抗生素的污染现状与管理策略，看这篇就够了

　　标题：Review on antibiotic pollution dynamics: insights to occurrence, environmental behaviour, ecotoxicity, and management strategies

　　期刊：Environmental Science and Pollution Research，Review Article，Published: 19 August 2024

　　doi：https://doi.org/10.1007/s11356-024-34567-1

　　推荐语：该文章给出了近百种抗生素的毒性数据，非常值得下载学习，可用来评价抗生素的生态风险

　　抗生素污染动态综述：出现、环境行为、生态毒性及管理策略的见解

　　摘要

　　抗生素污染由于其对公共健康和环境的深远影响而成为全球关注的重大问题。这篇综合性综述探讨了各种抗生素类别在环境污染中的普遍性及其与自然生态系统的相互作用。氟喹诺酮类、大环内酯类、四环素类和磺胺类药物已成为全球环境基质中的主要污染物。这些抗生素的浓度因生产实践、消费者行为和社会经济因素的不同而在不同环境中有所差异。低收入和中低收入国家在管理抗生素污染方面面临独特挑战，水解、吸附和生物降解等主要机制会导致有毒副产物的形成。生态毒性报告显示，这些副产物对水生和陆地生态系统的有害影响，进一步凸显了问题的严重性。值得注意的是，仅监测抗生素母体化合物可能不足以制定有效的抗生素污染控制和管理策略。综述强调了应采取全面的多部门合作的方式来解决环境抗生素污染问题，并对抗微生物药物耐药性展开斗争。文章还倡导制定和实施适应特定环境条件和因素的国家行动计划，以此来保护公共健康和自然生态系统的微妙平衡。

　　关键词：抗生素、潜在来源、出现、消除途径、生态毒性、行动计划

　　引言

　　抗生素的广泛使用不仅显著改善了人类和动物的健康状况，还增加了抗生素耐药性的风险。由于全球抗生素的广泛生产和使用，抗生素已成为一种常见的环境污染物。抗生素通过人类和动物的粪便进入环境，其在水体、土壤等环境基质中的存在会引发抗药性基因的扩散，影响生态系统的平衡。

　　本综述文章探讨了抗生素在环境中的来源、分布、环境行为及其生态毒性，评估了不同抗生素在各种环境基质中的持久性和生物降解性。此外，文章还讨论了当前管理抗生素污染的挑战，并提出了有效应对抗生素污染问题的管理策略。

　　环境中抗生素的来源与出现

　　抗生素在环境中的来源主要包括人类医疗使用、畜牧业、农业和制药工业。它们通过多种途径进入环境，包括未完全吸收的药物通过排泄物进入下水道系统，农业中使用的粪肥和污泥，工业废水排放，以及水产养殖等。

　　抗生素在环境中的可能来源、发生和归宿

　　这些抗生素在自然水体、土壤、沉积物和空气中被检测到，且浓度因地理区域和使用模式的不同而有所差异。高浓度的抗生素通常出现在人口密集和农业发达的地区。畜牧业特别是密集养殖的区域，往往是抗生素进入环境的主要来源之一。

　　抗生素的环境行为

　　抗生素进入环境后，会经历一系列复杂的物理、化学和生物过程，这些过程决定了它们的持久性和在环境中的分布。主要的环境行为包括：

　　1. **水解**：在水体中，某些抗生素会发生水解反应，但水解速率因抗生素的化学结构和环境条件（如pH值、温度）而异。

　　2. **光解**：抗生素在暴露于阳光下时可能发生光解反应，生成不同的降解产物。光解效率依赖于光照强度、抗生素的化学特性以及环境中的其他物质。

　　3. **吸附**：抗生素可以通过吸附作用附着在土壤颗粒和沉积物上。吸附能力受抗生素的分子性质和环境中有机质含量的影响。

　　4. **生物降解**：微生物可以通过代谢过程降解抗生素，但生物降解速率受抗生素的化学结构、微生物群落组成以及环境条件的影响。某些抗生素降解后可能产生有毒的副产物。

　　这些行为决定了抗生素在环境中的持久性、迁移性以及它们对生态系统的潜在影响。

　　抗生素的生态毒性

　　抗生素在环境中的存在对各种生态系统构成了潜在威胁。表3总结了近百种抗生素对水生生物的毒性研究，表明抗生素之间的毒性作用各不相同。β-内酰胺类、四环素和甲氧苄啶的毒性最小，而氟喹诺酮类、大环内酯类和磺胺类药物的毒性更高。其生态毒性主要体现在以下几个方面：

