抗生素殘留 造成的危機(jī)

楊欣

華東理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué)的研究人員近期發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》上的一篇文章稱(chēng)，我國(guó)地表水中含有68種抗生素，且濃度較高，另外還有90種非抗生素類(lèi)的醫(yī)藥成分被檢出。其中一些抗生素在珠江、黃浦江等地的檢出頻率高達(dá)100%，有些抗生素檢出的濃度高達(dá)每升幾百納克，工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家則小于每升20納克。

我國(guó)每年大約生產(chǎn)1300種化學(xué)原料藥及化妝品，其中藥物及個(gè)人護(hù)理品（包括各種處方藥、非處方藥和化妝品等）年產(chǎn)量在3.3萬(wàn)噸以上，這可能是水環(huán)境中頻繁檢出高濃度抗生素等藥物的重要原因。此外，我國(guó)是世界上濫用抗生素最嚴(yán)重的國(guó)家之一，我國(guó)藥物產(chǎn)量的70%是抗生素，這個(gè)比例在西方國(guó)家只有30%。

抗生素來(lái)源的多樣性

中國(guó)水體中抗生素殘留濃度遠(yuǎn)高于國(guó)外有多種原因，除了醫(yī)用抗生素的大量生產(chǎn)外，還有農(nóng)用（包括畜牧業(yè)、農(nóng)作物）抗生素的生產(chǎn)和使用。

一個(gè)普遍引用的數(shù)據(jù)是，中國(guó)每年生產(chǎn)抗生素原料大約21萬(wàn)噸，其中9.7萬(wàn)噸抗生素原料用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)，占年總產(chǎn)量的46.1%。中國(guó)社會(huì)科學(xué)院對(duì)山東、遼寧的部分農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖戶(hù)進(jìn)行了調(diào)查，在被調(diào)查養(yǎng)殖戶(hù)中，有50%養(yǎng)殖戶(hù)在飼料里不同程度地添加了抗生素及其他藥物。

除了人們防病治病和畜牧養(yǎng)殖業(yè)需要使用抗生素外，農(nóng)作物的栽培也在使用醫(yī)用抗生素，這是環(huán)境（包括水體、土壤和食物）中抗生素殘留日益增多的另一個(gè)原因。例如，青霉素、鏈霉素和金霉素等都是人們熟知的醫(yī)用抗生素，但是它們也被用于農(nóng)作物的栽培。醫(yī)用抗生素在作物生產(chǎn)上主要用于防治作物病害和調(diào)控作物的生長(zhǎng)兩個(gè)方面。

由于抗生素具有內(nèi)吸殺菌的特點(diǎn)，因而被用來(lái)防治作物病害，這是現(xiàn)代植物病理學(xué)的一大進(jìn)展和進(jìn)步。另外，抗生素也可用于調(diào)控作物生長(zhǎng)和發(fā)育。例如，青霉素水溶液處理黃瓜、玉米、水稻的種子可使這些作物中的α淀粉酶活性顯著提高，這種作用主要是通過(guò)促進(jìn)酶的合成而實(shí)現(xiàn)的。另外，青霉素通過(guò)促進(jìn)葉綠素的合成和抑制其降解來(lái)提高作物葉片中葉綠素的含量，因而能延緩作物葉片及整個(gè)植株的衰老，增加植株光合作用能力和延長(zhǎng)光合作用時(shí)間，提高作物產(chǎn)量。所以，醫(yī)用抗生素也正在廣泛應(yīng)用于種植業(yè)。

另一方面農(nóng)用抗生素的大量使用也讓環(huán)境和生態(tài)中的抗生素殘留逐漸增多。我國(guó)農(nóng)用抗生素的研究始于20世紀(jì)50年代初期，是在醫(yī)用抗生素研究基礎(chǔ)之上逐漸發(fā)展起來(lái)的?，F(xiàn)在，我國(guó)已相繼研發(fā)出井岡霉素、多效霉素、公主嶺霉素、農(nóng)抗120、武夷菌素、中生菌素等農(nóng)用抗生素。農(nóng)用抗生素分為殺菌劑和殺蟲(chóng)劑兩類(lèi)，井岡霉素就是殺菌劑的代表。

殺蟲(chóng)劑類(lèi)抗生素是一類(lèi)利用微生物代謝產(chǎn)物來(lái)防治害蟲(chóng)的生物制劑。中國(guó)研發(fā)的抗生素類(lèi)殺蟲(chóng)劑有殺蚜素、瀏陽(yáng)霉素、韶關(guān)霉素、南昌霉素和梅嶺霉素等。

