Проектирование лабораторий уровня ABSL-3: изоляция помещений для животных, обращение с отходами и защита персонала

Планирование помещения для содержания животных так, как если бы это была стандартная лаборатория уровня BSL-3 с добавленными клетками, — один из самых верных способов получить отрицательный результат экспертизы протокола при вводе в эксплуатацию. Недостатки выявляются на позднем этапе — во время испытаний рабочих процессов по замене клеток, проверки маршрутов вывоза отходов или тестирования отказов системы вентиляции и кондиционирования — когда конструктивные решения уже закреплены, а затраты на доработку становятся значительными. Решением, позволяющим устранить большинство этих проблем, является не отдельный проектный выбор, а определение последовательности действий: маршруты перемещения клеток, пути дезактивации отходов подстилки и последовательность выхода персонала должны быть нанесены на план и проверены с учетом фактических размеров помещений до утверждения планировки, а не после. Читатели, работающие над проектом уровня ABSL-3, после прочтения этой статьи будут лучше подготовлены к тому, чтобы определить, какие пробелы в планировании несут наибольший риск на последующих этапах и на каком этапе каждый из них должен быть устранен.

Плотность размещения и работа с клетками до утверждения плана размещения на уровне ABSL-3

Первым ограничивающим фактором, определяющим планировку объекта уровня биобезопасности ABSL-3, является не сам уровень биобезопасности, а плотность размещения животных и физическая организация рабочего процесса, необходимая для обеспечения безопасного обслуживания. Смена клеток, удаление подстилки и транспортировка клеток создают схемы перемещения, которые необходимо учесть в плане этажа до того, как будут определены какие-либо другие элементы. Планировка, не позволяющая организовать фактический рабочий процесс смены клеток без возникновения конфликтов в коридорах или проникновения персонала в зоны заражения, не пройдет проверку на соответствие эксплуатационным протоколам, независимо от характеристик системы вентиляции и кондиционирования воздуха.

Практическая проблема заключается в том, что плотность размещения животных определяет частоту смены клеток, что, в свою очередь, определяет размер и расположение станций мойки клеток, зон временного хранения грязных клеток и пропускную способность автоклавов. Команды, которые рассчитывают эти параметры на основе прогнозируемого количества животных, а не пиковых эксплуатационных нагрузок — включая одновременные процедуры, вскрытия и экстренную выгрузку клеток — систематически недооценивают площадь, необходимую для операций в «грязной зоне». Результатом становится «узкое место» в «грязном» коридоре или помещении для мойки клеток, которое невозможно устранить без изменения конструкции здания.

Работа с клетками в условиях ABSL-3 также сопряжена с риском образования аэрозолей, который в такой же форме отсутствует при стандартных работах уровня BSL-3. Нарушение состояния подстилки при замене клеток является основным путем воздействия. Системы индивидуальных вентилируемых клеток (IVC) существенно снижают этот риск, но не устраняют потребность в рабочем пространстве — при их интеграции в планировку помещения необходимо учитывать подключение к внутренней вентиляционной инфраструктуре, что одновременно влияет на высоту потолка, расположение стеллажей и ширину коридоров. Учет этих ограничений в пакете документов для утверждения планировки до выдачи строительной документации позволяет избежать категории переделок, от которых трудно оправиться при фиксированном бюджете. Более подробное рассмотрение вопросов интеграции IVC см., Лучшие практики по интеграции индивидуальных вентилируемых клеток в лабораториях для животных BSL-3 подробно рассматривает функциональные компромиссы.

Маршруты вывоза постельного белья, уборки помещений и обеспечения безопасности персонала

Обработка отходов в животноводческом комплексе уровня ABSL-3 не является вопросом, который решается на последующих этапах эксплуатации — это проектное ограничение, которое необходимо учитывать одновременно с планировкой помещений. Инфраструктура, необходимая для дезактивации отходов животных, включает в себя оборудование, занимающее значительную площадь, предъявляющее особые требования к инженерным сетям, а также последовательные этапы обработки, которые невозможно впоследствии втиснуть в имеющиеся свободные уголки.

