（分析化学专业论文）水环境中典型抗生素的残留水平及其分布.pdf

林殷水环境中典型抗生素的残留水平及其分布 水环境中典型抗生素的残留水平及其分布 专业：分析化学 姓名：林殷 导师：邹世春副教授 摘要 抗生素是一类广泛应用于防治人类、禽畜及水产养殖中各种细菌感染疾病的 化合物。近年来，抗生素的种类、产量与用量不断增加，加上药品管理的混乱和 药物的滥用问题非常严重，从而导致了人体以及环境中细菌耐药性的不断增强。 国际环境科学界乃至公众已开始广泛关注河流、湖泊等水环境中药物污染及其潜 在的危害性。在我国，相关方面的研究报道还非常少。我国的两大河流，即黄河 和珠江，尤其是珠江，其气候特点、药物种类、环境介质特征与环境微生物组合 等特征，与发达国家相比，均存在明显差异。因此，针对黄河、北江( 属珠江水 系) 流域特有的城市河流、养殖基塘等水体环境的抗生素行为及其归宿研究，对 于研究我国重要水体中的抗生素污染有重要意义。 本论文以黄河、北江和珠江三角洲养殖基塘为研究区域，选择喹诺酮类、大 环内酯类和磺胺类3 种典型的抗生素为主要研究对象，建立了基于h p l c m s m s 联用技术的复杂环境基质中典型药物的分离分析方法；基本查明了黄河中下游河 段、北江等重要水体和珠海、阳江两地养殖基塘中典型药物的含量水平及分布。 所取得的有关数据为进一步研究环境抗生素的的环境行为及控制对策提供了一 定的基础。 本论文的主要内容及结论包括： l 、复杂环境基质中典型抗生素分离分析方法的建立：基于高效液相色谱串联质 谱( h p l c m s m s ) 的高选择性和高灵敏度，对于水样，直接采用h l b 小 柱固相萃取( s p e ) 分离富集，沉积物样品则采用超声波萃取并结合s a x h l b 串联柱分离富集。经s p e 萃取、富集和净化的目标物，以h p l c m s m s 多 反应检测方式( m r m ) 对待测物进行定性和定量分析，分别建立了环境水样 和沉积物中痕量的喹诺酮类、大环内酯类、磺胺类等1 3 种典型抗生素的分离 摘要 和分析方法。结果表明，目标化合物的回收率完全满足水体中抗生素药物污 染物的检测要求，1 3 种抗生素在o 一1 0 0 0n g l 浓度范围内具有良好的线性， 检出限在l l on l 之间； 2 、黄河和北江水体中抗生素的含量水平与分布：对黄河、北江流域河段进行了 采样与分析。结果表明，黄河中下游河段存在较严重的抗生素污染，喹诺酮 类和大环内酯类抗生素浓度高于发达国家河流中抗生素含量，与这些国家污 水中的浓度水平相近；相对而言，北江流经人口密度更大、抗生素使用量更 多的珠三角地区，加上沿江流域分布有许多制药企业，因此其抗生素污染更 为严重，如诺氟沙星、红霉素和磺胺嘧啶的最高浓度可分别达到为4 2 9n g l 、 4 9 6n g l 和9 8 6n g l 。由于北江为沿江许多城市的水源地，其污染对人们的 建康影响必须引起有关部门的高度关注； 3 、养殖基塘中抗生素的含量水平与分布：对珠海和阳江部分养殖基塘进行采样 和分析。结果表明，尽管多数鱼塘地处相对偏僻的地区，养殖用水相对固定， 但三类抗生素在养殖基塘水样和沉积物( 底泥) 中都有检出，说明在我国水 产养殖过程中抗生素药物的污染是非常普遍的。养殖基塘的抗生素污染，除 了来源于抗生素药物的人为使用之外，养殖业用水( 包括河水或近海海水) 本身抗生素的残留也是其重要来源之一。 关键词：抗生素分析；液相色谱质谱质谱；固相萃取；黄河；北江；养殖基塘 i i y i nl i nc 0 n c 朗n 砒i o l l s 锄dd i s t r i b u t i o fs e v e r a js e l e c t e da n t i b i 甜c si nw 缸c re n v i r o n m e m s c o n c e n t r a t i o n sa n dd i s t r i b u t i o no fs e v e r a ls e l e c t e d a n t i b i o t i c si nw a t e re n v i r o n m e n t s m a j o r ：a n a 炒t i c a lc h e m i s t r y n a m e ：l i ny i n s u p e n ，i s o r ：z o us h i c h u n ，a s s o c i a t ep r o f e s s o r a b s t r a c t a n t i b i o t i ci sat y p eo fc h e m i c a l sw l l i c hi sw i d e l yu s e d 硒rt h e 仃e a t n l e n to fb a c t e r i a l d i s e a s e si i lh u m a i l s ，a 1 1 ds o m ea r e 印p l i e dt ol i v e s t o c ka 1 1 df i s hf o rd j s e a s ep r o p h y l a x i s a i l dt r e a t m e n to r 南rg r o 、机hp r o m o t