CC BY
180
ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕСТИЦИДОВ КЛАССА СИНТЕТИЧЕСКИХ ПИРЕТРОИДОВ
Л.В. МАКСИМЕНКО, А.И. ГУРОВА
Кафедра гигиены, общественного здоровья и здравоохранения РУДН Москва, 117198, ул. Миклухо-Маклая, д. 8. Медицинский факультет
Синтетические пиретроиды - перспективные пестициды, нашедшие широкое применение в сельском хозяйстве и в борьбе с бытовыми насекомыми. Они выгодно отличаются от пестицидов других классов быстрым разложением в окружающей среде, относительно низкой токсичностью и малой кумулятивностью. Как у насекомых, так и у млекопитающих пиретроиды поражают нервную систему, однако для насекомых они в 100-) ООО раз токсичнее.
Нами исследована токсичность типичного представителя класса пиретроидов - неопинамина. Установлено, что при внутрижелудочном введении белым мышам и крысам препарат умеренно токсичен, при ингаляции - высоко токсичен. Проникает через кожу. Кумуляция умеренная. Хроническое ингаляционное воздействие вызывает нарушения со стороны нервной системы, печени, надпочечников и системы оксидации. Выявлены отдаленные эффекты хронического действия неопинамина: мутагенный, гонадотропный и эмбриотоксиче-ский. Снижение массы и температуры тела, лейкоцитов и эритроцитов в крови выявлены у потомства самцов, подвергшихся хроническому ингаляционному воздействию неопинамина в концентрации 24 мг/м3. Малые концентрации неопинамина стимулируют овогенез и снижают постимлантационную смертность плодов животных.
Синтетические пиретроиды - перспективные пестициды с ярко выраженной инсектицидной активностью, низкой испаряемостью, неустойчивостью под воздействием света и небольшой токсичностью для млекопитающих при нормальных условиях использования [1]. Пиретроиды применяются в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов широкого спектра действия, в том числе для борьбы с бытовыми насекомыми. Из 725 используемых пестицидов 30 (с изомерами - 38), что составляет от 4 до 5,25%, представлены классом пиретроидов [13]. Преимуществом является их эффективность против членистоногих, устойчивых к фосфорорганическим, хлорорганическим и карбаматным пестицидам. Инсектицидная активность пиретроидов усиливается при низкой температуре среды; повышение температуры способствует их быстрому распаду [4,11], возможно этим объясняется относительно низкая токсичность пиретроидов для теплокровных животных. Синтетические пиретроиды, как и растительные пиретрины, представляют собой алкенилметилциклопентеноловые эфиры циклопропанкарбоновых кислот (чаще всего хризантемовой или перметриновой). Для многих пиретроидов характерно наличие нескольких (до восьми) стереоизомеров, причем цис-изомеры, как правило, более токсичны для теплокровных животных, чем транс-изомеры [1,11].
Производство и широкое применение пестицидов привело к загрязнению окружающей среды - почвы и воды водоемов. На 5-й Европейской конференции по проблемам химии и окружающей среды (Будапешт, 1995) рассматривалась проблема остатков синтетических пиретроидов в окружающей среде и продуктах питания, а также их влияния на обитателей водоемов, животных и человека [10]. По данным Национального исследовательского центра в Каире пиретроиды (перметрин, К-отрин, циперметрин) обнаруживаются в экстрактах пылевидных частиц воздуха в концентрациях 0,6-15,67 мкг/м3 [7]. В реках и озерах Греции, используемых для водоснабжения, содержание прометрина достигает 0,8 мкг/л, что значительно ниже принятых в Евросоюзе предельно допустимых концентраций [10]. В то же время необходимо принять во внимание относительно быстрое разрушение пиретроидов в воде и почве. Так, полное разрушение перметрина в почве происходит в течение 3 месяцев [2].
