CC BY
50НАУКИ О ЗЕМЛЕ
ПОДХОДЫ В ИЗУЧЕНИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АНТИБИОТИКАМИ
Ананян Анаит Севадовна
Балтийский федеральный универстет им. И.Канта
г. Калининград
APPROACHES TO STUDYING ANTIBIOTIC CONTAMINATION
Ananian Anait
Immanuel Kant Baltic Federal University,
Kaliningrad
DOI: 10.31618/nas.2413-5291.2021.1.66.406
АННОТАЦИЯ
Данная работа представляет обзор проблем, связанных с применением антибиотиков в разных областях (медицина, сельское хозяйство) для лечебных и профилактических целей, а также риски, которые могут возникнуть для экологии при поступлении противомикробных препаратов в объекты окружающей среды. Наиболее опасная проблема - это устойчивость патогенов к антибиотикам, что может вызвать другие социальные проблемы - рост заболеваемости, смертность, упад экономики. На данный момент не только в России, но и в мире, именно экологическое направление изучения лекарственных препаратов, в частности антибиотиков, их путь попадания в окружающую среду и опасность, развивается недостаточно и связано это с рядом методических сложностей. Не до конца изучены риски для живой природы и человека, которые могут возникнуть из-за остатков различных лекарственных препаратов, их влияния по отдельности и вместе. Контроль антибиотиков в объектах окружающей среды позволит снизить нагрузку поступления препаратов через сточные воды, разработать дополнительные мероприятия по очистке вод на предприятиях, где активно используются противомикробные средства, а также выявить «горячие точки» в регионах.
ABSTRACT
This work provides an overview of the problems associated with the use of antibiotics in different areas (medicine, agriculture) for therapeutic and prophylactic purposes, as well as the risks that may arise for the environment when antimicrobial drugs enter the environment. The most dangerous problem is the resistance of pathogens to antibiotics, which can cause other social problems - an increase in morbidity, mortality, and economic decline. At the moment, not only in Russia, but also in the world, it is the ecological direction of the study of drugs, in particular antibiotics, their way of entering the environment and danger, is developing insufficiently and this is due to a number of methodological difficulties. The risks to wildlife and humans that may arise from residues of various drugs, their effects separately and together are not fully understood. Control of antibiotics in environmental objects will reduce the load of drugs entering through wastewater, develop additional measures for water purification at enterprises where antimicrobial agents are actively used, and also identify "hot spots" in the regions.
Ключевые слова: антибиотики, экология, животноводство, медицина.
Keywords: antibiotics, ecology, animal husbandry, medicine.
Введение
В последнее время
антибиотикорезистентность (устойчивость штамма возбудителей инфекции к антибактериальным препаратам) становится все более актуальной проблемой. Резистентность может возникать различными путями: природная особенность устойчивости микроорганизмов к антибиотикам или случайные мутации, но чаще всего это постепенное накопление свойств устойчивости из-за длительного воздействия антибиотиков. Согласно отчету Всемирной организации здоровья (ВОЗ) 2014 г. (Устойчивость к противомикробным препаратам) человек может столкнуться с тем, что антибиотикорезистентность будет расти быстрее, чем появление новых противомикробных препаратов, к которым патогены ещё не выработали устойчивость. Это приведет к глобальным социальным проблемам: не только современные и сложные медицинские операции, но
даже самые простые хирургические манипуляции будут проводиться с высоким риском возникновения инфекции, повысятся смертность и инвалидность, здравоохранение столкнётся с тем, что срок нахождения пациентов в больницах увеличится и ресурсов для таких высоких нагрузок будет недостаточно. Новые поколения антибиотиков будут ценным ресурсом, а их стоимость - настолько высока, что использовать их сможет только часть населения, что приведет к социальному неравенству и разделению [10, а 12-25].
Цель работы - провести анализ информации по вопросу применения антибиотиков в разных отраслях, пути поступления антибиотиков в окружающею среду и развитию экологического мониторинга объектов окружающей среды.
