抗生素的污染現狀與管理策略，看這篇就夠了

　　標題：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

　　推薦語：該文章給出了近百種抗生素的毒性數據，非常值得下載學習，可用來評價抗生素的生態風險

　　抗生素污染動態綜述：出現、環境行為、生態毒性及管理策略的見解

　　摘要

　　抗生素污染由于其對公共健康和環境的深遠影響而成為全球關注的重大問題。這篇綜合性綜述探討了各種抗生素類別在環境污染中的普遍性及其與自然生態系統的相互作用。氟喹諾酮類、大環內酯類、四環素類和磺胺類藥物已成為全球環境基質中的主要污染物。這些抗生素的濃度因生產實踐、消費者行為和社會經濟因素的不同而在不同環境中有所差異。低收入和中低收入國家在管理抗生素污染方面面臨獨特挑戰，水解、吸附和生物降解等主要機制會導致有毒副產物的形成。生態毒性報告顯示，這些副產物對水生和陸地生態系統的有害影響，進一步凸顯了問題的嚴重性。值得注意的是，僅監測抗生素母體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。綜述強調了應采取全面的多部門合作的方式來解決環境抗生素污染問題，并對抗微生物藥物耐藥性展開斗爭。文章還倡導制定和實施適應特定環境條件和因素的國家行動計劃，以此來保護公共健康和自然生態系統的微妙平衡。

　　關鍵詞：抗生素、潛在來源、出現、消除途徑、生態毒性、行動計劃

　　引言

　　抗生素的廣泛使用不僅顯著改善了人類和動物的健康狀況，還增加了抗生素耐藥性的風險。由于全球抗生素的廣泛生產和使用，抗生素已成為一種常見的環境污染物。抗生素通過人類和動物的糞便進入環境，其在水體、土壤等環境基質中的存在會引發抗藥性基因的擴散，影響生態系統的平衡。

　　本綜述文章探討了抗生素在環境中的來源、分布、環境行為及其生態毒性，評估了不同抗生素在各種環境基質中的持久性和生物降解性。此外，文章還討論了當前管理抗生素污染的挑戰，并提出了有效應對抗生素污染問題的管理策略。

　　環境中抗生素的來源與出現

　　抗生素在環境中的來源主要包括人類醫療使用、畜牧業、農業和制藥工業。它們通過多種途徑進入環境，包括未完全吸收的藥物通過排泄物進入下水道系統，農業中使用的糞肥和污泥，工業廢水排放，以及水產養殖等。

　　抗生素在環境中的可能來源、發生和歸宿

　　這些抗生素在自然水體、土壤、沉積物和空氣中被檢測到，且濃度因地理區域和使用模式的不同而有所差異。高濃度的抗生素通常出現在人口密集和農業發達的地區。畜牧業特別是密集養殖的區域，往往是抗生素進入環境的主要來源之一。

　　抗生素的環境行為

　　抗生素進入環境后，會經歷一系列復雜的物理、化學和生物過程，這些過程決定了它們的持久性和在環境中的分布。主要的環境行為包括：

　　1. **水解**：在水體中，某些抗生素會發生水解反應，但水解速率因抗生素的化學結構和環境條件（如pH值、溫度）而異。

　　2. **光解**：抗生素在暴露于陽光下時可能發生光解反應，生成不同的降解產物。光解效率依賴于光照強度、抗生素的化學特性以及環境中的其他物質。

　　3. **吸附**：抗生素可以通過吸附作用附著在土壤顆粒和沉積物上。吸附能力受抗生素的分子性質和環境中有機質含量的影響。

　　4. **生物降解**：微生物可以通過代謝過程降解抗生素，但生物降解速率受抗生素的化學結構、微生物群落組成以及環境條件的影響。某些抗生素降解后可能產生有毒的副產物。

　　這些行為決定了抗生素在環境中的持久性、遷移性以及它們對生態系統的潛在影響。

　　抗生素的生態毒性

　　抗生素在環境中的存在對各種生態系統構成了潛在威脅。表3總結了近百種抗生素對水生生物的毒性研究，表明抗生素之間的毒性作用各不相同。β-內酰胺類、四環素和甲氧芐啶的毒性最小，而氟喹諾酮類、大環內酯類和磺胺類藥物的毒性更高。其生態毒性主要體現在以下幾個方面：

