浅谈国外对建筑管道中机会致病菌的研究
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摘要：近年来，建筑给水管道中经常检出一类具有共同特征的机会致病菌，特别是在建筑热水系统中，随着集中热水供应系统在大型公共建筑和民用住宅中越来越广泛的应用，机会致病菌对人类健康产生的威胁不容忽视。这一问题已得到世界各国学者越来越的广泛关注并相继开展了相关研究，而目前我国这方面的研究较少。通过对国外相关领域研究的先进成果和最新进展综合分析与讨论，更全面的掌握建筑管道环境适宜机会致病菌存活繁殖的原因，重视此类问题产生的公共性影响，引起人们对建筑管道中新兴机会致病菌的重视，同时探讨抑制此类致病菌滋生的可行措施。
Abstract： In recent years， a series of opportunistic pathogens with common features have been frequently detected in building water supply systems， especially in hot water systems. With the widely use of central hot water supply system in large public buildings and civil residence， the threat of opportunistic pathogens to our health can not be ignored. This problem has received attention of scholars around the world and has carried out related researches， but in China we have few studies in this area. Through the comprehensive analysis and discussion on the advanced achievements and the latest developments of the related fields of foreign countries， fully grasp the reasons of pipeline environment suitable for opportunistic pathogens' survival and reproduction， attach importance to the public impact of such issue， cause people's attention to these emerging opportunistic pathogen in premise plumbing and explore feasible measures to curb this type of pathogen breeding.
P键词：建筑管道机会致病菌；建筑给水；水质安全
Key words： opportunistic premise plumbing pathogens；building water supply；water quality security
中图分类号：TU991.38 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0228-04
0 引言
生活饮用水水质安全与人类生命健康息息相关，经过水厂一系列水处理工艺后得到的生活饮用水，水质要求符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的相关规定，可以满足人们对饮用水的使用要求。然而，近年来在建筑管道中出现了一类机会致病菌，繁殖于建筑管道（特别是热水系统）中较难去除，以气溶胶为载体传播，会导致用水者在日常生活用水过程中感染患病。
长久以来，人们一直把大肠杆菌作为饮用水中主要的微生物风险的指示项进行消毒，但美国疾病预防控制中心（USCDC）2008年提出[1]，相比从水处理厂中流出的传统粪便传播致病菌，建筑管道中生长和繁衍的微生物（特别是嗜肺军团菌）传播导致疾病爆发发病率更高。目前国外已有大量研究证实，很多由机会致病菌引起的感染与自来水有关。需要注意的是，这类致病菌的致死率正在逐年提高，仅嗜肺军团菌的致死率已从5%增长至80%[2，3]，如果此类致病菌在建筑给水系统中爆发传播，后果将难以控制。
1 建筑管道机会致病菌简介
建筑管道中的机会致病菌（Opportunistic Premise Plumbing Pathogens，简称OPPPs）属于新兴的研究领域，国外对OPPPs的研究相对有限。因可参考的数据资料较少、缺少统一规范的检测方法、无OPPPs的致病限值、对OPPPs与建筑管道环境间关系没有全面了解等原因，使人们目前无法有效控制减少OPPPs。