Результаты и их обсуждение
Медицина
Основными источниками поступления антибиотиков в объекты окружающей среды является их применение в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве. Если говорить о медицине, то на данный момент существует тенденция при лечении ряда заболеваний не использовать противомикробные средства, а переходить на альтернативные методы. Эти принципы отражены в рекомендациях ВОЗ (программа СКАТ «Стратегия контроля антимикробной терапии в лечебно-профилактических учреждениях для стран с низким и средним доходом»). В этой программе рассматриваются подходы для решения проблемы широкого использования антибиотиков: например, обучение кадров в рамках новой концепции, внедрение программы на региональных уровнях, оценка эффективности работы структур, создание органов надзора и контроля [8, с. 8-12]. В России эта программа носит рекомендательный характер, но активно внедряется в медицинские учреждения регионов с помощью методических рекомендаций напрямую от региональных департаментов здравоохранения (Распоряжение от 25 сентября 2017 года №2045-р. Стратегия определяет государственную политику по предупреждению и ограничению распространения устойчивости микроорганизмов к противомикробным препаратам, химическим и биологическим средствам.) [1, с. 15].
С другой стороны, существует такая проблема, как неосознанное использование населением антибиотиков и самолечение. Например, при респираторных вирусных инфекциях часто люди без назначения врача обращаются к противомикробным препаратам, тогда как они неэффективны и необходима группа противовирусных препаратов. Особенно эта тенденция усугубилась в 2020 г. и связана она с вирусной пандемией - COVID-19, когда Министерство здравоохранения РФ включил в список лекарств, рекомендованных при лечении короновируса, ряд антибиотиков (азитромицин, амоксициллин, кларитромицин, левофлоксацин, моксифлоксацин) и спрос на антибиотики в целом вырос, вызвав весной 2020 г. дефицит на эти лекарственные средства. Опираясь на косвенные показатели потребления препаратов, эффективно сократить назначение и самоназначение антибиотиков позволяют национальные информационно-просветительские кампании. Успешным примером такого подхода являются Бельгия и Франция, в которых показатели по применению антибиотиков были одни из самых высоких в Европе, но благодаря ряду мероприятий по распространению информации об опасности бесконтрольного применения противомикробных средств показатели уменьшились [14, с. 3].
На данный момент в России большинство системных антибиотиков являются рецептурными (в основном инъекционные и пероральные формы выпуска), но некоторые продаются без рецепта -
это «устаревшие» виды: хлорамфеникол, тетрациклин, эритромицин, сульфацил-натрий (очень токсичный), сульфаниамид, полимиксин, гентамицин - все они, как правило, продаются в виде гелей, мазей, кремов и применяются как офтальмологические и дерматотропные средства. Если обращаться к статистике по продаже и производству антибиотиков, то в России (по данным совместного исследования «Фармвестник» и аналитической компании AlphaRM) на октябрь 2020 г. продажи выросли на 14% относительно аналогичному периоду 2019 г. Что касается производства антибиотиков в России, то также наблюдается рост: по данным Alto Consulting Group в 2019 г. было произведено 553,5 тонн антибиотиков, что на 46,7% больше относительно 2018 г. Производство в октябре 2020 г. составило 69,8 тонн, что относительно октября 2019 года больше на 11,1% [4, с. 19-21]. Пандемия, рост производства и спроса на антибиотики, безрецептурные противомикробные препараты -всё это увеличивает объём попадания антибиотиков в объекты окружающей среды.
Сельское хозяйство
Другая отрасль, в которой широко используются антибиотики - это сельское хозяйство, в особенности, животноводство. Во-первых, в промышленном масштабе большое количество животных содержатся, как правило, на малых площадях, что повышает риск возникновения и распространения различных инфекций. Во-вторых, технологический процесс выращивания и содержания животных предполагает лекарственную обработку, а противогрибковая профилактика необходима при транспортировке животных. В России наиболее распространёнными антибиотиками в сельском хозяйстве, в частности, животноводстве, являются «устаревшие» формы (тетрациклины,
пенициллины, хлорамфеникол). Причины их повсеместного применения: относительно невысокая стоимость и доступность на рынке, в медицинской практике при лечении людей они уже не являются популярными, тогда как большинство инфекций на производствах ими можно остановить. Ещё существует практика применения кормовых антибиотиков, в качестве стимуляторов роста. Они широко применяются в свиноводстве и птицеводстве, и помимо того, что стимулируют рост, также повышают иммунитет и способствуют уменьшению объемов корма (снижают расход протеина). У птиц повышается продуктивность (яйценоскость), а для рогатого скота за счет увеличения скорости роста молодняка, снижаются кормовые затраты и, в конечном итоге, производство молока становится более выгодным. В США широко применяются монензин, ласалоцид, лайдломицин, а хлорамфеникол запрещён.
