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德婕淨二氧化氯 應用實績

約翰霍普金斯醫院文獻(1)中文編譯

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Vol.24 No.8 INFECTION CONTROL AND HOSPITAL EPIDEMIOLOGY 575
A 17-Month Evaluation of A Chlorine Dioxide Water Treatment System to Control Legionella Species in A Hospital Water System

作者: Arjun Srinivasan, MD (http://blogs.cdc.gov/safehealthcare/?page_id=159)
經歷: 現任職於美國疾管局醫療照護相關感染預防科(HAIP)主任
資歷: 約翰霍普金斯醫學院流行病學助理教授;醫學博士

摘要:
評估使用二氧化氯在控制醫院用水中退伍軍人菌的安全性與效益。
目的:評估二氧化氯水處理系統在醫院供水系統中用於控制退伍軍人菌之安全性與效力。

設計:在系統裝置之後,就整棟大樓進行一般的水質培養,評估二氧化氯與亞氯酸鹽的含量水準,並監測金屬腐蝕狀況。

結果:退伍軍人菌的生長場所,從基準日的41%減少至4%(P=0.001)。L. anisa為唯一存在的病菌,它存在於熱水與冷水兩種樣本。二氧化氯與亞氯酸鹽的殘留量,皆低於美國聯邦政府環保署(EPA)對於飲用水的管制標準。而且,進一步的活性炭過濾可以有效地去除這些化學品,甚至二氧化氯的用量達到一般水處理劑用量的兩倍亦然。在9個月之後,與二氧化氯接觸的銅試樣片,其腐蝕狀況亦不會較對照樣本更為嚴重。在評估期間,裝設處理系統的大樓並未發現有院內感染的退伍軍人菌案例,而在另一棟大樓則發現一個案例。

結論:評估結果顯示,藉由二氧化氯系統的操作,可以有效地去除醫院供水系統的退伍軍人菌。而且,評估結果亦發現,系統的安全性良好,二氧化氯及亞氯酸鹽的含量也低於美國聯邦政府環保署的管制標準。這個系統也不會使銅管的腐蝕更加嚴重。這些結果顯示以二氧化氯很有希望能夠解決醫院供水系統受到退伍軍人菌污染的問題(刊登於Infect Control Hosp Epidemiol 2003;24:575-579)。

退伍軍人菌目前依然是造成醫院肺炎的主因。醫院感染真正的影響範圍目前還屬未知,然而,已有一系列報導證明退伍軍人菌佔醫院肺炎的比例,也許達到30%。儘管對於這些感染處理的進展愈來愈瞭解,但院內感染退伍軍人症肺炎的死亡率仍然達到35%至40%。再者,發生院內感染退伍軍人症疾病的情況,一般都被視為可以避免,因此,它會帶來負面觀感且成為醫院訴訟的來源。由於這些有機物的天然棲息場所係為水,它會在用水場所的供水系統中擴散。有幾家醫院的培養調查結果,發現在某些地區有高達70%的醫院供水系統受到退伍軍人菌污染。隨著免疫抑制治療這種醫院退伍軍人症疾病的主要風險愈來愈普遍,這種感染可能會成為愈來愈嚴重的問題。

醫院供水系統受到污染與院內感染案件之間的關聯,現已獲得充分證實,且由退伍軍人菌無法與供水系統隔離的幾家醫院,縱使在嚴密監視下也未發生醫療案件的事實,進一步獲得支持。此一關聯大大提高在醫院供水系統中就退伍軍人菌尋求控制方法的急迫性。目前,已有若干可利用的方法,包含過熱處理熱殺滅菌、紫外線燈、銅銀離子殺菌系統、超氯法(Hyperchlorination)、氯胺(Chloramines)、臭氣處理、及二氧化氯。雖然熱水系統長久以來一直被視為是這些微生物的主要繁殖場所,但愈來愈多的證據顯示,飲用(飲料或冷)水系統受到污染,會給院內感染帶來更大的風險。因此,這些方法用於處理醫院熱水及飲用水供應系統的效果及安全性評估,也愈來愈受到重視。在我們服務的醫院興建新的大樓,給予我們有機會評估二氧化氯在保健設施中用於控制退伍軍人菌的效果及安全性。

