Токсикологическая характеристика пестицидов

Фосфорорганические соединения (ФОС) широко используются в сельском хозяйстве как инсектициды, акарициды в борьбе с вредителями плодовых, овощных, зерновых и декоративных культур, для уничтожения мух, комаров и других насекомых, паразитирующих на животных, а также дефолианты для уничтожения листьев. В качестве фосфорорганических пестицидов применяются сложные эфиры фосфорной (ДДВФ - диметилдихлорвинилфосфат, дибром, гардона и др.), тиофосфорной (тиофос, метафос, метилмеркаптофос, кильваль, роннел и др.), дитиофосфорной (карбофос, рогор, фосфамид, фталофос, амифос и др.), фосфоновой (хлорофос) кислот, амиды пирофосфорной кислоты (октаметил), алкилфосфорной, алкифосфоновой и фторфосфорной кислот.

В различных странах используется более 80 фосфорорганических пестицидов. Препараты группы фосфорорганических соединений обладают контактным (тиофос, метафос, карбофос, хлорофос) и системным (меркаптофос, метилмеркаптофос, октаметил, фосфамид, препараты M-74, М-81 и др.) действием. Большинство ФОС относятся к высоко - и среднетоксичным соединениям, при этом высокотоксичные вещества (тиофос, метилэтилтиофос, октаметил и др.) имеют узкую зону токсического действия. Ввиду высокой токсичности метилэтилтиофос, меркаптофос, М-74 запрещены к применению в нашей стране. Отравление ФОС возможно при поступлении веществ в организм через незащищенные спецодеждой кожные покровы, дыхательные пути, пищеварительный тракт. Необходимо отметить, что отравления пестицидами данной группы возможны не только при работе с ними, но и при контакте с растениями в первые дни после обработки.

Ведущим звеном в механизме токсического действия ФОС является угнетение ряда ферментов, относящихся к эстеразам, в первую очередь холинэстеразы. В связи с этим накопление ацетилхолина приводит к нарушению передачи нервного возбуждения через нервные клетки и ганглионарные синапсы ЦНС на нервно-мышечные пластинки поперечных (скелетных) мышц. При интоксикации хлорированными углеводородами страдает углеводная функция печени (хлорофос, ДДФВ). Включение в состав молекулы ФОС паранитрофенольной группы (тиофос, метафос, метилнитрофос) проявляется изменениями в картине крови (снижение уровня гемоглобина и повышение метгемоглобина, выявляются тельца Гейнца).

Общая характеристика пестицидов такова. Пестициды это собирательное название химических средств, предназначенных для защиты растений от болезней, от вредителей и сорняков, а кроме того регуляторов роста и иных веществ, которые используются для борьбы с различными вредными организмами. В сельском хозяйстве применяется довольно широкий ассортимент пестицидов, постоянно совершенствуются методы их внесения.

Для распознавания интоксикации фосфорорганическими пестицидами важное значение имеет определение активности холинэстеразы сыворотки крови.

Хлорорганические соединения. Среди большого числа химических соединений, используемых в сельском хозяйстве в качестве пестицидов, наибольшую известность и применение нашли хлорорганические соединения (ХОС).

Хлорорганические пестициды представлены многочисленной группой соединений различной структуры. Известна большая группа хлорорганических инсектицидов, получаемых реакцией диенового синтеза на основе гексахлорциклопентадиена и других циклических углеводородов, хлорпроизводных многоядерных углеводородов (циклопарафинов), терпенов, бензола и др. Большинство ХОС отличается большой стойкостью во внешней среде. По степени токсичности хлорорганические пестициды подразделяются на 4 группы: сильнодействующие - алдрин, хлорпикрин; высокотоксичные – четыреххлористый углерод, дихлорэтан, гептахлор, гексахлоран, гексахлорбутадиен, тиодан, метилилхлорид; среднетоксичные - метоксихлор, кельтан, полихлоркампфен и малотоксичные - эфирсульфонат, тедион.

Механизм токсического действия ХОС связывают с изменением ряда ферментных систем, в частности они блокируют SH-группы тканевых белков, нарушают биосинтез белка. Из организма ХОС выделяются в неизмененном виде или разрушаются и окисляются, образуя эпоксидные соединения. При этом продукты метаболизма некоторых хлорорганических пестицидов (алдрив, гептахлор и др.) более токсичны, чем исходные вещества. Большинство ХОС отличаются выраженными кумулятивными свойствами и накапливаются в органах и тканях, богатых жиром и липидами.