i o n i nr e c e n ty e a r s ，t h ek i i l d s 甜l d p r o d u c t i o l l s o f 锄t i b i o t i c s l a v e 伊e a t l yi i l c r e a s e d 础s o ，t h eo v e r u s eo fn l a 】哆d m g sl l a si n c r e a s e d t h ed r u gr e s i s t a i l c e i tc a j lb ev e r ) ，1 1 a m 血l t o 眦洲k i n da sw e l l 硒t ot h eb a c t 丽ai i lt h e e n v i r o i l i i l e n t s t h e r eh 嬲b e e n 锄妣r e a s i i l g 硫e r e s ti i lt h es t u d yo fo c c u r r e n c e ，缸ea n d p o t e n t i a la d v e r s ee f 诧c t so fp h 黝a c e u t i c a l si i lt h ea q u a t i ce n v h 0 n m e m h o 、v e v e r t h e r ea r e 诧wd a t ac o n c e m e do nt h e s ep o u u t a n t sp u b l i s h e di l lc h i l l a t h ec l i m a t ea n d e i i r o 珊n e n t ，w l l i c ht h ey e l l o wi u v e ra 1 1 dp e a r l 融v e rl o c a t e di 1 1c h i n 如a r ed i f 琵r e m 丘o mt h o s ei 1 1t h ed e v e l o p e dc o u m r i e s a sar e s u l t ，i ti sv e r yn e c e s s a r ) ，t oc l l a r a c t e r 诬 t h eo c c u l l r e n c e 孤l de n v i r o n m e n t a lf 址eo fa n t i b i o t i c si i lt h ea q u a t i ce n v i r o i m l e n to f t h e s er e g i o i l s t l l i sw o r ki s 南c u s e do nt h ey e l l o w 黜v e ri i ln o r t hc h i n a ，b e i - j i a n g 砧v e ra n d s e v c 髓1f i s h a q u a c u h u r ep o n d s i l lp e a r lr i v e r d e l t ar e g i o i l1 e et ) ，p e so f 趾t i b i o t i c si n c l u d 崦q u 劬l o n e s ，m a c r o l i d e sa n ds u l f a n i l a i i l i d e sw e r es e l e c t e d 细t h e t a r g e tc o m p o u l l d s a i l s i t i v ea n dr a p i da n a l ”i c a ln l e t h o d 南rt h ed e t e m l i i l a t i o no f t h e s es e l e c t e da n t i b i o t i c si i lt h ew a t e re n v i r o m n e mw a sd e v e i o p e du s i i l gs 0 1 i dp h a s e e x t r a c t i o n ( s p e ) a n d南l l o w i i l gb yh i g h - p e r 如珊加c el i q u i dc h r 0 i n a t o g r 印h y e l 。c t r o s p r a y i o n 毛弧i o nt a l l d e mm a s s s p e c t r o i l l e t d ，( h p l c m s m s ) ，r h e i a b s t r a c t c o n c e m r a t i o n s 锄dd i s t r i b u t i o no fs e v e r a ls e l e c t e da n t i b i o t i c si i lt h ea q u a l i c e n v i r o m n e n tw e r ep r e s e m e d s e v e r a l i m p o i r t a n tr e s u h sw e r eg i v e na s 如l l o w s ： 1 a r a p i dm e