CC BY
470
УДК 619:615.9
Т.В. Бойко, Л.К. Герунова, В.И. Герунов, М.Н. Гонохова
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕОНИКОТИНОИДОВ
В статье на основании собственных исследований авторов, а также анализа отечественных и зарубежных публикаций представлены систематизированные сведения о токсикологии неоникотиноидов. - производных 6-хлорникотиниловой кислоты, в настоящее время зарегистрированы в 91 стране для применения на 60 видах полезных культур. В России - более 50 препаратов на основе пяти действующих веществ: имидакло-прида, тиаклоприда, ацетамиприда, тиаметоксама и клотианидина. По химической структуре неоникотиноиды делят на две группы - нитрозосодержащие соединения (имидаклоприд, динотефуран, клотианидин) и циансо-держащие (ацетамиприд, тиаклоприд). Неоникотиноиды попадают в организм преимущественно с кормами, водой и при нанесении их на кожу. Имидаклоприд и тиаклоприд быстро всасываются из желудка и кишечника и, распространяясь по организму с кровью и лимфой, накапливаются в кератиновых образованиях кожи, внутренних органах, мышцах, лимфатических узлах и головном мозге. Имидаклоприд и тиаклоприд проникают через плацентарный и гематоэнцефалический барьеры. Неоникотиноиды - нейротропные яды. Токсикодинамика неоникотиноидов аналогична действию никотина. Двухфазный характер действия проявляется сначала деполяризацией мембран ганглионарных нейронов - первая фаза возбуждения, которая сменяется второй - угнетением. В патогенезе отравления основную роль играет нейротоксическое действие, обусловленное развитием тканевой гипоксии с развитием токсической энцефалопатии, гепатопатии и нефропатии. В клинической картине наблюдают центральный холинергический, экстрапирамидный, периферический никотиноподобный и периферический адренергический синдромы. При отравлении неоникотиноидами наряду с методами детоксикацион-ной терапии в качестве средств патогенетической терапии рекомендовано внутривенное введение противосудо-рожных средств и 5%-ного раствора унитиола в дозе 0,025 г/кг.
Ключевые слова: неоникотиноиды, характеристика, патогенез, диагностика, лечение, отравления.
Введение
Современное ведение сельскохозяйственного производства невозможно представить без использования химических средств защиты растений и животных. До недавнего времени в структуре мирового производства инсектицидов 80% занимали фосфорорганические соединения, синтетические пиретроиды и производные карбаминовой кислоты. Однако необходимость преодоления резистентности вредных насекомых, экономические и экологические причины привели к созданию в конце 80-х годов инсектицидов с новым механизмом действия - производных 6-хлорникотиниловой кислоты - неоникотиноидов. Пестициды данной группы зарегистрированы в 91 стране и разрешены к использованию для 60 видов полезных культур [1-3].
Цель - систематизировать представленные в литературе сведения по токсикологии неоникотиноидов и обобщить результаты собственных исследований авторов.
Анализ данных литературы и результатов собственных исследований
Краткая характеристика неоникотиноидов. Неоникотиноиды - современный класс инсектицидов селективного действия, широко применяемых в растениеводстве, ветеринарии и быту [1,2]. В России зарегистрировано более 50 препаратов на основе пяти действующих веществ: имидаклоприда, тиаклоприда, ацетамиприда, тиаметоксама и клотианидина [4, 5].
По химической структуре неоникотиноиды делят на две группы - нитрозосодержащие соединения (имидаклоприд, динотефуран, клотианидин) и циансодержащие (ацетамиприд, тиаклоприд). В химической структуре имидаклорида, ацетамиприда и тиаклоприда общим является наличие пиридинового кольца с одним атомом хлора в 6-м положении [1].
Экспериментально зафиксировано, что имидаклоприд не обладает аллергизирующим и раздражающим действием на дыхательные пути, а также мутагенной, тератогенной и канце-
© Бойко Т.В., Герунова Л.К., Герунов В.И., Гонохова М.Н., 2015
49
рогенной активностью. Эмбриотоксический эффект наблюдают только при введении токсических доз препарата. Установлено, что группа токсичности имидаклоприда по ЕРА - II, ВОЗ - II - умеренно опасна. Основные метаболиты инсектицида в почве - 1-[(6-хлор-3-пиридинил)метил]№нитро-1Н-имидазол-2-амин и 6-хлорникотиновая кислота [6].
