牙科模拟头部模型实验室牙科单元水线的定期检测和消毒维护

　　

口腔模拟头模实验室牙科综合治疗台水路污染问题的深度剖析 —— 浙江中医药大学研究成果解读

浙江中医药大学口腔医学院的 Biyao Li、Yuya Hu 等研究人员在Scientific Reports期刊上发表了题为 “Periodic detection and disinfection maintenance of dental unit waterlines in dental simulation head model laboratories” 的论文。该研究聚焦于口腔模拟头模实验室中牙科综合治疗台水路（DUWLs）的污染问题，对保障师生健康、提升口腔医学实践教学环境的安全性具有重要意义，填补了该领域在口腔教育环境研究的空白，为后续相关研究和实践管理提供了关键依据。

一、研究背景

口腔模拟头模实验室是口腔医学生临床模拟训练的关键场所，学生在实验室内借助 DUWLs 进行各类牙科治疗操作练习。然而，DUWLs 由细长且相互连接的管道构成，其管径狭小、表面与体积比大、内壁粗糙以及水流速度缓慢，这些因素共同促使生物膜在管道内壁极易形成和附着。与此同时，学生操作过程中产生的碎屑、微生物以及化学试剂等容易进入并沉积在水路中，进而导致水质恶化，显著增加了交叉感染的风险，对师生的健康构成潜在威胁。

在临床环境中，DUWLs 污染问题已受到广泛关注，诸多国家和组织针对临床 DUWLs 制定了相应的细菌限量标准，如美国牙科协会（ADA）规定牙科综合治疗台输出水中需氧嗜温异养菌含量应≤200 CFU/mL，美国疾病控制与预防中心（CDC）建议牙科综合治疗台用水细菌含量不应低于 500 CFU/mL，中国则明确要求 DUWLs 出水应符合饮用水标准（<100 CFU/mL） 。目前，临床 DUWLs 的检测已成为医疗监管的标准要求。与之形成鲜明对比的是，口腔模拟头模实验室中 DUWLs 的污染情况长期被忽视，相关研究至今仍极为匮乏。本研究旨在填补这一空白，通过全面分析 DUWLs 的污染水平、评估常用消毒剂的消毒效果以及鉴定微生物群落，为解决口腔模拟头模实验室 DUWLs 污染问题提供科学依据和有效策略。

二、研究材料与方法

（一）研究对象

选取浙江中医药大学口腔医学院的 3 个口腔模拟头模实验室，各实验室 DUWLs 布局一致。每个实验室挑选 12 台简易牙科治疗椅（SDCs，NISSIN NS - 1000），这些治疗椅配备高速手机和三用喷枪等口腔治疗设备。实验前，所有实验室的 DUWLs 均未经过系统的消毒或维护处理，且实验室使用的市政自来水符合中国国家标准（GB/T 5750.12–2006），实验前后对自来水的检测也证实了其达标情况。

（二）水样采集

在学期初（实验室 A）、学期中（实验室 B）和学期末（实验室 C）三个时间点，从每个实验室的每台牙科治疗椅的高速手机和三用喷枪水路中采集水样，每个水路采集 2 份重复样本。采集三用喷枪水路水样时，先取下可更换的喷头，按压喷水按钮 30 秒，用 75% 乙醇擦拭并消毒连接口后，使用无菌采样瓶收集 10 mL 水；采集高速手机水路水样时，先不安装手机，退回金属帽，然后按照上述方法进行冲洗、擦拭和采样。采集后的水样在 30 分钟内置于 4°C 冰箱保存，并在 6 小时内进行接种。