t h o df o rt h ed e t e m l i n a t i o no fs e v e r a ls e l e c t e da n t i b i o t i c si l lt h ew a t e r e n v i r o r m l e n t sw a sd e v e l o p e d t h et a r g e tc o n l p o m l d si nt h ew a t e rw e r ee 眦i c h e d t h r o u g hs o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) c a n r i d g ef i l l e dw i t ha no a s i sh l b ， 南l l o 、w db yh i g hp e r f o r i l l a n c el i q u i dc h r o m a t o 笋a p h y - e l e c t i o s p r a yi o n i z a t i o n t a l l d e mm a s ss p e c t r o m e t r yw i t ham u h i p l er e a c t i o nr n 0 i l i t o r i i l g ( m 砌峋i n o d e t h er e s u n ss h o w e dt h a ta ut h ea n t i b i o t i c sh a v et h eg o o dl m e a rr a n g e 丘o m 0 1 0 0 0n g la i l dl o wd e t e c t i o nl i l t l i t s ( 1n g l - l on g l ) f u r t h e r l o r e ，t h e c o m b i l l e du h r a s o 眦1 de x t r a c t i o na n ds p ew e r ea l s oc o 砌；i r m e dt ob ee f r e c t i v eo n t h ee 眦i ci l i i l e n to ft h ea n a l y t e s 丘o ms e d i m e n ts 锄p l e s ； 2 t h ec o n c e n t l a t i o nl e v e l s ，d i s t r i b u t i o na n dt h e i rs o u r c e so ft h es e l e c t e d a n t i b i o t i c si l ly e l l o wr i v e ra n db e q i a n gr i v e rw e r ed i s c u s s e d i tw a sf o u n d t h a tt h ec o n c e n t r a t i 0 1 1 so fq u i i l o l o n e s ，m a c r o l i d e sa 1 1 ds u l f a i l i l a m i d e sa r em u c h h i g h e rt h a l lt h o s ei 1 1t h ed e v e l o p e dc o u n t r i e s h o 、v e v e r ，t h e r ew e r et h et l i g h e s t c o n c e n t r a t i o n so fn o r f l o x a c i n ( 4 2 9n g l ) ，e r y t h r o n l y c i i l ( 4 9 6n g l ) a n d s u l f a d i a z 沁( 9 8 6n g l ) o b t a m d 丘o mt h eb e i - j i a n gr i v e r c o m p a r e dw i t ht h e o t h e rc o 硼m e s ，t h ea n t i b i o t i c sp o l l u t i o nt ot h er i v e rw a t e ri 1 1c h i i l as h o u l dn o t b eo v e r l o o k e d ； 3 al o to fw a t e ra i l ds e d i i l l e n ts a n l p l e sw e r ec o u e c t e d 丘o mt h ea g r i c u h u r ep o n d s i i lz h u l l a ia n dy a r 酒i a n go v e rt h ep e a r lr i v e rd e h ar e g i o n t h ea i l a l y t i c a l r e s u l t s 岛rt h ea n t i b i o t i c sr e s i d u e si i lt h e s es a m p l e ss h o w e dt h a tt h e 眦i b i o