Тиаклоприд - №[3-(6-хлорпиридин-3-метил)-тиазолидин-2-илидин]-цианамид по классификации ШРАС (Международный союз теоретической и прикладной химии) относится к среднетоксичным соединениям с ЛД50 для крыс при пероральном введении 444 мг/кг [7]. Пестицид у кроликов не вызывает раздражения кожи и слизистой оболочки глаз. При экспериментальной интоксикации тиаклопридом установлен гормональный механизм развития опухолей у крыс [8]. В почве основными метаболитами тиаклоприда являются тиаклопридсульфоновая кислота и тиаклопридамид. В организме животных метаболиты не установлены.
Токсикокинетика. Неоникотиноиды попадают в организм в большенстве случаев с кормами, водой и при нанесении их на кожу. Имидаклоприд и тиаклоприд быстро всасываются из желудка и кишечника и, распространяясь по организму с кровью и лимфой, накапливаются в кератиновых образованиях кожи, внутренних органах, мышцах, лимфатических узлах и головном мозге. Имидаклоприд и тиаклоприд способны проникать через плацентарный и гематоэнцефалический барьеры. Выведение имидаклоприда происходит преимущественно в течение 3 сут., в крови и печени его остаточные количества регистрируют через 30 сут. Выведение тиаклоприда - в течение 7 сут. [9].
Механизм действия и токсикодинамика. У неоникотиноидов механизм действия изучен для насекомых. Имидаклоприд взаимодействует с никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами (Н-ХР) постсинаптической мембраны и вызывает гиперполяризацию мембраны нейронов, что приводит к нарушению проведения нервного импульса и гибели насекомых от конвульсий и паралича [10, 11].
Экспериментально доказано, что никотин, имидаклоприд и тиаклоприд - частичные агонисты Н-ХР. Возбуждение рецепторов от их воздействия составляет около 20-25% в сравнении с возбуждением, вызываемым ацетилхолином. Напротив, ацетамиприд, клотиани-дин, денотефуран и нитемпирам относятся к группе более «полных» агонистов Н-ХР и их эффективность воздействия на специфические рецепторы - от 60 до 100%. Особенности взаимодействия хлорникотинилов с рецепторами определяют развитие клинической картины отравления насекомых. Так, при воздействии на насекомых пестицидами с низкой эффективностью связывания с Н-ХР преобладали эффекты возбуждения, напротив, воздействие высокоэффективных агонистов этих рецепторов приводило к угнетению и параличу насекомых [12]. Установлено, что тиаметоксам не является конкурентным агонистом или антагонистом Н-ХР. На основании экспериментальных данных о биотрансформации в организме насекомых и растений тиаметоксама в клотианидин высказывают предположение о том, что пестицид является проинсектицидом [13].
Неоникотиноиды - нейротропные яды. Токсикодинамика неоникотиноидов аналогична действию никотина. Двухфазный характер действия проявляется сначала деполяризацией мембран ганглионарных нейронов - первая фаза возбуждения, которая сменяется второй -угнетением. Влияние никотиноидов на различные органы и системы зависит как от периферического, так и от центрального действия. В малых дозах никотиноиды стимулируют хемо-рецепторы синокаротидной зоны и Н-ХР хромаффинных клеток надпочечников, следствием чего является выделение адреналина в кровь, сопровождающееся рефлекторным возбуждением сосудодвигательного и дыхательного центров. При этом увеличивается частота сердечных сокращений, повышаются артериальное давление, моторика кишечника. При действии никотиноидов в токсических дозах происходит снижение тонуса кишечника, угнетение жизненно важных центров и нервно-мышечной передачи. Антидиуретический эффект, наблюдаемый у никотиноидов, связывают с их центральным действием в результате увеличения выделения антидиуретического гормона задней долей гипофиза [14].
