Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc. Přednáška č. 5 Pesticidy Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc.

Toxikologie pesticidů Pesticidy jsou přípravky určené k tlumení a hubení rostlinných a živočišných škůdců, k ochraně rostlin, skladových zásob, zvířat, člověka. Používají se v zemědělství, v lesnictví, v potravinářských závodech a také ve veterinární sféře (jako léčiva). V celosvětovém měřítku je registrováno okolo 800 sloučenin účinných látek pesticidů

Historické údaje Starověk Číňané - soda a olivový olej na semena, během vegetace preparát obsahující arsen Řekové a Římané - zplodiny vznikající při hoření síry Látky proti hmyzím škůdcům (insekticidy) alkaloidy nikotin a anabasin obsažené v extraktech z listů a kořenů tabáku rostliny rodu Pyrethrum (z čeledi hvězdicovité) obsahující aktivní látky tzv. pyrethriny se silným insekticidním účinkem. významným přírodním insekticidem a akaricidem je rotenon , používaný dříve domorodci v Jižní Americe jako rybí jed (piscicid), prokázány i jeho účinky na hmyz a roztoče.

Použití chemických sloučenin k ochraně rostlin se datuje rokem 1867 - pařížská zeleň (arsenitan měďnatý) v roce 1886 byla objevena bordeauxská jícha – proti plísním na vinné révě a na bramborách 1913 zavedení organických sloučenin rtuti pro ochranu osiva (fenylrtuť) v 30. letech minulého století byly zavedeny dinitro-ortho-kresoly, thiokarbamáty, pentachlorfenol. Jedním z prvních insekticidů byl organofosfát tetraethylpyrofosfát. 1939 – DDT, Paul Miller objevil jeho insekticidní účinky, připraveno již v roce 1873

Rozdělení pesticidů podle účinku: fungicidy zoocidy (insekticidy, rodenticidy, akaricidy, nematocidy, moluskocidy, piscicidy) herbicidy – včetně desikantů regulátory růstu

Pesticidní přípravky obsahují účinnou látku + přídatné látky (rozpouštědla, plnidla, stabilizátory, tenzidy) číslo u přípravku znamená obsah účinné látky buď v % nebo v g na kg EC = emulgované koncentráty WP = smáčitelné prášky SL = rozpustné koncentráty SC = suspenzní koncentráty WG = ve vodě dispergovatelné granule

Degradace pesticidů v abiotickém prostředí Vlivem světla a tepla - fotolýza představuje jeden z nevýznamnějších procesů vedoucích k eliminaci z prostředí. Hydrolýza - obzvláště rychlá je při vysokém pH v biotickém prostředí 2 biotransformační fáze Fáze I zahrnuje změny katalyzované hydrolázami a oxidázami - zavedení polární funkční skupiny - pesticid X je přeměněn na polárnější metabolit X – OH, který se stává substrátem pro enzymy konjugační – Fáze II Ve fázi II dochází ke konjugaci (př. s kyselinou glukuronovou a glutathionem). Vznikající produkty jsou neaktivní a jsou vylučovány.

Transformace pesticidů převážně detoxikační charakter, ale mohou vznikat i toxičtější produkty např. u organofosfátů probíhá desulfurizace Žádný z dnes používaných pesticidů nebyl mezinárodní agenturou pro výzkum rakoviny klasifikován jako lidský karcinogen, spousta jich je ale potenciálně karcinogenních a mnohé jsou prokázané xenoestrogeny

Organochlorové pesticidy Používají se jako insekticidy. Jsou vysoce perzistentní, jsou lipofilní, kumulují se v tucích. V současné době zakázány (výjimka DDT v některých zemích s výskytem malárie k likvidaci komárů). Tyto pesticidy patří mezi POPs (perzistentní organické polutanty). Jsou zdrojem chronických (jsou zabudované v potravním řetězci) i akutních otrav (nespotřebované zbytky).

Nejcitlivějšími organismy k těmto pesticidům jsou ryby Nejcitlivějšími organismy k těmto pesticidům jsou ryby. Velmi citlivé jsou včely. Ptáci jsou k akutnímu působení méně citliví, ale při dlouhodobém působení ovlivňuje např. DDT metabolismus vápníku a dochází k poruchám tvorby skořápky. Savci jsou k působení těchto pesticidů méně citliví. Mechanismus toxického účinku DDT - blokace Na+ kanálků nervových vláken – prodloužení depolarizace a vznik křečí. Mechanismus toxického účinku dalších chlorovaných pesticidů – chlorovaných cyklodienů (endrin, dieldrin, aldrin, endosulfan) - inhibice GABA systému

Organofosfáty Používají se jako insekticidy, jsou součástí léčiv – antiparazitik. Mechanismus toxického účinku - inhibice řady enzymů, především acetylcholinesterázy na nervových synapsích. Inhibice enzymu acetylcholinesterázy je ireverzibilní. Karbamáty Používají se jako insekticidy, herbicidy a fungicidy. Mechanismus účinku je stejný jako u organofosfátů, ale inhibice acetylcholinesterázy je reverzibilní. Do skupiny karbamátů patří i dithiokarbamáty – možnost vzniku tzv. disulfiramové reakce!