t i c s w e r eu b i q u i t o u s i tc o u l db ec o n c l u d e dt 胁t h ep o l l u t i o nn wb e 仔o mt h ef e e d a n dt h ep o l l u t e d 丘e s ho rm a r i l l ew a t e ri t s e l k e yw o r d s ：c o n c e n t r a t i o i l sa n dd i s t r i b u t i o no fa n t i b i o t i c s ；h p l c - m s l s ；s o l i d p h a s ee ) ( t r a c t i o n ；y e i l o wr i v e r ；b e q i a n gr i v e r ；a g r i c u l t u r ep o n d 原创性声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献盼个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者：林殷 垅k 2 0 0 8 年5 月7 日 知识产权保护声明 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下完成的成果， 该成果属于中山大学化学与化学工程学院，受国家知识产权法保护。在学期间与 毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利，均需由导师作为通讯联系人，未经 导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布 学位论文成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：舴歹月7 日 学位论文使用授权声明 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将 学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被 查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或 其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名： 6 7 导师签名： 日期：缈膊歹月7 日 林殷水环境中典型抗生素的残留水平及其分布 1 1 抗生素概述 第一章绪论 抗生素是由微生物产生的一些化合物，包括代谢产物和合成产物等。它们在 体外能够抑制或影响其他微生物的生长和存活的一类化学物质【他】。该类物质具 有能够在低微浓度下抑制或影响活的机体生命过程中的次级代谢产物及其衍生 物的功能。最初的抗生素主要只对细菌有杀灭作用，因此也被称为“抗菌素”，但 随着其不断发展，出现了抗肿瘤、抗病毒、抗衣原体、抗支原体等抗生素，其应 用范围得到了极大的拓展。 自抗生素成功应用在临床治疗以来，人类发现及合成的抗生素种类已达数千 种，其中临床常用的也有几百种。该类药物主要是从微生物的培养液中提取纯化， 或者经合成或半合成的方法所制得。当前主要的抗生素类型包括： 1 ) 喹诺酮类( q u i n o l o n e s ) 喹诺酮类，又称吡酮酸类或吡啶酮酸类，是一类含有相同喹诺酮母核的合成 抗生素。该类抗生素对细菌脱氧核糖核酸( d n a ) 具有选择性抑制作用，以d n a 为靶，妨碍d n a 螺旋酶，抑制d n a 合成，进而对染色体造成损害，使细菌细胞 无法再分裂，达到消灭细菌的目的。喹诺酮类是主要作用于革兰阴性菌的抗菌药 物，对革兰阳性菌的作用较弱。按其发明先后和抗菌性能不同，分为四代。第一 代系指六十年代开发的，以萘啶酸、吡咯酸等为代表，只对大肠杆菌、痢疾杆菌、 克雷杆菌和少部分变形杆菌有抗菌作用，在体内容易代谢和失活，因疗效较差现 已很少使用；第二代系指七十年代开发的，以吡哌酸为代表，相比第一代在抗菌 谱方面有所扩大，抗菌作用有所加强，对肠杆菌属、枸橼酸杆菌属、绿脓杆菌属 和沙雷杆菌也有一定抗菌作用；第三代系指八十年代开发的，以氧氟沙星 ( o n o x a c i l l ) 、环丙沙星( c i p r o n o x a c i l l ) 、诺氟沙星( n o r f l o ) 【a c i l l ) 、依诺沙星 ( e n o x a c i l l ) 、恩诺沙星( e n r o n o x a c i l l ) 等为代表，这几类化合物在喹诺酮母核 第一章绪论 中第7 位碳引入氟原子，进一步扩大了抗菌谱，不仅加强了对革兰氏阴性菌的作 用，对葡萄球菌等革兰氏阳性菌也有抗菌作用；第四代系指九十年代至今，已上 市的有左氟沙星( 1 e v o n o x a c i l l ) 、司帕沙星( s p a r f l o x a c i l l ) 等。与之前三代相比， 第四代喹诺酮类抗生素的母核被人们进行了各种修饰，使其抗菌作用有了改良。 