Токсичность пиретроидов для животных и человека примерно в 100-1000 раз ниже, чем для насекомых; коэффициент селективности (ВЬ50 теплокровных / ВЬ50 насекомых) у них в 10-200 раз выше, чем у фосфорорганических пестицидов. Пиретроиды аллетрин, тетраметрин (неопинамин) и ресметрин в концентрациях, в 50-70 раз превышающих те, что применяются для борьбы с насекомыми, не вызывают никаких значимых изменений функциональных, биохимических и морфологических показателей у мелких лаборатор-
ных животных [10]. Почти все пиретроиды умеренно или мало токсичны (высоко токсичны в основном CN- и Cl-содержащие соединения) [4,5,6,9]. Из 38 применяющихся на практике пиретроидных пестицидов по величине ЛД-50 9 соединений имеют низкую токсичность (4-й класс), 21 - умеренную (3-й класс) и 8 - высокую (2-й класс). При ингаляции токсичность пиретроидов значительно выше: по величине ЛК-50 из исследованных 32 веществ 5 умеренно токсичны, 18 имеют высокую токсичность и 9 - чрезвычайно высокую токсичность и опасность (1-й класс). Почти все исследованные пиретроиды не проявляют кумулятивности (I cum > 5) [13], некоторые пиретроидные соединения (дельтаметрин) обладают кожной резорбцией [5].
В картине интоксикации преобладают симптомы нарушений со стороны нервной системы, печени, отмечено влияние на оксигеназную систему [4,5,6]. Некоторые пиретроиды, включающие галогены, циангруплу, гидрофобные участки (цисметрин, биорес-метрин, дельтаметрин) обладают аллергенным потенциалом [5]. На дельтаметрине показана способность пиретроидов индуцировать гибель тимоцитов, что ведет к снижению массы тимуса на 22-41% и оказывает иммуносупрессивное действие [8].
Литературные данные о возможности отдаленных эффектов, индуцируемых пирет-роидами, немногочисленны и получены, как правило, при внутрижелудочном, а не ингаляционном введении пестицидов в организм животных. В частности, установлено слабое мутагенное действие неопинамина на клетки костного мозга мышей при введении препарата внутрижелудочно в достаточно высоких дозах: 1/5 и 1/50 ЛД-50, что позволило авторам отнести его по мутагенной активности к IV классу веществ («мало опасные»). Как считают авторы, мутагенез присущ в основном мало и средне токсичным пестицидам [3].
Материалы и методикы.
Группой сотрудников кафедры гигиены, общественного здоровья и здравоохранения РУДН в течение нескольких лет в токсикологических экспериментах на лабораторных животных (белых мышах и крысах) изучалось токсическое действие классического синтетического пиретроида неопинамина, на основе которого в разных странах создано несколько десятков инсектицидных препаратов. Неопинамин от компании "Сумитомо" (Япония) (№0474 от 18.06.90) входит в Перечень зарубежных дезинфекционных средств, разрешенных к применению на территории РФ (Указание от ГТК РФ от 04.06.92 №01-12/50).
Экперименты проводили в соответствии со стандартными требованиями к постановке исследований для гигиенического нормирования химических веществ в воздухе рабочей зоны, включая определение показателей острой токсичности для белых мышей и крыс при пероральном, перкутанном и ингаляционном поступлении в организм; исследование местного раздражающего действия (на кроликах белой масти) и раздражения дыхательных путей (для белых крыс), а также сенсибилизирующего действия (методом накожных проб на морских свинках светлого окраса); кумулятивности и привыкания (методом K.S. Lim на белых мышах); изучение картины и порогов острой и хронической интоксикации при 2,5- и 4-месячном ингаляционном воздействии на мышей и крыс, соответственно; изучение и определение порогов мутагенного, гонадотропного и эмбриотоксического эффектов - на самцах и самках белых мышей и их потомстве в первом и третьем поколениях.
Изучение бластомогенных свойств неопинамина проводилось в опытах на беспородных белых крысах в возрасте 12 недель по 50 особей в контрольной и двух опытных группах, животные которых получали неопинамин с пищей ежедневно в течение 2,5 месяцев по 500 и 50 мг/кг, соответственно. К концу затравки суммарная доза неопинамина на одно животное 1-й опытной группы составила 37500 мг/кг (7,5 DL50); 2-й группы -3750 мг/кг (0,75 DL50). Наблюдение за опытными и контрольными животными велось в течение 1,5 лет.
Результаты собственных исследований.
При введении неопинамина в желудок ЛД-50 для белых мышей составляет 1225 (704+2131), для крыс - 4900 мг/кг (3-й класс токсичности) [по данным других авторов -от 438 мг/кг для мышей (В.И. Вашков, 1973) до 5200 мг/кг для крыс (Й. Нисизава, 1972)]. Препарат обладает кожно-резорбтивной токсичностью: при аппликациях масляного раствора неопинамина на кожу белых мышей ЛД-50 = 10000 (8570+11600) мг/кг (4-й класс). При обоих способах введения вещества клиническая картина острого отравления однотипна: первоначальное возбуждение сменяется малоподвижностью, акроцианозом, вздыбливанием шерсти, затем начинаются сильнейшие судороги; перед смертью - боковое положение. Местного раздражающего и сенсибилизирующего эффектов не выявлено. Кумулятивность умеренная: I cum = 4,1.
