应光国:十年“算账”抗生素
2015年6月以来,中国科学院广州地球化学研究所研究员应光国课题组公布的中国第一份抗生素使用量和排放量清单引来持续关注。 
2015-7-10 13:10:20
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胡珉琦

本文转载自中国科学报



应光国(中)与团队成员在野外取样  应光国供图


2013年,中国共使用抗生素16.2万吨,其中一半以上用在了养殖业;海河和珠江流域是环境抗生素污染最严重的两条河流;环境中常见的36种抗生素的排放量高达5.38万吨,排放量最大的五种抗生素依次是,阿莫西林、氟洛芬、林可霉素、青霉素、诺氟沙星……


2015年6月以来,中国科学院广州地球化学研究所研究员应光国课题组公布的中国第一份抗生素使用量和排放量清单引来持续关注。


事实上,应光国团队开展这项研究已持续了10年时间,其间产生的研究成果也以多篇论文的形式进行了发表,但始终未曾声张。


此次全国58个流域的“抗生素环境浓度地图”和36种常见抗生素的全国使用量和排放清单仍是课题组的一项阶段性研究成果,可没想到一则小小的消息,却带来了令应光国意想不到的媒体效应。


我国目前没有关于环境里抗生素浓度的标准,这份清单的意外走红也许会让抗生素监管获得重要的收获。


抗生素使用惊人


10年前,正在澳洲联邦科工研组织(CSIRO)水土部从事环境污染与修复、以及水质提高技术研究的应光国,入选中科院“引进国外杰出人才计划”,并于2006年加入了中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室团队。


他回国后做的第一个研究项目就是关于新型环境污染物在流域尺度的时空分布、环境行为。这些新型污染物并不是众所周知的氮、磷、重金属等,而是与老百姓生活密切相关的抗生素、激素等药物与个人护理品。


“实地走访的结果让我十分吃惊。”应光国回忆说。


他在澳州工作生活了多年,那里的养殖业十分发达,澳洲政府对允许在饲养中使用的药物种类控制非常严格,必须由兽医建议,开具“处方”,才可以使用。


欧盟2011年制定的《控制耐药性行动纲领》就是要求对人和动物合理使用抗生素的。2012年,美国纽约曼哈顿联邦法院下令美国食品与药物管理局采取措施,禁止在动物饲料中使用常用抗生素。事实上,即便在禁令出台之前,欧美国家对饲料添加抗生素的使用早就作了种种规定。


但在国内,几乎所有大型养殖场的动物粪便和饲料里都能检出多种抗生素。“最夸张的一种饲料竟然含有几十种抗生素。”应光国说。


过去,老百姓对于医院抗生素的过度使用尚且认识不足,更别提兽用部分。


“尽管国内兽用抗生素种类也是受限的,但相较于发达国家,允许使用的名单实在太长了。”他指出,大量养殖业主并不是将大多数抗生素用于动物治病,而是用来促生长和预防疾病,“且哪种便宜就用哪种。”


抗生素在国内用量巨大,可在环保、农业、食药、卫生等部门那里,却是一笔糊涂账,没有一个机构可以给应光国提供他想要的基础数据。


这也让应光国作出决定,通过自己的实地调查,清清楚楚地告诉大家,中国抗生素的使用量是多少,排放量是多少,污染程度如何。


野外取样的日子


应光国,外加招收的学生,就是这个研究项目最初的团队组成。


一开始的实地调查,他们从珠江到辽河、海河、黄河、长江,跑遍了国内主要的大江大河。每一条河都是从支流到干流,从上游到下游,分段进行水相、沉积相、生物采样,同时一一了解那里的水文、水质情况。


以长度相对较短的海河为例,应光国带着学生从海河上游支流永定河上的官厅水库一直到干流位于天津的入海口,其间设置了十几个采样点。但是,作为中国南方最大的河系珠江,其一条支流东江的采样点就达到了几十个。


除此之外,他补充道,不同河流按照不同年份、不同季节、时间,还需要重复采样。因此,每一条河流的采样工作都要持续多年,数据量非常庞大。“在旱季和雨季,环境污染的浓度是不同的。”他解释说,北方旱季水量小,排放出的基本都是污水,南方雨季水量大,冲刷多,情况则正好相反。