它们既保留了前三代喹诺酮类药物抗菌谱广，活性强，组织渗透性好等优点，又 将抗菌谱进一步扩大到衣原体、支原体等病原体，而且对革兰氏阳性菌的活性远 胜于前代产品，在临床上有着重要意义。 2 ) 大环内酯类( m a c r o l i d e s ) 大环内酯类是由链霉素产生的一类抗生素，其共同特征是以1 2 1 6 碳内酯环 为母体，通过羟基以苷键与l 3 个糖分子相连。通常按照内酯环的组成分为1 4 元环和1 6 元环等。代表性1 4 元环大环内酯类有：红霉素( e r y t | l r o i n y c i l l ) 、克拉 霉素( c l a r i t h r o m y c i l l ) 、罗红霉素( r o x i t h r o m y c i n ) ；1 6 元环大环内酯类有：螺 旋霉素( s p i r a m y c i l l ) 、乙酰螺旋霉素( a c e t y l s p i r 锄y c i l l ) 、麦迪霉素m e d e m y c i l l ) 等。不同组成的大环内酯类药物抗菌机制不尽相同：1 4 元大环内酯类能抑制细菌 肽酰基t r n a 移位；1 6 元大环内酯类可抑制细菌肽酰基转移反应；还有一些大环 内酯类能促使肽酰基t i 矾a 解离。这些都能妨碍菌体蛋白合成，而且在碱性环境 下其抗菌活性会增强。在抗菌谱方面，对于多数g + 菌，部分g 菌、厌氧球菌， 大环内酯类抗生素有较好的活性，第二代大环内酯类更扩大了抗菌范围，增强了 对g 。菌的抗菌活性。通常低浓度下大环内酯类表现为抑菌作用，高浓度时为杀菌 药。 3 ) 磺胺类( s u l 缸l i l 锄i d e ) 磺胺类抗生素是人工合成的一类抑菌药物，为氨苯磺胺( 简称磺胺) 的衍生 物。磺胺的分子中含有一个苯环、一个对位氨基和一个磺酰胺基，使用各种化学 基团来取代磺酰胺基上的氢原子，可以合成了大量有效的衍生物。磺胺是通过抑 制细菌叶酸代谢而呈现抑菌作用的，可在细菌体内竞争二氢叶酸合成酶，防碍二 氢叶酸的合成，最终影响细菌核酸和蛋白质的合成，抑制了细菌的生长繁殖。其 抗菌谱较广，对大多数革兰阳性菌和某些革兰阴性菌有抑制作用。临床常用的有 磺胺嘧啶( s u l f a d i a z i n e ) 、磺胺甲嗯唑( s u l 矗珊e t h o x a z o l e ) 、磺胺间二甲氧嘧啶 ( s u l f a d i m e t h o x i l l e ) 等。磺胺类药物属于广谱抗菌药，具有抗菌谱广、疗效强、 2 林殷水环境中典型抗生素的残留水平及其分布 方便安全等优点。 4 ) p 内酰胺类( p l a c t 锄) p 内酰胺类抗生素是指化学结构中含有p 内酰胺环的一大类抗生素，主要包 括青霉素和头孢菌素两大类。它们的抗菌机制相似，都能抑制胞壁粘肽合成酶， 即青霉素结合蛋白从而阻碍细胞壁粘肽合成，使细菌细胞壁缺损。由于哺乳动物 无细胞壁，不会受争内酰胺类抗生素的影响，因此该类抗生素具有对细菌的选 择性好，对宿主毒性小等特点，是最重要的一类抗感染药物。半个多世纪来，b 内酰胺类由青霉烷衍生物发展到氧青霉烷、青霉烯、碳青霉烯、头孢烯、氧头孢 烯、碳头孢烯乃至单环p 内酰胺，其中应用于临床的代表性药物有：青霉素 ( p e i l i c i l l i ng ) 、阿莫西林( 锄o x y c i l l i n ) 和氨苄西林( a m p i c i l l i l l ) 等。在抗菌 作用上，由早期仅对g ，菌与少数g 。菌有效，发展到对绝大多数细菌都有较强 作用，并出现了抗菌作用以外的生物活性。 5 ) 四环素类( t e t r a i ：y c l i l l e s ) 四环素类抗生素的基本结构为十二氢化并四苯，带有双键四元环结构，因 5 ，6 ，7 位取代基不同生成不同的化合物，是具有抑菌作用并在极高浓度时有杀菌 作用的一大类半合成广谱抗生素，包括四环素( t e t r a c y c h n e ) 、金霉素( c l d o r t e t r a c y c l i i l e ) 、土霉素( o x y t e t r a c y c l 硫：) 等。该类抗生素通过与菌核糖体3 0 s 亚基在a 位结合，阻断氨酰t i 斟a 进入m r n a 核蛋白体，抑制氨基酰t r n a 与起始复合 物中核蛋白体的结合，阻断肽链的延长，破坏蛋白质合成。四环素除革兰氏阳性、 阴性细菌外，对立克次氏体、衣原体、支原体、螺旋体均有作用。四环素曾广泛 用于临床，由于毒副作用比较多，细菌对这类抗生素的耐药现象比较严重，临床 应用受到限制。现在主要用作兽药和饲料添加剂。 1 2 抗生素的使用与危害 1 2 1 我国抗生素的使用现状 我国是抗生素使用大国。除了应用于人类疾病医疗、预防外，抗生素还广泛 3 第一章绪论 用于家禽家畜、水产品养殖等领域。据研究统计，2 0 0 6 年全国医药市场上抗生 素类产品的总额达到3 3 0 亿元人民币。在众多的抗生素药物中，头孢类、喹诺酮 类、青霉素类和大环内酯类为最主要的几类。最近几年的销售统计中，头孢类产 品的销售额最高，2 0 0 5 年销售额约为1 3 2 亿元；喹诺酮类抗生素2 0 0 5 年销售额 约为3 9 6 亿元；排在第三位的是青霉素类抗生素，2 0 0 5 年的销售额约为3 0 6 亿 元，；大环内脂类抗生素的销售额约为2 6 6 亿元人民币【3 1 。