1.1 OPPPs的种类
建筑管道机会致病菌是一类可通过水传播导致人体感染的致病菌，对建筑管道环境有良好的适应能力，能在建筑物内的管道系统中存活、繁殖。国外目前公认且研究较多的建筑管道机会致病菌包括嗜肺军团菌（Legionella pneumophila）、鸟分枝杆菌（Mycobacterium avium）和其它非结核分枝杆菌（NTM），以及铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa又称绿脓杆菌），此外还有甲基杆菌属（Methylobacterium spp.）、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumanii）、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）和棘阿米巴属（Acanthamoeba spp.）等，未来可能发现更多新的OPPPs。
1.2 OPPPs的危害
老年人、儿童以及免疫缺陷人群是主要的易感人群（见表1），感染途径分为社区获得性感染和医院获得性感染。由于OPPPs的多重抗药性，一种菌属的致病菌株多样化，对不同抗生素敏感度的差异，患病后治疗难度较大，甚至会危及生命，现少有特异性的抗菌药物能治愈。
近期发表的一项研究表明美国军团菌的发病率约13，000例/年，非结核分枝杆菌在2004-2007年期间发病率16，000例/年[4]。在美国因感染造成的年度经济损失非常高，军团菌超过4.3亿美金/年，非结核分枝杆菌感染也已达4.25亿美金/年[4]。随着OPPPs疾病率的不断攀升和由此带来的巨额经济损失，国外非常重视对这类致病菌的研究。
2 国外对OPPPs的研究
2.1 OPPPs的共同特征
美国弗吉尼亚理工大学Joseph O. Falkinham，III教授等人，提出OPPPs能建筑管道环境中存活的共同特征[1，6，7]，包括：抗消毒剂、易于附着管壁形成生物膜、存活并生长在有吞噬作用的、非寄生的阿米巴中、在低氧浓度下生长、在低水平有机碳浓度下生长的能力、耐高温和耐抗生素等。这些共同的特征使OPPPs能在有消毒剂、水流停滞低氧的管道环境中生长繁殖，大部分OPPPs在达到较高温度时才会出现生长抑制（例如，军团菌>46℃，分枝杆菌>53℃），这也是它们能够在建筑热水系统中繁殖活跃的原因之一。大多数机会致病菌是抗阿米巴微生物（amoebae-resisting microorganisms，简称ARM），它们能够存活在阿米巴体内，从而削弱了消毒剂产生的影响。
2.2 建筑管道环境对OPPPs的影响
建筑管道较高的比表面积、间歇性的水流停滞、较低浓度的剩余消毒剂和热循环等特征，促进了OPPPs在管道中繁殖生长[6，7]。建筑管道表面积与体积比数值较高，有助于生物膜的形成，而生物膜为OPPPs提供了栖息场所；间歇水流停滞，低消毒剂余量和热循环为OPPPs提供了适宜的生长环境。OPPPs在不同管材上的附着程度有明显的不同[8]，鸟分枝杆菌在不锈钢上附着程度最高，在玻璃上附着程度最低，而铜管对嗜肺军团菌的繁殖有一定的抑制作用。综合OPPPs的共同特征以和建筑管道的特点可知，这些致病微生物以近乎理想的生存状态在建筑管道环境中滋生。
相比自来水系统，OPPPs在建筑热水系统中滋生的问题更加突出。热水系统中，饮用水加热后其水质发生了变化，如更适宜OPPPs生长的水温、水化学特性的改变、剩余消毒剂减少，热水系统热循环效果的差异、停滞的水流等等，使OPPPs更容易在热水系统中存活繁殖，在使用热水时（特别是淋浴过程中），因吸入含有OPPPs的气溶胶导致感染。
综合OPPPs的特征和建筑管道的特点可知，这些致病微生物以近乎理想的生存状态在给水管网和建筑管道环境中滋生。
2.3 OPPPs的存在状态
美国在约40%的住宅样本中鉴定出了可检出水平的嗜肺军团菌[9]，调研的住宅和建筑物中淋浴喷头中70%的生物膜样本含有分枝杆菌属，而且其中30%含有鸟分枝杆菌[10]。国外的研究经表明[1]，从住宅、公寓、医院和办公楼等房屋建筑管道中完全根除此类机会致病菌几乎是不可能的。
为了节约能源和资源再利用，实现可持续发展，绿色建筑中设置了绿色水系统。水在长距离的管道内停留时间过长，太阳能加热水温升高较慢或热量利用不充分，城市热网、热泵加热不能将水温加热至较高的温度[5]，都增高了微生物生长繁殖的风险，给OPPPs提供了滋生的条件。
为了保证公共健康、减少细菌的传播，避免人们在用水过程中直接接触水龙头，电子感应式水龙头已普遍使用于公共场所中，但在电子感应式水龙头已有大量检出机会致病菌的情况（军团菌和铜绿假单胞菌），其滋生原因尚不明确，很可能是受较低的流速、适宜的温度和感应式水龙头中使用的构件材质（电磁阀与出水口之间的管段通常采用橡胶或聚氯乙烯）等因素的影响。
澳大利亚对一组使用不同消毒剂的市政管道进行全年监测对比[12]，发现水中军团菌和分枝杆菌数量随管道距离的增加并无明显变化，但都在末端用水点处大量滋生。此外，家庭给水过滤装置对含氯消毒剂的去除，也为致病菌的滋生提供了更有利的生存环境。