二氧化氯已被美國政府環保署批准,依據聯邦法律可做為飲用水的殺菌劑。這種化學品係由亞氯酸鈉溶液以機械或電解方式產生之氣體。亞氯酸鈉已被美國政府環保署批准,可用於產生二氧化氯,做為飲用水殺菌劑。二氧化氯係為一種強力氧化劑,可藉由細胞的氧化分解過程殺死病菌。雖然它在工業及都市供水系統已使用多年,但以二氧化氯用於去除醫院供水系統中的退伍軍人菌,則並無太多報導。然而,從有限的公開經驗,可以認為它具有處理效果。

背景
約翰霍普金斯醫院的Weinberg大樓擁有154個病床,在這裡安置手術及腫瘤病患,包括骨髓移植病患。除了一般的病患照顧樓層及一間加護病房,這棟大樓也設有16間手術室以及手術病理室、檢驗室以及消毒處理設施。病患在這棟大樓接受血液透析。由於這些病患人口廣泛地被視為是醫院退伍軍人菌感染的高風險因子,且由於醫院供水系統曾經發現有退伍軍人菌存在的問題,因此,在進行大樓的建築設計時,就決定要裝置水處理系統。

在審視這些系統的現有資料之後,我們選擇以二氧化氯用於水處理系統。主要的考慮係二氧化氯已被美國政府環保署批准,可做為飲用水殺菌劑。將二氧化氯系統裝置於飲用水進入大樓後的主管線。此主管線再分成支管線,供應大樓各樓層的飲用水及熱水。有兩組半瞬間加熱的熱水器供應大樓使用之熱水。供水系統於2000年3月裝置完成,但初期僅少量供水,直到2000年9月大樓啟用為止。

微生物監測
由大樓的28處水龍頭依一般方式進行熱水及冷水取樣。選擇的取樣點遍及整個病患照顧樓層之診療區與非診療區、以及常用與不常用的水龍頭。在每間病房,將水龍頭打開且讓水流放60秒,然後再取樣。每一個收集到的樣本,皆進行直接培養及濃縮培養。

直接培養係將100微升的水直接置於放有退伍軍人菌經過挑選的培養基之3個培養片上。使用的這3個培養片,上面置以緩衝處理的木炭酵素萃取物(Buffered Charcoal-Yeast Extract,BCYE),含有多黏桿菌素 B(Polymyxin)、茴菌素(Anisomysin)以及萬古黴素(Vancomysin);以及BCYE退伍軍人菌經過挑選的瓊脂(萬古黴素、黏桿素以及茴菌素)。在濃縮培養部份,則將50毫升的原始樣本通過聚碳酸酯過濾器。再於過濾器內放入5毫升的原始、未過濾的樣本,並予旋渦攪拌。其次,在3片培養片上,各置入100微升的試樣。所有的培養片皆置於37℃的潮濕室內,以二氧化碳培養7天。可能為退伍軍人菌的菌落,再於血瓊脂(Blood Agar)及BCYE培養片做再生培養(Sub-cultured)。會在BCYE成長,而不會在血瓊脂成長的微生物,可以確定係退伍軍人菌,接著以直接螢光抗生藥劑(美國喬治亞州Alpharetta市m-TECH公司生產)以及氣液層析確認系統Sherlock Microbial Identification System進行生物形成。

二氧化氯、亞硝酸鹽及硝酸鹽含量之監測
由主水管以及一樓、四樓與五樓收集的熱水及冷水樣本,以N,N-二乙基-對苯撐二胺(N,N-Diethyl-p-phenylenediamine)化學的光譜分析法,測定其中的二氧化氯殘留水準。殺菌副產物亞氯酸鹽及氯酸鹽,則以美國政府環保署認可的離子層析法及電流滴定法檢測之。

為使血液透析及檢驗設備達到最佳的性能,進一步以碳過濾去除二氧化氯及副產物。在搬進大樓之前,於系統內加入不同用量的二氧化氯,以測定在通過各個活性炭過濾器之後的二氧化氯、氯酸鹽及亞氯酸鹽含量水準。血液透析設備的用水,通過兩個外部碳過濾器;而檢驗設備的用水,則通過一個外部碳過濾器。