图1 1 列出了我国抗 生素销售额中以上几种抗生素所占的份额。 图1 12 0 0 5 年不同种类抗生素的市场份额 f 唔1 一lm a r k e ts h a r e so fv a r i o u sa n t i b i o t i c si n2 0 0 5 目前，中国的门诊感冒患者约有7 5 应用抗生素，外科手术则高达9 5 。 世界卫生组织调查显示，中国住院患者抗生素药物使用率高达8 0 ，其中联合 使用两种以上抗生素的占5 8 ，远高于3 0 的国际水平。据国家食品药品监督 管理局的资料显示，全国使用量最大的1 5 种药品中有1 0 种是抗生素，我国住院 病人抗生素药物费用占总费用的5 0 以上。抗生素药物占我国药品消费总额的 3 0 左右，其中不合理用药比例至少在4 0 。 除医疗应用外，由于抗生素对细菌具有抑杀能力，在养殖业中也有广泛应 用，其作用主要体现在防治家禽家畜、水生动物疾病，促进生长，节约营养成分 等方面。近期有关调查显示，我国畜牧业使用抗生素的数量已远远超过人使用量 的总和，全球每年消耗的抗生素总量中，9 0 被用在食用动物身上【4 1 。我国每年 生产的7 0 0 吨喹诺酮，仅这一种抗生素就有一半用于养殖业，这导致中国地区大 肠杆菌对喹诺酮的耐药性已达到6 0 。近年来，发达国家逐渐意识到在动物饲料 中添加抗生素的危害性，从1 9 9 6 年开始，立法禁止在动物饲料中使用抗生素。但 即使如此，美国生产的抗生素还是有相当数量用于饲养动物，每年生产的抗生素 4 林殷水环境中典型抗生素的残留水平及其分布 中有4 5 用于动物，其中8 0 的禽类、7 5 的肉牛以及7 5 的奶牛在生长过程中 均使用过抗生素【5 1 。欧洲在上世纪8 0 年代，动物饲料中抗生素添加剂用量达到 顶峰。1 9 8 4 年，瑞典用于饲料添加的抗生素达到3 0 吨【6 】：丹麦每年都有总数超过 1 1 0 吨抗生素用作家禽生长素和水产品饲料添加剂。计算结果表明，渔场中 7 0 - 8 0 的抗生素最终将进入环境。研究也发现，渔场底部沉积物已具有一定的 抗生素浓度和抗菌活性【7 】。 1 2 2 抗生素使用存在的问题及其危害 抗生素作为高效抗菌药物在医疗卫生领域发挥着无可替代的作用，这是毋庸 置疑的。但是随着各类抗生素药物种类、产量与用量的不断增加，加之药品管理 的混乱和盲目的使用，由此造成的人体健康、生态环境等问题在我国也非常严重。 我国药物滥用现象十分严重，抗生素也不例外。凡超时、超量、不对症使用或未 严格规范使用抗生素，都属于抗生素滥用。研究表明，每种抗生素对人体均有不 同程度的伤害，如链霉素、卡那霉素可引起眩晕、耳鸣、耳聋；庆大霉素、卡那 霉素、万古霉素可损害肾脏；红霉素、林可霉素、强力霉素可引起厌食、恶心、 呕吐、腹痛、腹泻等胃肠道反应。同时，链霉素、氯霉素、红霉素、先锋霉素会 抑制免疫功能，削弱机体抵抗力。不少抗生素还可引起皮疹【8 】；同时，人体内有 许多有益的菌群也会因滥用抗生素而死亡，结果导致体内茵群失调，耐药细菌乘 虚而入。据统计，我国每年有2 0 万人死于药物不良反应，其中因抗生素滥用造 成的直接或间接死亡要占到4 0 ，因此造成的肌体损伤以及病菌耐药性更是无 法估量。 与滥用抗生素对人体造成的直接损害相比，细菌产生耐药性更应引起我们的 关注。所谓细菌的耐药性，是指当长期使用或接受抗生素或其他抗生化学药剂时， 本来敏感的细菌多数被杀灭，而少数菌株可因基因突变、耐药质粒的产生等而生 存，并大量繁殖，从而对某种或某类抗生素产生部分或完全的耐药性，也称之为 获得性耐药性( a c q u dr e s i s t a n c e ) 。而一些细菌对某些抗生药物天然不敏感， 即天然耐药性，也称固有耐药性( i n t r i i l s i cr e s i s t 锄c e ) 。目前认为获得性耐药性 是微生物产生耐药性的主要原因，这是我们人类长期使用、滥用抗生素的直接后 第一章绪论 果【9 l 。 大量研究报告表明，不当使用抗生素，不仅会造成巨大浪费，而且会诱导细 菌耐药性的发生和增多【1 0 l ：青霉素从1 9 3 9 年起大批量生产，1 9 4 3 年就有耐药菌 出现，1 9 9 5 年约有9 0 的金黄色葡萄球菌对青霉素和其他内酰胺类抗生素产生 耐药性。世界有l 3 人口携带结核分枝杆菌，有5 0 0 0 万人携带耐药菌。近年来 在社区感染中细菌耐药性也有增加趋势，如对人的生命造成威胁的3 种细菌：类 肠球菌、结核分枝杆菌和铜绿假单胞菌，对临床上应用的1 0 0 多种抗生素均显示 不同程度的抗性。此外，多重耐药结核分枝杆菌在艾滋病患者或非艾滋病患者中 均呈上升趋势。监测发现，最具代表性的耐药细菌中，耐药的葡萄球菌，5 年前 是1 7 ，现在上升到3 4 ；耐药的凝固酶阴性葡萄球菌5 年前为2 5 ，现在超 过7 7 ，数据表明细菌耐药的本领越来越强。