“瑞士奶酪模型”理论在生物安全管理中的应用.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 5 期 2023 年 10 月Vol.26 No.5 Oct.2023“瑞士奶酪模型”理论在生物安全管理中的应用季 静,赵 丽,马絮飞,赵秀兰(山东大学 公共卫生学院,山东 济南 250012)摘 要:近年来,我国高校生物实验室发展迅速。由于生物实验室数量增多、开放力度加大、人员更替频繁,实验室的生物安全问题已成为生命科学发展过程中的关键问题。通过将“瑞士奶酪模型”理论引入实验室生物安全管理,分析目前生物实验室在使用和管理过程中存在的诸多问题,有针对性地提出实验室生物安全管理的解决对策,避免可能存在的漏洞,建立多层防御体系,使得实验室的生物安全管理更为系统化、规范化,从而降低生物安全事故的发生率,确保实验室的安全高效运转。关键词:瑞士奶酪模型;生物安全;实验室中图分类号:R111 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.05.047Application of Swiss cheese model theory in biosafety managementJI Jing,ZHAO Li,MA Xufei,ZHAO Xiulan(School of Public Health,Shandong University,Jinan 250012,China)Abstract:In recent years,the biological laboratory has developed rapidly.Because of the increase in the number of biological laboratories,greater opening-up and the frequent turnover of personnel,the biosafety of laboratories has become the key problem in the development of life science.By introducing the“Swiss Cheese Model”theory into the biosafety management,analyzing the current biosafety prob-lems in the biological laboratorys use and management,putting forward the solutions to strengthen the biosafety management of laboratory,avoiding the possible loopholes,and establishing a multi-layer de-fense system,making the biosafety management more systematic and standardized,and reducing the occurrence rate of biosafety accidents,ensure the laboratory more safety and more efficient operation.Key words:Swiss cheese model;biosafety;laboratory 收稿日期:2021-11-12 修改日期:2022-12-15作者简介:季静,硕士,实验师,主要从事实验室建设与管理工作。E-mail:jijing 通讯作者:赵秀兰,博士,教授,主要研究方向为实验室建设与管理、毒理学研究。E-mail:zhao.xl 基金项目:山东省高等教育本科教学改革研究项目(项目编号:M2020236);山东大学齐鲁医学院本科教学改革与研究项目(项目编号:qlyxjy-202050)。生物安全作为新兴非传统安全威胁已经对国家安全提出全新挑战。