一旦二氧化氯系統開始啟動從事連續操作,即持續監測二氧化氯含量水準,確保它不會超過0.8 ppm。此外,在系統啟動後,亦監測整棟大樓的二氧化氯及亞氯酸鹽含量水準。氯酸鹽含量水準的監測並不像二氧化氯及亞氯酸鹽那麼密集,因為目前美國政府環保署尚未就飲用水的氯酸鹽含量訂定管制標準。

腐蝕監測
水管的腐蝕乃利用標準的銅與軟鋼的試樣片予以測定,測定時係將這些試樣插入水處理系統上游及下游的水管內,且以上游的試樣做為對照。系統操作9個月之後,取出試樣,予以秤重以評估其腐蝕狀況。將減損的重量轉換為腐蝕速率,以MPY表示(Milliliters per year,MPY)表之。

退伍軍人菌的監測
我們服務的醫院,對於退伍軍人菌院內感染的監測非常積極。從有下呼吸道感染跡象之住院病患所取得的支氣管肺泡的灌洗樣本,通常都會進行退伍軍人菌培養。顯示有退伍軍人菌的全部培養樣本以及有尿液抗原體(Urinary Antigens)的全部樣本,皆有感染控制人員隨時監測,以判斷它是否屬於院內感染案件。經過9天的病菌培養確定有退伍軍人症病毒感染的病患,會被視為〝可能的"院內感染案件,而證實受到感染且超過9天的任何病患,則會被視為〝明確的"院內感染案件。任何案件只要病患的隔離符合電泳脈衝凝膠(Pulsed-Field Gel Electrophoresis)的環境樣本,無論培養期間的長短,都被視為明確的院內感染案件。

結論:
據我們所知,這是美國醫護機構就二氧化氯系統的效力及安全性,所完成的第一份研究報告。我們的經驗確認來自歐洲的公開資訊,也佐證二氧化氯能有效地在醫院供水系統用於殺死退伍軍人菌的論點。此系統在我們醫院的一棟大樓進行17個月的連續操作,幾乎消滅大樓供水系統的退伍軍人菌。唯一還受到污染的場所,是在大樓頂樓,距離處理系統最遙遠的位置。



我們的數據是在系統操作時間內-----僅於週一至週五每天從早上7點至晚間7點----收集得到,這段時間內的水需求量適宜此系統的操作。我們並未使用〝二氧化氯(ClO2)衝擊式加藥〞,藉以使整棟大樓曝露於高濃度的二氧化氯處理環境。再者,我們也未特地使所有的末端水龍頭定時開啟,僅透過水龍頭的正常使用,而與經過二氧化氯處理的水相互接觸。依據我們得到的結果,我們相信倘若對水龍頭做更密集的評估,退伍軍人菌可能會更快速被殺死。我們也知道退伍軍人菌會出現在水管的生物生物膜以及流動受到限制的設備(例如水龍頭盲管)。雖然體外試驗數據顯示,二氧化氯會滲透這些生物膜,而在末端不常使用的水龍頭,當二氧化氯與生物生物膜的接觸減少時,滲透現象會受到阻礙。開啟水龍頭的做法,特別是開啟頂部樓層的水龍頭,可能有助於使系統更快達到平衡,使頂部樓層的水管,增加與二氧化氯的接觸時間。

依據目前聯邦法律規定的二氧化氯及亞氯酸鹽合格標準,系統的操作安全性無虞。聯邦法規規定,飲用水中二氧化氯的最大殘留殺菌劑含量,不得超過0.8 ppm,而亞氯酸鹽的最大殘留量,亦不得超過0.8ppm。我們發現在主水管使用最高濃度二氧化氯的情況下,大樓住戶曝露於二氧化氯及亞氯酸鹽的程度,仍然遠低於最大容許水準。事實上,縱使在最接近主處理系統的設備,在測試進行一半時,二氧化氯及亞氯酸鹽的總和,亦低於0.8 ppm。目前,法規並未對飲用水的氯酸鹽容許含量設定管制標準,然而,依據我們的經驗,氯酸鹽含量從未超過0.4 ppm。

