国内抗生素的主要来源和污染特征

罗迪君

摘要：指出了抗生素污染是一个严重的问题，因为它可能导致抗生素耐药性的出现，从而降低抗生素的治疗效果。抗生素污染与人类和动物使用抗生素的增加有关，而且通常不受限制。中国作为世界上最大的抗生素生产国，存在危机。全面总结了向环境排放抗生素的相关来源，并分析了广泛分布于水环境、水产品、土壤和动物粪便中抗生素的环境浓度，以了解中国抗生素的使用现状及污染特征。提出了制定新的国家行动计划，以控制中国的抗生素耐药性问题。

关键词：抗生素;污染特征;環境风险;控制策略

中图分类号：$949 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）14-0159-03

1引言

抗生素滥用以及造成的生态威胁是一个全球性问题。环境中抗生素的来源途径有多种：市政（医院和城市污水）、农业（水产养殖，畜牧业）和制药业。每种来源的贡献程度因国家而异。例如，德国的兽医学贡献很小，而人类是主要来源。在台湾，与水产养殖和污水处理厂的污水相比，耕种、医院和制药厂是抗生素的主要来源。有研究表明过度使用抗生素会对人体器官产生负面影响，例如导致代谢缺陷。它还会导致抗生素抗性人类基因水平的增加，由于食物链的潜在传播，对人类治疗构成威胁。

本文主要阐述了国内环境中抗生素的来源（医院、水产养殖、畜牧业和制药业）及抗生素在水、生物、固废和土壤的污染特征，以了解中国环境中抗生素的特性并为控制抗生素污染带来科学依据。

2抗生素的使用和滥用

2.1医院

中国约有50%的门诊患者使用抗生索。74%患者使用一种抗生素，25.3%患者使用两种或更多种抗生素。抗生素处方药约占医院开出的所有药物的一半，而高收入国家的医院只有10%。头孢氨苄、阿莫西林、氧氟沙星、四环素和诺氟沙星是2013年中国使用率排在前5的抗生素。在级别较低的医院和中国西部地区，过度使用抗生素的问题严重。估计约有75%的季节性流感患者使用抗生素，住院患者的抗生素处方率为80%，远远高于世界卫生组织建议的最高水平30%。这种过度使用可能是因为药品销售占据了医院收入的很大一部分。中国48家初级卫生保健机构的抗生素处方表明，最常用的抗生素是头孢菌素（28%）、氟喹诺酮（15.7%），青霉素（13.9%）、咪唑（12.6%）和大环内酯类（7.3%）。直到2011年中国卫生部发起的人体医疗体制改革，中国才开始有效控制抗生素的处方模式。据报道，接受抗生素处方的住院患者比例在一年内下降了10%，从2011年的68%下降到2012年底的58%。在同一时期，门诊患者的比例也从25%下降了10%～15%。干预后中国公立普通三级医院的住院抗生素总体消费量显着下降。

2.2水产养殖

水产养殖业是世界上蓬勃发展的产业，中国是最大的水产品生产国和出口国。为了预防和治疗水产养殖中发生的疾病，抗生素被广泛应用。2014年，中国大陆生产了超过4740万t的养殖水产品。如表1所示，在水产养殖业中有常用的8类抗生素（即氨基糖苷类、β-内酰胺类、氯霉素类、大环内酯类、硝基呋喃类、喹诺酮类、磺胺类和四环类）。所有使用的抗生素都是在1928年至1996年间开发的，其中近2/3是广谱抗生素，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有活性。但其中只有13种抗生素被批准用于中国水产养殖（强力霉素、恩诺沙星、氟苯尼考、氟甲喹、新霉素、诺氟沙星、恶喹酸、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺甲氧嘧啶、甲砜霉素和甲氧苄啶），12种抗生素未经批准使用（阿莫西林、氯霉素、金霉素、环丙沙星、红霉素、呋喃唑酮、庆大霉素、土霉素、青霉素G、链霉素、磺胺甲基嘧啶和磺胺异恶唑）。

2.3畜牧业

牲畜通常较易涉及传染病的传播。通常使用抗生素来控制这种疾病传播的风险。在2013年抗生素使用中，家畜抗生素的使用（占抗生素总使用量的52%）略高于人类使用（48%）。兽医抗生素的消费量从2007年的46%增加到2013年的52%，总量约为84240t。阿莫西林、氟苯尼考、林可霉素、青霉素和恩诺沙星是兽医使用最多的抗生素，在中国消耗>4000。据估计中国动物生产的食品在全球抗生素的比例将从2010年的23%增加到2030年的30%。

