Ekotoxické účinky pesticidů I. Organofosfáty a karbamáty

1. Ekotoxické účinky pesticidů I. Organofosfáty a karbamáty

2. Pesticidy • Pest [Eng] – škůdce (rostlina, živočich, mikroorganismus) • Pesticid – látka (směs) určená k hubení, odpuzení či zpomalení rozmnožování a růstu škůdců Rozdělení podle cílového organismu • herbicid – hubení rostlin • fungicid – hubení plísní • insekticid – hubení hmyzu • rodenticid – hubení hlodavců • avicid – hubení ptáků • moluskocid – hubení slimáků • piscicid – hubení ryb

3. 2500 let př.n.l 1200 let př.n.l. 1690 1700 1800 1800 1900 1930 1962 užití síry k hubení hmyzu a roztočů (Sumerové) vodné extrakty rostlin k ochraně osiva a jako fungicidy, soli arsenu a rtuti proti vším (Čína) vodný extrakt z tabákových listů (nikotin) užit jako insekticid vodný roztok strychninu užit jako rodenticid rotenon extrahovaný z rostliny Lonchocarpus nicou (Francouzská Guiana) použit jako insekticid pyrethroidy extrahované z chryzantémy použity jako insekticid arseničnan olovnatý – insekticid v ovocných sadech „Ginger Jake paralysis“ – první hromadná otrava organofosfáty v USA - tri-o-tolyl phosphate v medicínském přípravku z něhož se vyráběl za prohibice nelegální alkohol - „Silent spring“ – kniha od Rachel Carson o účincích DDT Pesticidy - historie

4. Rotenon Barbasco (Lonchocarpus nicou) Pyrethroidy Chrysanthemum coccineum

5. Organofosfáty (OP) • 1932 – Willy Lange a Gerde von Krueger (Berlín, Německo) • během syntézy fosfofluoridátu intoxikace výpary • symptomy jako zamlžené vidění a podrážděnost popsány ve vědecké publikaci • Gerhard Schrader (IG Farbenindustrie) • 1934 – práce na vývoji nových insekticidů • 1936 – výzkum kyselých fluoridů síry a fosforu pro možné aphicidní (mšice) a akaricidní (roztoči) účinky – příprava fumigantu (plynná látka hubící škůdce) methan-sulfonyl fluoridu • 1938 – 1944 – příprava esterů kys. fosforečné (parathion a paraoxon) • při přípravě některých OP pozorovány toxické účinky – proto doporučeno ukončení jejich testování jako možných insekticidů • okamžitý zájem ministerstva obrany – vývoj bojových otravných látek Tabun (1936) a Sarin (1939), později Soman (1944) a Cyklosarin (1949)

6. Willy Lange (1900 – 1976) Gerhard Schrader (1903 – 1990) Fosfofluoridát Methan sulfonyl fluorid

7. Karbamáty (CB) • Puchýřnatec jedovatý (Physostigma venenosum) neboli kalabarský bob – polokeř z tropické západní Afriky • alkaloid fysostigmin • boby obsahující alkaloid byly domorodci využívány při „božím soudu“ • struktura popsána v roce 1925 Stedmanem a Bargerem, syntetizován v roce 1934 chemiky P.L. Julianem a J. Piklem • léky proti šedému zákalu, svalové ochablosti (myastenia gravis), Alzhaimerově chorobě, pomalému vyprazdňování žaludku (gastroparesis) a hypotenzi • karbamáty – méně polární analogy fysostigminu

8. Organofosfáty a karbamáty Organofosfáty Karbamáty 3 http://www.alanwood.net/pesticides/class_insecticides.html

9. Blokáda acetylcholinesterázy Normální funkce Účinek OP http://www.atsdr.cdc.gov/csem/cholinesterase/cholinesterase_inhibitors.html

10. Nervosvalová ploténka

11. Organofosfáty (OP) a karbamáty (CB) • v současnosti používáno více než 200 OP a více než 50 CB v několika tisících přípravků • vysoká akutní toxicita a poměrně krátká doba setrvání v ŽP (obvykle 2 až 4 týdny) • rychlá metabolizace a exkrece v případě teplokrevných živočichů – nekumulují se ve tkáních jednotlivých organismů ani ve vyšších trofických úrovních potravního řetězce • největší je riziko akutní otravy necílových organismů v průběhu aplikace, požití kontaminované vody nebo ošetřené rostliny, kontakt s kontaminovanou vodou a půdou, přímé požití granulovaného pesticidu či ošetřených semen, požití otrávené kořisti (např. návnady na dravce) • při akutní otravě - nadměrná stimulace nikotinových receptorů včas nerozloženým acetylcholinem - nervosvalová ploténka, autonomní nervový systém (žlázy s vnitřní sekrecí) a CNS – mezi typické symptomy patří letargie, namáhavé dýchání, nadměrná produkce hlenu a slin, průjem, zvracení, třes, křeče a smrt

