中国抗生素滥用现状及其在环境中的分布情况
2019-02-04张延严晓菊孙越吴晗鲁金凤
张延 严晓菊 孙越 吴晗 鲁金凤
摘 要： 抗生素的滥用是一个全球卫生危机，抗生素的滥用和误用使耐药细菌（ARB）和耐药基因（ARGs）快速出现。中国已然是制造、使用抗生素最多的国家之一。了解中国使用抗生素过度的现状及其在污水处理厂、流域水环境和土壤等环境中的分布情况是很重要的。综述了中国在人类医疗和畜牧业中抗生素的滥用问题，以及其导致的在污水处理厂、流域水环境和土壤环境中的残留问题。
关 键 词：抗生素;环境;污水厂;流域;土壤
中图分类号：X787 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2019）11-2660-04
Current Situation of Antibiotic Abuse in China and Its
Residues Distribution in the Environment
ZHANG Yan1， YAN Xiao-ju1， SUN Yue1， WU Han1， LU Jin-feng2
（1. College of Hydrology and Water Resources， Hohai University， Jiangsu Nanjing 210098， China;
2. College of Environmental Science and Engineering， Nankai University， Tianjin 300071， China）
Abstract： The abuse of antibiotics is a global health crisis. The abuse and misuse of antibiotics make the rapid emergence of resistant bacteria （ARB） and resistant genes （ARGs）. China is one of the world's largest producers and consumers of antibiotics. It is important to understand the current situation of antibiotic abuse in China and its distribution in wastewater treatment plant， water environment and soil. In this paper， the abuse problem of antibiotics in human medical and animal husbandry in China was reviewed， as well as their residues in sewage treatment plants， water environment and soil environment.
Key words： Antibiotics; Environment; Wastewater treatment plant; Aquatic environment; Soil
自從1942年美国制药企业对青霉素进行大量生产并投入使用以来，人们已经合成了数百种抗生素，以治疗人和动物的感染。然而，抗生素的滥用和误用，使其在世界范围内的地表水、地下水、污水处理厂、土壤中都被多次检测到超标过量。2013年，仅在欧洲就有2 957 t四环素用于畜牧业治疗[1]，Jung[2]等人发现2003年韩国在畜牧业使用了1 541 t抗生素。同时，抗生素的滥用和误用使得耐药细菌（ARB）和耐药基因（ARGs）快速出现，从而降低了抗生素对人和动物病原体的治疗潜力[3]。Liu[4]等人在2015年报道了在中国的猪、猪肉制品和人类大肠杆菌中发现了第一个由质粒介导的粘菌素耐药基因MCR-1。抗生素在环境中的残留对生态系统和人类健康已经构成了重大威胁，引起人们高度关注。本文主要综述抗生素在中国滥用的现状和其在污水处理厂、流域水环境和土壤中的分布残留问题。
1 中国滥用抗生素情况
