第二章 文獻回顧
2.1 空氣中活性細菌
第二章 文獻回顧
2.1 空氣中活性細菌
空氣中可能存在著許多對人體健康有害的物質，懸浮於空氣中的微生物即是 其中之一，稱為生物氣膠(bioaerosols)。生物氣膠泛指懸浮於空氣中的生物性微 粒，如：細菌、真菌及花粉等。而細菌又分為革蘭氏陽性菌(gram positive bacteria) 及陰性菌(gram negative bacteria)。兩者之細胞壁組成在結構上有所不同，可依組 成結構的不同來分辨兩者，革蘭氏陰性菌所含的 peptidoglycan layer 較薄（只有 單層），位於 outer membrane 和 inner membrane 兩層膜之間，然而革蘭氏陽性菌 所含的 peptidoglycan layer 較厚，並堆疊在細胞膜外。而革蘭氏陰性菌之內毒素 為主要影響人體健康，有研究指出內毒素(Dutkiewicz et al., 1992)會導致肺部免疫 毒素；另革蘭氏陽性菌亦會潛在造成免疫功能傷害(Burrell et al., 1995)。然胜糖 (peptidoglycan)為細菌細胞壁所含的主要成分，研究指出胜糖(peptidoglycan)會導 致發炎症狀產生(Góra et al., 2009)，雖然胜糖相較於內毒素所產生的效應比較低，
但吸入胜糖可能會導致多形核細胞(polymorphonuclear cells)對肺泡的通透性增加，
製造發炎反應的細胞激素(proinflammatory cytokines)和趨化細胞因子
(chemokines)而產生 TNF-α 物質，而此物質即會引發內皮細胞的發炎反應。而 Zhiping et al., 1996 等人於畜牧場研究，並以流病學研究證實，吸入胜糖
(peptidoglycan)會導致發燒症狀。因此不僅陰性菌所產生之內毒素會影響人類健 康，陽性菌亦可能造成潛在健康危害。
因此生物氣膠除可影響空氣品質外，若經呼吸道進入人體時，人類的健康亦 可能受到危害。其中，具活性之生物氣膠為人體感染以及引發過敏反應之重要來 源(Safatov et al., 2008)，由於活性菌具備新陳代謝及繁殖增生能力(Nocker et al., 2006)，因此當伺機性或致病菌微生物懸浮在空氣中，工作者可能因吸入而感染 (Gilbert & Duchaine, 2009)，並導致人體呼吸道相關疾病，甚至引發肺炎(Burge 1989; Crook et al. 1991; Mackiewicz 1998)；相對的，非活性之微生物則無法引發
3
此情況(Eduard et al., 1990)，但非活性細菌之內毒素已有研究證實為主要影響人 體健康之來源(Dutkiewicz et al., 1992)。
而由於文獻支持活性之生物氣膠對於人體產生之健康危害，因此有必要評估 工作環境空氣中的活性細菌。基此，越來越多的研究探討職業場所生物氣膠濃度 的暴露風險，包括：畜牧場、農田、食品加工廠、模具工廠、醫療院所等(Hameed et al., 2010; Skorska et al., 2005; Gora et al., 2009; Liu et al., 2010)。由於環境的有機 物或養殖動植物等易使微生物滋長繁殖增生，因此其空氣中懸浮著高濃度之細菌。
不同職業場所總細菌濃度整理如表 1。
4
Fluorescent in situ hybridization, (FISH)
a: mean concentration b: max concentration
5
2.1.1 影響細菌活性因子探討
由於細菌細胞膜之破損將損及微生物內外物質的傳輸、呼吸代謝以及 ATP 產生等等重要生理機制，故細胞膜破損之微生物可視為不具生物活性的菌種。而 在不同環境中，其溫度、溼度等環境因子，皆有可能會影響細菌之細胞膜而造成 細菌活性下降。因此細菌活性可能會受環境因子所控制，諸如：溫度、UV、溼 度等。
Chi 及 Li 等人 2007 年於環境監測站以培養法及顯微鏡螢光鏡檢法
(EFM/FL)法進行空氣微生物濃度分析，以兩種分析方法之結果皆顯示大氣溫度 與細菌濃度呈現負相關，顯示溫度會對細菌造成傷害。而 UV 所造成細菌活性的 影響，如 Lu et al., 2009 等人研究顯示，Salmonella 暴露 UV≥15 分鐘時，即造成 細胞膜破損；而Escherichia coli (0157:H7)於 UV 暴露 5 秒，即可喪失可培養性 (Nocker et al., 2007)。而溼度不管是細菌或真菌，濕度的增加皆會對微生物之活 性有正向關係，由於濕度可包覆於微生物表面，減少微生物與高溫或是 UV 的直 接接觸而影響微生物活性(Rajasekar and Balasubramanian, 2011; Chi and Li, 2007)。
因此不同環境場所，如家禽舍及水稻田之環境因子不同，亦可能影響兩種環境之 空氣中活性細菌活性率(viability, culturability)。環境因子對微生物活性(含可培養 性)之影響整理如表 2。
6
表 2、不同環境因子影響細菌活性之文獻 因子 實驗室測試/環
境採樣 分析方法 菌種 結果 參考文獻
溫度 環境空氣採樣 1. 培養法 2. EFM/FL：
• AO, DAPI and SYTO-13 for total microbial cell
• PI, YOPRO-1 for non-viable cell
總細菌或真 菌
1. 培養法：大氣溫度與細菌濃度呈現顯著負 相關；而真菌濃度與溫度呈現正相關，但 未達統計上顯著差異。
2. EFM/FL：大氣溫度與總微生物(細菌+真 菌)濃度呈現負相關，但未達統計上顯著差 異。
Chi and Li, 2007
7
8
表 2、不同環境因子影響細菌活性之文獻(續)
因子
實驗室測試/環境採
樣 分析方法 菌種 結果 參考文獻
濕度 環境採樣 (Food courts)
培養法 總細菌或真菌 細菌及真菌濃度會隨著相對濕度的上
升而增加。
Rajasekar and Balasubramanian,
2011 環境空氣採樣 1. 培養法
2. EFM/FL：
• AO, DAPI and SYTO-13 for total microbial cell
• PI, YOPRO-1 for non-viable cell
總細菌或真菌 兩種分析方法顯示，微生物(細菌+真 菌)濃度與相對溼度呈現正相關，但皆 未達統計上顯著差異。
Chi and Li, 2007
9