12. Organofosfáty (OP) a karbamáty (CB) • OP - 2 až 3 dny po akutní expozici – „intermediální syndrom“ – potencionálně smrtelná paralýza šíje, končetin a dýchacího svalstva způsobená nekrózou svalové tkáně v důsledku snížené aktivity acetylcholinu a zvýšené koncentrace Ca2+ v nervosvalové ploténce • otravy ptáků – úmrtí mimo oblast intoxikace • OP – syndrom OPIDN (organophosphate induced neuropathy) – při dávkách na úrovni 1/25 LD50 – degradace myelinové vrstvy dlouhých periferních nervů a míchy, 1 až 3 týdny po intoxikaci, klopýtavá chůze a zhoršená koordinace pohybů • nesouvisí s ovlivněním funkce acetylcholinesterázy • pozorováno u hlodavců a ptáků (divoké kachny, slepice) • subakutní a subchronická expozice OP ovlivňuje pravděpodobnost být uloven predátorem (captivity) u ptáků i savců • CB – jelikož nevyžadují metabolickou aktivaci dochází rychlejšímu nástupu účinku než u řady OP, rychlejší ústup otravy kvůli rychlejší regeneraci karbamylované acetylcholinesterázy

13. Organofosfáty (OP) a karbamáty (CB) • organofosfáty s vazbou P=S musí být nejprve metabolizovány – oxidativní desulfurace za katalýzy MFO systému (mixed function oxidase) v játrech Diazinon • účinnost MFO systému u obratlovců klesá v pořadí • savci > ptáci > ryby Malathion • MFO systém též hlavním prvkem následného oxidativního detoxikačního procesu • organofosfáty s vazbou P=O a karbamáty jsou účinné bez předchozí metabolické aktivace – jsou velmi účinné i při parenterální aplikaci (např. inhalačně) Parathion

14. Forát • organofosfát, insekticid - akaricid • degraduje na produkty s větší perzistencí a toxicitou • T1/2 Forátu v písčité půdě - 3 dny • T1/2 Forát sulfoxidu - 75 dní • T1/2 Forát sulfonu v písčité půdě - neurčeno (více než 100 dní) • velice toxícký pro ryby • LC50 (96 h, pstruh Oncorhynchus clarki, slunečnice velkoploutvá Lepomis macrochirus a okounek pstruhový Micropterus salmoides) v rozmezí 2-13 g/L • velice toxický pro ptáky • LD50 (divoká kachna) = 0,6 - 2,5 mg/kg • LD50 (kos) = 1 mg/kg • LD50 (špaček) = 7,5 mg/kg http://extoxnet.orst.edu/pips/phorate.htm

15. Suchá půda - UV záření Vodné prostředí - zaplavená půda N.Singh, B. Singh, P. Dureja, N. Sethunathan, JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND HEALTH - Part B.B38 (6),723–735, (2003)

16. p/50 = 3,17 p/50 = 5,87 p/50 = 3,35 p/50 = 6,76 p/50 = 5,00 p/50 = 7,02 p/50 záporný logaritmus molární koncentrace způsobující 50 % inhibici acetylcholinesterázy u červených krvinek (potkan) http://www.inchem.org/documents/jmpr/jmpmono/v077pr38.htm

17. Karbofuran • N-methyl karbamát používaný jako insekticid a nematocid (hlísti – škrkavky) • vysoce toxický pro ryby a ptáky • LC50 (slunečnice velkoploutvá) = 0,24 mg/L • LD50 (husička dvoubarvá) = 0,238 mg/kg • LD50 (kachna divoká) = 0,51 mg/kg • LD50 (bažant obecný) = 4,15 mg/kg • LD50 (potkan) = 8 - 14 mg/kg • Směrnice evropské rady 91/414/EEC o uvádění přípravků na ochranu rostlin na trh • Annex 1 – seznam účinných látek, které jsou autorizovány pro ochranu rostlin v zemích EU • Rozhodnutí komise 2007/416/EC • karbofuran není zařazen do Annexu 1 směrnice 91/414/EEC – nesmí se používat na území EU