Ртутьорганические соединения (РОС) в качестве пестицидов широко используются как протравители семян для защиты посевных материалов от возбудителей болезней (различных видов головни, гоммоза, фузариоза др.) и применяются как фунгициды, инсектициды и бактерициды. В настоящее время нашли применение комплексные ртуть - и хлорорганические препараты, обладающие более широким спектром действия. Одним из наиболее известных ртутьорганических пестицидов является этилмеркурхлорид (гранозан), кроме того, применяются препараты, содержащие в качестве действующего начала фенилмеркурбромид и метилоксиэтилмеркурацетат, используются препараты комплексного действия (меркуран, меркурбензол, меркургексан), являющиеся смесью гранозана с хлорорганическими соединениями.

Отравления РОС могут возникать при поступлении их через дыхательные пути при протравливании и севе семян и в случаях употребления в пищу протравленного зерна. Потенциальную опасность представляют работы, связанные с хранением, выдачей и транспортировкой протравленного зерна.

РОС отличаются высокой токсичностью), выраженными кумулятивными свойствами, откладываясь в печени, стенках желчного пузыря, почках и головном мозге. Концентрации в тысячных, десятитысячных долях мг/дм3 воздуха при длительном поступлении в организм вызывают хронические отравления.

Токсические свойства как органических, так и неорганических пестицидов проявляются за счет ртути. В основе механизма действия РОС лежит способность их блокировать SH-группы клеточных белков в различных тканях и органах (нервная, мышечная, паренхиматозные органы). В патогенезе интоксикаций большую роль играет капилляротоксическое и аллергенное действие ртутьорганических пестицидов.

Важным диагностическим признаком интоксикации РОС является наличие ртути в моче и других биологических средах.

Производные карбаминовой, тиокарбаминовой и дитиокарбаминовой кислот (карбаминовые пестициды). Различные по своей структуре соединения - производные карбаминовых кислот - нашли применение в качестве средств защиты зерновых, овощных и бахчевых, плодово-ягодных и технических культур от вредителей, болезней и сорняков. Большинство препаратов этой группы относятся к гербицидам и инсектицидам (бетанол, дикрезил, ИФК, карбин, севин, хлор ИФК, ронит, тиллам, триаллат, энтам, ялан). Дитиокарбаматы используются как фунгициды, нематоциды, гербициды (карбатион, купрозан и др.).

Карбаматы выгодно отличаются от стойких во внешней среде, высококумулятивиых хлорорганических, высокотоксичных фосфорорганических пестицидов, так как большинство их обладает малой или средней токсичностью, слабо выраженными кумулятивными свойствами и сравнительно небольшой персистентностью во внешней среде.

В механизме токсического действия пестицидов карбаминовых кислот отмечается существенное различие между отдельными препаратами. Так, например, ариловые эфиры алкилкарбаминовых кислот (байгон, дикрезил, севин, алилур, бетанал, ИФК, хлор-ИФК, карбин) обладают антихолинэстеразным действием, в то время как токсическое действие тиокарбаматов (ялан, тиллам, ронит, эптам) проявляется в угнетении окислительных процессов, нарушении обмена нуклеиновых кислот.

Клиническая картина острых интоксикаций производными карбаминовой кислоты (на примере севина) во многом сходна с отравлениями ФОС.

Производные хлорфенилуксусной, хлорфеноксимасляной, пропионовой и бензойной кислот. Препараты этой химической группы применяются в качестве гербицидов. Наибольшее применение получили 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д), 2-метил-4-хлорфеноуксусная кислота (2М-4Х), их соли и эфиры. Большинство пестицидов этой группы относятся к средне - и малотоксичным веществам, обладают слабовыраженными кумулятивными свойствами. При попадании на кожу и слизистые оболочки вызывают явления местного раздражения.

В механизме токсического действия гербицидов существенную роль играют нарушения процессов фосфорилирования и связанного с ним углеводного обмена, угнетения тканевого дыхания.

При интоксикации производными хлорфенилуксусной кислоты отмечается понижение возбудимости ЦНС, нарушение функции надпочечников и щитовидной железы.

Нитро- и хлорпроизводные фенола. К нитропроизводным фенола относятся динитроортокрезол (ДНОК), нитрафен, каратон, к хлорпроизводным фенола - пентахлорфенолат натрия и акрекс, которые применяются в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и акарицидов. Большинство из них высокотоксичные для теплокровных животных и человека. При поступлении в организм человека через органы дыхания, кожу или желудочно-кишечный тракт могут вызывать острые и хронические отравления.

