《Journal of Hazardous Materials Advances》：Assessing the incidence of antibiotic residues in catfish populations downstream from wastewater treatment plants in South Carolina and implications for human consumption
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本研究首次在美国南卡罗来纳州对鲶鱼组织、地表水和废水出水中的抗生素残留进行测量，以支持人类食用的风险评估。鲶鱼组织中检测到阿奇霉素（azithromycin，AZT）（100%的样本）和环丙沙星（ciprofloxacin，CIP）（50%的样本）的可检测含量
本研究首次在美国南卡罗来纳州对鲶鱼组织、地表水和废水出水中的抗生素残留进行测量，以支持人类食用的风险评估。鲶鱼组织中检测到阿奇霉素（azithromycin，AZT）（100%的样本）和环丙沙星（ciprofloxacin，CIP）（50%的样本）的可检测含量。阿奇霉素和环丙沙星的测量浓度从周末到工作日呈上升趋势。根据美国心脏协会（AHA）建议每周食用6-8盎司鱼类，估算的每日摄入量（estimated daily intake，EDI）分别为阿奇霉素0.06-0.1 ng/kg体重/天和环丙沙星0.007-0.01 ng/kg体重/天。研究结果表明，从自然水域捕获的鱼类可能使人类摄入痕量水平的抗生素残留，但需进一步研究以了解长期影响。
论文解读
一、研究背景与意义
近年来，人类活动对水生生态系统的压力日益受到科学界关注，其中微塑料、内分泌干扰物以及抗生素等药物残留是典型的人为 stressors。抗生素通过废水处理系统、农业径流或不当药物处置进入环境，对邻近水域和水生生物构成潜在风险。最严重的后果之一是水生环境中抗生素耐药菌的广泛发展，鱼类可能成为耐药微生物的储存库。慢性低水平抗生素暴露可驱动耐药菌株进化，使野生动物和人类的感染更难治疗。此外，抗生素残留可能破坏鱼类的肠道微生物平衡，影响消化、免疫系统，甚至改变鱼类行为、繁殖和病原体易感性。某些抗生素还可能干扰鱼类内分泌系统，导致繁殖周期改变、生育力下降甚至性别变化。由于生物累积效应，这些污染物可在鱼类组织中长期存留，并通过食物链生物放大，最终对人类健康产生潜在影响。
阿奇霉素（azithromycin，AZT）是一种广谱大环内酯类抗生素，广泛用于人类和兽医学，具有长半衰期（约2-4.5天）和组织富集特性，以未代谢形式经尿液和粪便排出。环丙沙星（ciprofloxacin，CIP）属于氟喹诺酮类广谱抗生素，口服生物利用度高、吸收迅速，同样以未代谢形式排出。美国南部地区2024年抗生素总处方率为每千人844份，南卡罗来纳州略高为每千人853份，其中大环内酯类（含AZT）是第三大口服抗生素类别。在SC州，鲶鱼是最常被捕捞供人类食用的物种之一，常为每周食用习惯。鲶鱼作为底栖 feeders，主要摄食小型鱼类、蜗牛、无脊椎动物和植物材料，使其面临更大的污染物暴露和生物累积风险，人类则面临二次暴露风险。然而，这一人类暴露风险尚未被充分表征，构成重要的知识空白。因此，本研究旨在通过在南卡罗来纳州开展综合分析，缩小这些知识差距，为研究、政策和修复的未来方向提供信息支持。
二、研究设计与主要技术方法
研究人员在南卡罗来纳州大都会城市的Congaree河（位于两座污水处理厂下游、Congaree国家公园上游）采集了16尾鲶科鱼类（Ictaluridae），包括14尾斑点叉尾鲷（Ictalurus punctatus，Channel Catfish）和2尾平头鲶（Pylodictis olivaris，Flathead Catfish），由南卡罗来纳州自然资源部（SCDNR）淡水渔业第三区成员于2025年4月采用脉冲直流电捕法采集。同时采集了当地一座污水处理厂（WWTP）的三份24小时混合废水出水样（分别对应捕鱼前一天、当天和后一天），以及下游Congaree河（CNG）和上游Saluda河（SLR）各一份河水抓取样。所有样品经固相萃取前处理后，采用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）在美国国家海洋与大气管理局（NOAA）Hollings海洋实验室进行分析，使用SCIEX API 4000三重四极杆质谱仪和Agilent 1100高效液相色谱仪，以电喷雾电离正离子模式检测AZT和CIP母体化合物。数据分析采用内标归一化和最小5点标准曲线定量，以相对百分差异（RPD）表示精密度。人类健康风险评估采用估算每日摄入量（EDI）公式，结合美国心脏协会每周6-8盎司鱼类消费建议和美国疾病控制中心（CDC）公布的男性和女性平均体重数据。