18. Karbofuran • Furadan – insekticid k hubení savých a žravých škůdců, půdního hmyzu • 5G – granule (5% CB) • 350 F – postřik (350g/L CB) • oblíbený prostředek našich lidových myslivců a rybářů k trávení „škodné“ • 2003 – 2007 – v ČR 52 prokázaných otrav ptáků a savců (patrně stovky neprokázaných) Orel mořský (Haliaeetus albicilla) prosinec 2008, Velký Bor u Horažďovic • Orel mořský(Haliaeetus albicilla); Káně lesní (Buteo buteo); Káně rousná (Buteo lagopus); Moták pochop (Circus aeruginosus); Krkavec velký (Corvus corax) • kráva; pes; srnec obecný (Capreolus capreolus);vydra říční (Lutra lutra); zajíc polní (Lepus europeanus);prase divoké (Sus scrofa); daněk evropský (Cervus dama) a hraboš polní (Microtus arvalis) L.Novotny, A.Honzlova, J.Misik, P.Ondracek,V. Rachac, K.Kuca, P.Chloupek, O.Vavra, Toxicology letters 180S, S 32 – S 246, (2008)

19. Karbofuran – otravy dravců v ČR Luňák červený (Milvus milvus) † 13.6.2009 Skoronice (okr. Hodonín)  případ starší než 1.1.2009   případ z roku 2009 http://www.karbofuran.cz/

20. Otravy včel • Sledování úhynu včelstev ve Velké Británii (UK) s využitím WIIS (Wildlife Incident Investigation Scheme) což je součást procesu regulujícího používání pesticidů v UK • Při podezřelém úhynu včelstva mohou včelaři v UK nechat tyto včely vyšetřit v NBU CSL (National Bee Unit of Central Science Laboratory) - NBU vyšle tým provádějící terénní šetření • Pokud je v dodaném vzorku (minimálně 30 jedinců) detekován pesticid v koncentraci řádově odpovídající LD50 - úhyn přiřazen danému pesticidu a na základě terénního šetření zařazen do jedné ze čtyř kategorií • Schválené použití pesticidu (Approved use) • Neschválené použití pesticidu bez úmyslu otrávit včelstva (Misuse) • Neschválené použití pesticidu s úmyslem otrávit včelstva (Abuse) • Neznámý zdroj otravy (Unspecified use) • Mezi roky 1994 - 2003 v UK zaznamenáno 117 případů otrav včelstev • nejčastější příčinou karbamát bendiocarb a organofosfát dimethoát E.A. Barnett, A.J. Charlton, R. Fletcher, Pesticide Management Science 63, 1051 - 1057, (2007)

21. Karbamáty Organofosfáty Pyrethroidy Halogenované uhlovodíky E.A. Barnett, A.J. Charlton, R. Fletcher, Pesticide Management Science 63, 1051 - 1057, (2007)

22. E.A. Barnett, A.J. Charlton, R. Fletcher, Pesticide Management Science 63, 1051 - 1057, (2007)

23. Otravy včel • V ČR v letech 2001 až 2002 nejčastější prokázanou příčinou otrav včel spojených s úhynem včelstev pesticid fipronil • širokospektrý insekticid - do roku 2006 používán proti blýskáčku řepkovému (Meligethes aeneus) • reziduální toxicita (26 dní) - zasažené včely vletí do úlu, kde dochází ke kontaktní otravě dalších jedinců • LD50 = 4 - 6,2 ng/včelu, doba latence až 4h • blokuje průchod Cl- přes GABA receptory Fipronil • Chlorpyrofos • organofosfát s krátkou dobou latence • LD50 = 59 ng/včelu • včely hynou prakticky ihned po kontaktu s pesticidem přímo na louce - nedochází k otravě včel v úlu a úhynu celého včelstva Chlorpyrofos D. TITĚRA, V. VESELÝ, J. HAJŠLOVÁ, K. MAŠTOVSKÁ, Veterinářství 53, 152 - 154, (2003)

24. Otravy včel • Hlavní příčiny hynutí včelstev • ošetření kvetoucích porostů hospodářských rostlin • ošetření nekvetoucích porostů hosp. rostlin s vysokým podílem kvetoucích plevelů • úlet postřiku na kvetoucí necílové rostliny (javor, vrba, jíva) • rozkvět ošetřené plodiny (řepka) či plevelů v době kdy trvá reziduální toxicita • předávkování přípravku • Vedlejší příčiny hynutí včelstev • opožděná ranní aplikace • míchání postřiků s hnojivy - synergický účinek • špatné promíchání postřiku - bodové překročení bezpečné koncentrace • rosa tvořící se na ošetřených rostlinách Apis mellifica D. TITĚRA, V. VESELÝ, J. HAJŠLOVÁ, K. MAŠTOVSKÁ, Veterinářství 53, 152 - 154, (2003)