Хлорпроизводные фенола более летучи, чем нитропроизводные, и обладают местным раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки.

Механизм токсического действия пестицидов этой группы заключается в способности их нарушать обменные процессы в клетке вследствие разобщения процессов окислительного фосфорилирования, что сопровождается усилением основного обмена, повышением температуры и потери массы тела.

При длительном воздействии нитропроизводных фенола (ДНОК) наблюдается окрашивание кожи, волос, конъюнктивы в желтый цвет. В крови и моче определяются различные количества пестицидов и продукты их метаболизма.

Производные симм-триазинов. Производные симм-триазинов (агелон, атразин, карагард, мезаронил, политриазин, прометрин, пропазин, семерон, симазин и др.) применяются как селективные гербициды. Симм-триазины малотоксичны, слабо кумулируют в организме. Являются антиметаболитами пиримидиновых оснований и антагонистами фолиевой кислоты. При длительном контакте с препаратами этой группы у рабочих отмечались головная боль, раздражительность, повышенная утомляемость, явления вегетососудистой дистонии и неврастенического синдрома; представляют опасность вследствие высокой устойчивости во внешней среде.

Производные мочевины и гуанидина. Производные мочевины - гербан, дихлоральмочевина (ДХМ), диурон, дикуран, монурон, ленацид, линурон, фенурон и др., применяются как гербициды, производный гуанидина - карпен известен как фунгицид. Препараты мочевины, как правило, малотоксичны, обладают слабо выраженным кумулятивным действием, не выраженным раздражающим действием на кожу. Исключение составляет крысид, который используется как родентицид и является высокотоксичным препаратом с выраженными кумулятивными свойствами. Карпен относится к среднетоксичным препаратам с умеренно выраженными кумулятивными свойствами и выраженным раздражающим действием на кожу. Механизм токсического действия окончательно не установлен.

При длительном воздействии препаратов мочевины наблюдается нарушение функции щитовидной железы.

Мышьяксодержащие соединения. Мышьяксодержащие пестициды могут применяться в сельском хозяйстве как инсектициды (арсенит и арсенат кальция, арсенит натрия, парижская зелень). Ввиду высокой токсичности и стойкости во внешней среде препараты мышьяка запрещены для применения в сельском хозяйстве, за исключением арсената кальция, который используется в борьбе с хлопковой совкой. Арсенат кальция обладает выраженными кумулятивными раздражающими свойствами, проникает через гематоэнцефалический барьер.

Механизм действия мышьяка связан с блокированием сульфгидрильных групп ферментов, с которыми он образует стойкие токсические соединения.

В патогенезе интоксикаций мышьяком важное значение имеет его капилляротоксическое и гемолитическое действие. Соединения мышьяка могут быть выявлены в крови, кале, моче, волосах и костях.

Соединения меди. Медьсодержащие препараты (медный купорос, бордосская жидкость, основная сернокислая медь, купронафт, хлорокись меди) применяются в качестве фунгицидов для обработки садовых культур и протравливания семян. Большинство из них относятся к мало - и среднетоксичным соединениям.

При неблагоприятных санитарно-гигиенических условиях и нарушении техники безопасности, когда возможно попадание больших концентраций препаратов меди в легкие, наблюдается «меднопротравная» лихорадка, которая протекает с повышением температуры, ознобом, разбитостью, болью в мышцах конечностей, тахикардией, гипотонией.

Алкалоидные препараты. К этой группе соединений относятся анабазин-сульфат и никотин-сульфат, которые применяются в качестве инсектицидов и акарицидов в садоводстве и овощеводстве. Оба алкалоида относятся к высокотоксичным препаратам. В механизме токсического действия основную роль играет поражение ганглиев вегетативной нервной системы. После кратковременного возбуждения наступает паралич их функций, В больших дозах проявляется курареподобное действие.

В связи с их высокой токсичностью имеют ограниченное применение.

Препараты серы. В сельском хозяйстве в основном применяются порошкообразные препараты серы (сера коллоидная - сулибол тионит, сера молотая), а также известково-серный отвар, сернистый ангидрид - в качестве инсектицидов, акарицидов и фунгицидов.

Сера малотоксична. Высокой токсичностью обладает сернистый ангидрид.

Длительное воздействие небольших концентраций сернистого ангидрида способствует развитию острых и хронических неспецифических заболеваний бронхолегочного аппарата.