Специфическое действие. Согласно экспериментальным данным V. Seceroglu, Z.A. Se-ceroglu, E.S. Demirhan (2012), которые изучали влияние неоникотиноидов на функцию щитовидной железы, в эксперименте установлено, что токсические дозы смеси тиаклоприда с дельтаметрином (112,5 мг/кг + 15 мг/кг соответственно) и тиаклоприда (112,5 мг/кг), при однократном пероральном введении в организм крыс, а также введении смеси тиаклоприда с дельтаметрином в дозах 22,5+3 мг/кг массы и тиаклоприда в дозе 22,5 мг/кг в день в течение 30 дней, вызывают повышение свободного тироксина и трийодтиронина в сыворотке крови. О нарушении функции щитовидной железы при испытании токсических доз тиаклоприда судили по понижению уровня трийодстимулирующего гормона и гипертрофии фолликулярного эпителия [8].
В экспериментальной работе J. Kim [16] высказано предположение о роли неоникотиноидов в возникновении сахарного диабета II типа.
При изучении действия малых доз имидаклоприда (0,5; 2; и 8 мг/кг массы в течение трех месяцев) на органы репродуктивной системы крыс-самцов группой турецкими исследователями установлено замедление подвижности и изменение морфологии сперматозоидов, а также значительное снижение уровня тестостерона и увеличение индекса апоптоза в половых клетках семенных канальцев крыс, фрагментация ДНК клеток, снижение антиоксидан-тов и изменение состава жирных кислот [17]. Экспериментально доказано, что имидакло-прид и тиаклоприд провоцируют аборты у беременных самок [8, 18]. В работе M.E. Calderon-Segura [19] приведены данные о генотоксическом и цитотоксическом действии имидакло-прида, тиаклоприда и клотианидина, выполненном на лимфоцитах периферической крови человека методом анализа ДНК-комет и определения жизнеспособности клеток. Автор указывает на вероятную генетическую опасность, которую представляют неоникотиноиды, и подчеркивает важность защитных мер и правил техники безопасности при работе с ними.
T. Green et all. [20] на основании результатов хронических экспериментов, проведенных на самцах и самках мышей, отмечено, что тиаметоксам можно отнести к вероятным канцерогенам для человека из-за увеличения заболеваемости животных гепатоцеллюлярной аденомой и карциномой. Авторы высказывают мнение о том, что гепатоканцерогенность могла быть следствием действия метаболита тиаметоксама, а не самого препарата.
На экспериментальных моделях установлено, что имидаклоприд канцерогенной активности не проявляет (4-й класс опасности), а ацетамиприд и тиаклоприд обусловливают гормональный механизм возникновения опухолей у крыс, получавших действующие вещества в токсических дозах. По этому критерию последние два инсектицида относят к 3-му классу опасности. У имидаклоприда в двух цитогенетических тестах in vitro установлена слабая мутагенная активность. В тестах по изучению влияния на ДНК и индукцию генных мутаций, в цитогенетических тестах in vivo мутагенная активность тиаклоприда не выявлена. Исследователи отмечают: при субхроническом и хроническом введении действующих веществ в организм лабораторным животным характерно общетоксическое действие с преимущественно гепатотоксическим эффектом [8].
Патогенез интоксикации. В патогенезе отравления основную роль играет нейротокси-ческое действие, обусловленное развитием тканевой гипоксии с развитием токсической энцефалопатии, гепатопатии и нефропатии [21]. Диспноэ и нарушение деятельности сердечнососудистой системы у животных, а также высокие концентрации имидаклоприда и тиакло-прида в веществе головного мозга животных при отравлении Конфидором экстра® и Калипсо® свидетельствуют о способности токсических веществ проникать через гематоэнцефали-ческий барьер и нарушать деятельность основных, жизненно важных центров [9].
Одно из проявлений адренергического синдрома при отравлении имидаклоприд- и ти-аклопридсодержащими пестицидами - атония кишечника, о чем свидетельствует отсутствие дефекации у животных в течение суток после острого отравления. При вскрытии трупов и
убитых по окончании опытов животных мы отмечали острое расширение желудка и слепой кишки, подтверждающее развитие транзиторного пареза кишечника [21].
