淺析環(huán)境中抗生素的來(lái)源與治理

司成潤(rùn)，邴 欣

（1.山東省德州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 德州 253000；2.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250012）

1 環(huán)境中抗生素的來(lái)源

抗生素被認(rèn)為是“持久性或假持久性物質(zhì)”，因?yàn)樗鼈冞M(jìn)入環(huán)境的速率高于分解速率，由于異質(zhì)化合物包含不同的官能團(tuán)，它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著不同作用?？股氐氖褂梅椒ǘ喾N多樣，通常用于治療細(xì)菌感染和畜牧業(yè)，導(dǎo)致環(huán)境中出現(xiàn)了大量抗生素殘留。從生產(chǎn)到使用、再到最后排出的整個(gè)過(guò)程中，人工抗生素都能通過(guò)各種途徑進(jìn)入到環(huán)境中。其主要來(lái)源是：有的抗生素能夠在環(huán)境中分解，而氟喹諾酮和四環(huán)素等不易降解，可以累積到更高濃度并進(jìn)一步傳播；有的抗生素是在人類和動(dòng)物患病進(jìn)行治療時(shí)，通過(guò)尿液和排泄物進(jìn)入環(huán)境；還有的情況是工業(yè)企業(yè)排放的污水中有抗生素活性成分；另外，還有未使用的藥物直接排入污水系統(tǒng)，導(dǎo)致地表水、地下水、飲用水、土壤等污染，以上這些都是環(huán)境中抗生素的主要來(lái)源。

1.1 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?yàn)E用抗生素

最近一項(xiàng)有關(guān)人類抗生素消費(fèi)量的分析表明[1]，抗生素的消費(fèi)量在急劇增加，現(xiàn)在如果不進(jìn)行政策調(diào)整，用量還會(huì)持續(xù)增加。根據(jù)有關(guān)報(bào)道，抗生素的濫用與患者、從業(yè)人員和醫(yī)療系統(tǒng)有關(guān)。例如，患者就診時(shí)即使不需要抗生素也希望醫(yī)生開(kāi)具抗生素處方，導(dǎo)致抗生素的濫用現(xiàn)象存在。同時(shí)，有些社會(huì)因素或文化因素影響著人們對(duì)抗生素的使用態(tài)度與使用方式，增加了抗生素的使用量。

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的抗生素之所以污染環(huán)境，是因?yàn)槿祟惡蛣?dòng)物患病進(jìn)行治療時(shí)，所用抗生素劑量的40%-90%以母體化合物的形式從糞便和尿液中排出[2]，最終進(jìn)入環(huán)境，污染土壤、水域、植物等。醫(yī)院廢水也是抗生素污染環(huán)境的另一個(gè)重要來(lái)源。

1.2 獸用抗生素的使用

一方面，大部分國(guó)家在獸用抗生素使用方面的法規(guī)較少，另一方面，獸用抗生素可以預(yù)防和治療動(dòng)物疾病、提高生產(chǎn)效率以及提升經(jīng)濟(jì)效益等，能為消費(fèi)者和生產(chǎn)者帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)利益，因此，近年來(lái)獸用抗生素的使用量顯著增加。一般而言，用于治療動(dòng)物的抗生素對(duì)土壤的污染程度比直接用于人類的污染更嚴(yán)重，所以要限制獸用抗生素的使用量。

1.3 制藥行業(yè)的直接排放

與其他的污染源相比，制藥行業(yè)排放的廢水中抗生素含量更高。目前，由于廢水處理廠處理廢水時(shí)不可能100%去除抗生素，處理后的污泥和廢水中可能還含有抗生素，當(dāng)污泥作為肥料或污水被排入地表水時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大面積地下水被抗生素污染。世界上的許多國(guó)家都是如此，如果不及時(shí)采取相應(yīng)的措施可能會(huì)引起更嚴(yán)重的生態(tài)和公共健康問(wèn)題。目前，各國(guó)要求制藥行業(yè)要考慮制造過(guò)程中抗生素的排放，例如，其中有幾家制藥公司已經(jīng)簽署了一項(xiàng)以環(huán)境管理為中心目標(biāo)的抗生素耐藥性協(xié)議。