Биопрепараты. Среди мероприятий, ограничивающих загрязнение окружающей среды пестицидами, большое значение имеет разработка и применение биологических методов и средств защиты растений.

В настоящее время внедряются, а в ряде случаев нашли применение интегрированные методы борьбы с вредителями растений, когда наряду с ограниченным применением пестицидов используются бактерии, микроскопические грибы, вирусы и др., а также продукты их жизнедеятельности - токсины, антибиотики, ферментные препараты и т. д.

Наиболее широкое практическое применение в борьбе с вредными насекомыми имеют споровые бактерии. В настоящее время известно большое количество микробиопрепаратов, созданных на основе различных серотипов бактерий тюрингиензис. В нашей стране для опытно-производственного и практического применения в борьбе с вредителями сельскохозяйственных и лесных растений используются такие препараты, как энтобактерин, дендробацилин, битоксибациллин, инсектин и некоторые другие. Ценными свойствами препаратов являются отсутствие специфических запахов, безвредность для человека, животных, полезных насекомых и растений, патогенность для многих вредителей. Недостатки бакпрепаратов на основе бактерий группы тюрингиензис заключаются в невысокой вирулентности и контагиозности для насекомых.

Препараты не ядовиты, поэтому при работе с ними применяются обычные меры предосторожности.

Использование паразитных грибов для борьбы с вредными насекомыми представляет несомненный интерес. Из этого класса препаратов известен боверин. Меры предосторожности при работе с боверином определяются главным образом для тех пестицидов, которые добавляются к этому препарату. Сам биопрепарат безвреден для человека и животных.

Из вирусных препаратов, применяемых для борьбы с вредными насекомыми, известен вирин-ЭКС. Применяется против капустной совки. Против кольчатого шелкопряда на плодовых культурах используется жидкий вирин-КШ, а против непарного шелкопряда в плодовых садах - жидкий вирин-ЭНШ.

В настоящее время изучаются возможности применения таких вирусных препаратов, как вирин-ГЯП, вирин-XС, вирин-ОС для борьбы с гранулезом, яблочной плодожоркой, хлопковой сойкой, озимой сойкой.

В последние годы все больше внимания уделяется изучению и разработке методов использования продуктов жизнедеятельности антагонистов фитопатогенных грибов-антибиотиков. Способы применения антибиотиков мало чем отличаются от использования химических препаратов. Основное отличие состоит в том, что активно действующие начала антибиотиков получают путем микробного синтеза или переработкой целых растений или отдельных их частей (растительные антибиотики). Антибиотики используются для обработки семян с целью уничтожения внутренней и внешней инфекции, обеззараживания подземных органов растений, дезинфекции почвы, химиотерапии растений (т. е. уничтожения внедрившегося в растение возбудителя).

Так, например, антибиотик фитобактериомицин - продукт жизнедеятельности актиноленистов - является эффективным средством для борьбы с бактериальными болезнями растений (бактериальный ожог фасоли и сои, бактериоз капусты и шелковицы и др.).

Посуду и руки после работы с фитобактериомицином моют горячей водой с мылом.

Арепарин - антибиотик растительного происхождения, готовится из сухих цветов дикорастущего бессмертника. Он хорошо подавляет развитие фитопатогенных бактерий. Обработка семян томатов арепарином способствует снижению пораженности растений бактериальным раком, черной пятнистостью, гнилями, вирусными болезнями (мозаикой, столбуром и бронзовостью томатов). Арепарин безвреден для человека и животных,

Касумин (касугимицин) эффективен против фитопатогенных грибов, в меньшей мере - бактерий. Применяется против пирикуляриоза риса, кормовой гнили и ржавчины пшеницы. Малотоксичное соединение.

Полимицин - продукт жизнедеятельности лучистого гриба актиномицета. Обладает широким антибактериальным спектром действия. Выпускается в форме чистого антибиотика с активностью 2000 ед/мг и 5% дуста с активностью 100000 ед/г. Используется против корневых гнилей пшеницы, вилта хлопчатника, бактериозов плодовых культур. Высокотоксичен для лабораторных животных (DL50 5,4 и 100 мг/кг для морских свинок и мышей). Значительно выражены кумулятивные свойства. Оказывает раздражающее и сенсибилизирующее действие. Работающие должны оберегать от загрязнения полимицином кожу, глаза, органы дыхания и полость рта. Подобно другим антибиотикам-стрептомицинам оказывает нефротоксическое, гепатоксическое и нейротропное действие.