醫(yī)用、農(nóng)用和養(yǎng)殖業(yè)對(duì)抗生素日益廣泛的使用造成了今天抗生素殘留大量滯留于水體和土壤，這又是從幾種途徑實(shí)現(xiàn)的。

一是抗生素使用后殘留部分直接滯留在環(huán)境中，例如，對(duì)作物施用殺蟲(chóng)和殺菌抗生素后，抗生素直接殘留于水體、土壤和食物（作物果實(shí)）上。二是人和牲畜使用抗生素后排泄到環(huán)境中，即從尿液、糞便和汗液中排出，再通過(guò)下水道進(jìn)入污水處理廠(chǎng)，或直接排入江河、湖泊和海洋中。三是人們丟棄抗生素和其他藥物，使環(huán)境中殘留抗生素。例如，人們把未使用的藥品沖進(jìn)廁所、丟入垃圾之中后，經(jīng)過(guò)土壤滲入水源，最終進(jìn)入到水循環(huán)系統(tǒng)。四是抗生素和其他藥品通過(guò)游泳、淋浴、洗衣等方式進(jìn)入水循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)而殘留在環(huán)境中。

抗生素殘留的危害

人們?cè)缇椭?，濫用抗生素會(huì)造成巨大的危害。例如，中國(guó)每年有20萬(wàn)人死于藥物不良反應(yīng)，其中40%的人與濫用抗生素有關(guān)。中國(guó)有60%的失聰兒童是濫用鏈霉素導(dǎo)致的。但是，人們對(duì)于環(huán)境中抗生素殘留的危害還認(rèn)識(shí)不足。不過(guò)，世界衛(wèi)生組織最近再次提出，抗生素殘留于環(huán)境首先對(duì)人類(lèi)會(huì)造成巨大的危機(jī)，也即產(chǎn)生抗生素耐藥性。

2014年4月30日世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《抗生素耐藥：全球監(jiān)測(cè)報(bào)告》指出，造成血液感染（敗血癥）、腹瀉、肺炎、尿道感染和淋病等常見(jiàn)嚴(yán)重疾病的7種不同細(xì)菌對(duì)抗生素的耐藥性正在日益增加。世界衛(wèi)生組織衛(wèi)生安全事務(wù)助理總干事福田敬二博士稱(chēng)，“如果沒(méi)有眾多利益攸關(guān)方的緊急協(xié)調(diào)行動(dòng)，世界就會(huì)邁向后抗生素時(shí)代，多年來(lái)可治療的常見(jiàn)感染和輕微傷痛可再一次置人于死地”。

例如，碳青霉烯類(lèi)抗生素是對(duì)付常見(jiàn)的肺炎克雷伯菌引起的威脅生命感染的有效藥物和最后的治療手段，但是肺炎克雷伯菌對(duì)這種抗生素的耐藥性已傳播到全世界所有地區(qū)。肺炎克雷伯菌感染包括肺炎、血液感染、新生兒和重癥監(jiān)護(hù)室患者感染等。由于耐藥性的產(chǎn)生，有些國(guó)家碳青霉烯類(lèi)抗生素對(duì)半數(shù)以上接受治療的肺炎克雷伯菌感染患者無(wú)效。

氟喹諾酮類(lèi)藥物是最廣泛用于治療大腸桿菌引起的尿道感染的抗生素之一，但細(xì)菌對(duì)這種藥物的耐藥性也已非常廣泛。這種藥物最初在19世紀(jì)80年代開(kāi)始采用時(shí)，耐藥性幾乎為零。今天，世界上許多國(guó)家的這種藥物治療對(duì)半數(shù)以上的患者無(wú)效。作為淋病最后治療手段的第三代頭孢菌素在奧地利、澳大利亞、加拿大、法國(guó)、日本、挪威、南非、斯洛文尼亞、瑞典和英國(guó)等已經(jīng)無(wú)療效，但是，世界各地每天有不少人感染淋病。

抗生素耐藥不僅延長(zhǎng)了患病時(shí)間，而且增加了死亡的危險(xiǎn)。例如，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）感染患者與非耐藥性感染患者相比，死亡的可能性要高64%。耐藥性還加大了衛(wèi)生保健的成本，因?yàn)樽≡簳r(shí)間較長(zhǎng)并需要更多的重癥監(jiān)護(hù)。

