Pestycydy – chlorowcopochodne

Chlor po raz pierwszy w znaczący sposób został wykorzystany jako insektycyd przy eliminacji cholery w krajach rozwiniętych. Stało się tak dzięki chlorowaniu wody. W późniejszym okresie został wykorzystywany w produkcji związków chloroorganicznych, które miały wykazywać skuteczniejsze działanie. W roku 1907 wprowadzono do sprzedaży tetrachlorek węgla – pierwszy dostępny handlowo pestycyd chlorowcopochodny. Po tym wydarzeniu rozpoczęła się produkcja kolejnych związków, m.in. trichloroetanu. DDT (dichlorodifenylotrichloroetan) został wprowadzony na rynek w 1944 roku jako insektycyd. Powszechne stosowane polichlorowych insektycydów w latach ’40-’60 XX wieku miało na celu ochronę płodów rolnych, zwalczanie chorób zwierząt oraz ludzi (intensywne używanie w krajach Trzeciego Świata w celu zwalczania malarii). Za takim postępowaniem przemawiały zalety tych środków – dobra rozpuszczalność
w tłuszczach oraz mała cena produkcji. Dopiero z czasem zauważono tendencję tych związków do kumulacji w elementach ekosystemu oraz zdolność szkodników do szybkiego nabywania oporności. Ponadto są one odporne na procesy technologiczne w produkcji żywności, więc
z łatwością przedostają się do organizmów ludzi. To zadecydowało o zmniejszeniu zastosowania chlorowcopochodnych. Niestety, w ubogich krajach afrykańskich nadal bywają nadużywane.

Pestycydy będące chlorowcopochodnymi należą m.in. do insektycydów, czyli środków owadobójczych. Stanowią je alifatyczne oraz aromatyczne połączenie chloru z węglowodorami. Pod względem chemicznym insektycydy polichlorowe dzielimy na: chlorowane węglowodory aromatyczne, bischlorofenyle (DDT, metoksychlor), pochodne cyklodienowe (aldryna, dieldryna, heptachlor, chlordan, endosulfan) oraz cykloparafinowe (heksachlorocykloheksan – HCH i lindan - gamma-HCH), a także chlorowane terpeny.

Produkcja DDT polega na kondensacji chloralu z chlorobenzenem w obecności kwasu sierkowego. Szacuje się że śmiertelną dawkę dichlorodifenylotrichloroetanu dla człowieka stanowi 500 mg/kg masy ciała (Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska, Alloway). Lindan otrzymuje się w reakcji addycji 3 cząsteczek chloru do benzenu. Zachodzi ona przy udziale promieni UV. Dopuszczalna dawka dzienna wynosi 8 μg/kg (Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska, Alloway). Dieldrin jest środkiem rakotwórczym dla ludzi, a jego dopuszczalne narażenie zawodowe w Wielkiej Brytanii i USA wynosi 0,25 mg/m³ (Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska, Alloway). Endosulfan jest ciągle stosowany, ponieważ jest mniej trwały niż inne insektycydy i łatwo ulega utlenieniu. Ulega on hydrolizie do diolu
i SO₂ w ramach metabolizmu ssaków. Jeżeli jest stosowany niezgodnie z zaleceniami BHP to może być wchłaniany przez skórę osób z nim pracujących i wywoływać szkodliwe działanie. Jest on uważany za związek teratogenny, którego dopuszczalna dawka dzienna wynosi 0,006 mg/kg (Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska, Alloway).

Charakterystycznymi właściwościami tych związków chemicznych są:

• bardzo dobra rozpuszczalność w tłuszczach (łatwe wchłanianie, kumulacja w tkance tłuszczowej, ułatwione wchłanianie przez układ pokarmowy wraz z treścią pokarmową bogatą w tłuszcze) Stężenia DDT w organizmie człowieka.
  Rycina ze strony 461 książki „Toksykologia: podręcznik
  dla studentów farmacji” W. Seńczuk

• odporność na wpływ czynników zewnętrznych (np. temperatura, pH).

