Использование антибиотиков людьми загрязняет реки по всему миру

Даже без учета ветеринарных и фармацевтических отходов одно только использование антибиотиков человеком приводит к тому, что уровень воды в реках выходит за экологически критические точки, подвергая риску мировые водные системы и здоровье.

В недавней статье, опубликованной в журнале PNAS Nexus,ппппппп исследователи подсчитали количество 40 наиболее часто используемых человеком антибиотиков, которые попадают в океаны и реки, уделив особое внимание внутренним источникам.

Их анализ подчеркивает настоятельную необходимость глобальных стратегий по контролю загрязнения. Он предполагает, что 8500 тонн антибиотиков достигают речных систем каждый год и что шесть миллионов километров мировых рек превышают безопасные уровни для стимулирования устойчивости и вреда здоровью экосистемы.

Загрязнение антибиотиками природных вод все чаще регистрируется в отложениях, грунтовых и поверхностных водах, что вызывает опасения как за здоровье человека, так и за состояние окружающей среды. Даже в низких концентрациях антибиотики могут способствовать развитию генов устойчивости, сокращать микробное разнообразие и оказывать негативное воздействие на водную жизнь.

Понимание загрязнения антибиотиками имеет решающее значение, поскольку, по прогнозам, устойчивость к противомикробным препаратам (AMR) станет ведущей глобальной угрозой здоровью. Антибиотики попадают в окружающую среду из-за неполного метаболизма человека, недостаточного удаления в системах сточных вод и широкого использования в животноводстве, аквакультуре и фармацевтическом производстве.

Промышленные источники в некоторой степени регулируются, но бытовые и больничные сточные воды, оба важных точечных источника, часто не очищаются должным образом. По оценкам, половина сточных вод из этих источников сбрасывается без очистки во всем мире.

Поскольку глобальное использование антибиотиков человеком резко возросло, увеличившись на 65% в период с 2000 по 2015 год и на 114% в странах с низким уровнем дохода, опасения по поводу растущей нагрузки на окружающую среду усиливаются. Существуют передовые технологии лечения, но они не получили широкого распространения. Более того, некоторые остатки антибиотиков могут сохраняться в отложениях или трансформироваться в другие биологически активные формы.

Прямой глобальный мониторинг антибиотиков ограничен высокими затратами и сложностью, что затрудняет регулярное отслеживание. В качестве альтернативы модели судьбы загрязняющих веществ могут имитировать экологическую судьбу химикатов, помогая выявлять регионы с высоким риском.

Уровни воздействия антибиотиков на окружающую среду в реках мира. Общий коэффициент риска (RQtot) рассчитывается как сумма индивидуальных коэффициентов риска всех 40 антибиотиков в системе мировых рек в условиях низкого расхода. Реки, выделенные серым цветом, представляют незначительный риск (RQtot < 0,01). Показаны только реки, превышающие долгосрочный средний расход 0,1 м3 с−1.

Уровни воздействия антибиотиков на окружающую среду в реках мира. Общий коэффициент риска (RQtot) рассчитывается как сумма индивидуальных коэффициентов риска всех 40 антибиотиков в системе мировых рек в условиях низкого расхода. Реки, выделенные серым цветом, представляют незначительный риск (RQtot < 0,01). Показаны только реки, превышающие долгосрочный средний расход 0,1 м3 с−1.

В этом анализе исследователи использовали модель судьбы загрязняющих веществ HydroFATE, чтобы оценить, представляют ли антибиотики, используемые человеком, угрозу для речных систем во всем мире, на основе данных, полученных с 23,8 миллионов километров речных сетей.

Они оценили выбросы антибиотиков в результате деятельности человека, объединив распределение населения, использование антибиотиков на душу населения и скорость метаболизма человека. Судьба этих веществ была смоделирована на основе их путей, включая очищенные и неочищенные сточные воды, а также естественное затухание почвы.

