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文檔簡介
1、環(huán)境中四環(huán)素類抗生素的污染及其對人體健康的影響2013級七年臨床周博洋指導(dǎo)教師公共衛(wèi)生學(xué)院施致雄副教授摘要:四環(huán)素類抗生素進(jìn)入人體后,難以被腸胃吸收,約75%以母體化合物的形 式被排入污水。然而,現(xiàn)有的工藝只能部分去除四環(huán)素類抗生素, 從而導(dǎo)致仍有 相當(dāng)數(shù)量的活性成分進(jìn)入自然環(huán)境中。進(jìn)入到環(huán)境中的抗生素會發(fā)生降解反應(yīng)(抗生素的降解是指抗生素通過生物或非生物的過程使其從大分子化合物轉(zhuǎn)化 為小分子化合物,并最終轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳的過程),但很難得到完全降解, 而是產(chǎn)生一系列代謝及降解中間產(chǎn)物,這些產(chǎn)物往往具有更大的毒性。同時(shí),環(huán)境中的四環(huán)素類抗生素普遍殘留還會誘導(dǎo)微生物逐漸對其產(chǎn)生抵抗性,造成抗藥
2、性菌群的富集及抗性基因(antibiotic resistance genes ARGs)的產(chǎn)生。作為近年來 日益受到關(guān)注的潛在環(huán)境生態(tài)危險(xiǎn)源,四環(huán)素類抗生素的研究日益增多。本文在總結(jié)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,對抗生素使用狀況進(jìn)行分析(包括但不限于四環(huán)素類抗 生素),闡明四環(huán)素類抗生素污染現(xiàn)狀,探討四環(huán)素類抗生素對人體健康的危害, 為抗生素的合理使用提供參考。關(guān)鍵詞:四環(huán)素類抗生素 污染人體健康合理用藥Abstract:For Tetracycline antibiotics(TCs) , it is difficult to be absorbed by the stomach,which lead
3、s to a result that about 75% of TCs will be dischargedinto the sewage in the form of parent antibiotics.However, the sewage process can only partially remove the tetracycline antibiotics, which leads to a considerable number of active ingredients into the natural environment.Antibiotics in the envir
4、onment will produce degradation reaction, however, instead of being completely degraded, a series of metabolism and the degradation intermediate are produced, which tend to have greater toxicity.Moreover, tetracycline antibiotics in the environment will gradually induce microorganism to possess resi
5、stance,which cause tow bad effects:drug-resistant bacteria enrichment and resistance gene (antibiotic resistance genes, ARGs). As a potential environmental hazard,TCs have attracted increasing attention in recent years. Based on the summary of related research,this paper analysis the usage of antibi
6、otics(including, but not limited to TCs), clarify the tetracycline antibiotics pollution status, and investigate the tetracycline antibiotics" harm to human health, to provide reference for rational administration of drug(antibiotics) Key words:Tetracycline antibiotics(TCs) ; pollution ; human
