藥理活性化合物處理的研究進展

郭曉輝 劉勇

摘要：藥理活性化合物（Phacs）是環(huán)境中的一類外源性化學物質并廣泛用做人體（或動物）的藥品。Phacs通常表現(xiàn)出一定的環(huán)境激素和微生物毒性以及“三致”作用，降低酶的活性，進而影響其遷移轉化行為，導致現(xiàn)有的生物污水處理工藝不能對其有效地去除。近年來面對日益嚴峻的水體污染問題，對于Phacs的特性及其處理的研究已成為環(huán)境科學領域的研究熱點之一。本文從我國藥理活性化合物的環(huán)境污染現(xiàn)狀，在城市水系統(tǒng)中的遷移轉化規(guī)律以及Phacs的生物積累毒性等方面進行了綜述和展望。

關鍵詞：藥理活性化合物 遷移轉化 生物積累 展望

中圖分類號：R285文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2016）09-0238-02

隨著科學技術的發(fā)展和經濟水平的提高，人們的生活水平與方式有了很大的改善。環(huán)境中的新型微量污染物引起了人們的廣泛關注得益于環(huán)境分析技術、條件的提高和居民環(huán)境意識的增強。其中，藥理活性化合物Phacs（pharmaceutically active compounds）是最主要的一類。

新型微量污染物常具有一定的環(huán)境激素毒性、遺傳毒性、微生物毒性和高積累性，它們的遷移行為不僅會污染環(huán)境、破壞生態(tài)平衡，而且能夠通過食物鏈等途徑直接危害人體健康。因此，發(fā)展新型微量污染物處理工藝已經成為環(huán)境工作者的迫切任務之一。

一、我國Phacs環(huán)境污染狀況

（一）環(huán)境中Phacs的來源

環(huán)境中Phacs的污染來源有生活污水、工業(yè)以及醫(yī)院廢水等已處理水的排放；漁業(yè)、畜牧業(yè)等農業(yè)活動廢水往往不經過處理，直接排放至自然水體或滲透入地下，成為環(huán)境中Phacs的重要來源；同時，過期藥品的不恰當處理等居民的日?；顒右矔斐蒔hacs的流入。Phacs的最主要環(huán)境污染來源是，人類或動物服用藥物后，大約只有10-70%被代謝掉，大量未經代謝的藥物間接或者直接排入到環(huán)境中。[1]制藥過程中產生大量的有毒難降解的高濃度廢水，而傳統(tǒng)的生化處理不能將廢水內殘留的藥物有效去除或降解，導致其廢水、廢渣中含有多種藥物，使得其成為重要的污染源之一。[2]此外，過期藥物的不適當處理也是Phacs進入水體環(huán)境的原因。[3]在傳統(tǒng)的污水處理廠中，污染物的降解主要是微生物降解和活性污泥的去除，大多數(shù)Phacs很難被降解，最終進入到水環(huán)境中。再者，在大型的集中型農業(yè)產業(yè)中，Phacs的使用種類和劑量都十分巨大，其進入環(huán)境的途徑與人類相似；又因為其排放的廢水很難進行集中處理，使得畜牧和水產養(yǎng)殖等農副產業(yè)對于環(huán)境的影響更加明顯。

（二）環(huán)境中Phacs可能的危害

大多數(shù)Phacs都以痕量存在于環(huán)境，這是基于其中的許多組分的生物活性和旋光性較強，[4]以至于廣泛分布于環(huán)境中，包括河湖、土壤和污泥甚至地下水中均有研究表明其存在。Phacs的持久性、較強的生物活性、累積性以及生物降解緩慢等特點，使得其即使以痕量存在于自然中，也使暴露于其中的動植物、人類以及生態(tài)系統(tǒng)長期處于被危害和破壞的潛在危險之中。具體包括：高等生物的性別比、昆蟲蛻皮或幼仔孵化的失敗發(fā)生概率、地球的生物化學局部循環(huán)過程的變化等各類被環(huán)境中殘留的Phacs所影響的方式。[5]