Отдельно следует рассмотреть применение антибиотиков в аквакультуре. При активном промышленном разведении рыб и беспозвоночных существует тенденция ухудшения
гидрохимического режима и загрязнения водного объекта продуктами жизнедеятельности и кормом, что создает благоприятную среду для патогенных микроорганизмов. Для того чтобы можно было сохранить искусственно выведенную культуру и предотвратить вспышки распространения инфекций используют противомикробные средства. Практически во всех странах, которые развивают аквакультуру, самый распространённый антибиотик - окситетрациклин [4, с. 216-223].
По данным Росстата тенденция производства кормовых антибиотиков в России за последние 5 лет снижается: в 2016 г. было изготовлено 111 тонн, тогда как в 2018 г. 26,5 тонн [6, с. 65]. Применяя антибиотики даже в небольшом количестве, они в малых дозах попадают в конечную продукцию (мясо и молоко) и далее распространяются не только на местный рынок, но и экспортируются в другие страны и, возвращаясь к проблеме устойчивости, резистентность бактериальных популяций распространяется во всём мире -проблема не имеет географических границ.
Отказ от кормовых антибиотиков может повлечь за собой социальные проблемы иного характера - это продовольственный дефицит в мире. Изменение технологий, переход на альтернативные способы ведения хозяйств -процедура долгая и затратная, требующая некоторой подготовленности экономики и уверенных инструментов, так как в первую очередь будет отражаться на цене готового продукта, а это большой риск, особенно для стран с низким и средним доходом. В 2018 г. Росстандартом была зарегистрирована и активно внедряется регионами система добровольной сертификации «Система контроля антимикробных препаратов - СКАМП» (рег. № РОСС RU.31847.04AMn0 от 20.02.2018), которая предполагает ряд общехозяйственных и ветеринарно-санитарных мероприятий,
направленных на снижение использования антибиотиков в сельском хозяйстве. Производства могут присоединиться к этой программе и, если их продукция не превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК) по антибиотикам, то производитель получает сертификаты на продукцию, вносится в специальный реестр и получает право официально на своей продукции ставить маркировку «без антибиотиков», что повышает репутацию предприятия.
На данный момент в сельском хозяйстве практически нет альтернативы противомикробным препаратам, поэтому напрямую через продукты питания человек регулярно будет получать малые дозы антибиотиков, угнетая при этом иммунную систему. Само производство антибиотиков (в том числе кормовых) и использование их на с/х предприятиях провоцируют постоянное поступление лекарственных препаратов в объекты окружающей среды через отходы и сточные воды.
Экология
Другое направление, связанное с изучением антибиотиков, это экологический мониторинг. В России, как и в остальном мире, определение и
мониторинг содержания лекарственных веществ в объектах окружающей среды только зарождается ввиду недостаточной изученности поведения этих соединений в природной среде и влияния на их устойчивость различных факторов, так и сложности лабораторного анализа. В этом вопросе 2017 г. стал решающим: сразу несколько международных организаций: ООН (Организация объединенных наций) и ХЕЛКОМ (Хельсинская комиссия) подняли вопрос о новом направлении изучения загрязнений - загрязнение лекарственными препаратами, в частности антибиотиками, тогда эти соединения официально были признаны новыми загрязняющими веществами. Например, исследования 2015-2017 гг. ХЕЛКОМ совместно с ЮНЕСКО показали, что существует загрязнение Балтийского моря остатками фармацевтических препаратов, и выделили новое приоритетное направление в изучении загрязнений органическими
соединениями (Отчет ИБЬСОМ, 2017). Опасность заключается в том, что биомасса воспринимает лекарственные препараты, в частности антибиотики, за источник углерода, а это может привести к ряду последствий: токсическое действие на гидробиоту, формирование устойчивости патогенных микроорганизмов, ингибирование способности гидробиоты производить детоксикацию загрязняющих органических соединений. Следует также учитывать, что вместе с антибиотиками в окружающую среду попадают и антибиотикоустойчивые бактерии, которые продолжают размножаться, передавая и распространяя свою резистентность. Особенно это касается загрязнённых водных объектов (через стоки и отходы населения и предприятий), в которых устойчивость к противомикробным препаратам широко распространяется среди морских позвоночных, и они могут стать главными резервуарами антибиоткоустойчивых бактерий в Мировом океане [11, с. 31].