尽管近年国内许多学者对临床耐 药性问题进行了大量的研究和报道，据国内细菌耐药性检测数据表明目前临床细 菌耐药性仍呈上升趋势【1 1 j ，如2 0 0 2 年国家细菌耐药性监测网8 个省、市、自治 区的5 7 家三级甲等医院共收集患者首次分离耐药菌株4 0 3 7 9 株中，大肠埃希茵、 绿脓假单胞菌、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌是最常见菌；甲 氧西林耐药金黄色葡萄球菌和甲氧西林耐药的凝固酶阴性葡萄球菌对临床常用 抗菌药物的耐药率明显高于甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌和甲氧西林敏感的凝 固酶阴性葡萄球菌；屎肠球菌对青霉素、氨苄西林及高浓度庆大霉素和链霉素的 耐药性率明显高于粪肠球菌；2 4 8 的肺炎链球菌对青霉素耐药；肠杆菌科对亚 胺培南和美洛培南的耐药率最低；产超广谱内酰胺酶( e s b l s ) 的大肠埃希菌和 肺炎克雷伯菌株的检出率分别为1 8 2 和2 2 6 ；除大肠埃希菌外，环丙沙星和 左氧氟沙星对其他肠杆菌科细菌的耐药率均低于3 0 ( 0 2 9 7 ) ；绿脓假单胞 菌对亚胺培南和美洛培南的耐药率分别是1 9 1 和1 5 2 。2 0 0 4 年上海地区1 4 所医院临床分离株中耐甲氧西林金葡菌和凝固酶阴性葡萄球菌的检出率分别占 上述菌种的6 4 3 和8 2 9 【眩l ，而2 0 0 0 年则分别为6 2 7 和7 6 9 。耐青霉素肺 炎球菌在儿童分离株中的检出率为7 0 1 ，而2 0 0 0 年则为3 0 9 。 纵观细菌的耐药发展史，在某种新的抗生素面世之后不久，就有一批耐药菌 株出现。一种新的抗生素开发到临床应用至少需要1 0 年时间，而新一代耐药茵 的产生却只需要2 年时间，抗生素的研制速度远远赶不上耐药菌的繁殖速度。再 6 林殷水环境中典型抗生素的残留水平及其分布 加上由于滥用抗生素使得越来越多的细菌产生了耐药性，这对人类而言将是更大 的潜在威胁。原有特效的抗生素药物将对病菌产生的作用越来越小，因此不得不 增加药物的用量或者多种抗生素联合使用，这一方面加大了对病患的身体的损 害，另一方面又会刺激细菌产生更强的耐药性，为日后的抗感染医治带来更多的 困难。这种现状如果得不到改变，将会造成严重的社会危害，甚至会出现抗菌药 物的治疗危机。 相对人类的抗生素滥用，在家禽家畜饲养和水产养殖中的抗生素滥用问题更 是有过之而无不及。由于抗生素除了可以抑制、杀死致病菌，还能具备增强禽畜 抗病能力、预防病疫、增进食欲促进机体生长发育等种种“好处”，养殖户为追求 经济效益最大化，都会不同程度地在饲料中添加人用抗生素，或者在养殖池塘大 量喷洒抗菌药物等现象，这在我国具有很大的普遍性，并且具有愈演愈烈的趋势， 使我们不得不加以重视。根据2 0 0 1 年世界卫生组织统计，全球每年消耗的抗生 素总量中，有9 0 被用于食用动物，每年约有1 2 0 0 0 吨和9 0 0 吨抗生素分别被用 于食用动物的饲料添加剂和治疗用药。在我国农村以及沿海养殖地区，由于广大 农民和水产养殖户对农作物和水产病虫害防治知识的不足，许多养殖场只要发现 动物发病，首先使用的是抗生素，一种抗生素不见效，马上换另一种，而且常常 超大剂量使用抗生素。有的养殖户为了预防畜禽及鱼类疾病的发生，一劳永逸地 发挥其预防作用，经常在饵料中加入一定量或过量的一种或多种抗生素并长期使 用。这种滥用抗生素作为畜禽及水产养殖行为，使整个养殖业抗生素使用量十分 巨大。 养殖业中的抗生素滥用问题，对我国经济也造成了很大影响。我国是农产品 出口大国，而水产品出口历来是我国农产品出口的主力军，连续多年居农产品出 口首位。近年来，随着我国加入w t o 、经济全球化和贸易自由化进程的加快， 关税逐步降低，美国、欧盟和日本等国家对我国水产品出口由原先的设置关税壁 垒转向技术法规、技术标准、认证制度等的非关税贸易壁垒，其中一个重要内容 就是对水产品中抗茵药物的残留提出了更高要求，使我国水产品出口在短时间内 多次遭到“绿色壁垒”。1 9 9 5 2 0 0 6 年间，日本为了保护本国鳗农的利益，想方设 法限制我国鳗鱼的进口，在抗生素问题上大做文章，多次退回并销毁抗菌药物超 标的我国鳗鱼和鳗鱼制品。自2 0 0 2 年1 月2 5 日欧盟宣布对中国出口的动物源性 7 第一章绪论 食品实行禁运后，我国水产品出口受到了极大的损失。据不完全统计，2 0 0 1 年 我国向欧盟出口的水产企业总数为9 5 家，2 0 0 2 年每个企业因欧盟禁令所遭受的 损失平均在3 0 0 万5 0 0 万美元之间，9 5 家企业对欧盟水产品出口贸易金额合计 6 2 3 亿美元，使国家造成了巨大的损失。 据统计，我国每年有6 0 0 0 吨抗生素用于饲料添加剂，占全球抗生素饲料添 加剂使用量的5 0 。抗生素在动物饲养过程中被长期过量使用，禽畜体内的细 菌会因此逐渐产生耐药性，这种耐药菌可通过粪便直接污染环境、水、食品，还 可通过直接接触传染给人。此外，抗生素的大量滥用，会不可避免地蓄积残留在 畜禽及鱼类的肌体内，甚至残留在相应的蛋、奶里。当人们食用它们时，残留的 抗生素和耐药菌就会进入人体。长期食用这类“有抗食品”，消费者的耐药性也会 不知不觉增强，从而影响人类健康。 1 3 环境中抗生素的残留水平、来源及其归宿 1 3 1 抗生素在环境中残留水平 抗生素与农药和其他有机污染物不同，虽然它在环境中的浓度极低，但其对 环境生态的危害和人类健康的威胁却是十分巨大的。