新污染物分析团队 新污染物监测与分析 2024年10月11日 08:30 浙江

Occurrence and potential risks of pharmaceutical contamination in global Estuaries: A critical review and analysis

https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.109031

摘要

向河口输入污染物是对海洋生物多样性和渔业资源的主要威胁之一，而药物是水生生态系统中最重要的新兴关注污染物之一。为了从全球视角总结过去20年河口药物污染水平，本研究在全球91个河口中确定了239种药物的3229个个体环境污染数据，覆盖26个国家。非洲的河口水体中观察到的药物累积加权平均浓度（WACL）最高（145,461.86 ng/L），报告了30种药物。北美洲的WACL排名第二（24,316.39 ng/L），其次是南美洲（20,784.13 ng/L）、亚洲（5958.38 ng/L）、欧洲（4691.23 ng/L）和大洋洲（2916.32 ng/L）。

卡马西平、双氯芬酸和对乙酰氨基酚在所有大洲都有检测到。共识别出41个功能类别的药物，其中镇痛药、抗生素和兴奋剂是全球河口中最广泛的药物类别。虽然许多药物呈现出低于或等于中度的生态风险，但有34种药物在至少一个大洲被识别为具有高或非常高的生态风险。河口中的药物污染与地区的失业率和贫困比率呈正相关，而与预期寿命和人均GDP呈负相关。该综合分析还指出了影响研究结果的某些局限性，如采样和预处理方法的可比性、监测目标药物的差异性以及覆盖的河口数量和多样性有限，这促使我们在未来的全球研究中标准化这些药物污染的监测方法。

1. 引言

药物被视为新兴污染物中的一种，尽管它们在人类和动物疾病治疗中的作用显著，但未被完全吸收或代谢的药物会以原形通过尿液或粪便排放到环境中。药物污染对水生和陆地生态系统、物种多样性和公共健康构成威胁。河口作为淡水和海水的交汇处，生态系统多样化且易受污染影响。过去20年中，药物在全球各地河口的污染水平不断受到关注，但少有从全球视角进行的分析。

2. 方法

本研究收集了2003年至2022年期间河口中的药物污染数据，共涉及239种药物、3229个污染数据点、91个全球河口。研究通过Web of Science和Google Scholar检索文献，并根据不同的河口、国家和大洲进行分类。污染浓度使用加权平均浓度水平(WACL)来进行计算。同时，研究也结合生态毒理学数据，进行筛选级别的生态风险评估。此外，研究分析了与污染水平相关的社会经济因素，包括失业率、贫困比率、人均GDP等。

图 1.世界上 91 个河口报告了 2003 年至 2022 年的药物数据

3. 全球河口中的药物污染现状

本章节系统分析了全球河口中药物污染的分布和趋势，涵盖了非洲、亚洲、欧洲、北美洲、南美洲和大洋洲六大洲的河口地区。通过分析3229个药物污染数据，全球各大洲河口的药物污染水平存在显著差异。以下是各个大洲的具体情况：

图 2.全球河口各大陆的药物污染情况：（a） 在六大洲各研究河口中检测到的所有药物的加权平均浓度水平 （WACL） 的累积值和平均值，以及 （b）在各大洲的河口中药物总数（蓝色条柱;已报告）和高于检测限的药物总数（黄色条;检测到）。

3.1 非洲

非洲河口的药物污染水平最高，累积加权平均浓度（WACL）达到了145,461.86 ng/L，检测到30种药物。主要污染物包括阿司匹林（95,900 ng/L）、对乙酰氨基酚、双氯芬酸、卡马西平等。这些药物广泛应用于镇痛、抗炎、抗癫痫等医疗用途。非洲河口的药物污染主要来源于生活污水处理不足、农业和水产养殖业。此外，由于经济欠发达，污水处理设施和卫生系统的不足也是污染高发的主要原因。

抗逆转录病毒药物（如**拉米夫定**、**奈韦拉平**、**齐多夫定**和**依非韦仑**）在非洲河口的检测频率较高，尤其是在南非和肯尼亚。这些药物主要用于HIV和乙型肝炎的治疗，反映了非洲地区的公共健康问题对河口生态系统造成的压力。

3.2 亚洲

亚洲的河口药物污染相对较低，累积加权平均浓度（WACL）为5,958.38 ng/L，共检测到105种药物。主要污染物包括咖啡因（2296.60 ng/L）、对乙酰氨基酚、双氯芬酸、卡马西平等。亚洲的药物污染主要集中在中国、日本、韩国和新加坡的河口地区。抗生素在亚洲河口中普遍存在，检测出约50种抗生素，主要包括诺氟沙星、磺胺甲恶唑、利福平等。这与亚洲农业和水产养殖中抗生素的广泛使用密切相关。