При ингаляции аэрозоля неопинамина ЛК-50 для мышей = 630(370+1070) мг/м3; у крыс в максимально достигнутой концентрации (708 мг/м3) гибели или визуально определяемых признаков интоксикации не наблюдалось. Однако порог острого действия, установленный по достоверно (р<0,05) отличающимся величинам потребления кислорода, порога нервно-мышечной возбудимости и активности псевдохолинэстеразы составил 105 мг/м’ (мыши) и 189 мг/м3 (крысы). Порог хронического действия для мышей и крыс составил 24,7+1,01 и 85,5±1,48 мг/м3, соответственно. Лимитирущие показатели у мышей: нервно-мышечная возбудимость, масса тела, потребление кислорода, содержание аскорбиновой кислоты в надпочечниках и их коэффициент массы; у крыс - нервно-мышечная возбудимость, потребление кислорода, сахар крови и активность псевдохолинэстеразы. Таким образом, белые мыши проявляют большую чувствительность к неопинамину, чем белые крысы (коэффициент видовых различий »4).
Порог мутагенного действия (мыши) после хронического эксперимента установлен по статистически значимому превышению контрольного уровня доли метафаз с аберрациями (AM: р<0,01) и числа аберраций на 1 аберрантную метафазу (ММ: р<0,001). Установлена линейная зависимость мутагенного эффекта у белых мышей от концентрации неопинамина (С): АМ=0,07*С + 0,98 (R2=0,96, р<0,05); ММ=0,02*С +1,17 (R2=0,94, р<0,05).
В той же группе животных у самцов под действием неопинамина (24 мг/м3) выявлено снижение индекса сперматогенеза, увеличенное количество патологически измененных и мертвых сперматозоидов, тенденция к укорочению времени их подвижности; более, чем в 2 раза снижена оплодотворяющая способность самцов после хронического воздействия концентраций неопинамина 10,2 и 24 мг/м3 (табл. 1).
Таблица 1
Показатели сперматогенеза у самцов мышей после хронического воздействия
неопинамина
Семенники Индекс спермато- генеза Сперматозоиды Доля оплодотворенных самок, %
С, мг/м3 коэффициент массы коэффициент объема доля аномальных, % доля мертвых, % подвижность, мин
Контроль 3,67+0,13 0,40±0,066 3,20±0,080 1,9+0,35 2,1+0,31 46±1,4 92,0
1,66+0,25 3,79+0,17 0,43±0,03 3,15+0,15 2,4+0,61 2,7±0,54 50+3,2 86,0
10,2+0,89 3,43+0,11 0,43+0,04 2,8010,25 3,3±0,70 2,9+0,34 4310,9 64,0**
24,0+1,38 3,22+0,14 0,37+0,07 2,70+0,16* 9,7+0,86*** 9,6+1,00*** 40+3,3 44,0***
Примечане: По сравнению с контролем - * р<0.05; **р<0.01; ***р<0.001.
У мышей-самок после 20-дневного ингаляционного воздействия неопинамина в тех же концентрациях констатировано удлинение эстрального цикла, в том числе за счет стадии эструса и снижения коэффициента массы яичников. Исследование под микроскопом препаратов яичников самок выявило нарушение их структуры (табл.2).
Таблица 2
Показатели овогенеза и структура яичников у самок мышей после подострого _____________ _____ воздействия неопинамина__________________
Г С, мг/м3 Примордиаль- ные фолликулы Фолликулы с 2-мя и более слоями клеток Зрелые фолликулы Желтые Тела Атрезирующие фолликулы и атретические тела
Контроль 202±19,6 21,6+2,20 3,3+0,57 0,87±0,33 20,8±2,85
1,66±0,255 234±20,2 26,4+4,15 5,7+1,10 1,50+0,17 24,6± 1,10
10,2 + 0,89 250±31,0 21,9+3,70 2,7+0,86 1,00±0,25 27,4±2,66
24,0+1,38 158+12,5* 17,6±1,84 3,0+0,50 0,33±0,09* 30,5±1,87*
Примечане: По сравнению с контролем - * р<0.05; **р<0.01; ***р<0.001.