中国在2013年便是制造、使用抗生素最多的国家之一。抗生素被广泛应用于人类和家畜的疾病治疗，并作为家畜的疾病预防和生长促进剂。最近的一项研究显示，2013年中国共消费抗生素近10万t，主要包含常用的36种抗生素，其中52%用于动物，其余则用于人类自身，多出美国2012年在动物养殖中使用的抗生素近5倍，多出英国2013年动物养殖中使用的抗生素200多倍[1]。而大约46%的抗生素最终通过污水排放进入河流，其余的则通过粪便和化肥的扩散进入河流[1]。
1.1 抗生素在人类医疗中的滥用情况
据报道，中国约有50%的医院门诊病人使用抗生素。在这些门诊患者中，74.0%的患者使用了一种抗生素，25.3%的患者使用了两种或两种以上抗生素[5]。在中国门诊输液总量的93.7%是幼儿儿童输液，其中抗生素的输液占到了97.3% [6]。广东某医院统计了1 235无菌环境手术，其中使用抗生素的手术为所有手术的100%[7]。抗生素处方约占医院治疗的所有药物的一半，而在高收入国家这一比例仅为10%。头孢氨苄、阿莫西林、氧氟沙星、四环素、诺氟沙星是2013年中国人使用的五大抗生素[1]。在中国西部欠发达地区的基层医院，抗生素的过度使用问题尤为突出[5]。其中，预计约75%的季节性流感患者需要开抗生素，住院患者抗生素使用率为80%[8]，远远高于世界卫生组织建议的30%的最高水平。中国48家基层医疗机构的抗生素使用结果显示，抗生素使用最多的是头孢菌素（28%）、氟喹诺酮类（15.7%）、青霉素类（13.9%）、咪唑类（12.6%）和大环内酯类（7.3%）[9]。直到2011年中国国家卫生部启动中国医疗体制改革[10]，抗生素的使用情况才得到有效控制。肖等[11]人的报告说，住院病人服用抗生素的比例在一年内下降了10%，从2011年的68%下降到2012年底的58%。同期门诊使用量也下降了10%，从25%下降到15%。Sun等[12]报道认为制度改革后，中国公立三甲医院住院患者的抗生素总消费量显著下降。但不可否认的是，我国抗生素污染已仍然严重，必须尽快加强抗生素滥用的监管。
1.2 抗生素在畜牧业中的滥用情况
现代畜牧业因为需要管理密集的大型牧群，容易导致传染病的爆发，而抗生素通常用于控制这种疾病风險[13]。2013年，在主要的36种抗生素中，牲畜抗生素使用量占抗生素总使用量的52%，约为84 240 t，已经高于人类的抗生素使用量[1]。在国内被使用最多的抗生素前五位分别是安默西林、氟甲砜霉素、林可霉素、青霉素和氟哌酸，用量已大于4 000 t[1，14]。据估计在全球抗生素消费中，中国可食用动物生产中抗生素的使用份额将从2010年的23%增加到2030年的30%[14]。
2 环境中残留的抗生素
抗生素通过多种途径进入环境，包括人类排泄物、畜牧业和水产养殖的废水、制药生产的工业废水和农业抗生素农药残留，进入污水处理厂中的抗生素、直接排放在流域和土壤中的抗生素情况均不容乐观。
2.1 污水处理厂中残留的抗生素
国内已有许多研究针对污水处理厂进出水中抗生素进行了检测[15-17]，常被报道的抗生素包括磺胺嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺甲恶唑、四环素、土霉素、环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星，其排入污水厂的废水浓度范围从几纳克每升到数万微克每升不等[18]。如生活污水中的四环素浓度范围是一般从以ng·L-1或μg·L-1计量，但从欧洲农场、医院和制药工业废水中发现的抗生素浓度总计有500 mg·L-1之多[19]。头孢氨苄作为人类消耗抗生素最多的抗生素之一，在香港的污水处理厂的去除率在9%到100%之间[20-22]。氧氟沙星、诺氟沙星和四环素也同时在香港的污水处理厂中被广泛检测到，其在香港污水处理厂的浓度分别为进水7 900、5 430和1 510 ng·L-1，出水7 780、3 700和1 420 ng·L-1 [23]。磺胺类抗生素也在污水处理厂中被检测到超标，常红等[24]在北京6个大型污水处理厂的进出水中检测了五种磺胺类药物的分布情况，其在进水中的平均浓度水平分别为：磺胺甲基异噁唑1.20±0.45，磺胺甲基嘧啶0.29±0.25，磺胺吡啶0.048±0.012，磺胺嘧啶0.35±0.52和磺胺甲恶唑0.33±0.21μg·L-1，而在出水中的平均浓度分别为1.40±0.74，0.22±0.19，0.021±0.008，0.22±0.21和0.01±0μg·L-1，前三种抗生素在所有污水样品中均有检出，磺胺甲基异噁唑甚至出现负去除的情况。