那么，細(xì)菌耐藥是如何發(fā)生的呢？現(xiàn)在，大量的研究發(fā)現(xiàn)，廣泛而大量使用的多種抗生素使得細(xì)菌不僅對(duì)藥物具有了耐藥性，而且能把這種耐藥性相互傳遞，從而讓多種細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。這又是通過(guò)基因水平轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的。在演化的過(guò)程中，有些細(xì)菌大約有1/4的基因組是通過(guò)基因水平轉(zhuǎn)移獲得的，其中就包括耐藥基因。細(xì)菌通過(guò)從外界獲得大片段的DNA分子，可以在很短的時(shí)間里產(chǎn)生基因組的多樣性。耐藥性菌株的產(chǎn)生就依賴(lài)于耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移。endprint

通過(guò)耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移，細(xì)菌可以通過(guò)多種方式耐受抗生素。例如，細(xì)菌可以產(chǎn)生滅活酶來(lái)抵御抗生素。細(xì)菌產(chǎn)生的β-內(nèi)酰胺酶可以讓青霉素類(lèi)藥物失效；細(xì)菌還能產(chǎn)生磷酸轉(zhuǎn)移酶、乙酰轉(zhuǎn)移酶等，可使鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素等氨基甙類(lèi)抗生素失去活性。細(xì)菌還可以生成盔甲，以阻止抗生素進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，從而抗御抗生素。細(xì)菌還可以堵塞生物通道以抗御抗生素，如讓細(xì)胞膜通透性降低，或增厚細(xì)胞壁，使抗生素難以進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)。同時(shí)，細(xì)菌還可以通過(guò)生物泵把抗生素排出體外，讓抗生素?zé)o法發(fā)揮作用。

最重要的是，耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移可以在多個(gè)方面產(chǎn)生，即在人類(lèi)、寵物、家養(yǎng)動(dòng)物、野生動(dòng)物、農(nóng)作物、野生植物、食物和自然環(huán)境之間多方面轉(zhuǎn)移。

抗生素殘留對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響

大量的抗生素滯留在水體、土壤和植被中不僅對(duì)人造成影響，而且會(huì)對(duì)其他生物和環(huán)境造成影響。遺憾的是，現(xiàn)在對(duì)這些方面的研究和認(rèn)識(shí)還不足?？傮w而言，抗生素滯留在環(huán)境中有多種出路，它們會(huì)在土壤、水和沉積物中重新分配，經(jīng)過(guò)吸附、水解、光降解、微生物降解（有氧和無(wú)氧降解）和植物降解等一系列過(guò)程發(fā)生遷徙和轉(zhuǎn)化。如果抗生素能夠被土壤或沉積物吸附，并且被多種因素降解，則對(duì)環(huán)境造成的影響或危害不會(huì)太大，反之就會(huì)影響或危害環(huán)境和生態(tài)。

例如，吸附是抗生素在土壤環(huán)境中遷徙和轉(zhuǎn)化的重要過(guò)程，在很大程度上取決于抗生素和土壤的特性。不同的抗生素的性質(zhì)、代謝途徑及使用劑量不同，在環(huán)境中的轉(zhuǎn)移也不一樣?？股卦谕寥乐械霓D(zhuǎn)移主要取決于自身的光穩(wěn)定性、鍵合、吸附特性、淋洗和降解速率等。不同種類(lèi)的抗生素由于結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)不同，其吸附能力有較大差異。一般而言，弱酸、弱堿性和親脂性類(lèi)抗生素與土壤有較好的親和力，在土壤中不易遷徙。

例如，土壤對(duì)恩諾沙星具有較強(qiáng)的吸附作用，殘留在土壤中的恩諾沙星主要被吸附在固體顆粒上，不容易釋放和隨水遷徙。四環(huán)素類(lèi)如金霉素、土霉素和強(qiáng)力霉素與土壤和沉積物有較強(qiáng)的吸附力，大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素如泰樂(lè)菌素和阿維菌素以及氟喹諾酮類(lèi)藥物對(duì)表層土壤礦物質(zhì)也有明顯的吸附能力。當(dāng)然，抗生素的吸附能力還與土壤類(lèi)型、pH值等有關(guān)，一種抗生素在不同的土壤中的吸附系數(shù)差異很大。四環(huán)素類(lèi)抗生素在土壤中的吸附能力隨土壤或沉積物pH值的增加而降低。