正因为认识到生物安全的重要性,我国已将生物安全纳入国家安全体系,并于2020 年 10 月 17 日通过了中华人民共和国生物安全法,明确了生物安全的重要地位和原则。随着生物领域相关内容的不断拓宽,实验项目增多、实验内容的复杂性不断提高,涉及使用的菌(毒)种、危险化学试剂和危险设备越来越广泛。实验室开放程度的加大和学科交叉的频繁使得实验室生物安全问题日渐突出,近几年发生的多起影响极大的实验室生物安全事件,敲响了安全预防和教育的警钟。因此,切实提高实验室的生物安全管理水平刻不容缓。“瑞士奶酪模型(Swiss cheese model)”又名“Reason 模型(Reasons model)”是由英国心理学家里森(James Reason)在其心理学专著Human Error中,结合 6 种人因失误观点提出的事故分析模式。该模型在航空领域飞行安全管理系统中得到广泛应用,近年来被国内外医疗系统借鉴。我们参照“瑞士奶酪模型”理论,分析实验室使用和管理过程中存在的生物安全风险,通过建立多层防御体系,预警和防范生物安全事件的发生。1“瑞士奶酪模型”概述“瑞士奶酪模型”说明事故是突破了多重防范系统所致。里森认为组织活动可分为不同层面,每个层面都存有潜在的安全“漏洞”。如果将每层的安全系统比作一片奶酪,漏洞就是奶酪上的孔洞,如果一摞奶酪的孔碰巧连成一条可以直穿而过的通道,当遇到类似不安全因素时,事故就会发生。导致不良事故发生的漏洞一般包括 4 个层面的因素,即组织因素、不安全监督、不安全行为的前提条件和不安全操作行为1(见图 1 所示)。该模型树立了多层防御体系观念,各防御体系可从不同的维度对防御机制的缺陷或漏洞进行相互补充式的拦截,一件不良事件的发生需要突破所有的防御机制。图 1 瑞士奶酪模型2 生物实验室危险因素分析在生物实验活动中,设定的层次上存在数量不等、大小不同的“孔洞”,应用“瑞士奶酪模型”对可能发生的生物安全事件进行危险原因分析,并制定相应措施堵塞漏洞,从根本上保障生物实验室对人才培养的支撑作用。2.1 组织的影响从硬件条件上,由于早期设计规划等方面的技术问题,有些实验室在场地设计、采暖通风设计、空气过滤、废物转运等方面不符合国家实验室安全规定标准,存在一定的安全隐患2。另有些实验室还存在分区不合理、生物安全柜等防护设施缺乏等问题。同时,有不少的实验室存在生物安全制度管理不健全,实际工作中不能完全遵照规章制度施行,存在执行不严格、流于形式等问题。2.2 不安全的监督高校生物实验室除进行日常授课外,还承担着科研实验、大学生创新实验等工作,实验室通常在教师工作时间之外如晚上、节假日向学生开放。在无教师监管的情况下,学生开展实验活动较随意,如无值守或过夜使用高压蒸汽灭菌器;出门不关门窗;带无关人员进入实验室等,这些行为极大地增加了实验室生物安全发生的风险3。2.3 不安全行为的先兆生物实验室不仅有用水、用电、用气、防盗等一般性安全问题,还涉及多种病原微生物、生物样品等,因此,生物安全教育尤为重要4。但是大部分学生在进入实验室前没有经过系统的实验室生物安全知识培训,尤其是针对相关科研实验室的安全培训,学生所具备的安全知识不够全面;指导教师的安全意识不足,在指导学生进行实验时常忽视强调各种生物安全隐患。学生安全意识淡薄,存在侥幸心理,给实验室安全管理带来巨大的负担5。2.4 不安全的操作行为学生在进入实验室初期普遍存在实验仪器操作能力欠缺、安全意识不强等问题,对实验仪器的维护和保养缺乏专业知识 6,如果违反操作规程、疏忽大意以及电线短路、老化、温控失灵等问题出现,极易带来人身安全、设备安全和实验环境安全方面的隐患,造成安全事故。3“瑞士奶酪模型”理论的应用3.1 加强实验室生物安全管理,强化组织的影响加强管理是提高实验室生物安全的关键 7。生物实验室涉及病原微生物、生物制品等,数量、种类繁多,人员流动性强,若不加以科学管理,实验室杂乱无章,直接影响实验室的生物安全和工作效率。3.1.1 规范实验室硬件建设规范的实验室硬件是保障实验室生物安全的必要条件。