Для обеспечения надлежащего обращения с отходами в соответствии с нормативными требованиями неизменно требуются четыре категории оборудования: станции промывки клеток, биореакторы для переработки туш и органов, крупные двухдверные автоклавы для твердых опасных отходов, а также система обеззараживания сточных вод для жидких отходов из помещений для содержания животных. Каждое из этих устройств выполняет свою отдельную функцию в процессе обеззараживания, и каждое из них генерирует рабочий поток — поступление загрязнённого материала и вывод обработанного материала или сточных вод — который должен проходить по объекту без создания риска перекрёстного загрязнения. Требование ежегодной проверки, применимое к каждой системе, означает, что отсутствие подтверждения правильной работы перед первым использованием представляет собой не только риск воздействия, но и пробел в документации, который будет отмечен в качестве нарушения во время первого аудита объекта.

Маршруты эвакуации персонала должны быть четко соотнесены с этими потоками обращения с отходами. Маршрут эвакуации — от загрязненного помещения для животных через предкомнату деконтаминации к чистому коридору — ни в коем случае не должен пересекаться с маршрутами транспортировки отходов. В условиях ограниченной площади объекта команды иногда обнаруживают во время ввода в эксплуатацию, что единственный доступный коридор для перемещения загрязненных клеток в автоклавную комнату проходит через то же пространство, которое используется для выхода персонала. Устранение этого конфликта после завершения строительства, как правило, требует либо временного обходного решения, которое комитеты по биобезопасности могут не одобрить, либо физической переделки, которая задерживает утверждение протокола эксплуатации на несколько месяцев. Составление схемы маршрута выхода персонала и маршрута транспортировки отходов на одном чертеже плана этажа до окончательного утверждения планировки является мерой предосторожности, позволяющей избежать подобных ситуаций.

Процедуры уборки помещений также заслуживают особого внимания на этапе проектирования. Сливные отверстия в полу, материалы отделки стен и герметизация проходов в потолке — все это влияет на то, насколько тщательно можно обеззаразить помещение после разлива или по окончании исследования. Помещение, в котором невозможно эффективно провести дезактивацию поверхностей — из-за отсутствия сливных отверстий в полу, незагерметизированных поверхностей или наличия оборудовательных элементов, создающих недоступные «мёртвые зоны», — будет систематически выявляться в ходе проверок биобезопасности, независимо от того, насколько качественно составлены операционные процедуры.

Риски, связанные с рабочими процессами на уровне отдельных помещений, которые не учитываются в стандартных схемах размещения лабораторий уровня BSL-3

Стандартная практика проектирования помещений уровня BSL-3 учитывает направление воздушных потоков и перепады давления в нормальных условиях эксплуатации. Однако зачастую она не решает вопрос — который необходимо явно учесть при проектировании помещений уровня ABSL-3 — о поведении границ локализации в случае сбоя в работе. В помещениях для содержания животных постоянно присутствует источник загрязнения, который не учитывается в стандартных схемах BSL-3: взвешенные в воздухе частицы подстилки, шерсть животных и респираторные выделения присутствуют постоянно, а не только во время активных процедур. Сбой системы локализации при отключении вытяжного вентилятора не является временным риском, как это могло бы быть в лаборатории BSL-3, где работа контролируется в соответствии с установленными процедурами. Это состояние постоянного воздействия, продолжающееся до тех пор, пока сбой не будет устранен.

В «Руководстве ВОЗ по биобезопасности лабораторий» (4-е издание) сформулировано требование — обозначенное здесь как ABSL-3 D6 — о том, что помещения для содержания животных должны быть спроектированы таким образом, чтобы в случае сбоев не происходило обратное направление воздушного потока. Для обеспечения соответствия данному критерию проектирования необходимо провести проверку как в нормальных условиях, так и в условиях сбоев, включая отказ вытяжного вентилятора и отключение электропитания, как для резервированных, так и для нерезервированных систем. План помещения, проверенный только в нормальном режиме работы, не был испытан в условиях, с наибольшей вероятностью способных привести к нарушению герметичности.

