浅析环境中抗生素的来源与治理

司成润，邴 欣

（1.山东省德州生态环境监测中心，山东 德州 253000；2.山东省产品质量检验研究院，山东 济南 250012）

1 环境中抗生素的来源

抗生素被认为是“持久性或假持久性物质”，因为它们进入环境的速率高于分解速率，由于异质化合物包含不同的官能团，它们在生态系统中发挥着不同作用。抗生素的使用方法多种多样，通常用于治疗细菌感染和畜牧业，导致环境中出现了大量抗生素残留。从生产到使用、再到最后排出的整个过程中，人工抗生素都能通过各种途径进入到环境中。其主要来源是：有的抗生素能够在环境中分解，而氟喹诺酮和四环素等不易降解，可以累积到更高浓度并进一步传播；有的抗生素是在人类和动物患病进行治疗时，通过尿液和排泄物进入环境；还有的情况是工业企业排放的污水中有抗生素活性成分；另外，还有未使用的药物直接排入污水系统，导致地表水、地下水、饮用水、土壤等污染，以上这些都是环境中抗生素的主要来源。

1.1 医学领域滥用抗生素

最近一项有关人类抗生素消费量的分析表明[1]，抗生素的消费量在急剧增加，现在如果不进行政策调整，用量还会持续增加。根据有关报道，抗生素的滥用与患者、从业人员和医疗系统有关。例如，患者就诊时即使不需要抗生素也希望医生开具抗生素处方，导致抗生素的滥用现象存在。同时，有些社会因素或文化因素影响着人们对抗生素的使用态度与使用方式，增加了抗生素的使用量。

医学领域的抗生素之所以污染环境，是因为人类和动物患病进行治疗时，所用抗生素剂量的40%-90%以母体化合物的形式从粪便和尿液中排出[2]，最终进入环境，污染土壤、水域、植物等。医院废水也是抗生素污染环境的另一个重要来源。

1.2 兽用抗生素的使用

一方面，大部分国家在兽用抗生素使用方面的法规较少，另一方面，兽用抗生素可以预防和治疗动物疾病、提高生产效率以及提升经济效益等，能为消费者和生产者带来巨大的经济利益，因此，近年来兽用抗生素的使用量显著增加。一般而言，用于治疗动物的抗生素对土壤的污染程度比直接用于人类的污染更严重，所以要限制兽用抗生素的使用量。

1.3 制药行业的直接排放

与其他的污染源相比，制药行业排放的废水中抗生素含量更高。目前，由于废水处理厂处理废水时不可能100%去除抗生素，处理后的污泥和废水中可能还含有抗生素，当污泥作为肥料或污水被排入地表水时，会导致大面积地下水被抗生素污染。世界上的许多国家都是如此，如果不及时采取相应的措施可能会引起更严重的生态和公共健康问题。目前，各国要求制药行业要考虑制造过程中抗生素的排放，例如，其中有几家制药公司已经签署了一项以环境管理为中心目标的抗生素耐药性协议。

2 抗生素残留对环境的影响

环境中抗生素残留取决于抗生素的药代动力学特征。目前，抗生素种类大致分为三类：口服后生物利用度低的抗生素、肠胃外给药后进入胃肠道的抗生素以及用于动物疾病治疗的抗生素。某些抗生素（例如四环素）通常口服生物利用度较差，当人类患病口服后，其在胃肠道中停留的时间可能比治疗期更久，未被吸收的部分会被排泄到环境中，进而发挥生物活性。

因为我们尚未完全了解抗生素残留对生态系统的影响，所以研究环境中抗生素的降解至关重要。环境中存在着多种抗生素降解机制，包括生物降解（微生物降解）如细菌、真菌，或非生物降解如水解、光解、氧化和还原[3]。除了前面提到的抗生素降解机制，也可能发生其他过程，例如挥发、吸收和形成不可提取的残留物等。以下是几种抗生素残留对环境的影响：

（1）青霉素和头孢菌素易水解，在一般地表水中可能会在几周内发生降解，而在碱性较强的水中只需要几天就会发生降解。而且，它们会与阳离子形成络合物并积聚在污水、污泥和沉积物中。因此，土壤中具有吸附能力高的抗生素在基质中积累并持久存在，而吸附力低的抗生素则容易转移到水生环境中，并产生降解产物。这些产物可以进一步转化为环境中稳定的、可转移的活性化合物，其毒性可能比母体更高，会对生物体和微生物群落产生更严重的威胁。

