抗生素环境超标原因及应对措施探讨

◎ 孙斌斌

抗生素环境超标原因及应对措施探讨

◎ 孙斌斌

摘 要：随着抗生素的广泛使用和公众环境意识的不断增强，抗生素的滥用问题引起了社会大众和政府的广泛关注。本文通过分析导致环境中抗生素严重超标的原因并结合抗生素的特点和分布特征提出了解决这一环境问题的途径。

关键词：抗生素 滥用超标 应对措施

抗生素（antibiotics）是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质（来自百度百科定义）。自20世纪90年代，抗生素作为药物及个人护理产品（PPCPs）的一种，其滥用的问题引起了社会的广泛关注。抗生素是治疗人类和家畜疾病、促进动物生长的一种优良产品［1］。尽管抗生素给人类的健康以及农畜牧业带来了很大的好处，但是广泛使用甚至滥用抗生素造成的潜在环境风险得到了越来越多的关注［2］。2014年《自然》杂志撰文称，目前细菌的抗药性在不断的增加，致使许多药物起不到任何有效作用［3］。作者呼吁建议建立全球性组织来解决这一全球性的问题。2014年12月，世界卫生组织发布的《抗微生物药物耐药性全球行动计划（草案）》，被认为是“特别重要、需要填补的知识空白”。这些都表明，抗生素的滥用以及所引起的环境风险问题，已经引起了全球范围内的关注。

2011年10月18日，中国卫生部表示，中国患者抗生素的使用率达到70%，是欧美国家的两倍。据统计，在药店销售前15位的药物中，抗生素类就占了10位。抗生素广泛存在于环境中，甚至在自来水里面都能检测出来［4， 5］。不久前，美国高盛公司资产管理部前主席奥尼尔提出警告:“中国到2050年将每年有100万人死于对抗生素具有耐药性的“超级病菌”感染，损失将会高达20万亿美元。这说明到2050年，中国每年会有100万人死于抗生素的滥用。抗生素的滥用直接导致了“超级细菌”的产生，“超级细菌”可以在人与人之间传播，因此危害特别的大。最近，美国发布了一个对抗耐药性“超级细菌”的行动计划，宣布将在5年内减少50%的艰难梭菌感染，减少60%的耐碳青霉烯类肠杆菌（CRE）感染，减少至少50%的耐甲苄基青霉素金黄色葡萄球菌（MRSA）感染。“超级细菌”的产生的一个重要途径就是滥用抗生素。众多研究机构在2014年的调查数据表明，磺胺类抗生素占到了地表水环境中抗生素总量的33%，喹诺酮类占了30%，其他四环素类和β-内酰胺类各占了10%［6］。人类和家畜以及其他生物摄取抗生素后，只有一小部分的抗生素会通过新陈代谢而降解，大部分会随粪便、尿液等进入体外环境中，广泛存在于土壤、沉积物、地表水和地下水当中，导致潜在的环境风险和毒理问题［7］。

因抗生素会引起细菌抗药性增强、通过食物链以及饮用水对人体造成潜在的危害、对环境中的生物或蛋白质造成伤害等问题，引起了政府和人民群众的普遍关注。本文对抗生素类药物的滥用以及环境中污染严重超标的原因和需要采取的相应措施进行了阐述。

一、自然环境中抗生素类药物存在原因

抗生素具有较高的生物活性并且在人体和动物体内很难被代谢掉，使得其在自然环境中可以长久存在。环境中的抗生素会使细菌的抗药性增强、常规药物难以有效抗菌，并且会通过食物链进入人体造成伤害，对人类和其他生物的健康造成潜在的危险。因此探讨抗生素类药物的滥用、环境中抗生素类药物的超标问题，尤其所导致的危害是很有必要的。造成抗生素类药物的滥用和在自然环境中严重超标的原因是很多因素综合作用的结果。总结其原因可阐述如下：