Одним из источников путаницы при тестировании аварийных сценариев является кратковременное превышение положительного давления. Кратковременное появление показаний положительного давления у закрытой двери лаборатории во время переходного процесса в системе ОВКВ не обязательно подтверждает, что воздух перемещается из зоны локализации в чистые зоны. Переходные процессы в датчиках и выравнивание давления через герметичную дверь могут давать показания, которые выглядят как вытекание воздуха наружу, но таковыми не являются. Подтверждение фактического направления воздушного потока у основания двери с помощью теста с дымовой палочкой во время отклонения давления — это метод, позволяющий отличить реальное изменение направления потока от артефакта датчика. Без такого физического подтверждения сигнал тревоги о положительном давлении может быть расценен как ложноположительный, хотя это не так, или наоборот — и в любом случае вопрос о состоянии изоляционной зоны объекта останется нерешенным.

Невыполнение испытаний на сценарии отказов приводит к отклонению протокола. Институциональные комитеты по биобезопасности, рассматривающие протокол эксплуатации объекта уровня ABSL-3, как правило, требуют подтверждения того, что обратное движение воздушных потоков было проверено и исключено в условиях отказа. Объект, который не может предоставить такую документацию — поскольку проект системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) проверялся только в режиме нормальной эксплуатации, — не получит разрешение на работу с избранными агентами или патогенами с серьезными последствиями до устранения данного недостатка. Устранение этого недостатка задним числом может потребовать проведения работ по повторному вводу в эксплуатацию системы, которая уже интегрирована в действующее здание, что сопряжено со сложностями как технического, так и логистического характера.

Требования к рабочему пространству в сравнении с компактной площадью лаборатории

Площадь, необходимая для размещения животных в условиях биологической безопасности уровня ABSL-3, значительно превышает площадь стандартной лаборатории уровня BSL-3, в которой выполняются аналогичные процедуры. Разница заключается не столько в самих помещениях для животных, сколько в вспомогательной инфраструктуре, необходимой для содержания животных и не имеющей прямого аналога в планировке лаборатории уровня BSL-3, где не используются животные.

Пример объекта уровня ABSL-3, состоящего из пяти модулей, предусматривает лабораторные и технические помещения площадью примерно 5 400 квадратных футов для проведения вскрытий, мойки клеток и автоклавирования. Эта цифра представляет собой иллюстрацию в масштабе проектирования, взятую из конкретного справочного материала по объекту, а не нормативный минимум или ориентир для всех программ — фактительные требования к площади зависят от вида животных, масштаба исследования и сферы регулирования. Однако этот масштаб носит информативный характер: лаборатория уровня BSL-3, предназначенная в первую очередь для проведения процедур, может быть построена на площади, составляющей лишь небольшую часть указанной, поскольку в ней не требуется помещение для мойки клеток, коридор для временного хранения загрязнённых клеток, ниша для тканевого дигестора или отсек для автоклава с двойными дверями. Команды, которые приступают к планированию объекта уровня ABSL-3, ориентируясь на компактный эталонный объект BSL-3, систематически занижают общую площадь помещений на значительную величину.

Фактором, придающим этому вопросу особую важность, является выбор времени. Решения о площади помещений принимаются на ранних этапах — во время разработки технического задания и эскизного проектирования, когда рабочий процесс, связанный с животными, зачастую ещё не проанализирован достаточно подробно. К тому моменту, когда эксплуатационная команда определит частоту замены клеток, пиковые объемы загрязнённых клеток и пропускную способность системы переработки отходов, площадь здания может быть уже зафиксирована. В результате получается объект, на котором критически важные вспомогательные функции — зачастую это мойка клеток и подготовка автоклавов — рассчитаны на меньшую пропускную способность, чем требуется на практике, что создаёт «узкие места», замедляющие работу и увеличивающие время пребывания персонала в загрязнённых зонах. Для программ, в которых рассматриваются модульные или развёртываемые решения по локализации, Мобильная модульная лаборатория BSL-3/BSL-4 представляет собой один из подходов к увеличению или перенастройке вместимости защитных сооружений без необходимости с самого начала прибегать к постоянному строительству.