生物实验室的建设应以生物安全为核心,通过科学布局实验室,划分实验区和办公区;在实验室入口处设置门禁系统,经授权方可进入;实验室安装带有可视窗的自动关闭门;实验室配备洗眼器、喷淋设备、感应式水龙头、紫外灯、消防设备和应急供电、紧急出口标识等 8;实验室工作区外设置储物柜,避免将与实验无关的物品带入实验室;设有独立区域存放病原微生物并安装监控设备。通过基础防护设施建立第一道生物安全屏障。3.1.2 加大实验室生物安全防护设施投入根据实验室的生物安全级别配备相应的安全防护设施和物品,如生物安全柜、超净工作台、高压蒸汽灭菌器、紫外线消毒车、消毒剂等,同时配备乳胶手套、一次性医用口罩、护目镜或防护面屏、脚套等个人防护装备。定期对生物安全柜、消毒灭菌设备及应急防护设施进行维护、鉴定,确保设备状态良好、运行安全有效,既保护实验室人员不被实验对象感染,同时保护样品不发生交叉污染,周围环境不被污染。3.1.3 做好实验室生物安全文化建设生物安全文化是生物安全管理体系中的一部分,浓厚的生物安全文化氛围可以使学生养成良好的生物安全素养,树立深入人心的生物安全意识。602 季静,等:“瑞士奶酪模型”理论在生物安全管理中的应用在实验室门口张贴安全信息牌,完善实验室各种标志、标牌,如生物危害警告标识、安全警示标识、各种危险化学品安全提示、仪器使用操作说明等。定期开展实验室生物安全文化周活动,制作实验室生物安全手册、实验室生物安全管理制度汇编供师生阅读学习;开展有奖生物安全知识竞赛;制作安全展板加强宣传等一系列内容丰富、形式多样的安全活动,强化实验人员的生物安全意识。3.1.4 建立生物安全管理组织体系根据实验室生物安全通用要求等规定,成立生物安全专家委员会,全面负责咨询、指导、评估、监督实验室的生物安全;根据有关国家标准和实验技术规范,结合从事的实验活动,制定符合本实验室的生物安全规章制度,建立生物安全管理体系文件,并确保各项规章制度得到有效落实,通过严格的制度来规范实验行为,尽可能降低实验室潜在危害。通过加强实验室生物安全管理,强化组织的影响,杜绝不合理的实验室布局设置、不健全的组织结构、与实际工作不匹配的生物安全体系文件,以及部门职责不清或衔接不当等安全漏洞,降低生物安全风险。3.2 建立实验室生物安全监督检查体系,加强对不安全的监督实验室安全监督检查体系是保障实验室安全管理制度贯彻执行的重要手段。加强实验室安全检查,以查促改,可以有效地排除实验室的安全隐患,提高实验室安全管理水平 9。3.2.1 制定实验室生物安全检查指标体系根据实验室实际情况,制定实验室生物安全检查表,并深入现场进行检查。检查内容包括实验室生物安全组织机构,生物安全管理体系,实验室规章制度,人员培训与管理,实验室环境、设施和设备,个体防护与应急预案,菌(毒)种和样本的储藏与管理,感染性物质运输,实验室废弃物管理,实验室记录和档案等。3.2.2 实行“三级三查”监督机制采取点面结合的实验室安全检查方式,构建“校、院、实验室”三级三查安全检查监督体系。对开展的科研活动、实验课程进行生物安全风险评估,对于发现的安全隐患,提出整改意见,并追踪检查整改效果,按照“严格执行-及时反馈-有效整改”的生物安全模式运作。3.2.3 充分利用现代信息技术,强化实验室安全监督随着现代科学技术的发展,越来越多的信息化手段在实验室管理中得以应用与推广,如利用门禁系统、安全监控及报警系统实现对实验室的 24 小时动态监察;通过利用实验室生物安全检查系统,在检查过程中随拍随传,确保检查结果无遗漏,自动形成整改报告,全面分析实验室安全隐患,方便后期整改查看,提高安全检查整改效率。通过加强对不安全行为的监督检查,查找管理的漏洞,发现安全隐患,同时可以提高实验人员的安全意识和责任意识,使实验室师生自觉地去丰富安全知识、减少不安全行为的发生,从而有效地降低实验室安全隐患的存在,预防和减少生物安全事故的发生 9。3.3 加强生物安全相关培训,杜绝不安全行为的先兆绝大多数生物安全事故发生的根本原因是缺乏生物安全意识。蔡霞等 10的研究发现,学生对生物安全相关的法律法规的认知度、与实际操作相关的生物安全常识的认知度、如何正确消毒灭菌及废弃物 处 置 的 认 知 度 均 不 高,分 别 为 54.14%、73.57%、76.43%。