　　（该表格包含了近百种抗生素的毒性数据，非常值得下载学习，可用来评价抗生素的生态风险）

　　1. **水生生物**：抗生素对水生生物，如藻类、无脊椎动物和鱼类，可能产生有害影响，导致生长抑制、繁殖障碍和死亡。即使在低浓度下，抗生素也可能引发抗性菌株的形成，进一步影响生态平衡。

　　2. **陆地生物**：土壤中的抗生素会影响土壤微生物群落的多样性和功能，改变养分循环过程。这可能对植物生长产生负面影响，并通过食物链影响更高等级的生物。

　　3. **抗性基因的传播**：环境中的抗生素可以促使抗性基因在微生物群落中传播，这不仅对环境中的生物构成威胁，也可能通过食物链传递给人类和动物，增加公共健康风险。

　　4. **副产物的毒性**：在环境中降解的抗生素可能产生有毒副产物，这些副产物有时比原始抗生素更具毒性，对生态系统造成进一步的威胁。

　　综上所述，抗生素在环境中的存在及其引发的生态毒性问题是一个复杂的多层面挑战，需要引起足够的重视并采取有效措施加以应对。

　　以下是文档中**抗生素介导的抗微生物药物耐药性（AMR）风险**部分

　　抗生素介导的抗微生物药物耐药性（AMR）风险

　　抗生素在环境中的广泛存在加剧了抗微生物药物耐药性（AMR）的传播风险。抗生素通过以下几种途径促进AMR的扩散：

　　1. **选择压力**：环境中残留的抗生素会对微生物群落施加选择压力，促使抗性菌株的出现和扩散。这些抗性菌株能够在抗生素存在的条件下存活并繁殖，进一步传播耐药基因。

　　2. **基因水平转移**：抗生素可以促进抗性基因通过质粒、转座子等基因元件在细菌间水平转移。这种基因交换增加了抗性基因在环境微生物群落中的传播速率。

　　3. **人类和动物健康风险**：环境中的抗性细菌和抗性基因可能通过水源、食物链等途径传递给人类和动物，增加感染难以治疗的抗药性疾病的风险。

　　4. **环境库的扩大**：环境中存在的大量抗生素和抗性基因增加了抗性基因库的规模，提供了多样化的抗性途径，从而使得应对AMR的难度更大。

　　综上所述，环境中的抗生素污染不仅直接影响生态系统，还通过推动抗微生物药物耐药性传播对公共健康构成严重威胁。迫切需要全球范围内的协调行动来减少抗生素污染，并应对AMR的扩散。

　　减少环境中抗生素污染的控制和管理策略

　　为了应对环境中抗生素污染及其引发的抗微生物药物耐药性（AMR）问题，需要采取一系列控制和管理策略。主要策略包括：

　　1. **法规和政策**：制定和实施严格的法规，以限制抗生素在农业、畜牧业和制药行业的使用，尤其是在低收入和中低收入国家。推行这些法规有助于减少抗生素的过度使用和滥用。

　　2. **废水处理**：改善废水处理工艺，确保抗生素在排入环境前被有效去除。鼓励研发和采用高级水处理技术，如光催化氧化和生物处理，以提高抗生素降解效率。

　　3. **抗生素使用管理**：加强对抗生素使用的监管，特别是在医疗和农业领域，推广合理使用抗生素的做法。实施抗生素替代策略，如使用益生菌和疫苗，减少对抗生素的依赖。

　　4. **公众教育和意识提升**：提高公众和专业人员对抗生素污染及其带来的风险的认识。教育活动应侧重于合理使用抗生素和保护环境的意识，以减少抗生素排放。

　　5. **研究与创新**：支持关于抗生素环境行为、生态毒性和AMR传播机制的研究。推动开发新的抗生素替代品、改进废水处理技术，以及新型抗生素的发现和使用。

　　6. **国际合作**：推动全球范围内的合作，分享知识和技术，以应对抗生素污染和AMR问题。国际社会应共同制定和实施跨国界的行动计划，以减少全球抗生素污染。

　　通过这些综合性的控制和管理策略，可以有效减少环境中抗生素污染的风险，并减缓抗微生物药物耐药性的扩散，最终保护生态系统和公共健康。

　　废水处理和再利用

　　废水处理是减少环境中抗生素污染的重要措施之一。现有的废水处理工艺（如初级、二级和三级处理）对去除抗生素有一定效果，但往往不足以彻底去除所有抗生素残留。因此，增强废水处理技术是减少抗生素排放的关键。