Существует и обратный риск. Программы, в рамках которых инфраструктура поддержки создается в объёмах, превышающих фактическую численность животных и частоту проведения исследований, сопряжены с капитальными и эксплуатационными затратами, которые нелегко окупить. Для принятия правильного решения о масштабах проекта необходим подробный анализ операционных сценариев, а не использование ориентировочных показателей площади, применяемых без учёта конкретного объёма программы.

Координация деятельности в области ветеринарии, биобезопасности и технического обслуживания объектов

Для обеспечения непрерывного соблюдения требований биологической защиты на объектах уровня ABSL-3 необходимы специалисты в трёх областях: ветеринарии, биобезопасности и технического обслуживания объекта. Проблема заключается не в том, что в какой-либо одной из этих областей не хватает экспертов, а в том, что условия, с наибольшей вероятностью способные нарушить биологическую защиту, возникают на стыке двух или более из них, где ни одна из команд не имеет полного представления о ситуации, а сбои в координации действий являются обычным явлением.

Ежегодная проверка объекта наглядно демонстрирует структуру координации. Шесть пунктов, требующих подтверждения — направление воздушного потока внутрь помещения, работа системы дезактивации, работоспособность сигнализации системы автоматического управления зданием (BAS), сертификация фильтров HEPA, производительность вытяжных вентиляторов и отсутствие незагерметизированных проходов — не входят в сферу ответственности какой-либо одной группы. Каждый из них требует своего набора полномочий: технического доступа, сертификации измерительного оборудования и оперативных полномочий. Объект, на котором каждая проверка проводится изолированно, без совместного процесса утверждения результатов, подвергается риску возникновения пробелов в документации, когда одна команда предполагает, что другая уже подтвердила выполнение того или иного условия.

Сбои в работе системы ОВКВ предъявляют самые высокие требования к координации действий. Три типа сбоев имеют прямые последствия для герметичности: отказ системы блокировки приточно-вытяжного воздухообмена, изменение направления воздушного потока в обратную сторону в нормальных условиях и неработоспособность сигнализации системы ОВКВ. Ни один из этих сбоев не может быть устранен силами одной команды. Сбой системы блокировки требует немедленной диагностики технического состояния, оценки биобезопасности в условиях локализации и уведомления ветеринарных служб о риске воздействия на животных — и все это одновременно, а не последовательно. Объект, на котором заранее не разработан совместный протокол реагирования на такие события, потеряет время на координационные процедуры именно в тот момент, когда время имеет решающее значение.

Наиболее серьезные последствия вызывает не какой-то один драматический сбой в координации, а постепенное накопление нерешенных вопросов, которые, по мнению каждой из команд, находятся в поле зрения другой команды. Наиболее наглядным примером являются ложные срабатывания сигнализации системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ): сотрудники технического обслуживания могут зарегистрировать неисправность и внести ремонт в график, специалисты по биобезопасности — отметить этот пробел во время ежемесячного обхода, а ветеринарный персонал может вообще не подозревать о сбое в работе сигнализации. Ни одна из этих реакций в отдельности не является халатностью, но в совокупности они приводят к тому, что объект работает без системы раннего предупреждения в течение неопределенного периода времени. Создание общего журнала проверки — с указанием конкретных лиц, ответственных за каждый пункт, и явным подтверждением выполнения между командами — является структурным решением, предотвращающим такую ситуацию.

Утверждение сферы применения стандарта ABSL-3 для проектов по содержанию животных

Утверждение объема работ по проекту обеспечения биологической защиты уровня ABSL-3 не является разовой процедурой. Это условие, которое необходимо активно поддерживать и которое обновляется при каждом существенном изменении физических или механических систем, обеспечивающих биологическую защиту. Команды, которые рассматривают первоначальное утверждение как постоянное разрешение и вносят последующие изменения без повторной оценки требований к верификации, как правило, сталкиваются с этим в качестве замечания в ходе планового аудита или, что еще хуже, после инцидента, повлекшего за собой заражение.

Логика повторной проверки проста: проверка проекта системы ОВКВ фиксирует показатели герметичности конкретной физической системы в определенный момент времени. Когда эта система изменяется — в результате замены вентилятора, модификации воздуховодов или конструктивных изменений — базовые показатели, установленные в ходе первоначальной проверки, теряют актуальность. Новая конфигурация должна пройти испытания, прежде чем можно будет считать, что она соответствует тому же стандарту герметичности. Это не просто процедурная формальность: замена вентилятора, даже незначительно изменяющая баланс притока и вытяжки, может изменить перепад давления настолько, что это повлияет на направление воздушного потока в соседних помещениях.

