU中PM≤2.5以及PM2.5～10.0的顆粒物數量變化趨勢，PM≤2.5的數量遠高于PM2.5～10.0的顆粒物數量，2種粒徑顆粒物數量的峰值與微生物相同，均在10：00及15：00，主要發生在護理操作密集以及工作人員數量多的時間段。但上午這2種顆粒物的峰值顯著高于下午，根據實驗記錄發現主要由于大部分病人的霧化集中于09：00～10：00，霧化操作自身可產生不同粒徑的顆粒物，因此，使得上午PM≤2.5以及PM2.5～10.0數量的峰值顯著高于下午。

2.3 非潔凈ICU微生物濃度的相關因素

普通ICU大廳中，微生物濃度與溫度（r=-0.43，Plt;0.05）、濕度（r=-0.47，Plt;0.05）呈負相關，與大廳中工作人員總人數（r=0.61，Plt;0.05）、固定人數（r=0.45，Plt;0.05）、活動人數（r=0.50，Plt;0.05）呈正相關。此外，ICU大廳中的微生物濃度與病人的入住率（r=0.34，Plt;0.05）以及AGP操作（r=0.43，Plt;0.05）呈正相關，與機械通氣人數（r=0.14，P=0.151）以及感染人數（r=0.12，P=0.266）相關性無統計學意義。見表1和圖3。

2.4 非潔凈ICU顆粒物數量的相關因素

2.4.1 非潔凈ICU PM≤2.5顆粒物數量的相關因素

普通ICU大廳中PM≤2.5數量與溫度（r=-0.21，P=0.035）、濕度（r=-0.31，Plt;0.05）呈負相關，與固定人數（r=0.31，P=0.002）、與工作人員總人數（r=0.39，Plt;0.05）和活動人數（r=0.30，P=0.003）呈正相關。結合臨床活動記錄發現，重要的室內顆粒物源是霧化治療和一些診療護理操作。PM≤2.5數量與感染人數（r=0.15，P=0.153）、入住率（r=0.07，P=0.505）、機械通氣人數（r=0.02，P=0.902）相關性無統計學意義，與AGP操作數（r=0.38，Plt;0.05）呈正相關。見表2和圖4。

2.4.2 非潔凈ICU PM2.5～10.0顆粒物數量的相關因素

結果顯示，PM2.5～10.0數量與溫度（r=-0.29，P=0.004）、濕度（r=-0.46，Plt;0.001）呈負相關；PM2.5～10.0數量與固定人數（r=0.34，Plt;0.001）、工作人員總人數（r=0.48，Plt;0.001）和活動人數（r=0.47，Plt;0.001）呈正相關，與感染人數（r=0.09，P=0.350）、機械通氣人數（r=0.06，P=0.535）相關性無統計學意義，與入住率（r=0.21，P=0.037）、AGP操作數呈正相關（r=0.36，Plt;0.001）。具體見表3及圖5。

2.5 微生物濃度與顆粒物粒徑的相關性

結果顯示，普通ICU大廳的微生物濃度與PM0.3～0.5（r=0.414，Plt;0.001）、PM0.5～1.0（rs=0.472，Plt;0.001）、PM1.0～2.5（rs=0.568，Plt;0.001）、PM2.5～5.0（rs=0.615，Plt;0.001）、PM5.0～10.0（rs=0.381，Plt;0.001）粒徑的顆粒物均呈正相關。

3" 討論

3.1 物理環境對微生物濃度及顆粒物的影響

本次采樣過程中記錄了非潔凈ICU大廳環境中的溫濕度變化，其溫度的變化為21.8～25.2 ℃，濕度的變化為41%～63%，微生物的濃度為0～150 cfu/m3。環境因素會影響微生物的生存能力并改變其在空氣中的傳播，溫度和濕度是影響微生物生存能力的主要因素，本次實驗結果表明，ICU中的溫度、濕度與空氣微生物濃度呈負相關關系，這與Osman等[13?14]的研究結果一致。ICU中的溫度、濕度與顆粒物數量呈負相關關系。Sajjadi等[15]在急診病房的空氣采樣中發現溫度與微生物濃度之間呈正相關關系，與顆粒物之間相關性無統計學意義，造成這一現象的原因可能在于人員因素、建筑類型以及微生物種類的不同等。

3.2 工作人員因素對微生物濃度及顆粒物的影響

倪駿[16]的研究結果顯示，ICU工作人員活動可以增加微生物氣溶膠的濃度以及粗顆粒物的數量，與本研究結果基本一致，但在此次實驗過程中將ICU大廳中的工作人員數量分為3類，其中固定人數是指采樣時間段內在護士站或移動護士站辦公的人員數量以及參觀學習的人員數量，總人數為采樣時間段內ICU大廳中所有的工作人員數量，活動人數為總人數減去固定人員數量。結果發現，微生物濃度、PM≤2.5數量、PM2.5～10.0數量不僅與ICU中活動人數有關，也與大廳中工作人員總數量、固定人數、AGP操作數量均呈正相關。有研究顯示，細顆粒物傾向于永久懸浮，而人員流動以及其他氣流等因素可誘導粗顆粒物再次懸浮，并且粗顆粒的數量與細顆粒的數量也存在顯著的相關關系，這更加印證了顆粒物數量與ICU大廳中工作人員數量、活動數量、固定數量的相關性[7，17]。AlRayess等[18]對ICU和住院部的空氣進行采樣，發現空氣中的微生物濃度水平與醫護人員的活動次數呈高度相關，3次及以上的活動次數時測得微生物濃度顯著升高。Hathway等[19]在一個呼吸病房進行了為期5 d的空氣采樣活動，其結果顯示病房的活動水平與空氣中細菌的濃度高度相關，而與久坐的來訪者的相關性無統計學意義，也就是與固定人數無關，造成此種差異的原因可能在于檢測地點、建筑類型、通風條件以及微生物種類等不同。