动物通常用抗生素治疗3～7d，然后以预防剂量再治疗3～4d。抗生素的非治疗性使用是主要因素。自1940年代后期大规模生产青霉素和金霉素以来，低剂量抗生素用于家禽生产。尽管人们认识到这种做法对动物、农民和兽医有负面影响，但仍因它能作为有效的生长促进剂而导致用量逐年增加。自1989年以来，中国一直在动物饲料中使用抗生素。根据动物的类型和大小以及抗生素的类型，抗生素在饲料中添加到2.5～125mg/kg浓度以改善生长，持续时间不同（数周至数月）。因此，抗生素的非治疗性的使用可能在抗生素耐药性的进化和传播中发挥了比治疗用途更大的作用。

2.4制药业

抗生素药物占整个抗感染药物（包括抗病毒药物和疫苗）市场的46%，占整个药物市场的5%。头孢类、青霉素类、喹诺酮类和大环内酯类是临床上最常用的抗生素。制药废水处理厂会接收含有高浓度的抗生素废水，被认为是环境中抗生素耐药性发展的潜在热点。在中国东南部污水处理厂监测到林可酰胺、氨基糖苷类、大环内酯类、喹诺酮类、头孢菌素类。

3抗生素的污染状况

3.1抗生素在水环境的污染特征

在不同污水处理厂进水中发现，畜牧养殖场废水的抗生素浓度最高，而出水中制药厂废水中抗生素浓度高于医院、畜牧养殖场、市政污水处理厂。养猪场进水含量较高的几种抗生素为磺胺对甲氧嘧啶、氧氟沙星、氧四环素、四环素和氯四环素，浓度均高于2ug/L。在广州制药厂进水中共检出氧氟沙星、罗红霉素、脱水红霉素和林可霉素，浓度达到1ug/L数量级水平，高于韩国。医院进水检出浓度都较高的抗生素为氧氟沙星、诺氟沙星、四环素、氧四环素、罗红霉素、脱水红霉素和克拉霉素，均达到0.1ug/L数量级水平以上。在香港的市政污水处理厂发现高浓度的氧氟沙星、诺氟沙星和四环素（进水7900ng/L、5430ng/L和1510ng/L），浓度远高于美国污水处理厂检测到的浓度（1000ng/L）、芬兰（960ng/L）和意大利（980ng/L）。而红霉素低于英国进水中检测到的最大浓度（10025ng/L）。磺胺甲恶唑是污水处理厂中最常检测到的抗生素化合物之一。中国平均浓度（650ng/L）高于韩国（120ng/L），但与德国相当（515ng/L）。

³2抗生素在水产品生物的残留

统计鱼类、甲壳动物、软体动物水产品中残留的抗生素含量，鱼类（鲫鱼和琵琶鱼）和甲壳类动物（蟹、虾和河螺）是抗生素含量最高的前五种生物。喹诺酮类是水产品中最常检测到的抗生素类别，特别是使用率相对较高的诺氟沙星以及广东省水产养殖中使用最广泛的抗生素恩诺沙星。磺胺类药物是中国水产品中第二大抗生素，但其中只有四种用于水产养殖。这种不一致可能是由于在中国水产养殖中使用的信息有限和其他潜在来源，如农业废水。由于磺胺类具有高溶解度（77～1500mg/L）和流动性，它们可以易于迁移和分布在水环境中。应该注意的是，一些被禁用的抗生素仍在虾和鳍鱼中检测到（例如，氯霉素、红霉素和硝基呋喃）。通过食用受抗生素污染的水产品，人类可能会产生药物不良反应或抗生素耐药细菌。未来仍需要对中国水产养殖中使用的抗生素数量进行全国性的综合调查。