Obie te cechy warunkują wyjątkową zdolność tych ksenobiotyków na oddziaływanie
na organizm, a także na wydłużenie czasu tego działania, co zwiększa ich szkodliwość. Są związkami o niskiej toksyczności ostrej (nie są truciznami), ale o dużej toksyczności przewlekłej. Szkodliwe działanie zależy w dużej mierze od rodzaju związku, na którego działanie narażony jest człowiek – dieldryna jest silnie toksyczna, a metoksychlor jest wręcz nieszkodliwy.

Rycina ze strony 460 książki „Toksykologia: podręcznik dla studentów farmacji” W. Seńczuk

Rycina ze strony 436 książki „Toksykologia: podręcznik dla studentów farmacji” W. Seńczuk

Pestycydy chlorowcopochodne są truciznami wieloukładowymi – uszkadzają wątrobę i nerki biorące udział w ich detoksykacji, gromadzą się w bogatych w tłuszcz komórkach układu nerwowego, serca, gdzie upośledzają czynność enzymów i zaburzają homeostazę. Dodatkowo mają one zdolność przenikania przez barierę krew-mózg i przez łożysko. Zmagazynowane
w tkance tłuszczowej insektycydy, w warunkach niekorzystnych dla organizmu – głód, choroby – mogą się uruchamiać w konsekwencji lipolizy i powodować wtórne zatrucia. Do organizmu człowieka związki polichlorowe dostają się przez przewód pokarmowy, drogi oddechowe,
a także przez skórę. Najczęściej są wydalane z kałem, a w mniejszej ilości z moczem. Dla DDT dobowa wartość usuwania z organizmu wynosi 1% nagromadzonej ilości. (Toksykologia: podręcznik dla studentów farmacji, W Seńczuk) Istotne jest też usuwanie ich z organizmu matek karmiących wraz z mlekiem, które ma szkodliwy wpływ na rozwój karmionego dziecka.

Biotransformacja insektydów chlorowcopochodnych zachodzi pod wpływem dechloracji, utleniania i hydrolizy.

DDT tworzy w organizmie ssaków w wyniku oksydacyjnego odchlorowania tworzy wiele produktów przemiany, do których należą DDE, DDD i DDA – powszechnie wykrywane
w tkankach i wydalinach ludzi.

Rycina ze strony 464 książki „Toksykologia: podręcznik dla studentów farmacji” W. Seńczuk

Metoksychlor (homolog DDT) ulega przemianie podobnej do DDT, ale jego wstępna i podstawowa biotransformacja zachodzą przy udziale mikroorganizmów środowiska, co tłumaczy mała toksyczność tego związku dla człowieka. Dlatego też jest on dalej powszechnie stosowany, gdy DDT został wycofany.

Aldryna i heptachlor są utleniane przez enzymy mikrosomalne do pochodnych epoksydowych – dieldryny i heptachloru epoksydu, które są bardziej toksyczne
od substratów. Dlatego też w tym wypadku reakcja fazy pierwszej biotransformacji jest uważana za proces uczynniający toksyczność. Metabolity mogą być kumulowane w tkance tłuszczowej lub w reakcji fazy drugiej ulec przemianie do dihydrodioli (substancji hydrofilnych), które po sprzęgnięciu mogą zostać wydalone z moczem.

Chlorowane kamfeny są rozkładane szybko w wyniku redukcyjnego odchlorowania i utleniania podstawników. Ta biotransformacja zachodzi na tyle wydajnie, że przeciwdziała gromadzeniu się tych związków w tkankach i zaleganiu w środowisku.