因此，抗生素问题美国和欧 盟等国家已经得到政府和社会的很多关注和重视。1 9 9 0 年欧盟各国已经开始了 对环境中抗生素的风险评估研究，并对人用医药和兽用抗生素制定了严格的法规 和限定。美国在2 0 0 1 年也开始了对水体中抗生素残留进行大范围调查和研究。 我国也于2 0 0 4 年7 月将抗生素列为处方药。但是，我们对于滥用抗生素对生态 环境及其可能造成的潜在的影响还认识不足，由于抗生素在环境中是痕量( n g l 级) 存在的，所以此前被认为对环境无害。然而新的发现显示，例如滴滴涕d d t 和多氯联苯p c b s 的浓度也极低，却会模拟激素，对繁殖系统产生作用，使人们 重新认识浓度极低的药物对自然物质的影响。 用于人类疾病防治、家禽和水产养殖病害预防及饲料添加剂的抗生素，一部 分将在生物体内吸收或者转化，并以代谢物的形式排除体外。同时，还有很大一 部分将以原型药物的形式排除体外并直接进入环境。此外，用于水产养殖以及药 8 林殷水环境中典型抗生素的残留水平及其分布 物生产过程中大量残留的抗生素原型药物也将直接进入环境中。目前，在各种水 体，包括河流、地下水，甚至饮用水中都检测到抗生素的存在，情况不容乐观。 1 ) 水环境中抗生素的含量与分布 国外许多研究表明，目前在地表水、地下水、饮用水和海水等天然水体中已 发现多种抗生素类药物。欧洲及美国的科学家对此进行了一系列的研究：t a m t 锄 研究了抗生素在法国塞纳河中的存在【1 3 1 ，分析了喹诺酮类、磺胺类、硝基咪唑类 和二胺基嘧啶类四大类共1 7 种抗生素的浓度，在河水样品中所有抗生素均有检 出，其中以磺胺甲嗯唑浓度最高，为5 4 4n g l 。研究还发现大部分抗生素来源于 塞纳河上游的污水处理厂。觚s 对西班牙埃布罗河各污水处理厂的残余药物进 行调查f 1 4 1 ，发现均存在抗生素类化合物，其中入水口处磺胺甲嗯唑浓度最高达 8 9 0 n g l ，平均浓度为5 9 0n g l ；出水口最高浓度8 7 0n g l ，平均浓度3 9 0n g l 。 1 9 9 9 和2 0 0 0 年，在美国1 3 9 条江河中检测到包括抗生素在内的9 5 种有机废水 污染物【1 5 】，其中包括氟喹诺酮类、大环内酯类、磺胺类和四环素类等3 1 种抗生 素，其浓度在6 0 6 9 0n g l 之间。在澳大利亚布里斯班某条河流中，检测到喹 诺酮类抗生素的存在【1 6 1 ，其中在污水处理厂出水口处，环丙沙星和诺氟沙星的 浓度分别达到1 3 2 21 1 9 l 和2 1 呲。在瑞士的g l a t t 峡谷和污水处理厂排出水 中检测到大环内脂类抗生素浓度最高达o 3 肛g l ，而检测到的喹诺酮类药物中环 丙沙星和诺氟沙星的浓度分别为0 4 肛g l 和0 1 2p g l 1 7 1 。 令人们更加担忧的是，不仅在河水等自然水体中检测到药物存在，在地下 水和自来水中也检测到抗生素的存在。在德国巴登符腾堡州的1 0 8 个地下井水 样品中共检出6 0 种药物，其中8 种药物可在至少三个样品中同时检测到，最高 含量达到1 1 0 0n g 几，检出率最高达2 0 。而这8 种药物中就有红霉素和磺胺甲 嗯唑两类抗生素【1 引。同样在德国，h 砖c h 对威斯巴登市的地下井水进行随机采 样检测，发现其中存在高达o 4 7 肛g l 的磺胺甲嗯唑和0 1 6 烬几的磺胺二甲嘧啶 【1 9 1 。在德国柏林的地下水中，h e b e r e r 发现安妥明酸( 降血脂药安妥明的水溶性 代谢物) 的浓度高达1 6 5 2 7 0i l g l ，认为可能与受污染地表水的渗漏补给有关 1 2 0 1 。 9 第一章绪论 2 ) 土壤和沉积物中抗生素的存在 当今，水产养殖中抗生素滥用严重，除了用于治疗鱼类疾病，更多的抗生 素类药物则是作为饲料添加剂用以预防鱼类疾病传染。当抗生素进入水体后，被 鱼类吸耗的只有少部分，而大部分穿过网箱被沉积物所吸附，形成集聚。有人在 施用家禽粪尿肥料的土壤中发现氯四环素。如j a c o b s e n 和b e r g l i n d ( 1 9 8 8 ) 曾报 道在一个渔场底泥中土霉素含量高达0 1 4 9m g k g 干重f 2 。某些调查也显示了 鱼塘沉积物中兽药抗生素的存在【2 2 2 3 】：其中土霉素浓度在o 1 1 0 哦底泥之 闰l 【2 4 】。 1 3 2 环境中抗生素的来源 环境中抗生素的主要来自生活、工业污水的排放( 污水厂) 、医院和药厂废 水的排放，禽畜养殖和水产养殖废水以及垃圾填埋场等也含有大量的抗生素类药 物。 1 l 生活、工业污水的排放( 污水厂) 人类大量使用药物的同时，排放到环境中的药物及其代谢产物的量也是十 分巨大的。由于现有的水质控制标准很少针对该类物质，现有的污水处理流程与 自来水厂工艺不是针对抗生素类药物设计的，对大多数药物的去除效率尚缺少了 解，虽然大多数药物可以在污水处理厂中得到分解或去除，但即使在污水处理设 施十分完善的发达国家，抗生素类药物也不能被完全去耐2 5 之引。水环境甚至饮用 水中以及地下水中也可检出许多药物，因为在英国地表水和污水处理厂的排出水 中检测到甲氧苄啶( o 2 7p g l ) 、红霉素( o 1 8p g l ) 和磺胺甲噫唑( o 0 5 l g l ) 【2 9 】；在西班牙污