7、health ; rational administration of drug近年來,PPCPs作為一種新興污染物日益受到人們的關(guān)注。PPCPs,全稱是 Pharmaceutical and Personal Care Products即藥品及個(gè)人護(hù)理用品,不僅包括處方藥和生物診斷試劑,而且還包括營養(yǎng)品、香水和防曬劑等1。藥品及個(gè)人護(hù)理用品與人類的生活密切相關(guān),它們在環(huán)境中是普遍存在的。其中,抗生素是一種環(huán)境中典型的PPCPs殘留污染物2??股?antibiotics)是由微生物(包括細(xì)菌、真菌、放 線菌屬)或高等動(dòng)植物在生活過程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其它活 性的一類次級代謝產(chǎn)物,能干擾
8、其他生活細(xì)胞發(fā)育功能的化學(xué)物質(zhì), 現(xiàn)抗生素的種類已達(dá)幾千種。四環(huán)素類抗生素(Tetracycline)是由放線菌產(chǎn)生的一類廣譜抗生 素,包括金霉素、土霉素、四環(huán)素及半合成衍生物甲烯土霉素、強(qiáng)力 霉素、二甲胺基四環(huán)素等,其結(jié)構(gòu)均含并四苯基本骨架。四環(huán)素類抗 生素能夠抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成,因此被廣泛用于細(xì)菌感染疾病的治 療。當(dāng)四環(huán)素類抗生素進(jìn)入人體后,難以被腸胃吸收,約75%以母體 化合物的形式被排入污水。然而,現(xiàn)有的工藝只能部分去除四環(huán)素類 抗生素,從而導(dǎo)致仍有相當(dāng)數(shù)量的活性成分進(jìn)入自然環(huán)境中34。進(jìn)入到環(huán)境中的抗生素會發(fā)生降解反應(yīng)(抗生素的降解是指抗生素通過 生物或非生物的過程使其從大分子化合
9、物轉(zhuǎn)化為小分子化合物,并最終轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳的過程),但很難得到完全降解,而是產(chǎn)生一 系列代謝及降解中間產(chǎn)物,這些產(chǎn)物往往具有更大的毒性。同時(shí),環(huán)境中的四環(huán)素類抗生素普遍殘留還會誘導(dǎo)微生物逐漸對其產(chǎn)生抵 抗性,造成抗藥性菌群的富集及抗性基因 (antibiotic resistance genes ARGs)的產(chǎn)生6。作為近年來日益受到關(guān)注的潛在環(huán)境生態(tài)危險(xiǎn)源,抗生素使用狀況進(jìn)行分析(包括但不限于四環(huán)素類抗生素),闡明四 環(huán)素類抗生素污染現(xiàn)狀,探討四環(huán)素類抗生素對人體健康的危害,為抗生素的合理使用提供參考。一、抗生素的使用狀況抗生素除了用于人類和動(dòng)物感染性疾病的治療,也被作為促長劑 添加于飼
10、料中在養(yǎng)殖業(yè)中大量應(yīng)用,因此抗生素用途廣泛,用量巨大。 根據(jù)美國食品藥品監(jiān)督管理局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),美國2014年用于畜牧業(yè)的抗 生素達(dá)到15.4萬噸7。歐盟對于抗生素的使用要求嚴(yán)格,200奔起禁 止抗生素作為促生長劑添加于飼料中8。我國是抗生素生產(chǎn)和使用大 國,在我國,抗生素不合理使用甚至濫用情況普遍存在。據(jù)WHO資料顯示,我國抗生素使用率中,門診感冒患者達(dá) 75%、外科手術(shù)高達(dá) 95%、住院患者達(dá)80%,其中使用廣譜抗生素和聯(lián)合應(yīng)用的患者占 58%,遠(yuǎn)高于國際上規(guī)定的抗生素使用率不超過 30%的標(biāo)準(zhǔn)9。某醫(yī) 院對其抗生素使用情況進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,其抗生素使用率達(dá)到了 48.98%。其中使用率最高
11、的科室為兒科,達(dá)到100%10。四環(huán)素類抗生素由于價(jià)格低廉在世界各國特別是發(fā)展中國家大 量使用。美國2014年用于畜牧業(yè)的15.4萬噸抗生素中,四環(huán)素類抗生 素占43%7。我國是世界上四環(huán)素類抗生素的生產(chǎn)、 使用和銷售大國, 200科四環(huán)素類藥物僅出口量就達(dá)1.34萬噸11。二、四環(huán)素類抗生素污染現(xiàn)狀四環(huán)素類抗生素使用量巨大,同時(shí)其相對穩(wěn)定,因此其易在環(huán)境中殘留。近年來,許多研究證實(shí),環(huán)境中殘留大量四環(huán)素類抗生素, 在水體、土壤中甚至動(dòng)植物體中均可被檢測到。1.四環(huán)素類抗生素在水體中的殘留水環(huán)境中抗生素的主要污染來源包括醫(yī)用抗生素、農(nóng)林牧漁用抗 生素(包括畜用抗生素、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)用抗生素和林業(yè)用