AGP操作數量與微生物濃度以及顆粒物數量均存在相關關系，許多醫療護理操作過程中會刺激病人咳嗽、打噴嚏等導致微生物氣溶膠和顆粒物的釋放，并且操作過程使沉降菌以及顆粒物懸浮[20]。在實驗過程中發現霧化操作是ICU室內顆粒物的最主要來源之一，He等[21]發現霧化過程中顆粒物的產生主要來自藥物、藥物溶液和病人的呼吸，并且霧化器的使用與lt;3 μm的顆粒物產生有關。霧化過程中大量藥物顆粒物的外溢使醫務人員不必要地暴露于這些顆粒物中并且隨著ICU中的人員流動，這些顆粒物中是否附著有微生物并對醫護人員以及其他病人的健康造成威脅值得進一步探究。

3.3 病人因素對微生物濃度及顆粒物的影響

考慮到病人因素方面，在實驗過程中對病人的入住率、感染人數以及機械通氣人數進行統計，結果顯示ICU大廳中的微生物濃度與病人的入住率呈正相關，并且AlRayess等[18]的研究發現病人的入住率是空氣中微生物濃度的重要預測因素，但與感染人數相關性無統計學意義，然而Dougall等[22]的研究顯示病人的感染狀態（未定植、感染、定植）都與空氣中的微生物濃度增加有關，造成此結果的差異可能在于ICU中的病種不同、布局不同、病人數量不同等，并且Dougall等[22]的實驗集中于ICU的隔離病房，本研究在ICU的大廳。微生物濃度與機械通氣人數不存在相關關系，PM≤2.5及PM2.5～10.0數量與病人入住率、感染人數、機械通氣人數均不存在相關關系。分析原因可能為：機械通氣病人的呼吸道被機械通氣設備封閉，其呼吸過程中的空氣不與外界接觸，因此機械通氣人數與空氣中的微生物濃度、顆粒物數量相關性無統計學意義。肺部感染病人可能會產生較多的呼吸道分泌物，從而增加空氣中的微生物濃度以及顆粒物數量，但此次數據顯示其與感染人數不存在相關關系，其主要原因可能在于本次實驗過程中記錄的肺部感染人數大多在3～6例波動，肺部感染人數的變化較小且趨于穩定。

3.4 空氣中微生物濃度與顆粒物粒徑的關聯

將實驗過程中記錄的普通ICU大廳微生物濃度與顆粒物數量進行相關性分析，結果顯示微生物濃度與不同粒徑的顆粒物數量之間均存在正相關關系，其中微生物濃度與PM1.0～2.5、PM2.5～5.0的顆粒物呈中度相關，研究結果與倪駿等[16，23]的研究結果一致。不同學者對不同環境下顆粒物粒徑與微生物濃度相關性進行了分析，并得出不同結論。Goudarzi等[24]于中東沙塵暴期間，對伊朗地區室外細菌與PM1.0、PM2.5、PM10.0相關性分析顯示，細菌與PM1.0呈正相關（Plt;0.05），而與PM2.5、PM10.0相關性無統計學意義；孫德龍等[25]在校園內對微生物顆粒物進行采樣，結果顯示PM1.0、PM2.5和 PM10.0與微生物濃度相關。Chen等[26]對常規通風手術室手術過程中進行微生物和顆粒物的采樣，發現細菌濃度與顆粒物之間相關性無統計學意義。綜上所述，細菌與顆粒物濃度關系受測試環境、顆粒物粒徑的影響，要更精確地確定細菌與顆粒物之間的關系，仍需進行大量實驗研究。

4" 小結

實際狀態下，ICU室內微生物濃度與顆粒物數量呈現波動的變化趨勢，在上午以及下午分別有1個峰值。ICU內微生物濃度在一定范圍內隨著溫度、濕度的升高而降低，隨著大廳內的固定人數、活動人數、工作人員總人數、病人入住率、AGP操作數的增加而增加。顆粒物數量在一定范圍內隨著室內溫度、濕度的升高而降低，隨著大廳內的固定人數、活動人數、工作人員總人數、AGP操作數的增加而增加，并且室內顆粒物的主要來源是霧化操作。綜上所述，通過適當調節ICU大廳中的溫濕度、降低不必要的人員活動、減少參觀學習的人員數量及時間、優化醫護人員的室內操作、使用密閉式吸痰管以及氣密性更佳的霧化裝置等可改善ICU內的空氣質量。微生物濃度與不同粒徑的顆粒物數量之間存在正相關關系，采用顆粒物濃度判斷ICU室內細菌污染水平具有一定的科學價值。

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（收稿日期：2024-01-09；修回日期：2025-02-07）

（本文編輯 崔曉芳）