综述：抗生素和个人护理产品在淡水生态系统中的环境污染及其生态毒理学后果：监测与管理策略——综述与元分析

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Environmental contaminants and ecotoxicological consequences of antibiotics and personal care products in freshwater ecosystems: Monitoring and management strategies – A review and meta-analysis

本文系统综述了2000-2025年抗生素及个人护理品（PPCPs）在水生环境中残留、毒性效应及处理技术的最新进展，指出当前生物化学处理方法的局限性，并提出开发高效环保的净化策略及完善监测体系。

　　

Md.Didaruzzaman Sohel | Md Saydur Rahman

德克萨斯大学里奥格兰德河谷分校综合生物与化学科学学院，布朗斯维尔，德克萨斯州，美国

摘要

药品和个人护理产品（PPCPs）是一类新发现的微污染物，会对水生生物造成伤害。抗生素等药物常见于淡水生态系统和废水处理后的排放水中。值得注意的是，抗生素能够进入淡水栖息地，对生态构成日益严重的威胁。此外，PPCPs无论是对水生生物产生急性还是慢性影响都十分危险。本研究聚焦于2000年至2025年间学术数据库中关于PPCPs的同行评审文章。初步文献搜索共找到1,760篇论文，去除重复内容并系统评估研究相关性后，数据集缩减至1,172篇。使用VOSviewer软件生成了关键词相关性的可视化图表。我们评估了抗生素和PPCPs的定量浓度（范围从ng/L到μg/L），并研究了它们对水生生物生长、发育和繁殖功能的影响。重要的是，研究揭示了抗生素与PPCPs污染之间的关联，这对水生生物具有负面影响。通过化学和生物方法已实现对抗生素和PPCPs的去除，但完全消除这些物质仍存在挑战。因此，需要开发更有效、更环保的方法来处理水介质中的抗生素和PPCPs。本文全面回顾了抗生素和PPCPs在水生生物中的存在、命运及潜在危害，并探讨了当前关于淡水环境中这些物质浓度和趋势的知识空白，同时提出了有助于管理和评估生态风险及污染水平的建议与创新策略。

引言

由于药品和个人护理产品（PPCPs）对水生环境的有害影响及其持久性，它们受到了越来越多的关注。长期暴露于PPCPs会对水生生态系统和人类健康构成风险（Verlicchi等人，2012年；Ziylan-Yavas等人，2022年）。多种途径使得PPCPs在通过污水处理厂（WWTPs）之前就能进入环境（Cruz-Morató等人，2014年；Del Rosario等人，2014年；Lan等人，2019年）。尽管常规的废水处理程序可以去除大部分PPCPs，但二次处理后的排放水中仍残留部分PPCPs（Blackbeard等人，2016年）。先进的废水处理技术，如吸附、高级氧化和膜过滤，在进一步减少PPCPs残留方面展现出巨大潜力（Wang & Wang，2016年）。淡水生态系统，包括池塘、湖泊、河流和湿地，对环境和人类都至关重要（Nabout等人，2023年）。抗生素污染会影响淡水生态系统，并逐渐导致抗菌素耐药性（AMR）问题（Marques等人，2024年）。

尽管环境中的PPCPs浓度通常较低（Andr?等人，2018年；Li等人，2019年），但持续接触这些物质仍可能对水生环境和人类健康造成毒性影响（Ji等人，2016年）。PPCPs主要由于污水处理厂监管不足和效率低下而进入环境（Moreira等人，2022年；Xu等人，2019年）。药品污染对人类和野生动物构成了全球性威胁（Diamond等人，2015年；Ford等人，2021年；Landrigan等人，2018年；Saaristo等人，2017年；Sumpter和Margiotta-Casaluci，2022年）。现有的水质监测指南尚未充分涵盖PPCPs问题，这凸显了加强监测以保护淡水生态系统的必要性（Fan等人，2022年）。大约有5,000种化学成分与用于兽医和人类用途的药物相关，因此评估PPCPs对环境的潜在风险至关重要（Wang等人，2014年）。PPCPs已在地表水、地下水、湖泊以及市政污水处理厂的废水中被检测到（Bringolf等人，2010年；Gomaa等人，2021年；Metcalfe等人，2003年；Rodrigues等人，2022年）。

人类和动物用于医疗、美容和保健的物品可分为两类：个人护理产品（PCPs）和药品（Cizmas等人，2015年）。药品用于治疗人类和动物的各种疾病（Minguez等人，2016年），而PCPs主要用于改善日常生活（Ebeleet等人，2017年）。环境化学分析方法的进步使得在所有水生生态系统中都能检测到药品（Miller等人，2019年；Richardson和Ternes，2005年）。非甾体抗炎药（NSAIDs）（Ziylan & Ince，2011年）、抗生素、内分泌干扰物（EDCs）、兴奋剂、抗精神病药（Wang等人，2014年）、β-阻滞剂、降脂药、抗癫痫药等药品，以及洗涤剂、消毒剂、化妆品和香精等PCPs，在多个国家的排放水和地表水中以ng/L到μg/L的不同浓度被检测到（Barbara等人，2008年；Bu等人，2013年；Hernando等人，2006年；Santos等人，2010年；Miller等人，2015年；Sharma等人，2021年；Zhang等人，2017年）。X射线造影剂和PPCPs的多种成分，包括防晒霜中的紫外线过滤剂、合成麝香、驱虫剂、防腐剂和抗菌剂及其转化产物，也存在于这些环境中（Liu和Wong，2013年；Rasheed等人，2019年）。根据西班牙毒性影响评分，最具危害性的PPCPs包括调节血脂的药物、激素、抗抑郁药、香水、抗生素和血管紧张素受体阻滞剂（Ortiz de García等人，2017年）。药品通过污水排放和垃圾填埋场进入自然水域，对水生物种和淡水生物构成风险。每年有数千公吨的药品被生产和消耗，用于人类和兽医用途（Al-Khazrajy等人，2018年），其潜在的环境影响已得到关注（Liu等人，2012年；Yerima和Atoshi，2023年）。