12、抗生素等卜企業(yè)廢水中的抗生素等12。水中大量存在的抗生素會導(dǎo)致水體的污染, 使水體中細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。近年來,關(guān)于水體中四環(huán)素類抗生素及其 抗性基因的報(bào)道已經(jīng)比較普遍。對上海某養(yǎng)殖場廢水中磺胺類和四環(huán) 素類抗生素進(jìn)行定量檢測的結(jié)果顯示,2種四環(huán)素類抗生素總量為294.0376.1qL, 3種磺胺類抗生素總量為197.7323.0qL13。那廣 水等14對我國北方地區(qū)水體中抽取13個(gè)樣品進(jìn)行四環(huán)素類抗生素殘 留量檢測,結(jié)果顯示,四環(huán)素類抗生素普遍檢出,濃度分別達(dá)到四環(huán) 素1114.27閔/L、土霉素2175.65聞/L、金霉素149.09用/L和強(qiáng)力霉素 187.45閔/L。劉沖等15檢測了 2家
13、城市污水處理廠污水處理系統(tǒng)中四 環(huán)素類抗生素耐藥菌,結(jié)果顯示,2家污水處理廠污水處理系統(tǒng)中均 能檢出土霉素、四環(huán)素、金霉素耐藥菌,3種耐藥菌的濃度均在加氯消毒出水中為最小,為 0103 CFU/mL,在外排污泥中最大,為 105 107 CFU/mL (CFU ,即 Colony-Forming UEts,為菌落形成單 位,CFU/mL指每毫升液體中含有的微生物群落總數(shù))0Zhang16等對四 環(huán)素在水中的生物利用度對大腸埃希菌的耐藥性進(jìn)行分析,結(jié)果顯 示,大腸埃希菌抗生素抗性基因的激活與細(xì)胞內(nèi)四環(huán)素類抗生素濃度 成線性關(guān)系。2 .四環(huán)素類抗生素在土壤中的殘留抗生素進(jìn)入機(jī)體后,大部分以原體形式
14、排出體外,從而進(jìn)入土壤 環(huán)境中。在浙北地區(qū)畜禽糞便和農(nóng)田土壤中進(jìn)行四環(huán)素類抗生素殘留 量的檢測,最終發(fā)現(xiàn),施用畜禽糞肥的農(nóng)田表層土壤中土四環(huán)素的檢 出率分別為88%,殘留量為0.107mg/kg。施用畜禽糞肥農(nóng)田表層土壤 四環(huán)素的平均殘留量為未施畜禽糞肥農(nóng)田的13倍17。土壤中的抗生素會對陸生生態(tài)環(huán)境造成一定影響,例如氧四環(huán)素會對土壤呼吸和硝 化作用產(chǎn)生影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在呼吸實(shí)驗(yàn)中,氧四環(huán)素在初始階 段對土壤呼吸其最高抑制率為20.7%;在實(shí)驗(yàn)后期則出現(xiàn)一定激活作 用,最高激活率為218%。在硝化實(shí)驗(yàn)中,氧四環(huán)素在土壤中對微生 物硝化作用的抑制率為 50%18。申龍19等研究了四環(huán)素對微生
15、物數(shù) 量的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),四環(huán)素隨著濃度的升高,顯著的抑制土壤細(xì)菌 的數(shù)量。3 .四環(huán)素類抗生素在植物體及動(dòng)物制品中的殘留植物會通過吸收作用聚集土壤中的抗生素。常見的蔬菜,如小白菜、白蘿卜對四環(huán)素類抗生素有吸收作用,作物組織中抗生素的濃度隨土壤中濃度的升高而增加,表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)。當(dāng)糞肥中抗生素 濃度由20 mg/kg增加到50 mg/kg時(shí),兩種蔬菜體內(nèi)殘留的四環(huán)素類 抗生素含量均出現(xiàn)不同程度的增加20。在山東省濟(jì)南市出售的動(dòng)物性 食品中,四環(huán)素類抗生素均有殘留檢出,在抽取的272份動(dòng)物性食品 中,金霉素殘留超標(biāo)率最高,為 31. 25%,四環(huán)素殘留超標(biāo)率為 26.10%, 土霉素殘留超標(biāo)
16、率為24.26%。q。hiQM.1、耐藥菌的產(chǎn)生:在抗生素的長期作用下,抗生素抗性基因(ARGs)頻率不斷升高,機(jī)體內(nèi)會產(chǎn)生大量耐藥菌。耐藥菌產(chǎn)生后,會通過不同的方式在人與人之間,人與動(dòng)物之間傳播。來源:美國疾病預(yù)防控制中心(CDC) 2013 年發(fā)布的報(bào)告Antibiotics Resistance Threats in the United States, 2013»1953年人類發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)四環(huán)素耐藥的細(xì)菌痢疾志賀菌。兩年后又發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)耐四環(huán)素、鏈霉素和氯霉素的多重耐藥志賀菌屬病菌z/ Antibiotics kill bacteria causing the illnes5
17、P as well as good bacteria protecting the body from infection.L The drug-resisUnt , bacteria are now allowed to grow and tak& over.Some bacteria give their drug-resistance to other bacteria, causing more problemrs.Animaki get antibiotici /nd develop resi-sta nt bacteria in tliekRew 忸La力篁spreaddi