从对历次实验室生物安全事故的分析看,几乎都是由于操作人员失误或丧失警惕性造成的。实验室人员的生物安全意识、行为和实验操作水平是影响实验室生物安全的主要因素。通过加强生物安全相关培训,强化预防医学生的生物安全意识,有利于提升实验室管理水平,降低实验室生物安全事故的发生率。3.3.1 加强实验中涉及的生物安全相关法律法规的教育生物安全相关法律法规涉及菌毒种如何规范操作、废弃物如何正确处置等与平时实验息息相关的内容。生物安全法已经实施,如果不了解相关的法律法规,很容易造成安全事故,甚至违法。因此,应对学生进行系统的生物安全相关法律法规和本实验室生物安全规章制度的教育培训,特别是与实际操作相关的法律条款及规定,并对培训效果进行评价。3.3.2 加强实验操作规范化培训实验人员需要具备规范的实验操作技能,但是有些学生因前期培训不系统、不规范,存在不良的实验操作习惯,因此在培训过程中需要针对可能引起生物安全隐患的操作如可能产生气溶胶的操作、标本接种操作等进行标准的示范教学,并告知注意事项,减少操作不当带来的风险;做好个人防护用品的使用培训,使学生熟悉生物安全防护设施设备的使用;培养实验人员的生物安全意识,掌握消毒灭菌方法,养成实验结束后消毒实验操作台面、地面等习惯。通过培训使实验人员提高实验技能,确保各项702实验的安全开展。3.3.3 规范废弃物处置工作为防止实验人员受到感染以及污染周围环境,必须规范处置实验室废弃物。对实验废弃物分类收集,每个实验室均设置存放生物垃圾和普通垃圾的不同容器,并粘贴明显标志。实验过程产生的各种微生物菌种等感染性废弃物需要以高温灭菌等方式进行无害化处理后,按生物废弃物处置,委托有处置资质的公司定期收集和处置;针头、碎玻璃、手术刀等损伤性利器置于锐器盒内;对反复使用的玻璃器皿,如试管、刻度吸量管等,清洗干燥灭菌后备用;化学废液按毒性分类处置,严禁将不相容的废液混合在一起。各容器装至 3/4 满后及时清运,禁止在实验室积存,并详细记录运送情况,包括运送时间、废弃物种类与数量等。3.3.4 定期开展应急演练学生在实验操作中难免会出现意外事件,例如玻璃容器破碎及感染性物质溢出;分离标本时离心管发生破裂;锐器不慎刺伤、割伤等。通过定期开展实验室突发事件应急演练培训,能有效地让学生及时处理并做好防范,防患于未然,把实验风险降至最低。3.3.5 加强病原微生物、易燃易爆危险品使用培训建立菌种使用记录本,使用菌种时采取严格防护措施,并遵守操作规程。按照病原微生物实验室生物安全管理条例的要求,处理病原微生物和可能发生气溶胶的实验应当在相应的生物安全等级的实验室内进行,避免工作人员的实验室感染。易燃易爆危险化学品储存于防火试剂柜中;易制毒、剧毒试剂使用多少领用多少,并做好出入库登记。通过全面开展实验室生物安全教育培训,尤其是不同实验室针对本实验室研究方向和涉及的危险源开展相应培训,使实验人员清楚实验室危险源,熟悉各项生物安全规章制度,掌握规范的实验操作流程和必要的个人防护技能。实行严格的实验室准入机制,在培训结束后进行理论与实操考核,考核通过方可进入实验室,以强化培训效果。通过培训,加强学生的生物安全防护意识、熟悉生物安全意外事故的应急处理,杜绝不安全行为的先兆,可有效预防生物安全事故的发生。3.4 规范仪器设备的使用管理,杜绝不安全的操作行为近年来,随着教育经费投入的增加,实验室仪器设备的种类和数量逐年增加,各类先进的仪器设备被用于生物教学和科学研究中,同时涉及有毒有害、易燃易爆、致病微生物等安全问题,因此,仪器设备和特种设备使用安全是实验室安全管理的重要内容之一11。3.4.1 加强仪器设备的管理仪器设备在使用前,应由生物安全委员会对仪器设备的风险性进行评估,包括使用功率是否对现有电源造成潜在危险;使用过程中可能会出现的意外;对操作人员可能造成的伤害;对周围环境的影响等。根据其特性确定风险等级,根据不同的风险等级采取不同的管控措施,从而降低仪器设备带来的风险,预防事故的发生。