Фактором, который команды чаще всего упускают из виду, является кратковременное явление реверса воздушного потока. Кратковременный эпизод реверса воздушного потока — наблюдаемый во время окна технического обслуживания, колебаний напряжения или запуска вытяжного вентилятора — может быть зарегистрирован как аномалия и отнесен к категории переходных состояний, не вызывая при этом необходимости проведения официальной повторной проверки. Руководство ВОЗ по LBM, используемое здесь в качестве эталона для процесса, рассматривает даже кратковременный наблюдаемый реверс как состояние, требующее полной повторной проверки и документированных корректирующих действий. Рассматривание этого явления как разовой аномалии без принятия соответствующих мер оставляет основания для утверждения нерешенными и создает пробел в документации, который потребует объяснений в случае проведения внешней проверки объекта.

В случае программ, находящихся на этапе проектирования, включение факторов, требующих повторной проверки, в план управления объектом до его первоначального утверждения — а не их выявление в реактивном порядке — является той дисциплиной планирования, которая обеспечивает стабильность утвержденного объема работ на протяжении всего срока эксплуатации объекта. A Изолятор биологической безопасности Использование данного оборудования в помещении для работы с животными класса ABSL-3 в качестве вторичного защитного барьера при проведении процедур с высоким уровнем риска также позволяет снизить нагрузку на систему вентиляции и кондиционирования воздуха основного помещения за счет локализации процессов образования наиболее концентрированных аэрозолей в герметичном, отдельно регулируемом отсеке.

Основной вывод, вытекающий из планирования размещения животных в соответствии со стандартом ABSL-3, заключается в том, что решения, которые с наибольшей вероятностью могут привести к отказу в выдаче разрешений и возникновению эксплуатационных узких мест, принимаются на ранних этапах — во время разработки программы, эскизного проектирования и составления первоначальных технических заданий на системы вентиляции и кондиционирования воздуха (ВКВ) — когда рабочий процесс с животными еще не проанализирован с учетом эксплуатационных требований. Площадь помещений, маршрутизация движения клеток, последовательность дезактивации отходов и проверка сценариев отказов систем ВКВ невозможно реализовать без дополнительных затрат после начала или завершения строительства.

Прежде чем утвердить планировку или объем работ, необходимо ответить на следующие важнейшие вопросы: был ли рабочий процесс замены клеток просчитан с учетом фактических размеров помещений в условиях пиковой нагрузки? Было ли подтверждено, что маршруты транспортировки отходов и пути эвакуации персонала не пересекаются? Был ли проект системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) проверен — а не просто принят на веру — на случай выхода из строя вытяжных вентиляторов и отключения электроэнергии? И существует ли четко обозначенный совместный процесс проверки, охватывающий обязанности ветеринарных служб, служб биобезопасности и технического обслуживания, с четким распределением ответственности за каждую ежегодную проверку? Утвердительные ответы на все четыре вопроса являются основой, на которой строится обоснованный протокол эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Применимы ли рекомендации ABSL-3 в том случае, если на объекте будет содержаться лишь небольшое количество животных в рамках краткосрочных исследований?
A: Количество животных и продолжительность исследования не снижают требований уровня ABSL-3 — обязательства по биологической защите зависят от классификации патогена и условий содержания, а не от масштаба программы. Исследование с участием мелких животных и краткосрочное исследование по-прежнему требуют подтвержденного направленного воздушного потока, соответствующей инфраструктуры для деконтаминации отходов и утвержденного протокола работы. С изменением масштаба меняется только размер вспомогательной инфраструктуры, а не регулирующая ее нормативная база; недостаточная мощность оборудования для мойки клеток или автоклавов в небольшой программе создает такое же «узкое место» в рабочем процессе, как и в крупной программе, просто с меньшим запасом прочности для его компенсации.