（三）消毒处理

分别用纯净水将 250 mg / 片的有机氯泡腾片（Health Essence，中国）和 100 mg / 片的二氧化氯泡腾片（Basteur，中国）配制成浓度为 20 mg/L 的含氯消毒剂，现配现用。将实验室 B 中的 12 台 SDCs 随机分为两组，一组使用 20 mg/L 有机氯消毒剂消毒，另一组使用 20 mg/L 二氧化氯消毒剂消毒。消毒时，先移除治疗椅上的牙科器械，在单独的储水器中加入 1 L 消毒剂，持续排水 2 分钟，静置 20 分钟，最后用 1 L 自来水冲洗。在消毒前、消毒后立即以及消毒后 3 天和 7 天分别采集水样。

（四）细菌培养

取 100 μL 水样接种到营养琼脂平板上，在 37°C 培养箱中培养 48 小时，计算每毫升水样中的活菌数（CFU/mL），若菌落数超过 100 CFU/mL，则判定水样被污染。

（五）统计分析

运用 SPSS 24.0 软件进行统计分析。采用 Shapiro - Wilk 检验评估实验数据的正态性，通过 F 检验（P>0.05）验证方差齐性。使用独立样本 T 检验分析不同时间点高速手机和三用喷枪水路的污染水平，配对样本 T 检验用于统计分析消毒前后水样中的细菌菌落数，以评估消毒效果。计算污染率公式为：污染率 =（污染样本数 / 总样本数）×100% ，P 值 < 0.05 被认为具有统计学意义。

（六）生物膜样本采集

在研究开始时，从实验室 A 中配备高速手机（第 1 组）和三用喷枪（第 2 组）的 4 台 SDCs 的水管中随机采集 8 个生物膜样本。采集前，先对水管进行 30 秒冲洗并用 75% 乙醇消毒，然后从控制装置上拆卸下来。用无菌剪刀剪掉管子前端 5 毫米的部分，将直径 2 毫米、长度 17 毫米的无菌鼻拭子插入管内，旋转并来回擦拭 30 秒以采集生物膜，最后将拭子头保存于 EP 管中，在 30 分钟内迅速放入 - 80°C 冰箱保存以确保样本完整性。

（七）DNA 提取、16S rDNA 和 ITS 基因测序及数据分析

将生物膜样本用 ddH?O 在 8000 g 条件下离心 3 分钟，收集沉淀。使用 CTAB 试剂盒（杭州泽衡生物技术有限公司，中国）按照说明书提取 DNA。采用引物对细菌 16S rRNA 基因的 V3 - V4 高变区（341F: 5’ - CCTAYGGGRBGCASCAG - 3’，806R: 5’ - GGACTACNNGGGTATCTAAT - 3’）和真菌 ITS 基因（ITS1F: 5’ - CTTGGTCATT TAGAGGAAGTAA - 3’，ITS2R: 5’ - GCTGCGTTCTT CATCGATGC - 3’）进行 PCR 扩增。扩增产物文库在 Illumina NovaSeq 6000 平台（上海维翰生物技术有限公司，上海，中国）进行测序，运用 Qiime 2 对序列进行分析。

三、研究结果

（一）DUWLs 污染现状

通过对不同时间点高速手机和三用喷枪水路细菌菌落数和污染率的检测发现，在学期初、学期中和学期末，两者水路中的细菌菌落数均超过 100 CFU/mL 的标准，污染率达 100%。随着学生使用设备频率的增加以及水路冲洗次数的增多，学期中和学期末高速手机和三用喷枪水路中的细菌菌落数显著下降，但仍高于临床阈值。

（二）消毒效果

研究表明，20 mg/L 有机氯消毒剂和 20 mg/L 二氧化氯消毒剂均展现出良好的杀菌效果。消毒后，水路中的细菌菌落数显著降低（P<0.05），污染率降至 0%。直至消毒后 1 周，菌落数仍明显低于消毒前水平（P<0.05），然而此时菌落数相较于消毒后立即检测的值显著增加（P<0.05），污染率回升至 100%，这表明每周一次的消毒频率不足以有效控制菌落数量。消毒后 3 天，平均菌落数保持在 100 CFU/mL 以下，但约有三分之一的水路仍被污染。此外，两种消毒剂的杀菌效果不存在统计学差异（P>0.05）。