藥品能抑制或促進人體或動物的某些生理功能，因而經過人體攝入藥物后排泄到環(huán)境中的代謝產物或殘留物有可能隨著食物鏈等途徑危害其他生物。[6]Phacs對于土壤中的微生物群落組成有著相似的影響：殘留在土壤中的藥物，能夠直接殺死或者抑制土壤環(huán)境中的某些微生物，進而對土壤中有機物質的腐爛分解起到負面作用，降低了肥力，土壤中的微生物因為能量不足而影響到其他污染物降解或吸附作用。

二、Phacs在城市水系統(tǒng)中的遷移轉化規(guī)律

（一）城市污水系統(tǒng)中Phacs的轉化遷移行為

城市污水處理廠中Phacs的遷移轉化方式一般包括：礦化（完全轉化為水和二氧化碳）；被污泥吸附（包括母體和代謝或降解物）；部分母體和降解、代謝物隨出水排放進入環(huán)境三種途徑。城市中污水大部分被集中收集處理，由于Phacs經過人體代謝以及在污水中得到一定的降解，并且在各個處理單元中含有大量干擾其測定的有機物因素，因此在城市污水系統(tǒng)中檢測到的Phacs含量相對較低。但是因人體代謝和污水廠生物處理而產生的代謝產物種類復雜，對居民健康和生態(tài)也會產生一定影響。

吸附是去除污水中疏水性難降解有機物的一個重要途徑?；钚晕勰嘧鳛橐环N胞外聚合物絮體，因其中具有多孔結構，而對有機物具有很好的表面吸附性。在污水中與活性污泥接觸的以膠體狀的懸浮有機物被吸附和凝集的同時，Phacs也隨之而去。X.Kan[7]等研究發(fā)現(xiàn)，香料佳樂麝香和吐納麝香可以在過濾過程中被固體顆粒吸附而得到一定程度的去除。實驗檢測到其在生物反應器出水中總質量濃度由30、8.6μg/L分別降至2、0.5μg/L。該法適用于Phacs類物質在固相中的分配系數(shù)較高時，利用膠體物質的吸附作用再經過濾、沉淀等方式將其去除。

（二）自然水體中Phacs的轉化遷移行為

Phacs如今廣泛而頻繁地在畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)使用，導致原本半衰期并不長的Phacs出現(xiàn)假性持續(xù)現(xiàn)象。又因為對于農業(yè)污廢水排放的監(jiān)管不力，大量含有Phacs的廢水排入自然水體當中。

人工合成的香料等大多具有較強的親脂憎水性，在自然環(huán)境中很難去除而導致生物富集。水產養(yǎng)殖和畜牧等農副產業(yè)之所以成為耐藥基因擴展、演化和繁殖的重要媒介，是因為在這些產業(yè)中經常需要投加大量的抗生素，使得Phacs直接以母體方式進入水體和土壤環(huán)境中。因為多以點投放的方式加藥，使得大量的抗生素在水體和土壤中形成局部區(qū)域的高濃度，在此區(qū)域里不同類屬的細菌僅需要進行接觸便可以互相傳遞耐藥基因。接納城市廢水和農業(yè)徑流的自然水體下游要比上游的菌群的耐藥性更強的現(xiàn)象亦可以證明這點。

河道底泥和藻類具有吸附作用，對于Phacs的物化處理具有一定意義，但由于自然水體中的底泥和藻類吸附能力有限又長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，導致Phacs吸附飽和并釋放回水體，從而影響環(huán)境中各種微生物的種群數(shù)量及其他較高等生物種群結構和營養(yǎng)轉移方式，破壞環(huán)境中固有的食物鏈的平衡。河道是主要的取水水源，后續(xù)的給水處理工藝對于Phacs亦無有效的降解；底泥和藻類等是魚類等水產品的天然飼料，導致Phacs直接進入食物鏈。Wilson BA，Smith VH等人研究了三種藥物對淡水中藻類的效應，表明Phacs類物質對于藻類群落的結構功能存在潛在影響，進而改變了食物網(wǎng)結構及營養(yǎng)傳遞途徑。