三、研究结果
3.1 河水样品
AZT和CIP仅在污水处理厂下游的Congaree河（CNG）中检测到，平均浓度（±SD）分别为19.95 ± 4.48 ng/L和153.79 ± 40.34 ng/L，CIP浓度比AZT高两个数量级。上游Saluda河（SLR）样品中两种抗生素均为未检出。
3.2 废水出水样品
三份24小时混合废水出水样（周日、周一、周二）中AZT和CIP均实现100%检出率。AZT平均浓度（218 ± 16.33 ng/L）在所有三天均高于CIP（19.33 ± 2.34 ng/L）。两种抗生素在三天内均呈现随时间逐步上升的趋势，AZT从152.97 ng/L升至291.64 ng/L，CIP从13.96 ng/L升至27.54 ng/L。
3.3 鲶鱼组织样品
AZT在全部16份鲶鱼组织样品中均被检出（样品15低于定量限），其中样品01的AZT浓度（2201.37 ± 57.51 ng/kg湿重）比其余15份样品的平均值（100.86 ng/kg湿重）高出22倍。样品02-16的AZT平均浓度范围为61.93至141.62 ng/kg湿重。CIP仅在8份样品（50%）中检出，浓度范围为45.69至61.98 ng/kg湿重（中位数48.56 ± 16.29）。两种鲶鱼物种间AZT和CIP浓度无显著差异。所有鲶鱼平均体重125.29 ± 51.16 g，平均体长25.16 ± 3.12 cm，体重与体长的线性回归R2值为0.85。
3.4 风险评估
基于美国心脏协会每周6-8盎司海产品消费建议，研究人员估算每周食用鲶鱼可能摄入41-55 ng的AZT和4.4-5.9 ng的CIP。按EDI计算，AZT的EDI为男性0.0647-0.0864 ng/kg体重/天、女性0.075-0.100 ng/kg体重/天；CIP的EDI为男性0.0068-0.0091 ng/kg体重/天、女性0.0080-0.0107 ng/kg体重/天。两种抗生素残留对女性的负担均高于男性。
四、讨论与结论总结
讨论部分指出，上游Saluda河未检出抗生素可能归因于Dreher Shoals大坝的拦截效应、较长的水力停留时间、生物降解以及缺乏直接的废水或雨水径流输入。CIP在河水中浓度高于AZT可能与其在废水处理过程中代谢物可重新转化为母体化合物的特性有关，也可能与AZT更高的log Kow值（3.87-4.02 vs. CIP的-1.09至0.68）导致的吸附差异有关。废水出水中抗生素浓度从周日到周二递增的趋势，可能反映了个体在周末结束前就医取药的行为模式，或大学生等流动人口在周末后返回城市导致的污水输入增加。鲶鱼样品01的AZT异常高浓度可能与该个体最年轻、栖息地最靠近污水处理厂或近期摄食了已生物累积AZT的生物有关。研究还指出，目前AZT和CIP在美国未被批准用于动物生产，因此没有既定的每日可接受摄入量（ADI）或最大残留限量（MRL），美国环保署（EPA）的废水排放限制指南中也没有列出任何药物。尽管本研究估算的抗生素摄入量远低于临床治疗剂量（AZT每日500-2000 mg，CIP每日250-1000 mg），但长期低水平暴露可能涉及药物相互作用、过敏反应、肠道微生物组改变和抗生素耐药性发展等问题。生态健康方面，尽管水生无脊椎动物和鱼类因高EC50值不太可能受到抗生素直接毒害，但抗生素仍可破坏水生细菌群落，对鱼类肠道微生物组产生间接影响。
研究结论：抗生素耐药性是一个重大全球健康威胁，需要从多个角度进行综合评估。本探索性研究通过测量生活在废水排放口附近水域的鲶鱼种群及其周围水体中的阿奇霉素和环丙沙星，填补了关于环境污染、鱼类消费和人类暴露之间潜在反馈循环的知识空白。研究结果支持的风险评估表明，人类可能通过食用从自然水道捕获的受污染鱼类摄入痕量水平的抗生素残留，但需要更多研究来了解这种暴露水平的潜在长期影响，并评估抗生素及其他污染物对人类和环境健康的综合影响。