（三）实验室 DUWL 生物膜的微生物群落组成

对生物膜样本进行分析，结果显示在所有样本中，细菌的主要门类为变形菌门（Proteobacteria，第 1 组占 63.17%，第 2 组占 59.35%）和拟杆菌门（Bacteroidota，第 1 组占 29.04%，第 2 组占 31.44%），真菌的主要门类为子囊菌门（Ascomycota，第 1 组占 99.45%，第 2 组占 98.24%）。在纲水平上，细菌的优势类群包括 α - 变形菌纲（Alphaproteobacteria，第 1 组占 43.41%，第 2 组占 39.53%）、拟杆菌纲（Bacteroidia，第 1 组占 29.04%，第 2 组占 31.44%）和 γ - 变形菌纲（Gammaproteobacteria，第 1 组占 19.75%，第 2 组占 19.82%）；真菌的优势类群为粪壳菌纲（Sordariomycetes，第 1 组占 96.08%，第 2 组占 61.44%）和散囊菌纲（Eurotiomycetes，第 1 组占 3.36%，第 2 组占 36.80%）。细菌中丰度最高的属在第 1 组为新鞘氨醇杆菌属（Novosphingobium，32.25%）和假单胞菌属（Pseudomonas，12.59%），在第 2 组为鞘氨醇杆菌属（Sphingobium，21.77%）和假单胞菌属（15.09%）；真菌中丰度最高的属为镰刀菌属（Fusarium，第 1 组占 96.01%，第 2 组占 61.46%）和青霉属（Penicillium，第 1 组占 3.36%，第 2 组占 36.81%）。同时，在生物膜样本中检测到 9 个潜在的人类致病细菌属和 2 个致病真菌属，其中相对丰度超过 1% 的细菌属包括假单胞菌属、伯克霍尔德菌 - 卡氏菌 - 副伯克霍尔德菌属（Burkholderia - Caballeronia - Paraburkholderia）、分枝杆菌属（Mycobacterium）和罗尔斯通菌属（Ralstonia），真菌属则为镰刀菌属和青霉属。

四、研究结论与讨论

（一）研究结论

本研究表明，口腔模拟头模实验室中 DUWLs 的污染问题不容忽视，尤其是在长时间未使用后（如学期初），污染情况较为严重。微生物群落组成与临床环境中 DUWLs 的相关报道相似，生物膜样本中检测到多种潜在的人类致病微生物，存在通过手眼接触和气溶胶传播感染的风险。使用 20 mg/L 有机氯消毒剂或 20 mg/L 二氧化氯消毒剂消毒后，DUWLs 中的平均细菌数在 3 天内可保持在 100 CFU/mL 以下。因此，建议口腔实验室管理人员定期每 3 天使用这两种消毒剂对 DUWLs 进行消毒，并在学期初和学期末进行强化消毒处理；同时，师生在实验过程中应采取充分的防护措施，以降低感染风险。

（二）讨论

自 1963 年 Blake 发现 DUWLs 中存在大量细菌并引发对交叉感染风险的关注以来，DUWLs 污染问题在口腔临床管理中逐渐受到重视。DUWLs 污染的主要原因包括供水系统中固有的细菌、牙科手机的回吸作用、水路中生物膜的形成以及因管腔狭窄、水流缓慢和间歇性使用导致的水停滞等。在临床环境中，DUWLs 中的细菌主要由供水系统特有的细菌、机会致病菌和口腔菌群组成，此外还存在真菌、病毒和寄生虫等微生物。这些微生物不仅污染出水口水质，还可能存在于牙科器械操作产生的气溶胶中，增加交叉感染风险，尤其是机会性感染。例如，曾有 82 岁患者因感染军团菌死亡，其病史仅涉及两次牙科治疗；还有 71 名儿童在接受牙髓治疗后被诊断为牙源性非结核分枝杆菌感染。