在他看来,现有的针对局部流域的调查数据由于采样点不足,持续时间短,往往不具有代表性。


谈到持续了10年的野外采样工作,应光国团队印象深刻。


每到一处首先要千方百计寻找合适又便宜的船只。到了雨季,长江的水量大,流速快,船上的采样工作也面临很大风险,不小心会掉到水中。也正因如此,他每一次都要求学生必须穿好救生衣。


提取的水样、生物样品必须立刻进行预处理,保证质控,因此,团队还需要在当地租用正规实验室,把样本中的污染物富集到萃取小柱或膜上面,或者其他容器中,再快递到广州的实验室。


不过,由于每次采样时间比较长,样本量很大,无法在短时间内全部处理完成,剩下的样本需要4摄氏度低温保存,因此,对应光国来说最重要的一件事就是买冰箱。而每次采样结束后,这些冰箱由于不便带走,只好留给当地的实验室,这部分支出也就无法列为项目的正常开销,只得自掏腰包。他笑言,自己已经不记得在这些年里究竟购置过多少冰箱了。


生物样品需要研究人员直接从江河中打捞,所以,钓鱼这件事也常常让团队颇为头疼。最后,只能事先寻找当地出船的渔民,跟着他们一起打捞,再买下需要的样本。


不过,在他看来,这些还不是最让团队感到为难的。野外采样除了环境采样,还需要污染源的数据,这就包含了城市、农村污水处理厂和养殖场。作为利益相关方,他们拒绝配合甚至阻挠是必然的。因此,拿到这些地方的样本简直就是一场场斗智斗勇。


从最初的单枪匹马到现在由5名固定的研究成员和十几个学生组成的团队,应光国研究团队关于抗生素的实地调查一直在持续。


构建全流域尺度计算模型


此次,应光国团队引起媒体大众广泛关注的研究成果是全国58个流域的“抗生素环境浓度地图”,但事实上,仅凭一个团队的力量是无法完成全流域实地普查工作的。


应光国团队在实地考察了国内主要的大江大河后,对数据并不满足。通过综合国内抗生素的使用量,以及人畜排泄量、污水处理率计算得到总排放量,最终模拟推算环境中抗生素的残留量,才是他们真正想要得到的全国数据。因此,现在的研究成果是团队基于市场调研的模型预测结果。


首先,研究团队从中国化药协会得到了一份国内所有化学药厂的名单,从中分别选择了各种抗生素销售量最大的5~10家企业作为代表,共计237家。然后向相关企业购买了2013年的市场份额、销售量和销售区域等数据,从而计算出这些抗生素在不同区域的使用量和途径。


对应光国而言,这部分内容相对简单。复杂的是,不同种类的抗生素物理、化学性质各不相同,在人以及不同动物体内的代谢水平不同,排泄量也就不同。此外,由于不同地区的污水处理率也并不一致,最终导致,不同抗生素在不同物种不同地区排放到环境中的含量千差万别。


抗生素污染物属于化学品,当它们来到环境中还存在一个分配过程。不同的污染物有不同的分配、降解方式,最终的去向也不同。因此,不同污染物的环境浓度也需要模型一一推算。


这项研究结果全文发表在国际学术期刊《环境科学与技术(ES&T)》上,评述专家都惊讶于课题组计算的惊人的数据量。


当然,仅有模型预测的数据还不足以证明其结果的可靠性,应光国团队用前期大量实地调研的数据进行比对,并用当地医院人体细菌耐药率以及环境中的细菌耐率进行关联检验,结果显示是具有一致性和相关性的。


“仅从科研上,这项研究的最大价值在于构建了一个全流域尺度的计算模型,人们可以利用这个模型推算全国任何一年的抗生素使用量。”应光国这样解释。


2014年4月30日,世界卫生组织(WHO)向全球发布了《抗菌素耐药:全球监测报告》,要求重视抗生素问题。欧美国家今年都公布了控制抗生素耐药的行动计划。他认为,中国迟早要制定自己的行动纲领,控制人、畜中不合理的抗生素使用,以延缓细菌耐药速度,准确、翔实的数据也将是政府决策、实施监管的重要依据。

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