Konsekwencje narażenia organizmu na działanie insektydów polichlorowych:

• blokowanie działanie K⁺ i Ca²⁺ - ATPazy – uszkodzenie aktywnego transportu jonów
  (np. przekaźnictwo synaptyczne),

• zaburzenia fosforylacji oksydatywnej,

• wykazują toksyczność neurotropową - drżenia, drgawki (w zatruciu ostrym) trwałe zaburzenia neurologiczne, niedowłady, przykurcze mięśni (przy zatruciach przewlekłych) poprzez:

  • niedotlenienie tkanki mózgowej przez zablokowanie enzymów łańcucha oddechowego,

  • wzrost stężenia amoniaku w mózgu przez zaburzenie przemian aminokwasów,

  • hamowanie czynności pompy sodowo-potasowej błony presynaptycznej neuronów (zaburzenie wydzielania neuroprzekaźników – przeprowadzane są badania nad pobudzającym i depresyjnym działaniem insektydów),

• powodują uszkodzenia wątroby, która je metabolizuje – hepatomegalia, zmiany histopatologiczne i zaburzenia przemian biochemicznych,

• uczynnienie enzymów mikrosomów w hepatocytach co przyspiesza ich własną przemianę – mechanizm ustalania się równowagi przy ciągłym wchłanianiu ksenobiotyku,

• działanie mutagenne i rakotwórcze (DDT, dieldryna, toksafen),

• działanie embriotoksyczne i teratogenne (aldryna, dieldryna, chlorodekon) – DDT zabezpiecza przed teratogennym wpływem innych związków, przyspieszając ich metabolizm,

• zaburzenia przemian hormonów steroidowych i tarczycy poprzez zwiększenie aktywności enzymatycznej.

Zatrucia przewlekłe pestycydami chlorowcopochodnymi dotyczą m.in. pracowników zatrudnionych przy ich produkcji i stosowaniu. Do działań zapobiegawczych należy zaliczyć: odzież ochronną, szkolenia BHP, przestrzeganie wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń (NDS) oraz dopuszczalnej zawartości w żywności.

Dawki śmiertelne dla człowieka wynoszą: 15g dla DDT, 1,3 g dla pochodnych cyklodienowych
i ok. 2 g dla chlorowanych kamfenów. (Toksykologia: podręcznik dla studentów farmacji
W. Seńczuk). Toksyczność mogą zwiększać rozpuszczalniki i nośniki, w których zawieszone są cząsteczki pestycydów.

W Polsce preparaty z DDT były sukcesywnie wycofywane w latach 1972 – 75. W krajach UE stosowanie γ-HCH jako substancji czynnej zakazano w 2002 r., a w Polsce w latach 1988-1990. Badanie pozostałości pestycydów chlorowcopochodnych jest nadal podstawowym elementem programu monitorującego zanieczyszczenia żywności i pasz. W Polsce aktualną podstawą prawną do przeprowadzania takich badań jest Rozporządzenie Ministra Rolnictwa
i Rozwoju Wsi z dnia 28 lipca 2006r.

Leczenie ostrych zatruć opisywanymi ksenobiotykami jest wyłącznie objawowe i polega na spowodowaniu wymiotów, podaniu węgla aktywnego, płukaniu żołądka i stosowaniu środków przeczyszczających. Nie wolno w tym czasie podawać tłuszczów, które ze względu na lipofilny charakter chlorowcopochodnych insektycydów ułatwiają ich wchłanianie. W calu zwalczenia drgawek podaje sie benzodiazepiny, a w przypadku silnego pobudzenia psychoruchowego podawane są podskórnie barbiturany.

Bibliografia

1. Toksykologia : podręcznik dla studentów farmacji / pod red. Witolda Seńczuka ; aut. Jacek Brzeziński [i in.]. - Wyd. 2 - Warszawa : Wydaw. Lekarskie PZWL, 1994.

2. Chemiczne podstawy zanieczyszczania środowiska / B.J. Alloway, D.C. Ayres ; z jęz. ang. tł. Stanisław Kłosowicz. - Warszawa : Wydaw. Naukowe PWN, 1999.

3. Podstawy ekotoksykologii / C.H. Walker [i in.] ; przekł. pod red. Pawła Miguli ; zespół tł. Andrzej Kędziorski [i in.]. - Warszawa : Wydaw. Naukowe PWN, 2002.

4. Fragmenty stron internetowych:

http://medycynawet.edu.pl/pdf2008/pazdziernik/20081012211224.pdf

http://www.eko.uj.edu.pl/laskowski/Ekotoksykologia/Ekotoksykologia02.pdf