空气微生物通过人的呼吸系统进入人体，会造成 不同的负面健康效应，Douwes 等[4]在其综述中进行了 系统性地归纳。微生物气溶胶一般会引起不同程度的 哮喘[4]和肺功能障碍[5]，如果其中含有致病性微生物， 还可能引起呼吸道传染病[6]；若其中含真菌则会引起 过敏性疾病[7]。
根据空气动力学理论，病原微生物通常寄生在呼 吸道[8]，并通过呼出气[9]传播到空气中。有研究表明，在 采集的人体呼出气冷凝液 (exhaled breath condensate， EBC)中成功检测出了 A 型（甲型）流感病毒[10]。亦有文 献充分论证了 SARS[2]和甲型 H1N1 流感病毒[3]通过空 气传播的科学事实。空气病原微生物是导致医院交叉 感染的主因[11]，如切口全髋关节移植病房中约 30%的 细菌来源于空气沉降[12]、呼吸系统感染占医院总体感 染量的 23.3%~42.1%[13]。目前，针对呼吸系统疾病样本
环境与健康杂志 2013 年 12 月第 30 卷第 12 期 J Environ Health, December 2013, Vol．30, No．12
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·综 述·
呼出气微生物采集技术及其应用研究进展
王丽华 1，曾碧翔 2，张以进 3，徐振强 4
1.北京航天总医院血液肿瘤研究所，北京 100076；2.北京航天总医院院办公室；3.北京航空工程技术研究中心； 4.中国城市科学研究会
采集温度 采集效率 （°C） （μl/min）
-20
70~143
-10
188
-20
135
0
42
-20
≤100
Rtube 由于轻便和呼吸阻力小，因而广泛用于各种 呼出气微生物的采集场合。研究表明，通过使用 Rtube ， 在受感染的牛的呼出气中检测到了口蹄疫病毒 ， [13] 在马驹的呼出气中检测到了可导致马驹气管炎的细 菌马红球菌（Rhodococcus equi）[20]，在非小细胞肺癌患 者呼出气中检测到了高浓度的细菌气溶胶（约 7 000 cfu/m3）[14]。有研究指出，通过分析 EBC 中的生物标志 物可以判断是否是真菌感染，如检测 2-戊基呋喃来甄 别曲霉菌病[13]。最近，Vereb 等[17]发现，呼出气也可以用 于评估各种环境污染暴露剂量效应研究。
3 呼出气微生物采集装置的应用
呼出气微生物冷凝装置内表面的喷涂材质[22]、采 样 温 度 [23] 和 采 样 时 间 [18] 均 对 冷 凝 装 置 的 采 集 效 率 有 影响。目前临床上还缺少关于呼出气微生物的标准采 集方法。有研究指出，使用 Rtube 采集 EBC 的检出率 （7%）比咽拭子法检出率（46.8%）低[24]。该研究结论不 能完全否定呼出气微生物采集方法，但为了充分论证 呼出气微生物采集方法的有效性，同时提高该方法的 采集效率和准确性，以便于实现其在临床医学和公共 卫生领域中的应用，有效提升由空气病原微生物造成 的公共卫生安全隐患的快速预防能力和高效诊断能 力，仍需要针对该方法做如下研究：（1）扩大受试人群 和设置阴、阳性对照，检验新型 EBC 装置的可靠性和
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采集的方法主要有咽拭子法、支气管肺泡灌洗法、鼻 咽抽吸物或痰标本法，这些方法耗时较长，容易引起 采集对象的不适，并且易使实施采集操作的医务人员 出现被动感染。在发生流感疫情或突发生物事件时， 门诊量激增，由于就诊环境条件的局限性，临床医生 只能通过加强流行病学史的询问和临床症状监测来 进行疾病的诊断和鉴别，或通过隔离排查的方式来控 制疫情，但该方法缺乏充足的科学依据，疫情控制效 果难以保证，存在一定的主观盲目性。鉴于此，EBC 采
关键词：呼出气空气微生物；采样；呼吸系统疾病 中图分类号：R117 文献标志码：A 文章编号：1001-5914（2013）12-1125-03
Exhaled airborne microorganisms collection from human specimen and its further trials for application: a review of recent studies WANG Li-hua*, ZENG Bi-xiang, ZHANG Yi-jin, XU Zhen-qiang. *Institute of Hematology and Oncology， Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China Corresponding author: XU Zhen-qiang，E-mai：xuzhenqiang@
EcoScreen 由于体积较大，为了获取到足够的 EBC 样品量，需设置较长的采集时间，所以一般仅用 于固定性的场所。通过使用 EcoScreen ，在人体的呼 出气冷凝液中成功检测到了流感病毒[12]。