　　（該表格包含了近百種抗生素的毒性數據，非常值得下載學習，可用來評價抗生素的生態風險）

　　1. **水生生物**：抗生素對水生生物，如藻類、無脊椎動物和魚類，可能產生有害影響，導致生長抑制、繁殖障礙和死亡。即使在低濃度下，抗生素也可能引發抗性菌株的形成，進一步影響生態平衡。

　　2. **陸地生物**：土壤中的抗生素會影響土壤微生物群落的多樣性和功能，改變養分循環過程。這可能對植物生長產生負面影響，并通過食物鏈影響更高等級的生物。

　　3. **抗性基因的傳播**：環境中的抗生素可以促使抗性基因在微生物群落中傳播，這不僅對環境中的生物構成威脅，也可能通過食物鏈傳遞給人類和動物，增加公共健康風險。

　　4. **副產物的毒性**：在環境中降解的抗生素可能產生有毒副產物，這些副產物有時比原始抗生素更具毒性，對生態系統造成進一步的威脅。

　　綜上所述，抗生素在環境中的存在及其引發的生態毒性問題是一個復雜的多層面挑戰，需要引起足夠的重視并采取有效措施加以應對。

　　以下是文檔中**抗生素介導的抗微生物藥物耐藥性（AMR）風險**部分

　　抗生素介導的抗微生物藥物耐藥性（AMR）風險

　　抗生素在環境中的廣泛存在加劇了抗微生物藥物耐藥性（AMR）的傳播風險。抗生素通過以下幾種途徑促進AMR的擴散：

　　1. **選擇壓力**：環境中殘留的抗生素會對微生物群落施加選擇壓力，促使抗性菌株的出現和擴散。這些抗性菌株能夠在抗生素存在的條件下存活并繁殖，進一步傳播耐藥基因。

　　2. **基因水平轉移**：抗生素可以促進抗性基因通過質粒、轉座子等基因元件在細菌間水平轉移。這種基因交換增加了抗性基因在環境微生物群落中的傳播速率。

　　3. **人類和動物健康風險**：環境中的抗性細菌和抗性基因可能通過水源、食物鏈等途徑傳遞給人類和動物，增加感染難以治療的抗藥性疾病的風險。

　　4. **環境庫的擴大**：環境中存在的大量抗生素和抗性基因增加了抗性基因庫的規模，提供了多樣化的抗性途徑，從而使得應對AMR的難度更大。

　　綜上所述，環境中的抗生素污染不僅直接影響生態系統，還通過推動抗微生物藥物耐藥性傳播對公共健康構成嚴重威脅。迫切需要全球范圍內的協調行動來減少抗生素污染，并應對AMR的擴散。

　　減少環境中抗生素污染的控制和管理策略

　　為了應對環境中抗生素污染及其引發的抗微生物藥物耐藥性（AMR）問題，需要采取一系列控制和管理策略。主要策略包括：

　　1. **法規和政策**：制定和實施嚴格的法規，以限制抗生素在農業、畜牧業和制藥行業的使用，尤其是在低收入和中低收入國家。推行這些法規有助于減少抗生素的過度使用和濫用。

　　2. **廢水處理**：改善廢水處理工藝，確保抗生素在排入環境前被有效去除。鼓勵研發和采用高級水處理技術，如光催化氧化和生物處理，以提高抗生素降解效率。

　　3. **抗生素使用管理**：加強對抗生素使用的監管，特別是在醫療和農業領域，推廣合理使用抗生素的做法。實施抗生素替代策略，如使用益生菌和疫苗，減少對抗生素的依賴。

　　4. **公眾教育和意識提升**：提高公眾和專業人員對抗生素污染及其帶來的風險的認識。教育活動應側重于合理使用抗生素和保護環境的意識，以減少抗生素排放。

　　5. **研究與創新**：支持關于抗生素環境行為、生態毒性和AMR傳播機制的研究。推動開發新的抗生素替代品、改進廢水處理技術，以及新型抗生素的發現和使用。

　　6. **國際合作**：推動全球范圍內的合作，分享知識和技術，以應對抗生素污染和AMR問題。國際社會應共同制定和實施跨國界的行動計劃，以減少全球抗生素污染。

　　通過這些綜合性的控制和管理策略，可以有效減少環境中抗生素污染的風險，并減緩抗微生物藥物耐藥性的擴散，最終保護生態系統和公共健康。

　　廢水處理和再利用

　　廢水處理是減少環境中抗生素污染的重要措施之一。現有的廢水處理工藝（如初級、二級和三級處理）對去除抗生素有一定效果，但往往不足以徹底去除所有抗生素殘留。因此，增強廢水處理技術是減少抗生素排放的關鍵。