Достаточно много открытых методических вопросов: отсутствует общий методический подход, связанный как с отбором, хранением, транспортировкой подготовкой проб, так и с методами анализа, обработкой полученных данных. Для определения антибиотиков в объектах окружающей среды в России на государственном уровне нет таких нормативных документов, как, например, для продуктов питания. Это связано с тем, что количества, которые могут обнаруживаться, малы, и при пробоподготовке необходимо прибегать к способам концентрирования. Кроме того, для определение лекарственных препаратов необходимы современные и чувствительные методы анализа, например, метод высокоэффективной жидкостной хроматографии или масс-спектрометрия, а они дорогостоящие и малодоступные, что замедляет разработку и внедрение методик. Также отсутствуют ПДК даже для самых распространенных антибиотиков в воде водных
объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
Комплексный подход при мониторинге антибиотиков должен учитывать назначение водного объекта, его гидрохимический режим, потенциальные источники загрязнения и т.д. На примере тетрациклиновой группы, как на наиболее популярной группе антибиотиков в сельском хозяйстве и применяемой в медицинской практике в России, можно рассмотреть, как совокупность факторов будет влиять на полученный результат. По своей природе тетрациклины обладают амфотерными свойствами, что позволяет им реагировать с органическими и неорганическими кислотами, щелочными и щелочноземельными металлами, а также они как комплексообразователи создают нерастворимые соединения с катионами многовалентных металлов. Этот фактор необходимо учитывать при
отборе/хранении/транспортировке проб.
Например, для подавления процесса комплексообразования и увеличения срока хранения проб, иногда добавляют раствор ЭДТА (этилдиамитетрауксусной кислоты), особенно это актуально в тех случаях, когда расстояние от места отбора до лаборатории значительное и необходимо продолжительное время для доставки проб. Солёность также может влиять на концентрации, если определять количественно. Согласно справочным данным тетрациклины в сухом виде устойчивы, но ситуация резко меняется, когда антибиотики находятся в виде раствора: устойчивость тетрациклинов в растворе будет зависеть в первую очередь от температуры и pH. Они наиболее устойчивы и активны в кислых средах, в щелочной среде активность и устойчивость резко снижается (при t=22-250C устойчивость тетрациклина при pH 2,5 - 12 дней, 7 - 3 дня, 8,5 - 12 часов), так же с повышением температуры устойчивость снижается (при pH=7 устойчивость тетрациклина при t=22-250C - 3 дня, а при t=370C - 24 часа [3, с. 416]. Из всех тетрациклинов хлортетрациклин наиболее лабилен. Эти справочные данные указаны для чистых веществ в водных растворах в лабораторных условиях. Но объекты окружающей среды, в том числе природная вода, это многокомпонентные, сложные системы. Поэтому при долгосрочном мониторинге такие показатели, как температура, pH и соленость должны быть базовыми и замеряться при пробоотборе. Например, если есть задача выявить корреляцию между концентрациями антибиотиков в сточных и природных водах и эпидемиологической ситуацией, то такой феномен как «сезонность респираторных инфекций» попадает на холодное время года, и увеличение концентраций может быть связано не только с заболеваемостью, но и с тем, что соединения более устойчивы при пониженных температурах. Следовательно, при разработке предложений по мониторингу антибиотиков в природной воде, необходимо учитывать физико-химические свойства
соединений, гидрологические условия конкретных водоёмов, сезон, удалённость потенциальных источников загрязнения. Также следует обратить внимание и на мониторинговую сеть пробоотбора: существуют «горячие» точки, например, вблизи с/х предприятий, стоки больниц, неочищенные городские стоки
Уменьшению нагрузки поступления загрязняющих веществ может помочь внедрение методов очистки вод (озонирование, обработка ультрафиолетом, персульфатное окисление, применение сорбентов) на фармацевтических заводах и предприятиях с активным использованием антибиотиков, а также улучшение городских очистных сооружений [2, с. 36-38; 5, с. 171].