Речные сети были смоделированы для отслеживания переноса загрязняющих веществ путем расчета того, как антибиотики накапливались вниз по течению, включая распад в русле и удаление из озера. Концентрации в реках были рассчитаны как общая нагрузка, деленная на местный речной сток.

Затем исследовательская группа проверила модели, сравнив результаты с измеренными концентрациями антибиотиков на 877 участках по всему миру для 21 соединения. Модель использовала самый низкий ежемесячный речной сток между 1971 и 2000 годами для моделирования риска в правдоподобных, но эффективных условиях.

Воздействие на окружающую среду оценивалось с использованием коэффициентов риска (RQi), рассчитанных как отношение смоделированных концентраций к экологическим или способствующим резистентности порогам. Они были суммированы в общий коэффициент риска (RQtot) для охвата кумулятивных воздействий.

Воздействие, которому подвергаются люди с точки зрения последствий для здоровья, оценивалось с использованием эквивалентной концентрации дозы как доли определенной суточной дозы и оценивалось по отношению к порогам хронического воздействия. Самый высокий процентиль концентраций дозы использовался для оценки сценариев высокого риска воздействия на человека, предполагая потребление неочищенной воды.

Исследователи подсчитали, что мировое потребление антибиотиков составляет 32 200 тонн в год, из которых 29 200 тонн приходится на 40 наиболее часто используемых антибиотиков. После учета дополнительных стран оценка выросла до 30 300 тонн.

Из этого количества 68%, или 20 500 тонн в год, выводится, и приблизительно 29%, или 8 500 тонн в год, по оценкам, сбрасывается в речную систему. Только 43% бытовых антибиотиков обрабатываются через системы сточных вод.

Централизованные установки устраняют 72% поступающих антибиотиков, но все еще вносят 17% выбросов. Децентрализованные и необработанные системы вносят 29% и 54% соответственно. Большая часть удаления происходит за счет распада в русле (48%) и удержания в озере (13%).

В условиях низкого стока 49% мировой длины рек не представляли риска, 9% имели низкий риск, 17% имели средний риск и 25% имели высокий или очень высокий риск. Около 3,8 миллионов километров рек имели одно или несколько веществ, которые превышали индивидуальные пороги риска, а 0,7 миллиона километров были загрязнены десятью или более антибиотиками высокого риска.

В таких странах, как Индия, Пакистан и Китай, наблюдался высокий риск заражения на обширных реках, что в значительной степени обусловлено такими распространенными антибиотиками, как амоксициллин, цефтриаксон и цефиксим, которые стали основными причинами превышения индивидуальных порогов высокого риска по длине рек, хотя другие антибиотики, такие как ципрофлоксацин, также вносили значительный вклад в определенных регионах или при оценке риска для здоровья человека.

Что касается воздействия на здоровье человека, то 1,4% рек мира попадают в процентиль с самой высокой дозой антибиотиков, что может оказать потенциальное воздействие на более чем 750 миллионов человек в условиях потребления неочищенной воды.

Исследование показало, что использование антибиотиков человеком представляет значительную опасность для рек во всем мире, причем еще большие риски вероятны в районах, где также присутствуют ветеринарные препараты, фармацевтические отходы и ненадлежащая очистка сточных вод.

Хотя промышленные выбросы, аквакультура и сельское хозяйство являются ключевыми факторами, они не были включены в модели из-за ограничений в доступности данных. Сезонные пики и экстремальные погодные явления также могут привести к более высоким локальным концентрациям.

Несмотря на свои ограничения, модель надежно оценивает долгосрочные риски и подчеркивает настоятельную необходимость в улучшении управления сточными водами, более строгих правилах и ответственном использовании антибиотиков. Политика должна отдавать приоритет регионам с высоким риском, особенно в странах с низким и средним уровнем дохода, и использовать подход OneHealth при одобрении лекарств для защиты экосистем и общественного здоровья.