（一）医疗上的滥用

抗生素用于人类和家畜疾病造福人类的同时，也产生了一些抗生素被不正当使用的现象。而造成这种原因的本质在于，我们没有建立健全相应的法律制度与监管机制。虽然我国卫生部已经于2004年组织编写了《抗菌药物临床应用指导原则》，但是这个规则并没有被有效地执行，因此在市场执行监督方面还有待进一步加强。在市场上的一些药店，我们可以轻而易举地买到诸如阿莫西林、四环素片、诺氟沙星等常用抗生素类药物。我们知道购买这类处方药是必须凭处方购买，并遵医嘱服药，但是在生活中一些药店并不严格执行这一规则，并且不对购药者进行详细的讲解。另外，对于个人而言，还存在一些对抗生素类药物的误解问题，比如，将抗生素作为万能药。我们知道，抗生素是抑菌杀菌药物，其对由病毒引起的疾病并没有太大的作用，当产生感染类疾病的时候，多发生普通民众根据表象而误服抗生素。也有一些人为了追求身体的健康而乱服抗生素，将其作为预防性感冒药，却忘记了“是药三分毒”的道理。因此，抗生素用于人类疾病预防治疗过程中会导致严重的抗生素滥用现象。

（二）工业和生活污水的排放

污水的排放使得环境水体中抗生素严重超标是造成抗生素风险的另一个重要原因。污水的来源主要包括企业所产生的工业废水和城市居民生活污水。就目前而言，由于常规的水处理技术很难去除和降解这类污染物。以常用广谱抗菌剂——磺胺甲恶唑为例，在七个城市污水处理厂所采集的样本中，磺胺甲恶唑中竟然高达596ng/L［8］。如此高的抗生素含量其来源是什么呢？其中最主要的原因是处理废水成本太高，一些企业尤其是制药厂企业为了降低生产成本，将抗生素含量远远超标的废水不经任何处理就排放到环境中，造成了一系列的环境问题，如提高了细菌的抗药性以及通过食物链对人类和其他生物造成一定的毒理危害。2014年12月份发生的山东鲁抗医药股份公司私自排放污水事件中，其排放的污废水中四环素类抗生素的浓度为53.688 ug/ L，是自然水体中四环素含量的上万倍。此事件直接引发的抗生素类药物的滥用和环境污染严重超标话题，已经成为社会所关注的焦点，并引起人们对抗生素所产生的健康风险的担忧。城市生活污水中的抗生素的存在也是自然水体中抗生素含量升高的主要因素。人类以及动物在服用抗生素后，食用的抗生素只有以小部分被降解，其余大部分随粪便和尿液进入环境中，这无疑造成了生活污水中抗生素的严重超标。

（三）养殖用户滥用抗生素

世界上很多国家和地区应用抗生素来治疗动物疾病以及保护动物健康，同时这些国家将抗生素掺入饲料中来提高动物的生长率和饲养率［7］。养殖业造成抗生素在自然环境中超标主要是基于两个原因：（1）部分抗生素因过期或者其他原因被丢弃于环境中；（2）生物的滥用抗生素，使得大部分未代谢的抗生素进入环境中，其中后者是主要原因。抗生素在动物肠道体系并未全部吸收，大部分抗生素都会随粪和尿液便排出体外。鉴于人们将家畜粪便作为肥料施加到土壤中，越来越多的国家和地区开始关注抗生素进入环境中的风险和危害。例如，食用精饲料的鸭子饲养45天就可以出栏。在饲养的过程中，很多用户为了提高鸭子预防疾病的能力，继而提高鸭子存活率和利润率，因而大量的使用抗生素类药物。这些养殖户在使用抗生素过程中，有时并不按照抗生素的使用标准来添加，而是将抗生素作为一种预防性的药物大量的无标准的随意添加，这样做的结果虽然在短期内看似实现了利润的最大化，但是其存在很大的潜在危害。美国销售的抗生素里80%都应用到了农业和水产养殖业上，一方面是使得家畜或者海鲜食品中抗生素含量大大超标。家畜和海鲜不断地食用抗生素，导致寄身在这些动物体内的细菌的抗药性也明显增强，养殖户为了保证存活率从而不得不进一步加大剂量，如此循环下去势必会造成更大的环境危害；另一方面是，家畜和海鲜未经代谢的抗生素随粪便进入固体垃圾和水体环境中，这使得环境中的抗生素含量越来越高，最终会造成不可逆的环境污染。

