一、环境抗生素残留对环境和人类健康的威胁

制药和化学制造、农业和食品生产、医疗设施和城市废物是环境中抗生素残留和抗生素耐药性的重要来源。由于持续排放到环境中以及对环境和人类健康的潜在威胁，环境中的抗生素残留作为新污染物引起了极大的关注。

环境抗生素残留对环境和人类健康的威胁主要是：

1、抗生素残留可能加速环境中抗生素耐药性的出现；

2、环境中抗生素耐药细菌（Antibiotic Resistance Bacteria，ARB）和抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes，ARGs）向人类传播的潜在风险；

3、对肠道微生物群的影响和随后的潜在健康风险，包括微生物群破坏和ARB数量增加；

4、对环境和人类健康的潜在毒理学风险。

（一）抗生素残留与抗生素耐药性的关系

抗生素在人类传染病治疗领域取得了显著成果，如今其应用已扩展至畜牧业和水产养殖业。兽用抗生素的使用最初目的在于预防和治疗动物疾病，然而，它们逐渐被用作饲料添加剂，发挥预防性药物和生长促进剂的作用，如今此类用途已远超其作为动物治疗药物的应用规模。

抗生素可通过多种途径进入水体和陆地环境，如城市污水排放、制药业、畜牧业以及抗生素处理的垃圾渗滤液。其他来源可能包括含有畜禽粪便的农田径流和水产养殖池塘。尤其值得关注的是，用处理过的废水灌溉和用畜禽粪便施肥是在农业生态系统中引入抗生素的高潜力途径。

尽管多数抗生素的半衰期相对较短（从几小时至一百天不等），但由于抗生素的广泛应用和持续排放，环境中的抗生素残留物可被视为一种“持久性”有机污染物。

图1 环境中抗生素残留与人类抗生素耐药性的关系（图源[3]）

（二）抗生素残留诱发ARB和ARGs的产生与传播

抗生素残留物在环境中的存在对生态系统及人类健康的潜在危害性，引发了广泛关注。特别是在抗生素残留可能诱发ARB和ARGs的产生与传播方面，凸显出其严重性。

由于环境中的抗生素残留物长期存在，即使在低浓度下，抗生素残留也会对细菌产生选择性压力，有利于ARB和ARGs的扩散。自然环境更是被视为抗生素耐药性可能传播至人类和动物的中间介质。动物、人类、植物病原体以及其他细菌共享着一个可交换的共同抗性决定因素池。这种共同的耐药性决定因素可能对人类和动物的健康产生威胁。

全球范围内，ARB和ARGs的涌现和传播，已成为一项紧迫的公共卫生议题。包括我国在内的所有世界卫生组织区域国家，都面临着由ARB引发的感染性疾病蔓延的问题。

（三）抗生素残留对肠道微生物群的影响

抗生素残留在人体内可能与人体微生物组产生相互作用，而人体微生物组含有众多不同种类的微生物。每日自环境中摄入的抗生素残留可能大量进入人体胃肠道，此处的微生物种类高达800-1000种，菌株则超过7000种。

研究表明，抗生素暴露与肠道微生物组构成变化密切相关。这是由于抗生素对宿主相关微生物群落的广泛影响，而非针对某一特定目标细菌。抗生素治疗可能导致肠道菌群构成变化，并诱发ARB产生，这些ARB能在人体肠道内存在数年。

一旦肠道菌群失衡，可能导致有害细菌和致病菌大量滋生，倘若肠道细菌产生抗生素耐药性并迅速繁殖，就可能演变成超级细菌，由此引发的疾病将因难以治愈而致命。

（四）抗生素残留潜在的环境和人类健康风险

有研究构建了一个概念模型，目的在于评估人类因长期接触环境中抗生素残留所导致的抗生素耐药性引发的感染和死亡风险。结果发现，环境中抗生素残留进入人体及环境的动态过程复杂多变，在进化反应的作用下，致病性ARB随之产生，高水平抗生素耐药性对全球生态环境及人类生存构成严重威胁。

图2 环境中抗生素残留与抗生素耐药性相关人类健康风险评估的概念框架（图源[3]）

二、我国抗生素残留情况

随着我国经济的不断发展和公众健康水平的持续提升，抗生素的大量生产和消费导致严重的环境污染问题，这已成为对生态环境和人类健康的一大挑战。研究发现，我国土壤、地表水和沿海水域的抗生素检出率分别达到了100%、98.0%和96.4%。

（一）水环境中抗生素残留情况

近年来，我国主要江河流域、淡水湖泊以及海域中均有抗生素检出，其中海河污染最为严重，磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类的浓度是其他河流的十几倍甚至更多。研究结果显示，我国水环境中抗生素污染严重的地方基本上集中在经济发达、人口密集的区域。