2 抗生素殘留對(duì)環(huán)境的影響

環(huán)境中抗生素殘留取決于抗生素的藥代動(dòng)力學(xué)特征。目前，抗生素種類大致分為三類：口服后生物利用度低的抗生素、腸胃外給藥后進(jìn)入胃腸道的抗生素以及用于動(dòng)物疾病治療的抗生素。某些抗生素（例如四環(huán)素）通?？诜锢枚容^差，當(dāng)人類患病口服后，其在胃腸道中停留的時(shí)間可能比治療期更久，未被吸收的部分會(huì)被排泄到環(huán)境中，進(jìn)而發(fā)揮生物活性。

因?yàn)槲覀兩形赐耆私饪股貧埩魧?duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，所以研究環(huán)境中抗生素的降解至關(guān)重要。環(huán)境中存在著多種抗生素降解機(jī)制，包括生物降解（微生物降解）如細(xì)菌、真菌，或非生物降解如水解、光解、氧化和還原[3]。除了前面提到的抗生素降解機(jī)制，也可能發(fā)生其他過(guò)程，例如揮發(fā)、吸收和形成不可提取的殘留物等。以下是幾種抗生素殘留對(duì)環(huán)境的影響：

（1）青霉素和頭孢菌素易水解，在一般地表水中可能會(huì)在幾周內(nèi)發(fā)生降解，而在堿性較強(qiáng)的水中只需要幾天就會(huì)發(fā)生降解。而且，它們會(huì)與陽(yáng)離子形成絡(luò)合物并積聚在污水、污泥和沉積物中。因此，土壤中具有吸附能力高的抗生素在基質(zhì)中積累并持久存在，而吸附力低的抗生素則容易轉(zhuǎn)移到水生環(huán)境中，并產(chǎn)生降解產(chǎn)物。這些產(chǎn)物可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為環(huán)境中穩(wěn)定的、可轉(zhuǎn)移的活性化合物，其毒性可能比母體更高，會(huì)對(duì)生物體和微生物群落產(chǎn)生更嚴(yán)重的威脅。

（2）大多數(shù)氟喹諾酮類化合物化學(xué)穩(wěn)定性較高[4]，不易水解或隨溫度升高而降解。因此，它們能迅速?gòu)乃修D(zhuǎn)移到土壤和其他基質(zhì)中。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，它們能在環(huán)境中穩(wěn)定存在，高水平的環(huán)丙沙星和諾氟沙星可以修復(fù)鼠傷寒沙門氏菌的細(xì)菌菌株，并可能對(duì)水生生物產(chǎn)生遺傳毒性。此外，氟喹諾酮類藥物還能干擾光合作用，進(jìn)而引起高等植物的形態(tài)畸變。

（3）四環(huán)素具有植物毒性[5]，可引起染色體畸變并抑制植物生長(zhǎng)，從而降低植物中光合葉綠素和類胡蘿卜素色素的含量。土霉素能夠在某些人類食用的水生植物中實(shí)現(xiàn)富集。另外，金霉素和四環(huán)素可以誘導(dǎo)DNA斷裂，并影響超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶的活性[6]。

除了上述風(fēng)險(xiǎn)以外，抗生素殘留還可能被植物吸收，從而干擾植物的生長(zhǎng)過(guò)程并引起潛在的生態(tài)毒理作用。例如，酸雨可能會(huì)促進(jìn)抗生素在表層土壤上的滯留，土壤中的微生物或抗生素殘留會(huì)被植物吸收，從而對(duì)植物造成危害。在以前的研究中發(fā)現(xiàn)，九種抗生素對(duì)葉片光合作用有影響：如頭孢菌素降低了體細(xì)胞的傳導(dǎo)性從而抑制了凈同化作用；β-內(nèi)酰胺是公認(rèn)的毒性較小的抗生素，但它們也會(huì)影響低等植物的分裂。因此，農(nóng)業(yè)土壤中的抗生素還可能會(huì)抑制農(nóng)作物發(fā)芽甚至降低產(chǎn)量。