（四）固体废弃物处置过程中导致抗生素进入环境

值得注意的是，一些过期药物的随意丢弃和富含抗生素类药物的固体垃圾在后期处理过程中也会导致抗生素进入自然环境中，这些抗生素会随着固体垃圾渗滤液进入地下水从而对人体造成潜在的危害。因此我们在处理固体废弃物时需要慎重的选择处理处置的方法和措施，并对渗滤液进行实时监测防止超标抗生素进入环境中造成危害。目前而言国家还缺乏一套完善的评价体系和标准，因此需要加快在固废处理处置方面的政策和相关评价体系的建立。

二、应对方案和措施

目前抗生素的去除和检测还需要进一步规范，进入环境中的抗生素没有一个很好的评价指标和体系。值得注意的是虽然目前对于抗生素的检测在技术上是不存在问题的，但是我国对于饮用水中抗生素的含量并没有检测标准和指标，这对于控制环境中抗生素的风险和评价其危害性是极为不利的。目前的污水处理方式和手段很难根除水环境中的抗生素，这导致越来越多的抗生素以及其衍生物进入环境之中。环境中抗生素的含量正如前文所言都处于“纳克”级别，某种程度上是可以忽略不计的。有专家表示，如果自来水中抗生素含量为8ng/L，一个人每天喝两杯水，70年不间断才可摄取0.4mg的含量，这表明通过饮用水摄取的抗生素是远远低于医用抗生素的滥用。虽然关于自然环境中的抗生素是否会引起细菌耐药性的提高，如此低痕量的抗生素是否会有较大的环境风险和人体损害效应，对此科学界还没有统一的结论，但是我们必须尽快建立相关的评估手段和检测方法，将这种污染物的环境风险扼杀在摇篮中，并建立一套安全有效的抗生素使用体系和办法。千里之堤毁于蚁穴，我国环境之所以到今天如此严重的地步就是没有做到预防为主、防治结合，所以我们对待抗生素问题上必须要提高警惕。

（一）完善相关法律法规的建立以及加强监督

虽然我国政府于2004年编写了《抗菌药物临床应用指导原则》，但是没有关于抗生素滥用以及主治医生滥开抗生素的处罚，缺乏一套可行性的操作流程和规范。对于抗生素的使用尤其是滥用尚缺乏一套行之有效的措施和监督手段，患者在服用抗生素时是否严格遵医生嘱托以及过期药物的处理处置问题，都迫切需要解决。虽然新制定的环保法对于污染进行了严格的控制，比如“明确政府责任、加大违法排污惩处力度”等方面有所加强”，被称为“史上最严环保法”。但是，我们看到对于饮用水中抗生素的含量问题却一直得不到重视，这说明国家在这方面做得还是不够，因为我国目前指定的自来水国标中没有相关的评价指标和体系。这也导致了部分不良生产商比如自来水供应企业拿国标当挡箭牌，而造成了更多的环境污染问题。我国《地表水环境质量监测》和国家《生活饮用水卫生标准》中并没有抗生素的指标，国家水质检测指标还有待于进一步完善。根据目前查阅的资料，不仅是中国，世界上很多国家诸如美国、欧洲经济共同体都未规定饮用水中抗生素的检测指标。因此，就全世界而言，还缺乏对抗生素危害和毒理的认识。正如北京公众健康饮用水研究所赵飞虹副研究员所言：“目前我国对于抗生素污染的监管还处于空白，标准的制定是一个长期和漫长的过程”。另外，针对污水处理厂排放的污水和固体垃圾废弃物渗滤液以及养殖户所产生的废水，尤其是在淡水较丰富的地区要加快制定相关的法律法规，以便执法人员有法可依。