（2）大多数氟喹诺酮类化合物化学稳定性较高[4]，不易水解或随温度升高而降解。因此，它们能迅速从水中转移到土壤和其他基质中。根据研究发现，它们能在环境中稳定存在，高水平的环丙沙星和诺氟沙星可以修复鼠伤寒沙门氏菌的细菌菌株，并可能对水生生物产生遗传毒性。此外，氟喹诺酮类药物还能干扰光合作用，进而引起高等植物的形态畸变。

（3）四环素具有植物毒性[5]，可引起染色体畸变并抑制植物生长，从而降低植物中光合叶绿素和类胡萝卜素色素的含量。土霉素能够在某些人类食用的水生植物中实现富集。另外，金霉素和四环素可以诱导DNA断裂，并影响超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性[6]。

除了上述风险以外，抗生素残留还可能被植物吸收，从而干扰植物的生长过程并引起潜在的生态毒理作用。例如，酸雨可能会促进抗生素在表层土壤上的滞留，土壤中的微生物或抗生素残留会被植物吸收，从而对植物造成危害。在以前的研究中发现，九种抗生素对叶片光合作用有影响：如头孢菌素降低了体细胞的传导性从而抑制了净同化作用；β-内酰胺是公认的毒性较小的抗生素，但它们也会影响低等植物的分裂。因此，农业土壤中的抗生素还可能会抑制农作物发芽甚至降低产量。

关于抗生素残留对环境的污染，欧盟委员会已经公布“抗生素对水和土壤的污染是一个严重的环境问题，对公众健康也具有重大影响”，但截止目前，尚未制定确切标准来规范各类抗生素的排放。

3 环境中抗生素的治理与评估

3.1 环境中抗生素的治理

目前，规范使用抗生素的最主要措施是改善卫生、疫苗接种和合理使用诊断工具。其他措施包括限制使用广谱抗生素、合理处置抗生素以及禁止将抗生素废物排放到环境中。适度适量、合理规范的使用抗生素，可以造福人类。但如果把抗生素当“药神”，滥用抗生素的话，不仅会威胁使用者的健康，还会加剧细菌的耐药性。深入了解抗生素的耐药性与使用合理抗生素之间的关联，有助于制定有针对性的干预措施和政策，促进抗生素的合理使用。还可以实施监控系统，监测抗生素的消耗量，为抗生素耐药性的研究提供基础数据。

3.2 环境中抗生素的评估

确定风险系数是评估环境中抗生素相关风险的一种方法，在以前的研究中，已经评估了抗生素对斑马鱼、水蚤、藻类、贻贝和其他水生生物等非敏感生物的影响。抗生素残留在环境中通常以混合物的形式出现，很少单独存在。因此，环境风险评估（ERA）还应包括抗生素混合物以及代谢产物和降解产物的毒性。从安全的角度看，需要使用PNEC（预测无效应浓度）作为当前的抗生素检测指标。同时，环境中的抗生素会加速抗生素抗性病原体的进化和传播，但目前还没有用于评估此类风险的监管系统。

一些科学家为了保护生态系统，开始限制使用抗生素，由于其耐药性发展的风险，建议将抗生素排放量限制为100 ng/ L[7]，在实际工作中，需要把临床或与环境相关的细菌整合到ERA测试系统中，从处理过的废水、粪便中分析致病细菌的耐药性，该系统还可以帮助确定抗生素的安全排放浓度，提供更具有参考价值的结果。因此，为了控制抗生素的使用以及减少向环境中的排放，针对抗生素浓度较高的特定高风险环境应采取法律措施，明确政府和其他利益相关者在研究抗生素耐药性中的责任，促进合理使用抗生素并妥善处理后再将其排放到环境中。

4 结论

综上所述，由于大量消耗抗生素会直接导致对环境的污染，并且滥用抗生素更会威胁生态系统和人类健康之间的平衡。目前，虽然具备相应的检测手段，但缺乏相关标准及法律法规依据。我国的《地表水环境质量监测》《生活饮用水卫生标准》等相关标准中，均不含有对抗生素的监测指标，而部分抗生素的可降解性、抗生素种类等庞杂程度，都加大了制定标准的难度，而现有的水处理工艺流程也无法对抗生素进行完全处理。面对这种严峻的局势，各国都需要制定准确且严格的抗生素使用和排放政策。虽然我们不能忽视抗生素的益处和作用，但也必须考虑到抗生素对环境的影响，因为它们可能会引起和传播耐药性，从而对整个生态系统产生负作用。为了降低有关抗生素残留物对环境的影响，需要及时采取保护性措施，避免给人类甚至整个生态系统造成不可逆转的危害。