有多种处理方法，包括物理、生物和化学过程，可用于处理PPCPs（Kumar等人，2023年）。污水处理厂（STPs）旨在去除污水中的废物以及化学和生物污染物，如有机化合物、病原菌和营养物质。然而，许多药品未能被有效去除（Hagberg等人，2021年；Voulvoulis等人，2015年），且其降解特性和副产品仍不清楚。此外，美国的《清洁水法》目前尚未规定这些副产品的处理措施（Wilson等人，2003年）。由于污水处理厂并非专为去除PPCPs而设计，这些物质在全球许多溪流（如泉水补给的溪流）中仍可检测到。药品和PPCPs中使用的化学物质会与当地生物相互作用，但其环境影响尚未量化（Kolpin等人，2002年）。PPCPs可能影响水生生物并扰乱其生命周期。例如，牙膏和洗手液中含有的抗菌化合物（如PPCPs）被广泛用于杀菌（Wilson等人，2003年）。值得注意的是，人们日常使用PCPs，导致大量化学物质进入环境，尤其是淡水生态系统（Ortiz de García等人，2017年）。微生物（如细菌、古菌、真菌、病毒等）和/或合成化合物（如对羟基苯甲酸酯、三氯生、苯氧乙醇等）虽然不易被察觉，但能轻易渗入环境并对健康造成危害（Surana等人，2022年；Ziylan-Yavas等人，2022年）。

最近在淡水水生环境（Odendaal等人，2015年）、废水（Yang等人，2017年）、地下水（Balakrishna等人，2017年）、地表水（Balakrishna等人，2017年）、土壤（Boxall等人，2006年）和污泥（Cortés等人，2013年）中检测到了PPCPs。本综述的目的是：（i）评估淡水生态系统中PPCPs的存在，特别是抗生素；（ii）讨论抗生素和PPCPs对水生生物的急性和长期毒性影响；（iii）评估当前关于淡水环境中抗生素和PPCPs浓度和趋势的知识；（iv）探讨现有的研究空白，评估风险管理策略和监管指南（例如ICH Q9关于质量风险管理），并为进一步研究提供减少水生生态系统环境风险的建议。

方法论

本综述旨在了解抗生素和PPCPs对淡水生物的生态毒性影响。采用PRISMA（系统评价和荟萃分析的优先报告项目）方法以确保文献搜索和选择的透明性、可重复性和全面性。这一广泛认可的框架发表于同行评审期刊中，为收集、筛选、选择和最终确定相关文献提供了明确指导。

抗生素在淡水环境中的全球现状

药品，尤其是抗生素，在现代生活中发挥着重要作用，用于治疗人类和其他水生生物的疾病。与抗生素相关的药物源自生物体，既能杀死细菌也能抑制其生长（Davies和Davies，2010年；Kümmerer，2009年；Zuccato等人，2010年）。抗生素常用于预防和治疗细菌感染（Cabello等人，2016年）。然而，抗生素耐药性已在全球范围内出现并蔓延。

主要挑战与创新策略

即使在低浓度下，PPCPs也能对人类和环境生物造成影响（Hena等人，2021年）。淡水生态系统报告了包括PPCPs在内的新兴污染物的存在，这些污染物因具有抗降解性和难以去除的特性而持续存在（Priya等人，2022年）。PPCPs对水生生物有显著负面影响（图7）。因此，需要全面研究PPCPs在淡水中的发生、迁移和行为。

结论与未来研究方向

总之，本综述批判性地回顾了过去25年（2000年至2025年）的研究方法，指出了检测和量化淡水环境中药品代谢物的分析技术的局限性和最新进展。它全面评估了抗生素和PPCPs的存在情况、对水生生物的潜在风险以及关于其浓度和时间趋势的现有知识空白。

未引用的参考文献

Abendrot和Kalinowska-Lis，2018年；Al-Khazrajy等人，2018年；Kasprzyk-Hordern等人，2008年；Barra等人，2018年；Chen等人，2017a；Chen等人，2017b；De Voogt，2016年；Ebele等人，2017年；Hoa等人，2011年7月1日；Klátyik等人，2024年；Kleywegt等人，2011年；Kortesm?ki等人，2020年；Liu等人，2018a；Liu等人，2018b；Yang等人，2020a；Yang等人，2020b；Yang等人，2017a；Yang等人，2017b。

CRediT作者贡献声明

Md.Didaruzzaman Sohel：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化展示、数据验证、资源整理、方法论构建、概念构思。 Md Saydur Rahman：撰写——审稿与编辑、可视化展示、数据验证、监督工作、软件应用、资源管理、项目协调、方法论设计、调查实施、数据分析、数据整理、概念构思。

资助情况

本研究未获得任何资助机构的特定资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。