大量的Phacs隨著人們的日常飲食生活進入人體當中，影響正常的生理功能。部分人群對于Phacs有過敏反應，嚴重時會造成食物中毒；此外，當人攝入含有抗生素的動物食品后，因抗生素能夠抑制或殺死部分敏感菌，從而破壞腸道內生態(tài)區(qū)系平衡，對人體腸道內正常菌群的產生帶來負面影響。

三、Phacs的生物可利用性與生物積累毒性

Phacs因為其所具有的特性而能夠在環(huán)境中長期存在。由于其分子結構中往往存在鹵原子，使得Phacs大部分水溶性低而脂溶性較高的特點，因此容易積累在脂肪組織，進而隨著食物鏈濃縮或者放大，對動物的危害巨大，最終進入食物鏈頂端——人類。Phacs能夠進行遠距離遷移得益于其半揮發(fā)性和穩(wěn)定性。Phacs在水體或土壤環(huán)境中通過揮發(fā)和大氣顆粒的吸附作用進入大氣環(huán)境中，并且因降雨降水等氣候環(huán)境變化重新沉降到地面上，因此Phacs可以長期以不同形式存在于環(huán)境當中。

Phacs因為在環(huán)境中長期存在，但是通過食物鏈的方式累積是一個漫長緩慢的過程，因而其對于人和動物健康的嚴重影響和毒害在短期不易察覺。大多數(shù)的Phacs具有致癌、致畸與致突變性、神經毒性、內分泌干擾性等，Phacs的低水溶性、半揮發(fā)性、難降解性、長滯留性，使其對人和動物的生殖、遺傳、新陳代謝等系統(tǒng)等具有持久性危害。因此Phacs對于生物體的危害具有隱蔽性、長期性和累積性等特點。

影響生物積累的因素很多，不同種類Phacs的性質、生物種類、生物發(fā)育的不同階段以及食物鏈等對它都有不同程度的影響。不同Phacs在同種動物類群中的含量存在差異，同種Phacs在不同動物類群體內亦然。在同種動物體內的不同組織和生理功能中，Phacs的分布和積累也不盡相同。動物體的不同組織對某種毒物具有高度選擇性，腎臟和肝臟由于可以快速大量合成相應的蛋白質，使Phacs得以大量蓄積，成為蓄積的重要靶器官。Phacs類污染物對人體產生的危害主要集中為對肝、腎等內臟器官和神經系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等的急、慢性毒性作用。

四、存在問題與展望

盡管對于Phacs類污染物的研究在國外開展已久，但是由于Phacs的影響因素廣泛，并且在環(huán)境保護方面我國仍然有一定差距，使得國外的許多數(shù)據(jù)對于我國不具有指導意義。如抗生素在污水廠中的濃度水平相當于或高于歐美等發(fā)達國家的發(fā)生水平，而其他目標Phacs的濃度均普遍低于歐美等發(fā)達國家。因此，為使后續(xù)研究的目標物質更具代表性，需要對當?shù)氐哪繕薖hacs類污染物進行針對性調查研究。

再者，目前對于該類化合物的研究主要集中在其毒性上，而在生物體內的蓄積情況、是否會隨食物鏈的轉移和放大，以及對環(huán)境生物的長期毒性效應等方面的問題仍然有待解決。同時，不同方法對不同種類微量藥物的定量檢測和分析方法較多，但是不同方法對于其靈敏度和準確度有影響很大，尤其在采用一種分析方法同時檢測不同復雜介質中的多種藥物時更加明顯。因此，開發(fā)能夠同時對多種Phacs類化合物進行有效和靈敏的富集、檢測方法，將是未來的研究熱點；去除降解效果好，低成本的處理工藝也有待于研究者的進一步實驗開發(fā)。

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責任編輯：孫瑤