3.3 欧洲

欧洲的河口污染水平与亚洲相似，累积WACL为4,691.23 ng/L，涉及132种药物。非甾体抗炎药物（NSAIDs）如芬布芬（640.00 ng/L）在欧洲的污染浓度最高。其他污染物包括**吉非贝齐**和**氯贝丁酸**，这类药物主要用于调节血脂。欧洲的药物污染与其严格的药品管理体系有关，尽管污染物浓度相对较低，但药物种类繁多，涵盖了镇痛药、抗抑郁药、降脂药等类别。

特别值得注意的是，在英国的河口中检测到高浓度的曲马多（一种阿片类镇痛药），这反映了英国是全球人均阿片类药物使用量最高的国家之一。

3.4 北美洲

北美洲的河口药物污染累积WACL为24,316.39 ng/L，检测出61种药物，污染水平位居全球第二。二甲双胍（17,023.00 ng/L）是北美河口中污染水平最高的药物，这是一种用于治疗糖尿病的药物。此外，非索非那定（1800.00 ng/L）和双氯芬酸等药物也在北美的河口中被广泛检测到。与其他大洲相比，北美的药物污染不仅与医疗消费有关，还可能与制药工业排放有关。

止痛药是北美河口中最常见的药物类别，其中阿司匹林、布洛芬和双氯芬酸的污染水平较高。咖啡因和尼古丁等兴奋剂也在该地区检测频繁，反映出这些化合物的广泛消费。

3.5 南美洲

南美洲河口药物污染的累积WACL为20,784.13 ng/L，污染水平仅次于北美洲。主要污染物包括咖啡因（11,761.55 ng/L）和可卡因（143.82 ng/L），这类兴奋剂在南美洲的检测浓度尤其高。南美洲的药物污染主要集中在巴西，巴西是该地区最大的医药市场。止痛药如对乙酰氨基酚和布洛芬也广泛分布于该地区的河口。

3.6 大洋洲

大洋洲的河口污染水平最低，累积WACL为2,916.32 ng/L，检测到100种药物。抗生素是大洋洲河口中最常见的药物类别，其次是止痛药。尽管该地区药物污染数据较少，但已发现一些药物如磺胺甲恶唑和对乙酰氨基酚浓度相对较高。该地区的污染可能与较高的抗生素使用量有关，特别是在澳大利亚，抗生素的处方量在全球居前列。

3.7 全球药物污染类别

在全球河口中，共发现41种药物类别，其中镇痛药、抗生素和兴奋剂是最常见的污染物类别。这三类药物不仅在全球范围内分布广泛，而且污染水平较高。镇痛药的累积WACL值最高，达到127,993.33 ng/L，尤其是在非洲和北美洲的污染严重。抗生素在所有大洲均有检测，虽然其浓度较低，但其广泛使用带来的抗药性问题尤其值得关注。

图 3.六大洲中每大洲重量平均浓度水平 （WACL） 最高的前 20 种药物。

4. 可能影响河口药物污染的因素

药物污染的来源多种多样，可能包括污水处理厂的排放、制药行业废水、农业用药、牲畜粪便以及水产养殖等。由于河口处于淡水和海水的交汇点，河流的污染物也会影响到河口水域。环境因素，如潮汐、海洋水动力学等，也可能影响药物在河口中的分布。

5. 河口中的生态风险评估

研究通过计算药物浓度与毒性数据之间的危险商值（HQ）来评估生态风险。结果表明，某些药物如双氯芬酸、咖啡因、卡马西平和乙炔雌二醇在多个大洲的河口中具有较高甚至非常高的生态风险。虽然大多数药物的污染水平较低，但仍有一些药物在全球范围内构成了较大的生态威胁。

图 4.全球河口已报告药物的危险商和可用的毒性数据。

6. 药物污染与社会经济因素的关系

研究发现药物污染与区域的失业率和贫困比率呈正相关，而与人均GDP和预期寿命呈负相关。这表明药物污染水平较高的地区通常经济发展水平较低，废水处理设施不足，药物管理体系不完善。高失业率和贫困水平的地区药物污染尤其严重。

7. 研究的局限性和未来展望

文档提到了当前研究的局限性，例如不同研究使用的采样方法和分析技术不一致，以及监测的药物种类有限。此外，研究主要集中在少数地区，全球河口中药物污染的整体情况仍不完全明确。未来应加强全球范围内药物污染的监测，尤其是数据缺乏的地区。文档提出了Global Estuaries Monitoring (GEM)计划，旨在通过全球协作，标准化河口药物污染的检测方法，并推动污染控制的最佳实践。

8. 结论

尽管河口在生态和经济方面都极其重要，但药物污染对其构成了严重威胁。文档通过全球范围内的药物污染数据分析，揭示了不同地区的污染状况和生态风险。药物污染与社会经济因素密切相关，未来的研究需要更加注重全球范围内的监测标准化和研究协作，以确保河口生态系统的健康。