Из табл. 2 видно, что под действием неопинамина (24 мг/м3) достоверно снижено количество примордиальных фолликулов и желтых тел при одновременном увеличении числа атрезирующих фолликулов и атретических тел. Количество атрезирующих фолликулов равномерно растет с увеличением концентраций неопинамина.
Число самок, забеременевших от интактных самцов, составило всего 70% (в контроле - 90%). Интересно, что в группе самок, подвергавшихся воздействию неопинамина в очень низкой концентрации (1,7 мг/м3), наблюдалось стимулирующее действие неопинамина на овогенез: отмечена тенденция к увеличению числа созревающих фолликулов и желтых тел. Число оплодотворенных самок в этой группе превысило уровень контроля. Порог специфического (мутагенного и гонадотропного) действия аэрозоля неопинамина для мышей не является избирательным, поскольку концентрация 24 мг/м3 совпадает с порогом хронического интегрального действия этого пестицида.
Эмбриотоксический эффект неопинамина изучался путем обследования плодов беременных самок мышей, которые подвергались ежедневно по 2 часа в течение 20 дней (фактически весь период беременности) ингаляционному воздействию аэрозоля неопинамина в концентрациях 4,5±0,54 и 23,7+1,25 мг/м3 (табл.З).
Таблица 3
Показатели эмбриотоксического действия неопинамина (на беременных самках мышей, подвергавшихся в течение всей беременности ингаляционному воздейст-______________________________вию неопинамина) _____________________________
Показатели Концентрация неопинамина
(на одну самку) контроль 4,5 мг/м3 23,7 мг/м3
Число желтых тел беременности 9,7+0,55 9,9±0,82 10,3+0,72
Предимплантационная гибель плодов 1,0±0,22 0,6±0,14 0,9+0,11
Постимплантационная гибель плодов 0,70+0,19 0,3+0,06** 1,7+0,15***
Количество живых плодов 8,0+0,33 9,0±0,45 7,7+0,34
Общая эмбриональная смертность, % 17,5±2,69 9,1+2,03* 25,2±3,03*
Примечане: По сравнению с контролем - *р<0.05; **р<0.01; ***р<0.001.
Из табл.З видно, что малые концентрации неопинамина (4,5 мг/м3) стимулируют созревание плодов, снижая постимплантационную (р<0,1) и общую эмбриональную (р<0,05) смертность. На уровне порога хронического действия выявлено повышение смертности плодов (р<0,05) преимущественно после имплантации (р<0,001). Видимых уродств под
воздействием неопинамина у плодов не выявлено, но в органах неоднократно обнаруживались кровоизлияния.
Таким образом, нами не подтверждается вывод Л.В. Марцонь и Н.Р. Шепельской (1981), что неопинамин не оказывает генеративного и эмбриотропного действия.
Был проведен также эксперимент по изучению показателей развития 1-го и 3-го поколений самцов, перенесших хроническое воздействие аэрозоля неопинамина и интакт-ных самок. Масса тела новорожденного потомства F1 и F3 самцов, пребывавших при 24 мг/м3 неопинамина, была меньше, причем F3 - достоверно (Р<0,001), чем в контрольных группах. К двухмесячному возрасту разница с контролем нивелировалась. Из функциональных показателей у потомства F1 в двухмесячном возрасте отмечена более низкая температура тела и пониженное содержание гемоглобина и лейкоцитов в крови по сравнению с контролем. У F3 можно также отметить тенденцию к снижению гемоглобина и лейкоцитов.
Вероятно, гонадотропное и эмбриотоксическое действие неопинамина связано с содержанием в его молекуле тетрагидрофталевого эфира. В многочисленных литературных источниках приведены наблюдения, указывающие на гонадотропность тетрагид-рофталевых и фталевых соединений, в том числе известного как сильный тератоген та-лидомида.
Опухолевого роста, превышавшего уровень контроля, у крыс не наблюдалось.
Выводы.
1. Неопинамин относительно мало токсичен, но большие видовые различия в чувствительности к нему требуют осторожности при гигиеническом нормировании этого пестицида.
2. Способность неопинамина проникать через неповрежденную кожу и вызывать отравления вплоть до смертельных должна учитываться при организации работ по получению и использованию неопинамина в сельскохозяйственных и бытовых инсектицидных препаратах.