Клиническая картина отравления. При остром отравлении животных неоникотиноида-ми отмечают следующие синдромы: центральный холинергический, характеризующийся сонливостью, нарушением координации движений, общей слабостью, дыхательной недостаточностью, комой; экстрапирамидный - с тремором, ригидностью мышц туловища и конечностей, клонико-тоническими судорогами; периферический никотиноподобный, проявляющийся миофибрилляциями, мышечной слабостью, повышением (малые дозы) или понижением (токсические дозы) артериального давления, миалгией, блефароспазмом; периферический адренергический - с тахикардией, атонией желудка и кишечника.
Через сутки после острого отравления Конфидором экстра® и Калипсо® у животных регистрируют нейтрофилию, лимфоцитопению и моноцитопению на фоне лейкопении, а через семь суток - относительный лимфоцитоз, снижение количества гемоглобина и эритроцитов. Показатели общего билирубина, АЛТ, ГГТ, мочевины, креатинина и тимоловой пробы повышаются, свидетельствуя о развитии токсической гепато- и нефропатии. При хроническом отравлении неоникотиноидами отмечают анемию, лейкопению, повышение активности сывороточных трансаминаз и общего билирубина [22].
Патоморфологические изменения при отравлении. При отравлении имидаклоприд- и тиаклопридсодержащими пестицидами для патоморфологической картины характерны преимущественно сосудистые расстройства и дистрофические изменения в паренхиматозных органах. Общий признаком отравления - метеоризм с расширением желудка и слепой кишки. Для отравления имидаклопридом характерно развитие гидропической дистрофии гепато-, нефро- и кардиомиоцитов; для отравления тиаклопридом - развитие зернистой дистрофии, инфильтрация мононуклеарами и разрастание соединительной ткани в органах. У птиц препараты вызывают расширение зоба и жировую дистрофию печени [21].
Диагностика и лечение отравлений. Установление причинно-следственной связи между применением неоникотиноидов и развитием нейротоксического синдрома является косвенным доказательством отравления этими соединениями. Для химико-токсикологического анализа, кроме содержимого желудка, печени, почек, мышечной ткани, целесообразно отправлять пробы селезенки, волосяного (перьевого) покрова на обнаружение остаточных количеств пестицидов.
При отравлении неоникотиноидами наряду с методами детоксикационной терапии в качестве средств патогенетической терапии рекомендовано внутривенное введение 5%-ного раствора унитиола в дозе 0,025 г/кг и 0,5%-ного раствора диазепама в дозе 0,5 мг/кг [23].
Заключение
Динамика рынка препаративных форм пестицидов, действующими веществами которых являются неоникотиноиды, свидетельствует о широком внедрении их в растениеводство, ветеринарию и санитарию. По количеству препаратов на основе неоникотиноидов Россия начинает обгонять многие страны, в том числе Австралию, Новую Зеландию и Великобританию [24]. В связи с этим получение новых знаний в области токсикологии данной группы препаратов будет способствовать повышению профессиональной грамотности ветеринарных специалистов, стоящих на страже здоровья не только животных, но и человека.
Список литературы
1. Еремина, О.Ю. Перспективы применения неоникотиноидов в сельском хозяйстве России и сопредельных стран / О.Ю. Еремина, Ю.В. Лопатина // Агрохимия. - 2005. - № 6. - С. 87-93.
2. Долженко, В.И. Совершенствование ассортимента инсектицидов и технологий их применения для защиты картофеля от вредителей / В.И. Долженко // Агрохимия. - 2009. - № 4. - С. 43-54.
3. Говоров, Д.Н. Применение пестицидов / Д.Н. Говоров, А.В. Живых, С.Н. Четвертин // Защита и карантин растений. - 2013. - № 4. - С. 6-8.
4. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов Российской Федерации, 2014 г. [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа : http://www.mcx.ru.
5. Государственный реестр лекарственных средств для ветеринарного применения, 2014. [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа : https://irena.vetrf.ru/irena/operatorui?_ action=clearRegListMed icine.
6. Имидаклоприд: основная информация о пестициде [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа : http://rupest.ru/ppdb/imidaclop rid.html.
7. Белан, С.Р. Новые пестициды : справочник / С.Р. Белан, А.Ф. Грапов, Г.М. Мельникова - М. : Грааль, 2001. - 195 с.