2.4 OPPPs的检测
一般微生物检测可通过传统的实验室来培养，但一些OPPPs处于活的、不可培养（a viable， but nonculturable，简称VBNC）状态，例如铜绿假单胞菌和嗜肺军团菌。细胞在这种状态下是活的，但无法在培养基上形成菌落，最后导致检测结果出现偏差。目前的分子杂交技术多为定性结果，而q-PCR（定量聚合酶链反应）检测技术虽然能够定量检测，但无法鉴别细菌的死活，且检测成本较高。目前已出现军团菌的现场快速检测方法（巢式PCR和荧光PCR法等），但仍需进一步验证这一方法的可行性。
3 国外将OPPPs列入水质标准并制定研究计划
3.1 美国OPPPs研究计划
为了更全面有效地解决由OPPPs带来的健康威胁，降低公众感染的风险，美国水研究基金会（Water Research Foundation）多次组织专家学者进行讨论[5]，于2012年5月了包含20项研究计划的征求意见建议书（RFPs）（表2），从微生物传染病学（EPI）、检测方法（METH）、微生物生态学（ECOL）、工程控制（ENG）四个重要领域展开研究。
美国推进这一计划需做大量实验，目前大多数研究仍处于起步阶段，因此，还有待深入的探索和研究。
3.2 已列入水质标准的OPPPs
世界卫生组织（WHO）和美国已把军团菌和分枝杆菌列入了《饮用水水质准则》和《国家饮用水水质标准》中，并把浊度作为微生物指标中的一项，见表3。
4 减少OPPPs的措施
研究表明，升高水温、保持一定剂量的剩余消毒剂、提高水中氧的含量、降低浊度等方法可有效减少水中OPPPs的数量。
4.1 高温消毒
高温消毒是一种不向水中添加其他物质的消毒方法，可通过提高循环热水温度、提高热水器出水温度、降低热水输送时间达到目的，一般需要将水温升高至60-70℃（军团菌生长抑制温度>46℃，分枝杆菌>53℃），但同时存在烫伤和能源浪费问题，国外因沐浴烫伤致死的案例也有发生，特别是儿童和老年人；同时如果将温度升高至60℃以上，会因快速结垢和腐蚀损害管道系统。高温灭菌后系统可能会出现OPPPs再次增殖，因高温杀菌后的细菌死体可能会为再次生长提供营养物质。因此，特别是在医院、幼儿园和养老院等特殊场所应采取防烫伤措施，严格控制出水温度。
4.2 消毒剂消毒
水厂水处理主要是针对大肠杆菌等致病微生物进行消毒处理，经过水厂消毒处理后这些致病菌已经低于标准限值。OPPPs耐消毒剂，提高消毒剂浓度可能会杀灭其他与之竞争关系的微生物，提供更理想的生存环境，产生消毒剂副产物并存在水的嗅味问题；UV消毒有可能会导致微生物突变，OPPPs能够存活于阿米巴中，削弱了消毒作用。更重要的是，OPPPs滋生在市政给水管网和建筑给水管道中，并随着管道距离的增加而增殖（特别是在末端用水点处），因此应在建筑管道中保持一定剂量的剩余消毒剂，对OPPPs的滋生起到抑制作用。
4.3 提高水中含氧量溶解氧并降低浊度
一些OPPPs在低浓度溶解氧条件下生长速率高，在水中氧浓度较高时生长反而受到抑制，因此适当提高水中氧浓度很有必要。浊度是影响OPPPs的另一项重要因素，OPPPs易附着生成生物膜，如[6]降低浊度可有效减少鸟分枝杆菌的数量。
4.4 其他措施
在改善水中理化条件的同时，还应结合其他有效方法共同实施。如[1]冲刷管道减少管壁上附着的生物膜；拆除水龙头上的节水充气装置，减少致病菌与空气的接触；更换不易产生气溶胶的淋浴花洒，对淋浴花洒进行定期更换或清洗消毒（包括带有软管的手提式淋浴喷头），在水龙头和淋浴花洒上安装微生物过滤器。在工程设计过程中，应不断优化管道系统设，增强热水循环效果，减少布置不合理的滞水或死水区，在管道末端采取环路安装措施，以增强热水系统的循环效果，同时优化管材的选择，选择不易生成生物膜的管材等；并在医院等存在高危感染风险的公共场所使用肘式水龙头；加强给水系统的日常监管，定期进行水质监测，发现异常及时进行处理。
以上方法各有优缺点，单一的措施很难有效的抑制水中OPPPs的增殖。应综合建筑的特点、管道的条件以及用户的用水规律、物业管理维护水平等条件，建立危害分析的临界控制点（Hazard Analysis Critical Control Point，简称HACCP），对管道系统的关键节点进行监控，通过多种措施有效减少OPPPs。
5 结语
近年来，在我国建筑内的给水末端已多次检测出这类机会致病菌，但并未引起足够重视。随着我国人口老龄化加速和人群免疫力普遍下降的现状，饮用水水质微生物安全问题亟待解决。目前研究还存在许多研究盲区和不足之处，例如与OPPPs关联的水质指标研究不全面（如溶解氧、TOC和水中的氢等），感染患病资料的缺乏及不断出现新兴的致病菌，控制OPPPs手段的局限等等。这些问题带来的挑战，有待进一步深入探索。因此，有必要大力开展OPPPs研究，给百姓带来安全和健康的生活用水环境。
参考文献：
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