例如,高压蒸汽灭菌器、干燥箱等高温仪器设备,采用全程值守使用;24 小时不间断运行设备如超低温冰箱、生化培养箱等,定期进行电源电线检查。并在管理中严格贯彻仪器设备使用预约制度,使实验仪器使用制度化、规范化。3.4.2 加强仪器设备的维护对实验室内仪器设备进行定期维修维护,尤其对生物安全柜、高压蒸汽灭菌器等设备定期进行检定检查,严禁使用检定不合格仪器设备。对于有故障的仪器设备及时检修,严禁“带病运行”。对防护设施如洗眼器、紧急喷淋装置、急救箱等进行定期检查,保证配备齐全和正常使用。3.4.3 加强仪器设备的使用培训建立仪器设备标准操作规程,并进行相关理论及实践操作培训,使学生熟悉各仪器设备的原理,掌握仪器设备的正确使用方法及维护保养技能,提高学生对仪器设备的使用及日常维护意识。通过开展仪器设备相关的技术讲座,讲解相关仪器设备操作注意事项、新的技术进展和应用领域等,开拓学生视野,更新补充仪器相关知识,有利于学生在科研工作中开发仪器新功能。通过采用理论学习和实践操作相结合的方式,对学生的仪器操作和相关安全注意事项开展多层次、全方位和持续性的培训,构建成熟的仪器设备操作及相关安全系统性培训体系,杜绝因不安全的操作行为带来的安全隐患,确保实验室高效稳定地运行。4 结语高校生物实验室是进行生物实验教学、人才培养、科学研究和社会服务的重要基地,实验室的生物安全不仅关系到实验教学和科研工作的顺利开展,还影响着整个高校的持续稳定发展,恶性生物安全事故还会给社会、环境带来无法预计的危害。学校通过加强实验室生物安全管理,建立实验室生物安全监督检查体系,加强生物安全相关培训,规范仪器(下转第 212 页)802 样的实验,教师严格要求学生在通风橱中进行操作,用空气稀释污染性气体的浓度,同时采用 5%NaOH溶液进行尾气吸收的办法处理。对于废酸和废碱,实验技术人员在每个实验室配备专用的回收瓶进行收集,对于不能重复使用的,采取酸碱中和然后稀释的办法处理,最后收集到废液桶送往废弃物中转站。固体废弃物包括过期的固体化学药品、实验过程中使用过的 pH 试纸、滤纸、打碎的玻璃器皿、废弃的一次性手套以及实验中消耗的化学试剂的空瓶等,这些固体废弃物要分门别类的存放、处置。废渣集中存放于废渣桶,空试剂瓶按照要求清洗后装箱,待学校处理废弃物时送到中转站,统一移交有资质单位处理,以免发生事故。经过长时间的培养和训练,学生们已经养成了不随手丢弃实验垃圾的习惯,既增强了自身的环保意识,也促进了化学实验的绿色化发展。4 结语几年来,河北大学实验中心在“有机化学实验”教学和管理上不断进行绿色化探索与实践,已经取得了明显效果。通过对学生进行实验室安全教育,提高了学生的规范操作和绿色环保意识;在实现有机化学实验教学目标的前提下,优化实验项目的设置,改进实验方法,既节约了成本又减少了污染物的产生,同时激发了学生的创新思维能力和实验的积极性、主动性;实验室废弃物的规范化处理,大大改善了实验室的环境。在今后的“有机化学实验”教学中,我们将不断研究和探索绿色化教学和管理方法,进一步实现有机化学实验绿色化发展,努力培养专业技术能力强、绿色发展理念坚定、德才兼备的人才。参考文献(References):1 杨占会,许家喜.有机化学课程中的绿色发展理念J.大学化学,2020,35(7):99-103.2 王红,刘秋平,王海滨,等.有机化学实验教学绿色化改革的研究与实施J.实验室研究与探索,2019,38(7):139-144.3 李颖,杨成,吴凯群,等.有机化学实验绿色化体系建设的探索与实践J.实验室科学,2020,23(6):142-144,148.4 孙晓明,苏超,孙亚楠,等.综合设计性实验教学培养学生创新能力的探索J.实验室科学,2020,23(4):128-130,134.5 杨慧,高玉珊,贾丽丛,等.高校实验室化学试剂安全使用对策探讨J.实验室科学,2020,23(4):199-200,204.6 陆大东,戴洁,叶涛,等.基础有机化学实验教学改革探索与实践J.实验技术与管理,2020,37(7):180-182.7 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