8. Сравнительная токсикологическая характеристика новых неоникотиноидных инсектицидов / Л.В. Ермолова [и др.] // Современные проблемы токсикологии. - 2004. - № 2. - С. 4-7.
9. Бойко, Т.В. Токсикокинетические особенности неоникотиноида Конфидора экстра® в организме крыс / Т.В. Бойко // Вестн. НГАУ - №1 (26). - 2013. - С. 74-79.
10. Neonicotinoids: insecticides acting on insect nicotinic acetylcholine receptors [Electronic resource] / K. Matsuda [et al.] // Trends Pharmacol Sci. - 2001. - Vol. 22 (11). - P. 573-580. - URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed /11698101.
11. Jones, A.K. Diversity of insect nicotinic acetylcholine receptor subunits [Electronic resource] / A.K. Jones, D.B. Sattelle // Adv Exp Med Biol. - 2010. - V. 683. - P. 25-43. - URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed /20737786.
12. Tan, J. Agonist actions of neonicotinoids on nicotinic acetylcholine receptors expressed by cockroach neurons / J. Tan, J.J. Galligan, R.M. Hollingworth // Neurotoxicology. - 2007. - Vol. 28 (4). - P. 829-842.
13. Enzymes and inhibitors in neonicotinoid insecticide metabolism / X. Shi [et al.] // J Agric Food Chem. -2009. - V. 57 (11). - P. 4861-4866.
14. Машковский, М.Д. Лекарственные средства. / М.Д. Машковский. - 16-е изд., перераб., испр. и доп. -М. : Новая волна, 2011. - 1216 с.
15. Seceroglu, V. Effects of commercial formulations deltametrin and/or thiacloprid on thyroid hormone levels in rat serum / V. Seceroglu, Z.A. Seceroglu, E.S. Demirhan // Toxicol Ind Health. - 2012. - Jun. 7.
16. Imidacloprid, a neonicotinoid insecticide, induces insulin resistance [Electronic resource] / J. Kim [et al.] // Toxicol Sci. - 2013. - V. 38 (5). - P. 655-660. - URL: http://www.ncbi. nlm.nih.gov/pubmed/24025781.
17. Effects of clothianidin exposure on sperm quality, testicular apoptosis and fatty acid composition in develop-ping male rats [Electronic resource] / R. Bal [et al.] // Cell Biol Toxicol. - 2012. - V. 28 (3). - P. 187-200. - URL: http://www. ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22431174.
18. Репродуктивная токсичность имида- и тиаклопридсодержащих неоникотиноидов / Т.В. Бойко, Л.К. Герунова // Наука сегодня: теория, практика, инновации : коллективная монография / под науч. ред. канд. педагог. наук, доц. О.П. Чигишевой. В 9-ти т. Т. 3. - Ростов н/Д : Изд-во Междунар. исслед. центра «Научное сотрудничество», 2014. - 243 с. (С. 209-238).
19. Calderón-Segura, M.E. Evaluation of Genotoxic and Cytotoxic Effects in Human Peripheral Blood Lymphocytes Exposed In Vitro to Neonicotinoid Insecticides News [Electronic resource] / M.E. Calderón-Segura [et al.] // J Toxicol. - 2012. - URL: 10.1155/2012/612647.
20. Green T, Toghill A, Lee R, Waechter F, Weber E, Peffer R, Noakes J. Robinson M. Thiamethoxam induced mouse liver tumors and their relevance to humans. Part 2: species differences in response. [Electronic resource] / Green T. [et al.] // Toxicol Sci. 2005 Jul; 86 (1): 48-55. Epub 2005 Feb 16.
21. Патоморфологическая диагностика острого и хронического отравления животных неоникотиноида-ми - Конфидора экстра® и Калипсо® / Т.В. Бойко, В.И. Герунов, М.Н. Гонохова // Актуальные вопросы медицинских морфологических дисциплин : монография / под ред. В.П. Волкова. - Новосибирск : СибАК, 2014. -136 с. (81-104).