關(guān)于抗生素殘留對(duì)環(huán)境的污染，歐盟委員會(huì)已經(jīng)公布“抗生素對(duì)水和土壤的污染是一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)公眾健康也具有重大影響”，但截止目前，尚未制定確切標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范各類抗生素的排放。

3 環(huán)境中抗生素的治理與評(píng)估

3.1 環(huán)境中抗生素的治理

目前，規(guī)范使用抗生素的最主要措施是改善衛(wèi)生、疫苗接種和合理使用診斷工具。其他措施包括限制使用廣譜抗生素、合理處置抗生素以及禁止將抗生素廢物排放到環(huán)境中。適度適量、合理規(guī)范的使用抗生素，可以造福人類。但如果把抗生素當(dāng)“藥神”，濫用抗生素的話，不僅會(huì)威脅使用者的健康，還會(huì)加劇細(xì)菌的耐藥性。深入了解抗生素的耐藥性與使用合理抗生素之間的關(guān)聯(lián)，有助于制定有針對(duì)性的干預(yù)措施和政策，促進(jìn)抗生素的合理使用。還可以實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)抗生素的消耗量，為抗生素耐藥性的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 環(huán)境中抗生素的評(píng)估

確定風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)是評(píng)估環(huán)境中抗生素相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的一種方法，在以前的研究中，已經(jīng)評(píng)估了抗生素對(duì)斑馬魚、水蚤、藻類、貽貝和其他水生生物等非敏感生物的影響?？股貧埩粼诃h(huán)境中通常以混合物的形式出現(xiàn)，很少單獨(dú)存在。因此，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（ERA）還應(yīng)包括抗生素混合物以及代謝產(chǎn)物和降解產(chǎn)物的毒性。從安全的角度看，需要使用PNEC（預(yù)測(cè)無(wú)效應(yīng)濃度）作為當(dāng)前的抗生素檢測(cè)指標(biāo)。同時(shí)，環(huán)境中的抗生素會(huì)加速抗生素抗性病原體的進(jìn)化和傳播，但目前還沒(méi)有用于評(píng)估此類風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)管系統(tǒng)。

一些科學(xué)家為了保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，開(kāi)始限制使用抗生素，由于其耐藥性發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)，建議將抗生素排放量限制為100 ng/ L[7]，在實(shí)際工作中，需要把臨床或與環(huán)境相關(guān)的細(xì)菌整合到ERA測(cè)試系統(tǒng)中，從處理過(guò)的廢水、糞便中分析致病細(xì)菌的耐藥性，該系統(tǒng)還可以幫助確定抗生素的安全排放濃度，提供更具有參考價(jià)值的結(jié)果。因此，為了控制抗生素的使用以及減少向環(huán)境中的排放，針對(duì)抗生素濃度較高的特定高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)采取法律措施，明確政府和其他利益相關(guān)者在研究抗生素耐藥性中的責(zé)任，促進(jìn)合理使用抗生素并妥善處理后再將其排放到環(huán)境中。

4 結(jié)論

綜上所述，由于大量消耗抗生素會(huì)直接導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的污染，并且濫用抗生素更會(huì)威脅生態(tài)系統(tǒng)和人類健康之間的平衡。目前，雖然具備相應(yīng)的檢測(cè)手段，但缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)依據(jù)。我國(guó)的《地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)》《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，均不含有對(duì)抗生素的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，而部分抗生素的可降解性、抗生素種類等龐雜程度，都加大了制定標(biāo)準(zhǔn)的難度，而現(xiàn)有的水處理工藝流程也無(wú)法對(duì)抗生素進(jìn)行完全處理。面對(duì)這種嚴(yán)峻的局勢(shì)，各國(guó)都需要制定準(zhǔn)確且嚴(yán)格的抗生素使用和排放政策。雖然我們不能忽視抗生素的益處和作用，但也必須考慮到抗生素對(duì)環(huán)境的影響，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)引起和傳播耐藥性，從而對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)作用。為了降低有關(guān)抗生素殘留物對(duì)環(huán)境的影響，需要及時(shí)采取保護(hù)性措施，避免給人類甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。