抗生素殘留 造成的危機

楊欣

華東理工大學、同濟大學和清華大學的研究人員近期發表于《科學通報》上的一篇文章稱，我國地表水中含有68種抗生素，且濃度較高，另外還有90種非抗生素類的醫藥成分被檢出。其中一些抗生素在珠江、黃浦江等地的檢出頻率高達100%，有些抗生素檢出的濃度高達每升幾百納克，工業發達的國家則小于每升20納克。

我國每年大約生產1300種化學原料藥及化妝品，其中藥物及個人護理品（包括各種處方藥、非處方藥和化妝品等）年產量在3.3萬噸以上，這可能是水環境中頻繁檢出高濃度抗生素等藥物的重要原因。此外，我國是世界上濫用抗生素最嚴重的國家之一，我國藥物產量的70%是抗生素，這個比例在西方國家只有30%。

抗生素來源的多樣性

中國水體中抗生素殘留濃度遠高于國外有多種原因，除了醫用抗生素的大量生產外，還有農用（包括畜牧業、農作物）抗生素的生產和使用。

一個普遍引用的數據是，中國每年生產抗生素原料大約21萬噸，其中9.7萬噸抗生素原料用于畜牧養殖業，占年總產量的46.1%。中國社會科學院對山東、遼寧的部分農村畜禽養殖戶進行了調查，在被調查養殖戶中，有50%養殖戶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殖業需要使用抗生素外，農作物的栽培也在使用醫用抗生素，這是環境（包括水體、土壤和食物）中抗生素殘留日益增多的另一個原因。例如，青霉素、鏈霉素和金霉素等都是人們熟知的醫用抗生素，但是它們也被用于農作物的栽培。醫用抗生素在作物生產上主要用于防治作物病害和調控作物的生長兩個方面。

由于抗生素具有內吸殺菌的特點，因而被用來防治作物病害，這是現代植物病理學的一大進展和進步。另外，抗生素也可用于調控作物生長和發育。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促進酶的合成而實現的。另外，青霉素通過促進葉綠素的合成和抑制其降解來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植株的衰老，增加植株光合作用能力和延長光合作用時間，提高作物產量。所以，醫用抗生素也正在廣泛應用于種植業。

另一方面農用抗生素的大量使用也讓環境和生態中的抗生素殘留逐漸增多。我國農用抗生素的研究始于20世紀50年代初期，是在醫用抗生素研究基礎之上逐漸發展起來的?，F在，我國已相繼研發出井岡霉素、多效霉素、公主嶺霉素、農抗120、武夷菌素、中生菌素等農用抗生素。農用抗生素分為殺菌劑和殺蟲劑兩類，井岡霉素就是殺菌劑的代表。

殺蟲劑類抗生素是一類利用微生物代謝產物來防治害蟲的生物制劑。中國研發的抗生素類殺蟲劑有殺蚜素、瀏陽霉素、韶關霉素、南昌霉素和梅嶺霉素等。

醫用、農用和養殖業對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現的。

一是抗生素使用后殘留部分直接滯留在環境中，例如，對作物施用殺蟲和殺菌抗生素后，抗生素直接殘留于水體、土壤和食物（作物果實）上。二是人和牲畜使用抗生素后排泄到環境中，即從尿液、糞便和汗液中排出，再通過下水道進入污水處理廠，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，使環境中殘留抗生素。例如，人們把未使用的藥品沖進廁所、丟入垃圾之中后，經過土壤滲入水源，最終進入到水循環系統。四是抗生素和其他藥品通過游泳、淋浴、洗衣等方式進入水循環系統，進而殘留在環境中。

抗生素殘留的危害

人們早就知道，濫用抗生素會造成巨大的危害。例如，中國每年有20萬人死于藥物不良反應，其中40%的人與濫用抗生素有關。中國有60%的失聰兒童是濫用鏈霉素導致的。但是，人們對于環境中抗生素殘留的危害還認識不足。不過，世界衛生組織最近再次提出，抗生素殘留于環境首先對人類會造成巨大的危機，也即產生抗生素耐藥性。

2014年4月30日世界衛生組織發布的《抗生素耐藥：全球監測報告》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嚴重疾病的7種不同細菌對抗生素的耐藥性正在日益增加。世界衛生組織衛生安全事務助理總干事福田敬二博士稱，“如果沒有眾多利益攸關方的緊急協調行動，世界就會邁向后抗生素時代，多年來可治療的常見感染和輕微傷痛可再一次置人于死地”。

例如，碳青霉烯類抗生素是對付常見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這種抗生素的耐藥性已傳播到全世界所有地區。肺炎克雷伯菌感染包括肺炎、血液感染、新生兒和重癥監護室患者感染等。由于耐藥性的產生，有些國家碳青霉烯類抗生素對半數以上接受治療的肺炎克雷伯菌感染患者無效。

氟喹諾酮類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，但細菌對這種藥物的耐藥性也已非常廣泛。這種藥物最初在19世紀80年代開始采用時，耐藥性幾乎為零。今天，世界上許多國家的這種藥物治療對半數以上的患者無效。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、日本、挪威、南非、斯洛文尼亞、瑞典和英國等已經無療效，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了患病時間，而且增加了死亡的危險。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%。耐藥性還加大了衛生保健的成本，因為住院時間較長并需要更多的重癥監護。