2.2 流域中残留的抗生素
中国流域中抗生素的类型和浓度存在较大差异，主要因为中国面积较大，各流域存在的工农业情况各不相同。抗生素的总体平均排放密度符合“黑河—腾冲线”设定的总体人口趋势，在中国的58个流域中，抗生素预计排放量最高的是中国北方的海河流域和南方的珠江流域，单位面积排放量每年均为79.3 kg·km-1以上，这数值是以雅鲁藏布江流域为代表的西部流域的几十倍以上。总体来看，“黑河—腾冲线”东部的抗生素排放是西部的6倍以上。其中，磺胺甲恶唑、土霉素、环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星、克拉霉素、红霉素等经常在河流中被发现的抗生素浓度一般是几μg·L-1，但其中已经有很多抗生素达到其环境上限浓度[18]。例如Xu等[25]在珠江流域对三种磺胺类药物进行测定，磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶和磺胺甲恶唑的浓度分别是336、323、192 ng·L-1。以上海水域作为采样点，氯霉素和磺胺类抗生素是主要的抗生素污染物，其中最主要的污染物是甲砜霉素和磺胺吡啶，浓度分别能达到110和219 ng·L-1[26]。2011年，王敏等[27]调查了福建省龙海市紫泥镇滩涂养殖区的抗生素污染情况，该地区因养殖近江蛏使用了过多的氟喹诺酮类和磺胺类抗生素，残余浓度是3.54到40.2 ng·L-1之间。而在海河中发现抗生素浓度极高，尤其是磺胺类药物，海河支流中磺胺氯吡嗪和磺胺甲恶唑的最高浓度分别为37 000和3 900 ng·L-1[28]。不过值得庆幸的是，中国整体地表水中抗生素的环境浓度与美国、法国、德国、芬兰、意大利和韩国报告的抗生素环境浓度相当或仅是略高[29-34]。
2.3 土壤中殘留的抗生素
抗生素可通过中水灌溉、土壤施肥、垃圾填埋场，以及使用家畜粪便作为土壤肥料而被排放进入土壤。土壤中的抗生素的浓度会因地处的环境产生很大的不同，通常每公斤高浓度抗生素土壤与低浓度抗生素土壤的抗生素含量能相差达到数微克[35-37]。通常来说，在靠近饲养场的土壤中能检测到更高浓度的抗生素。例如，在某养猪场废水排放附近的土壤中发现了的四环素浓度最高能达到12.9 mg·kg-1[38]。在靠近养猪场的农田中，发现土霉素的浓度最高能达到4.24 mg·kg-1[39]，在徐州市蔬菜基地土壤中土霉素的质量分数高达8.4 mg·kg-1，而在广东省的农业土壤中土霉素的检出率甚至高达100%。近年来，有机蔬菜在中国农业市场认可度愈来愈高，但有机蔬菜生产中的抗生素残留也十分令人关注，因为为了构建有机土壤，往往使用有机肥料来代替化学肥料[40]，虽然这加强了土壤亲和力，但是也引入了粪便中更多的抗生素。已有大量研究表明，使用有机肥料的土壤中抗生素检出率和检出浓度均较高，在中国山东省寿光市一个重要的蔬菜种植区检测出了环丙沙星和氧氟沙星的最大浓度分别为0.652和0.288 mg·kg-1[41]。
3 结语与展望
在中国，抗生素在人类医疗和畜牧业中的过度使用已是常态，导致了其在污水厂、自然水体、土壤等环境中检测超标情况严重，抗生素的滥用问题已经迫在眉睫。2016年8月，中国提出了《遏制细菌耐药国家行动计划（2016-2020年）》，该计划旨在制定国家一级的全面管理战略和措施，加强抗菌药物管理，遏制细菌耐药。作为世界上人口最多、抗生素消费最多的国家，中国在应对抗生素滥用方面面临着所有国家中最重大的挑战，要在国家层面实施综合治理战略和措施，加强对抗菌药物开发、生产、流通、应用和环境保护的监督，加强宣传教育和国际交流合作，以应对细菌耐药的风险和挑战。
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