22. Бойко, Т.В. Морфобиохимические изменения крови крыс при хроническом отравлении неоникоти-ноидами / Т.В. Бойко, Л.К. Герунова // Материалы Междунар. науч.-практ.. конф. (часть 1) «Инновационные технологии в ветеринарии, биологии и экологии», 13 марта 2013 г. - Троицк : УГАВМ, 2013. - С. 15-19.
23. Пат. 2505298 Российская Федерация, МПК G01N 30/90. Способ лечения острых отравлений неони-котиноидными инсектицидами / Бойко Т.В., Герунова Л.К., Гонохова М.Н., Герунов Т.В., Околелов В.И., Кон-вай В.Д., Лукша Е.А., Гончаров Д.С., Погодин И.С. ; патентообладатель ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университетим П.А. Столыпина». - № 2012153577/15, заявл.11.12.2012 ; опубл. 27.01.2014, Бюл. № 3. - 6 с.
24. Безущенок, А. Обзор рынка пестицидов России, Беларуси и Казахстана: состояние, прогнозы, перспективы [Электронный ресурс] / А. Безущенок. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа : http://agro-news.by/news/agroh imiya/2365.html.
Бойко Татьяна Владимировна, доктор вет. наук, доцент, Омский ГАУ, e-mail: [email protected]; Герунова Людмила Карповна, доктор вет. наук, профессор, Омский ГАУ, тел. (3812) 23-05-31, e-mail: ger-
[email protected]; Герунов Владимир Иванович, доктор вет. наук, профессор, Омский ГАУ, тел. (3812) 23-03-40, e-mail: [email protected]; Гонохова Марина Николаевна, кандидат вет. наук, Омский ГАУ, e-mail: [email protected].
SUMMARY
T. V. Boyko, L.K. Gerunova, V.I. Gerunov, M.N. Gonokhova
Toxicological characteristics of neonicotinoids
In the article on the basis of own researches and analysis of relevant foreign and internal publications the authors present main issues, relating to the neonicotinoid toxicology. Neonicotinoids are known to be derived from 6-chlornicotinilic acid and at present they have been registered in 91 countries for applying for 60 kinds of crops. In Russia, more than 50 preparations produced on the basis of five active ingredients such as imidacloprid, thiacloprid, aceta-miprid, clothianidin and thiamethoxam have been registered. Chemically, neonicotinoids are divided into two groups -nitroso-compounds (imidacloprid, dinotefuran, clothianidin) and cyanic ones (acetamiprid, thiacloprid). Neonicotinoids get into an organism mainly by feed, water, and through the skin. Imidacloprid and thiacloprid are rapidly absorbed from the stomach and intestines and spread throughout the body via bloodstream and lymph being accumulated in the skin keratins, internal organs, muscles, lymph nodes and brain. Imidacloprid and thiacloprid are able to penetrate through the placental and blood-brain barriers. Neonicotinoids are the neurotropic toxins therefore neonicotinoids tox-icodynamics is similar to the nicotine effect. The two-phase nature of the action is manifested by the depolarization of ganglion neurons membrane - the first phase called as excitation, which gives way to the second phase - oppression. The pathogenesis of intoxication manifests mainly by the neurotoxic effects due to the development of tissue hypoxia with the development of toxic encephalopathy, hepatopathy and nephropathy. The clinical picture presents central cho-linergic, extrapyramidal, peripheral nicotinoid syndrome as well as a peripheral adrenergic syndrome. At the neonicotinoid intoxication along with methods of detoxification therapy, either the injections of intravenous anticonvulsants and 5% solution of unitiol at a dose of 0.025 g/kg. as method of pathogenic therapy are recommended.
Keywords: neonicotinoids, profile, pathogenesis, diagnostics, treatment, intoxication.
Boyko Tatyana Vladimirovna, Dr. Vet. Sci., Assoc. Prof., Omsk SAU, e-mail: [email protected]; Gerunova Lyudmila Karpovna, Dr. Vet. Sci., Prof., Omsk SAU, ph. (3812) 23-05-31, e-mail: [email protected]; Gerunov Vladimir Ivanovich, Dr. Vet. Sci., Prof., Omsk SAU, ph. (3812) 23-03-40, e-mail: [email protected]; Gonokhova Marina Nikolaevna, Cand. Vet. Sci., Omsk SAU, e-mail: [email protected].