在加强相关法律和法规体系建立的同时，还应该加大执法力度，做到有法可依、执法必严。对于乱排乱放的企业和个人有没有追究责任人？对于执法过程中，执法人员和不良企业的合谋行为要加强监督并进行严厉的处罚，一经发现严肃处理绝不姑息养奸。对于其排放的污水要进行不定时的检测和审查，使不良企业没有任何应对政策，只能按照正常的流程处理废水。

对于无证经营的药店要及时关闭，对于无证给患者开处方药物的单位和个人要加大处罚力度，对于某些医生以盈利为目的的乱开抗生素类药物的现象要及时制止并进行一定的处分。医生在就业之前必须有相关的资格证，而且必须要经过一段时间的培训并通过相关的考核方可安排上岗，不合格的人员则不予录用。针对患者，我们首先要对症下药，药物不能乱开一气，要做到有效治疗定向治疗；其次，要不断地劝诫患者遵医嘱，不能乱服抗生素尤其是不能将抗生素作为一种抗菌剂。最后，要将抗生素滥用的危害阐明，抗生素的滥用不仅危害自身而且严重污染环境，对地球上的其他生物造成潜在的危害。

（二）加快污废水处理处置技术的研发

我们知道企业之所以会将含有高浓度污染的废水排入环境之中，在很大程度上可以归结为废水处理处置成本的居高不下。目前关于污水中的抗生素类物质的处理处置还没有廉价且快速的方法和措施，这使得废水中抗生素含量越来越高，而无法得到去除。目前关于废水的处理处置采用的方法有高级氧化技术、投放吸附剂、微生物降解、光催化技术以及植物修复或以上各种手段联合使用的技术手段。这些技术手段在降解抗生素方面是快速且有效的，关键问题在于成本高。污染场地上经常使用的活性炭吸附剂，虽然吸附效果较好，但是成本问题却限制了其广泛使用。高级氧化技术虽然可以将污染物氧化为水和二氧化碳，但是毫无疑问的是成本依然是制约其进一步工业化的因素。微生物及植物修复或者两者联合技术的应用在某种程度上可以降解污染物，污染物作为能源被生物所利用从而进一步增加生物数量反过来再进一步降解污染物，此方法具有方便、成本低以及不产生二次污染等特点，但是经微生物降解后的中间产物的毒性需要进一步考察，而且降解过程产生的难闻气味也需进一步解决。综上所言，目前各种技术对于环境污染物的降解都存在一定的优越性和缺陷，加快突破技术上的瓶颈是关键。

吸附作用对于控制污染物在环境中的迁移、转化以及归宿而言是一个重要的过程，吸附过程不存在二次污染现象并且适应各种水体环境，尤其是一些环境痕量物质。前面介绍了活性炭作为吸附剂，其生产成本高，不适合大规模使用。近几年兴起的生物炭技术则弥补了这一缺陷，生物炭按照国际生物炭协会的定义为：一种富含碳的固体物质。生物炭是在厌氧或限氧条件下，热裂解生物质原料得到的含有丰富炭质、含氧官能团以及具有较大比表面积的固体物质。生物炭的历史可归结为自然野火，其首先是被发现在亚马逊的黑土中。生物炭的利用对于当前的碳减排号召而言无疑是行之有效的举措［9］，除了提高粮食产量、提高土壤肥力和降低全球二氧化碳浓度等在农业上的应用外，还可以作为一种全新的可持续使用的廉价高效吸附剂［10］。生物炭本身吸附效率并不是太高，但是经过简单的化学处理就可以显著提高其吸附性能［11］。近些年兴起的纳米技术，使得生物炭与纳米技术结合制备出的复合吸附剂具有很高的吸附性能［12］。比如用氧化石墨烯吸附磺胺甲恶唑的饱和吸附量为240mg/g，因环境中抗生素均为痕量浓度，使其与生物炭结合再加入一些磁性物质比如四氧化三铁、氢氧化铁等物质做成高效吸附性能的磁性吸附剂，这样的吸附剂除了有很好的吸附效果之外，还可以与污水分离出来，再通过化学物理方法诸如盐分清洗、酸洗等处理吸附剂从而实现绿色可持续利用。最近发现生物炭可以产生羟基自由基来降解邻苯二甲酸酯，这证明了生物炭不仅是一种优良的廉价吸附剂，更可以作为一种降解材料。