3. В отличие от многих других гшретроидов неопинамин, в состав которого входит тетрагидрофталевая группа, обладает мутагенным, гонадотропным и эмбриотоксическим действием.
4. Материалы исследования указывают на необходимость снижения ранее принятой ПДК неопинамина в воздухе рабочей зоны (5 mt/mj) до 1 мг/м3 (3-й класс, аэрозоль) с пометкой «кожа».
5. Малые концентрации неопинамина оказывают стимулирующее воздействие на овогенез, снижается постимплантационная и общая смертность плодов у беременных самок.
Литература
1. Безопасное использование пестицидов. Тех. Доклад № 720. Пиретроиды. - Женева: ВОЗ, 1985.- С.
16-19.
2. Гордиенко НИ. Миграция гербецида прометрина во внешней среде: Сб. трудов научно-практ. Конференции «Гигиенанаселенных мест»,- М., 1976,- С.16-18.
3. Куринный А.И., Пилинская М.А. Результаты изучения мутагенности пестицидов и задачи генногигиенических исследований: Сб. трудов ВНИИГИНТОКС «Проблемы гигиены и токсикилогии пестицидов» -Киев, 1981,-С. 37-43.
4. Сасинович Л.М., Панъшипа Т.Н. Токсичность и механизм действия пиретроидов: «Актуальные вопросы проф. инф. забол. и охраны внешн. Среды» Душанбе, 1991. - С.90-92.
5. Тиыофиевская Л.А., Петрова Л.П. Экспериментальная оценка пиретроидов// Гиг. и сан., 2000 - №3 -
С.45-48.
6. Aldrige W.N. An assessment of the toxicological properties of pyrethroids and their neurotoxicity// Crit. Rev. Toxicol., 1990.-21. -N2;
7. Badawy M.I. Organic insecticides in airborne suspended particulates// Bull. Environ. Contam. and Toxicol., 1998.- 60, №5,- C. 693-701.
8. Enan Essam, Pinkerton Kent E., Peake Janice, Matsumura Fumio. Deltamethrin-induced thymus atrophy in male balb/c mice// Biochem. Pharmacol - 1996.-51, № 4- C. 447-454.
9. He F., Shaoquang Wang, Lihui Liu et al. Clinical manifestation and diagnosis of acute pyrethroids poisoning// Arch. Toxicol., 1989.-63, N1,-p. 54-58]
10. Malatou P.Th., Miliadis G.E. Monitoring of the pesticide levels in natural waters of Greece // Bull. Environ. Contam. and Toxicol.- 1997 - 59, № 6,- C. 917-923.
11. Narahashi T. Sites of action for neurotoxic pesticides // ASC Simp., ser. 356, 1987. - P. 226-250.
12. Pesticide chemistry for sustainable agriculture: Papers presented at the Fifth European Conference on Chemistry and the Environment, Budapest, May, 1995/ J. Environ. Sci. and Health. B., 1996.- 3_L № 3,- C. 283-644.
13. The Pesticide Manual. A World Compendium. Incorporating The Agrochemical Handbook (10), 1 994,-1341 P.
ECOLOGICAL AND TOXICOLOGICAL CHARACTERISTIC OF SYNTHETIC PYRETHROIDES OF PESTICIDES’ CLASS
L.V. MAXIMENKO, A.I. GUROVA
Department of hygiene, public health and .
Moscow, 117198, M-Maklaya st., 8. Medical faculty
Synthetic pyrethroides are the perspective pesticides being widely adopted in agriculture and for annihilation of domestic insects. They are better then other classes pesticides because they break up into untoxic parts promptly in surrounding, they have not much toxicity and cumulativity. Pesticides cause function injuries both of insects and mammals, but they are more toxic for insects in 100-1000 times.
We investigate the toxicity of a typical synthetic pesticide - neopinamin (tetrametrin). It was found in experiments that the preparation was moderate toxic for the white rats taking it into stomach, but it is high toxic if the pesticide is inhaled by animals. Neopinamin penetrates throw undamaged skin. Its cumulation is moderate expressed. Chronic inhalation cause injuries in nervous system, liver, adrenal glands, system of oxidation. Any removed effects are discovered as mutagenic, gonadotoxic and embriotoxic ones.
Body mass and temperature, blood's leucocytes and erythrocytes are decreased at posterity FI and F3 of males treated by neopinamin (24 mg/m3). Little concentrations of neopinamin stimulate ovogenesis and decrease postimplan-tational mortality rate.