18、rectly to other patients orIrhdlreetty an uncledn>af MaUJh.慳 口<甘國看 工Resktant bacteria ipreid to clJi«r patitmits fn surfaces w rtliin tt>e health cd re口灼du品nt bsirtffna Qm rtman dii meat from an ima bi. Whpn oqC handled cr coaked property, ih電 bict*ri« cm spread to humane.Geair ge
19、t£ intibictlci and demlcprs resistant bacteria m 卜河 girt.G#力* 電七at iJiursiin.g honw ot mpMtfi?nt cm fwlbty-Fertsllzei &r mstei5n1事括Eg mrrfniM fetes And druq-riKistJiint bictwf iJi is Lird an food ciapx.Orug-cwistarirt hwcterim in th# Aniniinl can mm#in n|h Ep« 1aMM eatjeili. These ItKl
20、erha «n retniin in the humin q 皿George1 產(chǎn) at . home and in Ch=e general comm unity.bacteria;/Lots of germ$H A few are drug resistant.22。養(yǎng)殖場中的動(dòng)物是抗生素耐藥菌的主要來源,Lance B. Price23對某養(yǎng)殖場工人耐藥菌攜帶數(shù)量進(jìn)行了調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn),養(yǎng)殖工人攜帶的耐藥菌數(shù)量是普通社區(qū)工人攜帶量的32倍。醫(yī)院是耐藥菌的高發(fā)地點(diǎn),某醫(yī)院對患者的幽門螺桿菌對四環(huán)素耐藥進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),四環(huán)素耐藥率達(dá)5%24。耐藥菌對人體健康有很大危害,據(jù)美國 疾
21、病預(yù)防控制中心統(tǒng)計(jì),在2013年,美國至少有2,049,442人因耐藥 菌而致病,其中有23,000人因此死亡25。2、對腸道微環(huán)境的影響各種直接或間接攝取的抗生素進(jìn)入人體腸道后可以改變腸道菌 群的構(gòu)成,造成菌群失調(diào)26。菌群失調(diào)可引起多種腸道疾病及非腸道 疾病,如抗生素相關(guān)性腹瀉、偽膜性結(jié)腸炎、腸易激綜合征、脂肪肝、 肥胖、心血管疾病、代謝綜合征和自閉癥等2729。研究發(fā)現(xiàn),腸道微 生物叢的組成種類和數(shù)量與宿主的肥胖有關(guān),無菌小鼠含有的脂肪量比正常飼養(yǎng)小鼠低42%,如果將微生物叢植入到無菌小鼠體內(nèi)后,導(dǎo)致脂肪總量增加57%30。提示腸道微生物叢可以明顯的促進(jìn)小鼠對熱 能的攝入,促使脂肪的沉積
22、,觸動(dòng)全身性炎癥反應(yīng)。陳立平31等的研 究發(fā)現(xiàn),炎癥性腸病(舊D,包括克羅恩病,CD和潰瘍性結(jié)腸炎, UC)患者腸道菌群明顯失調(diào),具多樣性明顯降低,擬桿菌門 (Bacteroidetes)比例增高,厚壁菌門(Firmicutes)菌群及其代表菌屬普拉 梭菌屬(Faecalibacterium prausnitzii)菌群數(shù)量顯著減少,而且 CD患 者腸道潰瘍與非潰瘍部位菌群組成也存在顯著差異。Gosiewsk產(chǎn)發(fā)現(xiàn),在1型糖尿病和2型糖尿病患者糞便中,念珠菌(Candida fungi)出現(xiàn)頻率較高,且在2型糖尿病患者糞便樣本中,數(shù)量與患者血脂相關(guān)。有學(xué)者研究了腸道菌群異常對自閉癥發(fā)生的影響P
23、arrachO33 等觀察發(fā)現(xiàn),自閉癥患兒腸道菌群結(jié)構(gòu)異常,與正常兒童相比,腸道厭 氧梭狀芽胞桿菌種類和數(shù)目明顯增多,如艱難梭狀芽胞桿菌 (C. difficile)。James B.Adam§4的研究發(fā)現(xiàn),患兒自閉癥的癥狀越重, 就越易患有腸胃道疾病,反之亦然,這可能是因?yàn)槟c胃道疾病導(dǎo)致自 閉癥加重甚至產(chǎn)生。3、對孕婦及新生兒的危害妊娠期是女性一個(gè)特殊的時(shí)期,在妊娠期內(nèi),藥物作用與非妊娠 期相比有很大差異,并且胎兒各器官對藥物的敏感性在妊娠中的各個(gè) 時(shí)期也不相同。J.Stokholm35研究發(fā)現(xiàn),在妊娠期任意階段接受抗生 素的孕婦與孕期未經(jīng)抗生素治療的孕婦相比,陰道葡萄球菌屬(St