Pyrethroidy Látky s insekticidním účinkem, které se využívají hlavně jako antiparazitika. Předlohou pro jejich přípravu byly pyrethriny z kopretiny (Pyrethrum). V prostředí se velmi rychle rozkládají. Pyrethroidy se rozdělují do dvou skupin na základě chemické struktury a mechanismu toxického účinku: pyrethroidy T (tremor) – neobsahují α-kyano skupinu - reverzibilně blokují sodíkové kanály nervových vláken pyrethoidy CS (choreoatetóza, salivace) – obsahují α-kyano skupinu - reverzibilně blokují sodíkové kanály nervových vláken a navíc ovlivňují – inhibují - GABA receptory v nervových vláknech Pyrethroidy jsou vysoce toxické pro ryby Pro včely jsou pyrethroidy rovněž jedovaté. Toxicity pyrethroidů pro savce je nízká, ovšem kočky, psi a mláďata ostatních zvířat jsou citlivější.

Pesticidy na bázi fenoxyoctové kyseliny Používají se jako herbicidy. Mechanismus účinku – narušují proces oxidace a fosforylace - pokles tvorby ATP a kreatinfosfátu Hlavním představitelem je kyselina methylchlorfenoxyoctová (MCPA) a methylchlorfenoxybutanová (MCPB). Pro savce, pro ryby a včely jsou tyto látky málo toxické. V 70. létech minulého století - herbicidní přípravky na bázi 2,4,5-T(kyselina trichlorfenoxyoctová) a 2,4-D(kyselina dichlorfenoxyoctová). Při výrobě a používání těchto herbicidů docházelo k tvorbě a uvolňování dioxinu - Itálie - do ovzduší se dostalo kolem 0,5 kg dioxinu - úhyn drobných savců + velký výskyt abortů u gravidních žen - Vietnam – am. armáda prováděla defoliace za války (Agent Orange) – chronické otravy, malformace narozených dětí, zvýšený výskyt rakoviny

Pesticidy na bázi močoviny Herbicidy Mechanismus účinku -  inhibice fotosyntézy. Poškozují štítnou žlázu a mají lokální účinky na kůži a sliznice. Některé přípravky (např. linuron) vyvolávají v počátečních fázích methemoglobinemii. Pro ryby a včely jsou málo toxické.

Diazinové a triazinové pesticidy Herbicidy Diazinové přípravky méně toxické než triazinové Mechanismus účinku – triaziny jsou antimetabolity pyrimidinových bází jako součásti nukleových kyselin a kyseliny listové. Toxicita - pro ryby slabě jedovaté až jedovaté, pro včely relativně neškodný, pro savce hodnota LD50 je nad 1000 mg.kg-1 živé hmotnosti Vážným rizikem pesticidů na bázi triazinů je : - velmi nízká biodegradabilita a dlouhodobé přetrvávání ve vodním prostředí (hl. podzemních vodách) - možnost vzniku nitrosaminů z reziduí triazinů - atrazin má xenoestrogenní účinky Z  výše uvedených důvodů je v některých zemích používání triazinových herbicidů zakázáno (např. v Německu), v jiných zemích se jejich používání silně omezuje.

Pesticidy na bázi bipyridilů Herbicidy a desikanty Nejpoužívanější jsou účinné látky diquat a paraquat V půdě jsou rychle desaktivovány a nezanechávají rezidua, ale zanechávají rezidua v rostlinách (diquat 3 – 5 dnů, paraquat až 21 dnů) Toxický účinek je zprostředkován volnými kyslíkovými radikály a proteolytickými enzymy

Pesticidy na bázi kovů Využívány především jako fungicidy V minulosti bylo využíváno mnoho kovů : - sloučeniny arsenu (insekticidy a rodenticidy ) - fenylrtuť (fungicid) - tributylcín (fungicid) - sloučeniny thalia (rodenticidy) V současné době jsou využívány především sloučeniny mědi (síran měďnatý a oxichlorid mědi) - fungicidy, algicidy, moluskocidy. Sloučeniny mědi jsou toxické pro ryby.

Fipronyl Patří do skupiny fenylpyrazolů. Má insekticidní a antiparazitární účinek. Mechanismus toxického účinku spočívá v inhibici GABA. Fipronyl je látka silně toxická pro včely. Fipronyl je nervový jed s dlouhodobým působením (rezidua až 21 dnů). Způsobuje knock down (K. D.) efekt (tj. bezletnost, narušení pohyblivosti, křeče, vykloubení sosáku) a úhyn.