Вопрос: После того как объект пройдет первоначальный ввод в эксплуатацию и получит утверждение протокола эксплуатации, какова непосредственно следующая обязанность перед началом работ с патогенами в реальных условиях?
A: Проверка проекта системы ОВКВ должна быть официально задокументирована до начала эксплуатации, и эта документация должна храниться в качестве базовой записи, с которой будут сравниваться все будущие повторные проверки. Следующим практическим шагом является составление совместного графика проверки — с указанием, какой член команды несет ответственность за каждый из шести пунктов ежегодной проверки (направление воздушного потока, системы дезактивации, сигналы тревоги системы автоматического управления зданием (BAS), сертификация фильтров HEPA, производительность вытяжных вентиляторов и герметизация проходов) до начала первого исследования. Если оставить эту структуру ответственности неофициальной, это означает, что первый ежегодный цикл проверки потребует построения процесса с нуля, а не выполнения того, который уже заложен в плане управления объектом.

Вопрос: В каких случаях модификация системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха требует полной повторной проверки, а не локальной проверки?
A: Любое изменение, влияющее на баланс притока и вытяжки — замена вентилятора, модификация воздуховодов или конструктивные изменения в механически связанных помещениях — требует полной повторной проверки перед возвращением модифицированной системы в эксплуатацию. Решающим фактором является не масштаб изменения, а то, сохранилась ли физическая конфигурация, обеспечивавшая первоначальные проверенные эксплуатационные характеристики. Замена вентилятора, которая на первый взгляд кажется функционально эквивалентной, может привести к изменению перепада давления настолько, что изменится направление воздушного потока в смежных помещениях; предположение об эквивалентности без проведения испытаний является наиболее вероятным пробелом в документации, который может быть выявлен в ходе внешней проверки.

Вопрос: Чем отличается система изоляции животных уровня ABSL-3 от лаборатории с боксом уровня BSL-3 в условиях ограниченного бюджета и сжатых сроков?
A: Лабораторию с камерой уровня BSL-3, как правило, можно обустроить на значительно меньшей площади и в более сжатые сроки, поскольку в ней отсутствует вспомогательная инфраструктура, необходимая для содержания животных — мойка клеток, коридоры для подготовки грязных проб, аппараты для расщепления тканей и автоклавные отсеки с двойными дверями. Компромисс заключается в том, что лаборатория с камерами не может обеспечивать проведение исследований in vivo, что полностью исключает её из рассмотрения, если исследовательская программа требует использования моделей на животных. Такое сравнение имеет смысл только в тех случаях, когда цели исследования действительно могут быть достигнуты без использования живых животных; если это невозможно, площадь лаборатории с камерами не является достоверным ориентиром при планировании лаборатории уровня ABSL-3, и её использование в качестве такого ориентира неизменно приводит к занижению расчётной площади на этапе проектирования.

Вопрос: Стоит ли устанавливать изолятор биобезопасности в помещении для работы с животными уровня ABSL-3, или это создаст больше затрат на техническое обслуживание, чем решит проблем?
A: Изолятор биобезопасности целесообразно предусматривать в проекте, если помещение для содержания животных будет использоваться для проведения процедур с образованием аэрозолей, представляющих высокий риск — вскрытия, инокуляции или отбора проб у инфицированных животных, — поскольку он позволяет ограничить случаи наиболее интенсивного воздействия в герметичном, отдельно контролируемом пространстве, а не полагаться исключительно на систему вентиляции и кондиционирования на уровне помещения для сдерживания рисков. Существует реальный компромисс в плане технического обслуживания: установка изолятора влечет за собой необходимость сертификации HEPA-фильтров и разработку отдельного протокола деконтаминации. Однако это также снижает частоту и серьезность ситуаций, которые в противном случае вызывали бы повторную проверку на уровне помещения, что, как правило, сопряжено с более высокими затратами, связанными с перерывом в работе, чем техническое обслуживание изолятора. Наибольшую выгоду получат программы, в которых проводятся процедуры с низкой частотой, но серьезными последствиями; для программ, предполагающих рутинную работу с животными с низким риском образования аэрозолей, такие дополнительные затраты могут оказаться несоразмерными.