24、aphylococcus定植率增加;在妊娠晚期(妊娠后三個(gè)月),口 服抗生素的孕婦,陰道大腸埃希菌(Escherichia coli)定植率增加。 Vidal網(wǎng)研究了抗生素對新生兒體重的影響,結(jié)果顯示,在妊娠期使 用抗生素的孕婦所生新生兒體重平均低138g。美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)依據(jù)藥物對胎兒的危害性將妊娠用藥分為 A、B、C、D、 X 5個(gè)級別,四環(huán)素屬于D類,即:已有證據(jù)證明對胎兒有危害、但 在孕期應(yīng)權(quán)衡利弊,在利大于弊時(shí),慎重使用37。四環(huán)素的熒光物質(zhì) 可在牙釉質(zhì)或骨骼中沉積而影響胎兒和新生兒的發(fā)育,嚴(yán)重者會宮內(nèi)發(fā)育緩慢,而且容易經(jīng)過胎盤和滲入乳汁,禁用于妊娠期和哺乳期 38。
25、四環(huán)素有致畸危害,劉臻 陽等研究四環(huán)素、氯霉素、紅霉素 3 種抗生素對熱帶爪蟾胚胎發(fā)育的毒性影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),3種抗生素對 熱帶爪蟾胚胎的發(fā)育毒性從大到小為四環(huán)素、 氯霉素、紅霉素,0.5 g/L 四環(huán)素導(dǎo)致胚胎全部死亡;20%, 0.25 g/L四環(huán)素造成的總畸形率為 75%。在大鼠實(shí)驗(yàn)中,若在生命早期使用抗生素,新生大鼠細(xì)胞因子 平衡被破壞,血清IL-12及IFN- 丫顯著下降40。4、對肝的危害四環(huán)素是一種臨床運(yùn)用較久的廣譜抗生素,其主要毒副作用包括致肝臟小滴型脂肪變性,研究發(fā)現(xiàn),四環(huán)素作用后引發(fā)肝臟多種基因 表達(dá)改變,同時(shí)導(dǎo)致能量代謝抑制,蛋白質(zhì)合成和降解增加,抗氧化 體系受損,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
26、基因表達(dá)改變促進(jìn)凋亡發(fā)生, 以及藥物代謝相關(guān) 酶系基因抑制等41。乙型肝炎病毒(HBV)的共價(jià)閉合環(huán)狀 DNA (cccDNA)在HBV感染中起重要作用,Naoki Ogursl42發(fā)現(xiàn),一種 四環(huán)素誘導(dǎo)HBV表達(dá)細(xì)胞能高效表達(dá)cccDNA,與普通細(xì)胞株相比, 該細(xì)胞株的cccDNA產(chǎn)生水平更高。四、展望許多研究證實(shí)四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中廣泛存在,大量抗生素會 對生態(tài)及人體健康造成嚴(yán)重危害。因此要避免抗生素的不合理使用。 相關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步加大對抗生素的監(jiān)管力度, 制定相應(yīng)的政策和指導(dǎo) 意見,規(guī)范抗生素的使用。醫(yī)務(wù)工作者應(yīng)加強(qiáng)合理用藥的觀念,在臨 床工作中,更加合理地使用抗生素。同時(shí),社區(qū)、醫(yī)院
27、等機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng) 合理使用抗生素的健康教育,提高人們的認(rèn)知程度,有效改變其行為 習(xí)慣,減少不合理用藥現(xiàn)象。參考文獻(xiàn)1Christian G.Daughton, Thomas A.Ternes.Pharmaceuticals and PersonalCare Products in the Environment: Agents of Subtle Change? R1999, 107( suppl. 6):9079382胡洪營,王超,郭美婷.藥品和個(gè)人護(hù)理用品(PPCPs對環(huán)境的污染 現(xiàn)狀與研究進(jìn)展J.生態(tài)環(huán)境,2005,06:947-9523陳建發(fā),林誠,劉福權(quán),等.臭氧預(yù)處理+絮凝沉淀+BAF
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33、056.19申龍.雞糞和四環(huán)素對土壤酶活性及微生物數(shù)量的影響D.沈陽 農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.20賀德春,吳根義,許振成,方建德,張素坤.小白菜和白蘿卜對四環(huán)素 類抗生素的吸收累積特征J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,06:1095-1099.21曹藝耀.動(dòng)物性食品中獸藥殘留檢測方法研究及濟(jì)南市售動(dòng)物性 食品中獸藥殘留市場調(diào)查D.山東大學(xué),2013.22王秋霞,趙剛,吳洪濤,劉耀川.四環(huán)素的研究進(jìn)展J.現(xiàn)代畜 牧獸醫(yī),2012,(10),67-6823Lance B. Price,Jay P. Graham,et al.Elevated Risk of Carrying Gentamicin-Res
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