　　1. **高級氧化工藝**：這些工藝，如臭氧化、光催化氧化和芬頓反應等，被認為對降解抗生素非常有效。這些方法通過產生高活性的氧化劑來分解抗生素分子，從而減少其在環境中的殘留。

　　2. **生物處理技術**：采用活性污泥、膜生物反應器等生物處理方法，可以有效去除廢水中的抗生素。然而，生物處理的效果取決于微生物群落的組成以及抗生素的種類和濃度。

　　3. **吸附法**：使用活性炭、沸石等材料進行吸附處理，可以去除水中的抗生素，但吸附容量有限，且處理后吸附劑的再生和處理是個挑戰。

　　4. **再利用策略**：處理后的廢水可以再利用于農業灌溉、工業冷卻和市政綠化等用途。在再利用過程中，必須確保殘留抗生素的濃度在安全范圍內，以防止二次污染。

　　廢水處理和再利用不僅可以減少抗生素進入環境的風險，還可以節約水資源。但為了確保安全，需要不斷優化處理技術，并嚴格監測再利用水中的抗生素殘留。

　　全球行動計劃

　　為有效應對抗生素污染和抗微生物藥物耐藥性（AMR）問題，全球范圍內的協調行動至關重要。全球行動計劃的關鍵要素包括：

　　1. **國際合作**：各國需加強合作，共享抗生素污染和AMR相關數據、技術和經驗。國際組織應推動跨國界的政策制定和實施，以統一標準和規范。

　　2. **政策制定**：各國應制定和執行適應自身環境和經濟條件的國家行動計劃，涵蓋抗生素使用管理、廢水處理和環境監測等方面的內容。

　　3. **研究和監測**：支持全球范圍內關于抗生素環境行為、生態毒性和AMR傳播的研究。建立全球監測網絡，跟蹤抗生素污染的動態變化，評估風險并采取及時措施。

　　4. **公眾教育**：提高公眾和相關行業從業者對抗生素污染和AMR風險的意識，推廣合理使用抗生素的做法，減少不必要的抗生素使用。

　　5. **資金和資源支持**：為抗生素污染和AMR的防控工作提供足夠的資金和資源，尤其是在低收入和中低收入國家，確保這些地區有能力執行全球行動計劃。

　　通過實施全球行動計劃，可以加強對抗生素污染的控制，減緩AMR的擴散，保護全球公共健康和生態環境。

　　結論和展望

　　本綜述全面介紹了各種抗生素在地表水、地下水、污泥、土壤以及污水處理廠和水產養殖等不同環境基質中的來源、發生、遷移、轉化、消除途徑和生態毒性。根據季節變化和環境因素，不同環境基質中的抗生素濃度從幾ng/L到mg/L不等。氟喹諾酮類、大環內酯類、四環素類和磺胺類藥物是環境中檢測和分析最多的抗生素。氟喹諾酮類藥物是使用最廣泛的抗生素，由于針對前一種藥物的抗微生物藥物耐藥性發生數次，目前已被頭孢菌素類藥物取代。盡管頭孢菌素已成為一種廣泛使用的藥物，但其環境濃度沒有得到充分報告，這可能對新的抗微生物藥物耐藥性的出現構成威脅。

　　盡管人們認識到吸附、水解、光降解、生物降解和氧化是重要的消除途徑，但抗生素在傳統和復雜的污水處理廠中的行為尚未得到充分了解。本綜述確定水解是消除β-內酰胺類抗生素的主要過程之一，因為藥物化合物中存在β-內酰胺環。此外，依賴于氧化還原條件的吸附和生物降解被評估為從不同環境基質中消除抗生素的集體證據。因此，必須識別、表征和監測抗生素的環境濃度，以確定其對生態系統的毒理學影響和可能的健康威脅。本綜述建議進一步研究母體藥物化合物及其副產物的潛在風險，而不是僅報告母體藥物的環境濃度。母體抗生素及其副產物可以在水生環境中共生，必須研究其在不同環境條件下的生態毒理學。解決這一限制將對環境風險產生累加性或協同效應。此外，應采取多部門方法減少環境抗生素污染，以遏制抗微生物藥物耐藥性。與其傾向于采用“一刀切的方法”，不如根據環境條件制定國家行動計劃。應向中低收入國家提供更多的支持和資源，以有效執行國家行動計劃。