在本研究中，口腔模拟头模实验室 DUWLs 未消毒时的平均菌落数高达 1.2×10? CFU/mL，虽略低于临床环境中报道的高达 1.4×10? - 1.8×10? CFU/mL 的数值，但仍远超国内饮用水质量标准。实验室 DUWLs 污染率在学期各阶段均为 100%，可能与实验室水路系统配置有关，多个 SDC 水路串联增加了污染的可能性。高速手机水路的污染程度通常高于三用喷枪水路，这与高速手机的回吸作用密切相关。同时，SDC 水路的污染程度与使用频率呈负相关，学期初设备闲置后重新启用时污染最严重，随着使用频率增加污染程度有所下降，但总体仍处于较高水平。这表明实验室 DUWLs 在使用过程中容易积累污垢和微生物，设备闲置时细菌易在管内增殖形成难以清除的生物膜，成为潜在的感染源。虽然临床建议通过冲洗减少污染，但研究发现单纯冲洗无法使菌落数达到可接受标准，因此定期消毒和维护 DUWLs 至关重要。

化学消毒剂是控制 DUWLs 污染的常用且有效的方法，如过氧化氢、含氯消毒剂、弱酸性电解水等。二氧化氯和有机氯消毒剂因其良好的杀菌效果、生物安全性、操作简便性和可控成本，在牙科诊所中应用广泛。本研究中，两种消毒剂在实验室 DUWLs 消毒中均表现出良好的效果，尤其是消毒后 3 天内，菌落数能持续保持在标准以下。因此，相较于临床每日消毒的要求，建议口腔模拟头模实验室每 3 天对 DUWLs 进行一次消毒，并在学期初和学期末进行严格的强化消毒，以抑制生物膜生长和清除闲置期间形成的生物膜。

对实验室 DUWLs 生物膜微生物群落多样性的评估发现，优势细菌和真菌门类与临床报道相符。实验室环境中检测到的细菌大多为异养菌，致病性较低，但仍存在一些机会致病菌，如假单胞菌属、伯克霍尔德菌属等，这些细菌在免疫功能低下人群中可能引发感染。同时，研究中还检测到具有潜在致病性的镰刀菌属和青霉属真菌，其中青霉属可引发呼吸道疾病，镰刀菌属可导致系统性和局部感染，在口腔模拟头模实验室环境中，学生可能因缺乏防护措施而面临感染风险。

此外，口腔模拟头模实验室的布局和操作模式可能加剧感染风险。实验中产生的气溶胶和飞溅物可能携带 DUWLs 中的微生物传播，模拟牙科操作的研究表明，污染主要集中在距离源头 1.0 - 1.5 米范围内，最远传播距离可达 4 米，小于 15μm 的气溶胶可在空气中持续 7.13 分钟，平均传播距离为 25.45 米。而本研究中的实验室相邻 SDC 间距仅约 1.2 米，小于临床推荐的 2.4 米间距要求，且上课时大量 SDC 同时运行，操作时间远超临床实际治疗时间，使得实验室中气溶胶和飞溅物的传播比临床环境更为严重，显著增加了感染风险。这进一步凸显了定期控制实验室 DUWLs 微生物污染的重要性。

本研究首次关注口腔模拟头模实验室 DUWLs 的污染问题，为该领域研究提供了重要参考，但也存在一定局限性。研究仅选取了一所大学的 3 个实验室，结果的普适性可能受限；消毒效果评估仅依据菌落数减少，未深入分析消毒后菌落的组成；对生物膜中微生物间的相互作用、致病性和抗生素耐药性的研究也不够深入。尽管如此，该研究为后续研究指明了方向，引起了对口腔模拟头模实验室污染控制问题的重视，推动了口腔医学教育环境安全管理的发展。