我們也發現,系統啟動後不久,二氧化氯及亞氯酸鹽的含量水準,遠高於最接近主處理系統的裝置。然而,隨著時間的消逝,整棟大樓達到平衡,在17個月之後,與主處理系統最近以及最遠的裝置,兩者的二氧化氯及亞氯酸鹽含量水準並無差異。

水管腐蝕依然是任何的水處理系統,特別是在老舊建築物,主要的關切問題。二氧化氯的使用,似乎不會給大樓的水管帶來不利的效應。本大樓的水管系統主要是銅管,在二氧化氯系統連續操作9個月之後,我們發現銅試樣片並無明顯的腐蝕。我們也注意到曝露於二氧化氯的軟鋼試樣片,相較於對照試樣片,其腐蝕速率顯得略高,但差異是否顯著並不清楚。我們的腐蝕檢測結果,與Hood氏等人的報告相符,他們在報告中指出,在水管系統老舊的醫院,二氧化氯系統使用6年,也不會發生腐蝕問題。

二氧化氯及亞氯酸鹽強的氧化能力,已使得特別容易受創於氧化應力(Oxidative Stress)而造成溶血(Hemolysis)的這些化合物,愈來愈加重視。誠然,對動物及人類的研究顯示,曝露於這些化學品會使氧化溶血增加4倍,更可能使紅血球缺乏G6PD。然而,迄今為止,針對水經過二氧化氯處理的社區透析中心所做的研究十分有限,無法證明它會有任何不利的影響。我們發現在透析設備中增加兩套額外的活性炭過濾器(Carbon Filter),即可解決這個潛在的問題,藉由活性炭過濾器可去除所有的二氧化氯及亞氯酸鹽,縱使二氧化氯達到超治療水準(Supratherapeutic Levels)亦然。同樣地,活性炭過濾器亦可將精密的檢驗設備之供水系統中的化學品去除。

我們這項研究美中不足的是評估期間太短。雖然初步研究結果令人振奮,但我們也無法預料其長期效力。在以銅-銀離子殺菌系統進行的一項研究中,起始年度的研究結果,也同樣地令人振奮,但是在操作3年之後,效力逐漸消失,二氧化氯系統是否會發生這種狀況,還需要進一步確認。然而,在Glasgow皇家醫務所使用6年二氧化氯的經驗,頗令人振奮。另一個美中不足的,則是未進行二氧化氯及亞氯酸鹽的連續現場監測,因此,在未進行檢驗時超過最高含量水準,理論上也有可能。然而,由於二氧化氯系統具有的安全特色是它會自動關閉,以防止水中的二氧化氯含量超過0.8 ppm,因此,發生這種情況非常不可能。

由於老弱住院人口愈來愈多,醫院內退伍軍人菌感染的風險,只會愈來愈高。再者,某些州正在考慮立法,要求保健機構訂出退伍軍人症控制計畫,包含執行常規性的水質採樣。因此,醫院水處理系統將也將持續受到重視。遺憾的是,目前仍然欠缺足夠且長期的經驗,就這些系統之中,何者具有明顯的優越性提供建議。因此,使用這些系統的機構,公佈其使用經驗,是相當重要的。我們相信,我們使用二氧化氯的經驗,顯示此系統很有希望能夠解決醫院供水系統受到退伍軍人菌感染的問題。

  碳鋼
院內未處理的飲用水 0.4 3.9
院內經二氧化氯處理的飲用水 0.3 5.6

11. 避免退伍軍人菌滋生的方法:
a. 熱水≧60°C。
b. 冷水<20°C。
c. 避免死水、流速慢。
d. 蓮蓬頭、水龍頭要常清洗。
12. 環保署(EPA)規定二氧化氯最高殘餘劑量(MRDL: Maximum Residual Disinfectant Level): 0.8 ppm,而最大添加劑量(MCL: Maximum Contaminant Level): 1.0 ppm。
13. 為期17個月的二氧化氯測試,醫院在退伍軍人菌的陽性反應率如下表:

退伍軍人菌的陽性反應率