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

通過耐藥基因的水平轉移，細菌可以通過多種方式耐受抗生素。例如，細菌可以產生滅活酶來抵御抗生素。細菌產生的β-內酰胺酶可以讓青霉素類藥物失效；細菌還能產生磷酸轉移酶、乙酰轉移酶等，可使鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素等氨基甙類抗生素失去活性。細菌還可以生成盔甲，以阻止抗生素進入細菌體內，從而抗御抗生素。細菌還可以堵塞生物通道以抗御抗生素，如讓細胞膜通透性降低，或增厚細胞壁，使抗生素難以進入細菌體內。同時，細菌還可以通過生物泵把抗生素排出體外，讓抗生素無法發揮作用。

最重要的是，耐藥基因的水平轉移可以在多個方面產生，即在人類、寵物、家養動物、野生動物、農作物、野生植物、食物和自然環境之間多方面轉移。

抗生素殘留對環境和生態的影響

大量的抗生素滯留在水體、土壤和植被中不僅對人造成影響，而且會對其他生物和環境造成影響。遺憾的是，現在對這些方面的研究和認識還不足?？傮w而言，抗生素滯留在環境中有多種出路，它們會在土壤、水和沉積物中重新分配，經過吸附、水解、光降解、微生物降解（有氧和無氧降解）和植物降解等一系列過程發生遷徙和轉化。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，則對環境造成的影響或危害不會太大，反之就會影響或危害環境和生態。

例如，吸附是抗生素在土壤環境中遷徙和轉化的重要過程，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、代謝途徑及使用劑量不同，在環境中的轉移也不一樣?？股卦谕寥乐械霓D移主要取決于自身的光穩定性、鍵合、吸附特性、淋洗和降解速率等。不同種類的抗生素由于結構和特點不同，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，土壤對恩諾沙星具有較強的吸附作用，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。四環素類如金霉素、土霉素和強力霉素與土壤和沉積物有較強的吸附力，大環內酯類抗生素如泰樂菌素和阿維菌素以及氟喹諾酮類藥物對表層土壤礦物質也有明顯的吸附能力。當然，抗生素的吸附能力還與土壤類型、pH值等有關，一種抗生素在不同的土壤中的吸附系數差異很大。四環素類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，則抗生素污染環境的程度會降低?？股氐乃庥峙c環境中的pH值有關。在各類抗生素中，頭孢菌素類抗生素在酸性、堿性和中性條件的水環境中都能發生水解反應。β-內酰胺類、大環內酯類和磺胺類也都容易溶于水而發生水解。但大環內酯和磺胺類在pH值為7的中性條件下水解慢，而且活性較低。β-內酰胺類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環境的影響，生物降解包括植物降解和微生物降解，這兩者都對抗生素的降解至關重要。被生物降解的抗生素可以轉化為生物體的組成部分或是最終轉化為沒有生物毒性的無機或有機小分子。

許多微生物，如光合菌、乳酸菌、放線菌、酵母菌、發酵絲狀菌、芽孢桿菌、枯草桿菌、硝化細菌、酵母等都對抗生素有降解作用。在微生物作用下，抗生素殘留的結構發生改變，導致抗生素化學和物理性質發生改變，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，可以實現環境的無害化。

其實，耐藥細菌的出現就是對抗生素效力的降解，一方面可能造成對人類的不利，如藥物失效，另一方面卻可能保護環境和生態，讓抗生素不會大量和廣泛地殺滅其他微生物，所以這是一個矛盾的兩個方面。

對待抗生素的態度

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，但也對人不利，同時可能破壞環境和生態，因此現在人類處于兩難境地。解決這個兩難問題其實可以歸納到兩個方面：一是減少對抗生素的生產和使用，二是尋找抗衡抗生素負作用的措施。

世界衛生組織對于減少使用抗生素已經提出了多種方法。例如，從改善衛生，獲取干凈的水，以衛生保健設施控制感染，以及接種疫苗等多方面著手，減少對抗生素的需求。只有在確實需要時才開出處方和使用抗生素，處方開出的抗生素必須適用于治療的疾病等。公眾只有當醫生開出處方時才能使用抗生素。

但是，抗生素對環境和生態的影響現在研究得比較少，因而人們還感覺不到這種影響最終會通過什么樣的途徑反作用于人類社會。當然，一個總的原則是，如果環境和生態受到抗生素濫用的破壞，人類最終會品嘗到后果。

不過，對于減少抗生素殘留對環境的影響現在也有了一些研究結果，并有多種啟示。例如，利用一些植物來降解抗生素。有研究人員發現，通過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于大漂；對于采集的污水（抗生素濃度2.5微克/毫升），培養72小時后，大漂和鳳眼蓮對鹽酸四環素的去除率分別達80%和90%以上，對氨芐青霉素的去除率分別達80%和70%以上。大漂和鳳眼蓮對4種抗生素（氨芐青霉素、鹽酸四環素、鹽酸土霉素和鹽酸金霉素）污染的水體均表現出不同程度的修復功能，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。

【責任編輯】張田勘endprint