（三）尽快制定养殖业定向抗生素使用手册并降低养殖成本

目前抗生素应用于肉猪、鸡、鸭、鱼等养殖产业，抗生素的使用在明显提高动物的存活率并提供给人类更多食物的同时，不可避免地使环境中抗生素含量升高以致造成一定的环境风险和毒理问题。欧盟决定从2006年1月1日起，饲料中全面禁止使用抗生素。目前我国还未出台相应政策，因此针对养殖户片面追求经济利益而滥用抗生素的情况，应该采取如下的措施：首先，要从根本上了解养殖户滥用抗生素的原因并采取相应的对策，这样才可以标本兼治。养殖用户滥用抗生素的是加快动物的生长速度进而提高利润降低成本，但是抗生素仅仅是抑菌剂，它不是万能的药物，更不能作为一种广谱预防试剂来使用。针对这一点，我们要提高养殖业的医疗水平和诊治手段，以动物为本，根据不同动物不同生长阶段寻求最佳的用药标准，并做到具体问题具体分析。其次，国家层次上通过合理布局、优化养殖条件从而节约成本，政策倾斜以及调控市场来保证养殖的利益。通过政策扶持那些合理使用抗生素的养殖户，市场自觉抵制抗生素滥用的养殖企业的产品以及指定一系列无抗生素的绿色食品。最后，加大宣传力度，增强普通用户尤其是对抗生素危害认识不清的群众的环境意识。作为社会大众的一员，我们除了自觉遵医嘱杜绝滥用抗生素之外，还需要加强抵制抗生素超标的食物以及增强环境保护意识，不将废弃药物乱丢乱弃。

（四）加快抗生素替代品研发及政府间联合作用

正如《自然》期刊所称，目前的抗生素替代产品比如益生菌、益生元和噬菌体治疗以及研发新型抗生素，都尚且处于实验阶段，远远达不到工业化应用的目的。一个产品的研发到满足市场化需要的路是很远的，期间包括政策、资金和人力方面以及后期的市场化都需要大量的资源支持。因此在广泛调研的基础上，合理安排相应的资源来加快健康替代品的研发以及临床试验和工业化使用是当务之急。NovoBiotic制药公司在 Nature 杂志上公布的新型抗生素 teixobactin 研发工艺及应用疗效的早期数据表明，该新型抗生素在小鼠体内安全有效且不易诱导细菌产生耐药性［13］，这无疑给“后抗生素时代带来了一丝曙光”，这证明人类完全有希望并且有能力战胜抗生素类药物带来的一系列环境危害。

基于抗生素的污染的全球性，降低抗生素带来的污染就必须联合世界上一切可调动的资源，诸如世界贸易组织、世界动物组织、世界自然基金会、世界卫生组织以及各国政府、科学研究所及科学家、相关企业以及全世界消费者的共同努力，就像当年消灭天花一样建立一个有效的、高反应效率的全球性组织。在严控全球范围内抗生素的使用、环境暴露浓度监测以及环境风险评价和预防方面可以快速地做出反应，以便更好地服务于人类和自然生物体。