　　1. **高级氧化工艺**：这些工艺，如臭氧化、光催化氧化和芬顿反应等，被认为对降解抗生素非常有效。这些方法通过产生高活性的氧化剂来分解抗生素分子，从而减少其在环境中的残留。

　　2. **生物处理技术**：采用活性污泥、膜生物反应器等生物处理方法，可以有效去除废水中的抗生素。然而，生物处理的效果取决于微生物群落的组成以及抗生素的种类和浓度。

　　3. **吸附法**：使用活性炭、沸石等材料进行吸附处理，可以去除水中的抗生素，但吸附容量有限，且处理后吸附剂的再生和处理是个挑战。

　　4. **再利用策略**：处理后的废水可以再利用于农业灌溉、工业冷却和市政绿化等用途。在再利用过程中，必须确保残留抗生素的浓度在安全范围内，以防止二次污染。

　　废水处理和再利用不仅可以减少抗生素进入环境的风险，还可以节约水资源。但为了确保安全，需要不断优化处理技术，并严格监测再利用水中的抗生素残留。

　　全球行动计划

　　为有效应对抗生素污染和抗微生物药物耐药性（AMR）问题，全球范围内的协调行动至关重要。全球行动计划的关键要素包括：

　　1. **国际合作**：各国需加强合作，共享抗生素污染和AMR相关数据、技术和经验。国际组织应推动跨国界的政策制定和实施，以统一标准和规范。

　　2. **政策制定**：各国应制定和执行适应自身环境和经济条件的国家行动计划，涵盖抗生素使用管理、废水处理和环境监测等方面的内容。

　　3. **研究和监测**：支持全球范围内关于抗生素环境行为、生态毒性和AMR传播的研究。建立全球监测网络，跟踪抗生素污染的动态变化，评估风险并采取及时措施。

　　4. **公众教育**：提高公众和相关行业从业者对抗生素污染和AMR风险的意识，推广合理使用抗生素的做法，减少不必要的抗生素使用。

　　5. **资金和资源支持**：为抗生素污染和AMR的防控工作提供足够的资金和资源，尤其是在低收入和中低收入国家，确保这些地区有能力执行全球行动计划。

　　通过实施全球行动计划，可以加强对抗生素污染的控制，减缓AMR的扩散，保护全球公共健康和生态环境。

　　结论和展望

　　本综述全面介绍了各种抗生素在地表水、地下水、污泥、土壤以及污水处理厂和水产养殖等不同环境基质中的来源、发生、迁移、转化、消除途径和生态毒性。根据季节变化和环境因素，不同环境基质中的抗生素浓度从几ng/L到mg/L不等。氟喹诺酮类、大环内酯类、四环素类和磺胺类药物是环境中检测和分析最多的抗生素。氟喹诺酮类药物是使用最广泛的抗生素，由于针对前一种药物的抗微生物药物耐药性发生数次，目前已被头孢菌素类药物取代。尽管头孢菌素已成为一种广泛使用的药物，但其环境浓度没有得到充分报告，这可能对新的抗微生物药物耐药性的出现构成威胁。

　　尽管人们认识到吸附、水解、光降解、生物降解和氧化是重要的消除途径，但抗生素在传统和复杂的污水处理厂中的行为尚未得到充分了解。本综述确定水解是消除β-内酰胺类抗生素的主要过程之一，因为药物化合物中存在β-内酰胺环。此外，依赖于氧化还原条件的吸附和生物降解被评估为从不同环境基质中消除抗生素的集体证据。因此，必须识别、表征和监测抗生素的环境浓度，以确定其对生态系统的毒理学影响和可能的健康威胁。本综述建议进一步研究母体药物化合物及其副产物的潜在风险，而不是仅报告母体药物的环境浓度。母体抗生素及其副产物可以在水生环境中共生，必须研究其在不同环境条件下的生态毒理学。解决这一限制将对环境风险产生累加性或协同效应。此外，应采取多部门方法减少环境抗生素污染，以遏制抗微生物药物耐药性。与其倾向于采用“一刀切的方法”，不如根据环境条件制定国家行动计划。应向中低收入国家提供更多的支持和资源，以有效执行国家行动计划。