在我国五大淡水湖泊中，鄱阳湖、洞庭湖、太湖和巢湖均有抗生素检出，其中洞庭湖和太湖相关抗生素浓度较低，洪泽湖中抗生素污染特征的研究目前缺少相关数据支持。此外，我国内陆的一些小型湖泊也表现出了较高的抗生素污染程度，如白洋淀，其磺胺类抗生素浓度最高。

研究发现，动物养殖场与污水处理厂根据其各环境中抗生素含量的检测结果，被视为环境中抗生素残留的主要源头。而地表水与沉积物则被视为抗生素残留的主要接受体。

（二）土壤环境中抗生素残留情况

土壤中的抗生素残留多与兽用抗生素有关，大部分兽用抗生素通过尿液和粪便排出，动物粪便和堆肥产品的土地施用、废水排放和处置未使用药物大大增加了土壤中抗生素的发生和流行抗生素在土壤中的累积，对微生物群落及活动产生负面影响，降低土壤生物多样性的同时，易于诱发抗生素耐药性细菌（ARB）的滋生。ARB在食物链中的传播，对人类和动物健康构成重大威胁。研究表明，人类与家畜粪便分别是药用抗生素和兽用抗生素排放的主要来源，分别占总排放量的57.6%和42.6%。在其中，猪粪占据了家畜粪便中抗生素残留的98.7%。

我国当前土壤中，磺胺类、喹诺酮类、四环素类及大环内酯类四类抗生素残留浓度较高，且存在显著的地域差异。抗生素含量较高的地区主要分布在渤海湾地带，包括京津冀、辽宁、山东地区以及长江流域。这一现象表明，土壤环境中抗生素残留主要集中在经济发达、城市化水平较高以及人口密集的地区。

针对基于PvOPBT的抗生素优先排序方法，已有研究构建了我国环境中的高度优先抗生素清单。目前，我们已确定18种主要应用于畜牧业的抗生素，这些抗生素在水相和固相中均被视为高优先级，被认为是亟待关注的首要任务，即须采取紧急措施，限制这些最优先级抗生素在畜牧业中的使用。

（三）大气环境中抗生素残留情况

迄今为止，我国尚无关于空气中抗生素残留浓度的相关报道。然而，在全球范围内已在部分养猪场、牛饲料场及制药公司排放的空气颗粒中检测到抗生素残留。

在1981年至2000年期间，德国某养猪场收集的粉尘样本中检出六种抗生素，包括泰乐菌素、三种四环素、磺胺甲氧嗪和氯霉素，其浓度范围在0-12.5mg/kg之间。

在美国南部高平原饲料场下风的粉尘中，测得三种四环素、泰乐菌素和莫能菌素的浓度范围为0.5至4.6mg/kg。此外，一家制药公司空气中的粉尘中检出青霉素，其平均浓度为6.6mg/立方米。

由此可见，未来大气环境中的抗生素残留也会成为抗生素领域的研究方向之一。

（四）食物中抗生素残留情况

许多抗生素已被用于食用动物的治疗、预防和促进生长目的，因此可能在肉制品里有微量抗生素作为残留物。

根据研究结果显示，我国肉、蛋、奶、鱼及蔬菜中均检测出过抗生素残留，且在牛奶、养殖鱼和蔬菜中有较高的检出率（90.9%-100%），鸡蛋、鸡肉和猪肉中检出率相对较低（2.5%-35%）。

2016年检测的上海市125份常见畜禽肉、奶类和水产品样品中的20种常见抗生素残留数据结果显示，肉类、奶类和水产品的抗生素残余含量很高，而水产品是人类摄入抗生素的重要来源。

抗生素在食物中的残留主要以喹诺酮类、磺胺类和四环素类为主，喹诺酮类抗生素在食物中的检出率及残留量均较高。

（五）人体中抗生素残留情况

抗生素在世界范围内广泛用于治疗人类疾病和促进动物生长，并且可以通过食物链和环境暴露进入人类胃肠道。摄入的残留抗生素会对肠道微生物群产生选择性压力，并随后重塑肠道微生物群落，影响肠道生理学，研究人类肠道菌群中的抗生素残留是了解抗生素的一般暴露水平的重要一步。

2017年的一项研究在人类粪便中共分析了19种具有代表性的抗生素，其中包括临床和兽用抗生素。研究结果表明，临床和处方使用抗生素是儿童的主要暴露途径，环境介质是成人的主要暴露途径。此外，不同经济发展水平的人类粪便中抗生素残留量存在显著差异，其中欠发达地区的人类粪便抗生素含量较高。

另外一项研究表明，在中国学龄儿童的尿液中检测到18种具有代表性的抗生素，表明中国学龄儿童携带了大量的抗生素负担。

虽然人类目前在身体里残留的抗生素剂量很低（纳克或微克/公斤），但它也会对神经、内分泌和免疫系统等造成一定程度的损害，并逐渐改变肠道微生物区系结构。

因此，为了了解儿童、孕妇等敏感人群对抗生素暴露的反应，下一篇文章我们将进行专题观察——儿童和孕妇接触抗生素的风险。