三、结语

抗生素的环境风险自20世纪90年代被发现以来已有20年的历程，在这20年里因抗生素环境暴露和危害一直得不到社会大众和政府的关注，因此其相关的法律政策以及环境风险评价非常的匮乏，甚至某些政府和大众对抗生素的危害和环境风险了解甚微。解决抗生素滥用以及建立预防和治疗由抗生素所带来的环境危害和风险制度是势在必行的，目前政府、社会大众以及科学界都非常关注抗生素的滥用以及所带来的环境风险问题。基于抗生素污染的全球性，建立全球性的组织来应对抗生素的环境危害和风险是十分必要的。

参考文献：

［1］齐会勉，吕亮，乔显亮.抗生素在土壤中的吸附行为研究进展，土壤，（2009） 703-708.

［2］ H.C. Neu， The crisis in antibiotic resistance， Science （New York， N.Y.）， 257 （1992） 1064-1073.

［3］ M.W.J. Farrar， Policy: An intergovernmental panel on antimicrobial resistance， 2914.

［4］李贞，段文海，邵蓉.我国抗生素使用现状分析，国际医药卫生导报， （2006） 81-82.

［5］ R. Hirsch， T. Ternes， K. Haberer， K.L. Kratz， Occurrence of antibiotics in the aquatic environment，Science of the Total Environment， 225 （1999） 109-118.

［6］王丹，隋倩，赵文涛，吕树光，邱兆富，余刚.中国地表水环境中药物和个人护理品的研究进展，科学通报，（2014） 743-751.

［7］ A.K. Sarmah， M.T. Meyer， A.B.A. Boxall， A global perspective on the use， sales， exposure pathways，occurrence， fate and effects of veterinary antibiotics （VAs） in the environment， Chemosphere， 65 （2006）725-759.

［8］ M.J. García-Galán， M.S. Díaz-Cruz， D. Barceló， Occurrence of sulfonamide residues along the Ebro river basin: removal in wastewater treatment plants and environmental impact assessment， Environment international， 37 （2011） 462-473.

［9］ J. Lehmann， A handful of carbon， Nature， 447 （2007） 143-144.

［10］ D. Mohan， A. Sarswat， Y.S. Ok， C.U. Pittman Jr， Organic and inorganic contaminants removal from water with biochar， a renewable， low cost and sustainable adsorbent - A critical review， Bioresource Technology， 160 （2014） 191-202.

［11］ H. Zheng， Z. Wang， J. Zhao， S. Herbert， B. Xing， Sorption of antibiotic sulfamethoxazole varies with biochars produced at different temperatures， Environmental Pollution， 181 （2013） 60-67.

［12］ M. Zhang， B. Gao， Y. Yao， Y. Xue， M. Inyang， Synthesis， characterization， and environmental implications of graphene-coated biochar， Science of the Total Environment， 435 （2012） 567-572.

［13］ L.L. Ling， T. Schneider， A.J. Peoples， A.L. Spoering， I. Engels， B.P. Conlon， A. Mueller， T.F. Schaberle，D.E. Hughes， S. Epstein， M. Jones， L. Lazarides， V.A. Steadman， D.R. Cohen， C.R. Felix， K.A. Fetterman，W.P. Millett， A.G. Nitti， A.M. Zullo， C. Chen， K. Lewis， A new antibiotic kills pathogens without detectable resistance， Nature， 517 （2015） 455-459.

（责任编辑：卢小文）

【中图分类号】X50

doi:10.3969/j.issn.1674-7178.2015.02.005

作者简介：孙斌斌，南开大学在读博士研究生，主要研究方向为污染生态化学。

The Reason of the Overproof of Environmental Antibiotics and Its Solution

Sun Binbin

Abstract:With the use of antibiotics and the increasing of public environmental awareness， the abuse of antibiotics has already caused extensive governmental and public concerns. In this paper， through analyzing the reason， which has resulted in the antibiotics exceeding the environmentally safe level， and combing with the characteristics of antibiotics and distribution， the author puts forward a solution to solve this problem.

Keywords:antibiotic； abuse and overproof； solution