Заключение
Антибиотики являются неотъемлемой и важной частью современного мира и на данный момент противомикробная терапия является ведущей в медицине и сельском хозяйстве. Но и риски активного применения антибиотиков высоки, что может привести к ряду социальных и экологических проблем. Поэтому современные подходы в этом вопросе и решение проблем должны быть комплексными: медицина нацелена на разработку альтернативных методов лечения ряда заболеваний и создание новых противомикробных препаратов, чтобы у человечества в случае пандемий и вспышек заболеваний был «запасной вариант»; сельское хозяйство должно быть направлено на уменьшение антибиотиков на предприятиях, разработке новых технологических подходов, а производитель должен быть заинтересован в том, чтобы его продукция была без антибиотиков. Касаемо экологии, то можно выделить ряд рекомендаций:
- доработка аналитических методов анализа, стремление к единству методик определения лекарственных препаратов (в том числе и метаболитов);
- улучшение подхода к ведению статистических данных в регионах по обороту лекарственных препаратов в различных отраслях;
- информационно-просветительские кампании среди населения об опасности неосознанного применения антибиотиков;
- внедрение на предприятия методов очистки вод и улучшение городских очистных сооружений;
- экотоксикологические исследования не только по отдельным видам антибиотиков и метаболитам, а оценка токсичности в сумме лекарств;
- внедрение практики экологического мониторинга лекарственных средств, например, в районах с/х предприятий.
Работа была выполнена в рамках повышения конкурентоспособности 5-100 на 2016-2020 годы.
Литература:
1) Белобородов В.Б. [и др.] Программа СКАТ (Стратегия Контроля Антимикробной Терапии) при оказании стационарной медицинской помощи.
Методические рекомендации для лечебно-профилактических учреждений Москвы // Consilium Medicum. 2017. — №7-1. 2021.
2) Долина Л.Ф., Савина О.П. Очистка вод от остатков лекарственных препаратов // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. 2018. - №3 (75).
3) Навашин С. М., Фомина И. П. Справочник по антибиотикам. М.: Медицина, 1974, 416 с.
4) Нечаева Ю. ОБЗОР ПРОДАЖ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ ПО ИТОГАМ 9 МЕСЯЦЕВ 2020 ГОДА // Ремедиум. 2020. — №10.
5) Сазыкин, И. С. Роль очистных сооружений сточных вод в распространении генов резистентности к антибиотикам / И. С. Сазыкин // Утилизация отходов производства и потребления: инновационные подходы и технологии: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Киров, 04 декабря 2019 года. - Киров: Вятский государственный университет, 2019. - С. 171-176.
6) Сельское хозяйство в России. 2019: Стат.сб./Росстат - С 29 M., 2019. - 91 c.
7) Синопальников А.И. Антибиотики и внебольничные инфекции нижних дыхательных путей. Кому? Какой? // КМАХ. 2019. — №1.
8)Стратегия контроля антимикробной терапии в лечебнопрофилактических учреждениях для
стран с низким и средним уровнем дохода. Практическое пособие ВОЗ [Antimicrobial stewardship programmes in health-care facilities in low- and middle-income countries. A WHO practical toolkit]. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2020.
9) Шульгина Л.В. [и др.] Антибиотики в объектах аквакультуры и их экологическая значимость. Обзор // Известия ТИНРО. 2015.
10) Antimicrobial resistance: global report on surveillance // World Health Organization, 2014.
11) Moore M., Rose J.M. Occurrence and patterns of antibiotic resistance invertebrates off the Northeastern United States coast // FEMS Microbiology Ecology. 2009. — Mar;67(3):421-31.
12) Ocan M., Obuku E.A., Bwanga F., Akena D., Richard S., Ogwal-Okeng J., et al. Household antimicrobial self-medication: a systematic review and meta-analysis of the burden, risk factors and outcomes in developing countries. BMC Public Health, 2015. — 08 1;15(1):742.
13) Swedish work on containment of antibiotic resistance - Tools, methods and experiences — Stockholm: Public Health Agency of Sweden, 2014. — P. 16—17, 121—128
14) Tao W., Ivanovska V., Schweickert B. Proxy indicators for antibiotic consumption; surveillance needed to control antimicrobial resistance. Bulletin of the World Health Organization // World Health Organization, 2019.