3.3抗生素在畜牧廢弃物的残留

猪、禽和牛集中饲养的数量大幅增长推动了对抗生素的需求。由于抗生素在体内吸收和代谢不良，对畜禽施加的抗生素最终会进入粪便。中国南方猪和牛的抗生素每日排泄量估计分别为18mg/d/群和4.2 mg/d/群。动物粪便中的年抗生素残留量可达29000～87000t。2013年，在主要抗生素类别（氟喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类、磺胺类和四环素类）中使用36种抗生素的总量为92700t，其中84.3%为兽用抗生素。因此，牲畜粪肥是抗生素的主要来源。它们作为农业领域的肥料和土壤增强剂的应用进入土壤会扩散抗生素在生态环境中的污染。氟喹诺酮类、磺胺类和四环素类是在猪、禽和牛的粪便中最常检测到的抗生素，并且具有广泛的浓度范围。有研究发现鸡爪中含有浓度为1421mg/kg的恩诺沙星，鸡粪中诺氟沙星的浓度能高达225mg/kg。值得注意的是，研究者在任何动物粪便中发现磺胺类抗生素浓度均低于10mg/kg。土霉素和金霉素是动物粪便中最常见的两种抗生素，鸡粪中最高浓度为417mg/kg，猪粪中浓度为764mg/kg。检测到四环素和氟喹诺酮的频率和浓度均高于磺胺类，可能是氟喹诺酮类和四环素类在粪便中的分配性高。最高浓度的兽用抗生素（恩诺沙星1421mg/kg和金霉素764mg/kg）超过土耳其（恩诺沙星0.06mg/kg和金霉素0.38mg/kg），奥地利（恩氟沙星8.3mg/kg和金霉素46mg/kg），德国（金霉素50.8mg/kg）和加拿大（金霉素0.4mg/kg）等报道的浓度。

3.4抗生素在土壤的污染特征

抗生素会通过灌溉、污泥和粪肥土地施用于农作物或垃圾填埋场以及将牲畜废弃物用作土壤肥料等方式进入土壤中。在饲养场附近的土壤中检测到较高浓度的抗生素。例如，在养猪场污水排放口附近的土壤中发现了金霉素的浓度为12.9mg/kg。在与养猪场相邻的农田中发现土霉素的最高浓度为4.24mg/kg。还有研究表明磺胺类的磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑在邻近家禽养殖场的土壤中的浓度分别达2.45mg/kg和2.41mg/kg。有机蔬菜中的抗生素残留也是特别令人关注的问题，因为“有机”通常来源土壤中的肥料（例如粪肥）。中国山东省一个重要的蔬菜种植区发现喹诺酮类的残留量较高，环丙沙星和氧氟沙星的最大浓度分别为0.652 mg/kg和0.288mg/kg。中水或废水灌溉的土壤中也发现了抗生素的积累，但浓度低于在饲养场周围采样的土壤中抗生素的浓度。中国土壤中土霉素的浓度与土耳其土壤中的浓度类似为20～510ng/g，但低于英国的322～1691ng/g。中国土壤中磺胺类的浓度与加拿大、韩国等国家相当。

4抗生素的环境风险

抗生素对人类健康的风险通常表现在两种方式：药物不良反应（ADR）和抗生素耐药性。过敏反应是ADR的一种类型，常见的症状是荨麻疹、血管神经性水肿、胃肠道反应、再生障碍性贫血以及严重的休克和死亡。大部分抗生素（例如青霉素、四环素和磺胺类）具有抗原性并且消耗受污染的水产品可能引起过敏症状。另一种称为“慢性毒性”的ADR是抗生素在人体内积聚，然后通过长期低剂量消耗引起器官损伤。例如，水产养殖中使用的两大类抗生素，喹诺酮类和四环素类，可以影响儿童牙齿的发育。氯霉素具有免疫毒性，可能引起再生障碍性贫血和粒细胞缺乏症。红霉素可能引起耳聋和周围神经炎，呋喃唑酮会导致溶血性贫血和多发性神经炎。此外，一些抗生素可以在人体内代谢，但代谢物可能比原始药物更具毒性。过度使用或滥用抗生素对全球可持续农业和人类健康构成巨大威胁。因为中国动物、人口密度高和抗生素消耗量大。如果目前的情况持续下去，估计到2050年抗生素耐药性感染的死亡人数可能会达到1000万人。

5抗生素的控制战略

迫切需要在人类医学和动物生产中管理抗生素的使用。首先，需要当局对不同部门的抗生素消费量进行全面调查和监测。其次，基于这些调查和目前的科学研究。应该在中国紧急建立更多的立法、法规和控制抗生素使用的标准。然而，由于缺乏适当的管理选择和立法执法，过度使用抗生素仍然普遍存在。抗生素的管理在丹麦和澳大利亚等一些国家的抗生素耐药性管理，例如优化牲畜的生活条件以减少中国食用动物的抗生素消耗，因为有证据表明更好的卫生条件可以减少对抗生素的依赖。兽医疫苗的开发也被认为是减少抗生素使用的一种潜在方法。中国人类医学中抗生素的过量使用现已缩减。中国启动了“遏制细菌耐药国家行动计划（2016-2020）”，开展抗生素研究开发、生产和应用以及相关环境方面的综合管理。