水解同樣是抗生素在環(huán)境中降解的一種重要途徑，如果能充分水解，則抗生素污染環(huán)境的程度會(huì)降低?？股氐乃庥峙c環(huán)境中的pH值有關(guān)。在各類(lèi)抗生素中，頭孢菌素類(lèi)抗生素在酸性、堿性和中性條件的水環(huán)境中都能發(fā)生水解反應(yīng)。β-內(nèi)酰胺類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)和磺胺類(lèi)也都容易溶于水而發(fā)生水解。但大環(huán)內(nèi)酯和磺胺類(lèi)在pH值為7的中性條件下水解慢，而且活性較低。β-內(nèi)酰胺類(lèi)在弱酸性至堿性條件下降解速度都比較快。

另外，生物降解也可以極大減少抗生素殘留對(duì)環(huán)境的影響，生物降解包括植物降解和微生物降解，這兩者都對(duì)抗生素的降解至關(guān)重要。被生物降解的抗生素可以轉(zhuǎn)化為生物體的組成部分或是最終轉(zhuǎn)化為沒(méi)有生物毒性的無(wú)機(jī)或有機(jī)小分子。

許多微生物，如光合菌、乳酸菌、放線(xiàn)菌、酵母菌、發(fā)酵絲狀菌、芽孢桿菌、枯草桿菌、硝化細(xì)菌、酵母等都對(duì)抗生素有降解作用。在微生物作用下，抗生素殘留的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致抗生素化學(xué)和物理性質(zhì)發(fā)生改變，將抗生素殘留從大分子化合物降解為小分子化合物，最后生成水和二氧化碳，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境的無(wú)害化。

其實(shí)，耐藥細(xì)菌的出現(xiàn)就是對(duì)抗生素效力的降解，一方面可能造成對(duì)人類(lèi)的不利，如藥物失效，另一方面卻可能保護(hù)環(huán)境和生態(tài)，讓抗生素不會(huì)大量和廣泛地殺滅其他微生物，所以這是一個(gè)矛盾的兩個(gè)方面。

對(duì)待抗生素的態(tài)度

抗生素的大量制造和使用具有雙重效果，抗生素既有利于人，但也對(duì)人不利，同時(shí)可能破壞環(huán)境和生態(tài)，因此現(xiàn)在人類(lèi)處于兩難境地。解決這個(gè)兩難問(wèn)題其實(shí)可以歸納到兩個(gè)方面：一是減少對(duì)抗生素的生產(chǎn)和使用，二是尋找抗衡抗生素負(fù)作用的措施。

世界衛(wèi)生組織對(duì)于減少使用抗生素已經(jīng)提出了多種方法。例如，從改善衛(wèi)生，獲取干凈的水，以衛(wèi)生保健設(shè)施控制感染，以及接種疫苗等多方面著手，減少對(duì)抗生素的需求。只有在確實(shí)需要時(shí)才開(kāi)出處方和使用抗生素，處方開(kāi)出的抗生素必須適用于治療的疾病等。公眾只有當(dāng)醫(yī)生開(kāi)出處方時(shí)才能使用抗生素。

但是，抗生素對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響現(xiàn)在研究得比較少，因而人們還感覺(jué)不到這種影響最終會(huì)通過(guò)什么樣的途徑反作用于人類(lèi)社會(huì)。當(dāng)然，一個(gè)總的原則是，如果環(huán)境和生態(tài)受到抗生素濫用的破壞，人類(lèi)最終會(huì)品嘗到后果。

不過(guò)，對(duì)于減少抗生素殘留對(duì)環(huán)境的影響現(xiàn)在也有了一些研究結(jié)果，并有多種啟示。例如，利用一些植物來(lái)降解抗生素。有研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)栽培兩種植物可以有效去除水體中的青霉素。

水生植物大漂和鳳眼蓮對(duì)水體中抗生素殘留的清除有重要作用。在系列高濃度（10微克～50微克/毫升）抗生素的條件下，鳳眼蓮去除水中鹽酸金霉素與鹽酸土霉素的效果優(yōu)于大漂；對(duì)于采集的污水（抗生素濃度2.5微克/毫升），培養(yǎng)72小時(shí)后，大漂和鳳眼蓮對(duì)鹽酸四環(huán)素的去除率分別達(dá)80%和90%以上，對(duì)氨芐青霉素的去除率分別達(dá)80%和70%以上。大漂和鳳眼蓮對(duì)4種抗生素（氨芐青霉素、鹽酸四環(huán)素、鹽酸土霉素和鹽酸金霉素）污染的水體均表現(xiàn)出不同程度的修復(fù)功能，特別是鳳眼蓮效果更佳，可作為去除水體抗生素污染的首選植物。

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