以 Rtube 和 EcoScreen 为代表的 EBC 采集装置 虽然能够对呼出气微生物进行有效采集，但是由于自 身结构和采集方式的设计，在应用场合、是否可能有 交叉污染等方面存在不足[21]，这些 EBC 采集装置总体 采集效率较低，耗时 10~15 min 以上才能采集到足量 的 EBC（约 1 000 μl）供后续实验分析。有研究表明， 在玻璃冷凝系统采集前端加一个热循环单元可提高 20%的物理采集效率[18]，但存在结构相对复杂、呼出气 的采集操作繁琐、重复利用率低和易产生交叉污染等 问题。以上缺陷客观上影响了 EBC 在呼吸科筛查和疾 病早期诊断中的广泛应用。
作者简介：王丽华（1983－），女，工程师，从事血液肿瘤分子生物学和病 原微生物研究。
通讯作者：徐振强，E-mail：xuzhenqiang@
者对国内外人群呼出气微生物采集方面的技术研究 进行综述，并指出将其广泛应用到现场采样时需要解 决的问题。
1 空气微生物的健康效应与呼出气微生物的传播
名称 Rtube誖[16]
EcoScreen誖[14] Anacon誖[17]
全封闭玻璃冷凝液采集系统[18] EBC 采集盒[19]
表 1 常见的呼出气采集装置的物理参数
组成部分
材料
规格
重量
（长×宽×高，mm） （kg）
EBC 采样装置、冷却与绝缘套管、柱塞泵 主体结构：聚乙烯； 290×35×100 套管：聚四氟乙烯
最近，有研究设计出简易的呼出气 EBC 采集装 置，它是基于超低温冷凝、超疏水膜采集的撞击式采
集原理开发的，具有结构简单、操作便捷、采集高效和 价格低廉等优点, 每次呼出气采样均使用一次性超疏 水膜，可避免交叉污染，并能够在短时间实现对大规 模人群的 EBC 样品的采集[19]。这在发生流感疫情或其 他突发生物事件时，与传统 EBC 收集装置相比，展示 了更利于对疑似感染人群进行快速筛查的优越性。使 用该装置采集学生志愿者和呼吸科门诊患者的呼出 气样品，发现受试人群呼出气冷凝液中可培养细菌菌 落数为 300~7 000 cfu/m3，呼出气中检出的可培养细菌 气溶胶种类明显不同于对照空气，其中少动鞘氨醇单 胞 菌 （Sphingomonas paucimobili） 和 玫 瑰 色 库 克 菌 （Kocuria rosea）等机会致病菌的检出率较高，并成功检 测出甲型 H3N2 流感病毒[19]。
0.442
采集头、冷却箱、导管、支架
特制材料
1 500×500×2 000 23
呼出气冷凝管、呼气和吸气连接单元、冷 特制材料 凝温度监控装置和管路
800×250×500 8
玻璃冷凝器、柱塞、冷却装置、加热单元 玻璃
500×200×330 15
采集盒、一次性吸管、超疏水膜
ห้องสมุดไป่ตู้
聚四氟乙烯
100×50×30 0.105
集法作为一种新型的呼吸系统疾病生物样本采样方 法，具有简单无创的优点，正越来越多地运用到呼吸 系统疾病临床研究中[14-15]。
2 呼出气微生物采集技术的应用现状
目前呼出气微生物采集技术主要是通过人体正 压将呼出气用管路输送到超低温的环境载体中，通过 物理冷凝作用进行收集。常见的采集装置物理参数见 表 1。
Key words：Exhaled breath microorganisms; Specimen collection; Respiratory diseases
目前我国出现的人类感染禽流感疫情使得致病 性空气微生物传播途径的研究再度成为公共卫生领 域关注的焦点。根据国家卫生和计划生育委员会的规 定，甲型流感病毒 H7N9 亚型和 H1N1 亚型已经被列 入乙类和丙类传染病，由此可见，空气介质致病微生 物已成为危害公众健康的核心防控对象。研究表明， 呼吸道可以寄生致病微生物[1]，人体通过说话、咳嗽、 喷嚏或唱歌等活动呼出具有致病性的微生物，传播到 环境大气中，造成空气污染。如 2003 年严重急性呼吸 综合症（SARS）和 2009 年 H1N1 大暴发等均被证实是 通过空气进行传播的[2-3]。根据 SARS 和 H1N1 等呼吸 系统疫情的产生、扩散、感染、致病和交叉传染的发病 特征，实现对人体呼出气空气微生物的简易高效采集 及检测是有效预防和控制病原体以空气为介质区域 化蔓延的有效途径。与传统的咽拭子方法相比，呼出 气微生物采集法作为一种无创的检测手段，正被越来 越多地应用到环境暴露和疾病检测研究中。因此，笔
摘要：实现对呼出气中空气微生物的采集，对于呼吸系统疾病（特别是呼吸系统传染病）的快速筛查和诊断及致病性 微生物环境暴露的检测具有重要意义。与咽拭子法相比，呼出气微生物采集法简便、易行、无创，且能满足大规模筛查易 感人群或疑似病例的需要（如高致病性和高传染性流感病毒携带着的筛查），且能够提高主动防控呼吸系统传染病疫情 的能力，减少医护人员的被动感染，并且可有效降低病原体扩散的风险。该文综述了国内外针对人群呼出气微生物采集 方面的技术研究进展，并指出将其广泛应用到实际取样中必须考虑和解决的问题。